مقاله قابهای مهاربندی همگرای ویژه

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله قابهای مهاربندی همگرای ویژه دارای ۱۲ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله قابهای مهاربندی همگرای ویژه  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله قابهای مهاربندی همگرای ویژه،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله قابهای مهاربندی همگرای ویژه :

(SCBF )

مقدمه:

آمارهای تکان دهنده منتشر شده در مورد وضعیت ساختمانهای موجود ، مشاهده ساخت و سازهای شهری و روستایی و نگرشی بر تلفات جانی و مالی زلزله ها در سالهای اخیر در ایران ، حاکی از آسیب پذیر بودن اکثر خانه های روستایی و بخش بزرگی از ساختمانهای شهری در رویارویی با یک زلزله نسبتاً شدید می باشد که تلفات و خسارات زلزله های منجیل ، اردکول ، طبس ، اردبیل و ; گواهی روشن بر این مدعاست .

با عنایت به این مساله ، کنترل دقیق بر محاسبات و اجرای ساختمانها به عنوان عاملی مهم در پیشگیری از تلفات و یا کاهش آن امری ضروری می باشد؛ البته ساختمانهای بسیاری نیز وجود دارند که در گذشته ساخته شده اند و برای بهبود عملکرد لرزه ای آنها باید تمهیداتی اندیشید . علاوه بر آن ، ساختمانهای آسیب دیده از زلزله نیاز به تقویت سازه ای دارند ، لذا به دلایل بسیاری برخی از سازه های موجود و یا سازه های آسیب دیده از زلزله نیز باید تقویت شوند .[۱]

در طراحی سازه بر اساس زلزله دو معیار اصلی باید برآورده شود، نخست ،سازه باید برای حفظ تغییر شکلها در زیر حدی که خسارتهای زلزله های معمولی BDE(Base Design Earthquake ) در آن به صورت غیر سازه ای بوده ، سختی کافی داشته باشد و دوم اینکه ، شکل پذیری آن در حدی باشد که در زلزله های شدید MCE (Maximum Critical Earthquake ) دچار تخریب نشود .

به منظور بهبود و بالا بردن پاسخ سیستم در مقابل بارهای جانبی ، مهندسان سازه ، تکنیکهای متعددی را مورد استفاده قرار داده اند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد :
۱- مسلح کردن و تقویت قابها با استفاده از دیوارهای سازه ای و یا افزودن المانهای قطری .
۲-استفاده از قابهای مقاوم خمشی به منظور ایجاد ظرفیت بالای شکل پذیری در المانهای سازه و به ویژه در اتصالات تیر و ستون .
۳- بهره گیری ترکیبی از دو تکنیک یاد شده .

قابهای با بادبندی همگرا CBF (Concentric Braced Frame ) از نظر مقاومت و سختی بسیار مناسب هستند و از همین روی به طور گسترده ای به صورت مجزا یا همراه با قابهای صلب مورد استفاده قرار می گیرند. این سیستم از طریق عمل خرپایی ، تغییر شکلها را به خوبی محدود می کند ، اما در مناطق زلزله خیز به جهت رفتار ضعیف غیرالاستیک بر اثر کمانش المانهای قطری تحت تاثیر فشار ، کاربرد آن مورد تردید است و قادر به ایجاد یک سازوکار مناسب و پایدار برای جذب انرژی نیست .
از طرف دیگر ، قابهای مقاوم خمشی شکل پذیر به علت تشکیل مناطق پلاستیک در انتهای تیرها دارای ظرفیت بالای جذب انرژی بوده و همواره به دلیل شکل پذیری و نرمی بالایی که دارند مناسب شناخته می شوند ، اما از نظر مقاومت و سختی ضعیف هستند و برای تامین احتیاجات تغییر مکانهای طبقه ای(Drift) نیاز به اعضای بزرگ دارند که بسیار گران و پر هزینه تمام میشوند .

از جمله سیستمهایی که هر دوی این معایب را بر طرف می کنند عبارتند از:
۱-سیستم مهاربندی واگرا EBF (Eccentric Braced Frame)
۲- سیستم مهار بندی زانویی تعویض پذیر DKB (Disposable Knee Bracing)
این سیستمها ترکیبی از خاصیت مقاومت و سختی قابهای با مهاربندی همگرا و خاصیت جذب انرژی مناسب در قابهای مقاوم خمشی را دارا هستند .]۲[
نمونه هایی از انواع بادبندها در اشکال (۱) و (۲) و (۳) نشان داده شده است .

رفتار کلی بادبندها :

پیش از بررسی رفتار خاص بادبند هم مرکز ویژه ،لازم است هر چند به اجمال رفتار عمومی بادبندها مورد برسی قرار گیرد :
الف) بادبندیها با ایجاد یک خرپای طره ای در برابر بار جانبی مقاومت می کنند . در این خرپا تیرها و بادبندها نقش جان خرپا و ستونها نقش یال خرپا را دارا می باشند .
ب) تغییر شکل بادبندیها در دو مود خمشی و برشی صورت می گیرد . مود خمشی در اثر تغییر شکل محوری ستونها و مود برشی در اثر تغییر شکل محوری بادبند و تغییر شکل خمشی تیر صورت می گیرد . شکل (۴) نشان دهنده چنین پدیده ای است .

ج) در مورد بادبندیهایی که نسبت ارتفاع خرپا به دهانه بیش از ۱۰ باشد خطر بلند شدگی وجود دارد که در چنین حالتی اگر امکان به کارگیری بادبندیها در چند دهانه وجود داشته باشد می توان این مشکل را همانند شکل (۵) حل نمود .

د) درمورد سیستمهای باد بندی در مواجهه با مسائل معماری ممکن است از چند شکل مختلف در دهانه های موازی استفاده شود. در صورتیکه سختی باد بندها با یکدیگر اختلاف زیادی داشته باشد، استفاده از دو نوع پیکر بندی با سختی های مختلف مجاز نیست.]۳ [

شکل پذیری باد بندها :

مقتضیات معماری ،طراحان و سازندگان را بر آن می دارد که از بادبندهای با اشکال گوناگون جهت مقابله با اثر زلزله استفاده کنند . در شکل (۱) انواع این بادبندیها نمایش داده شده است .
کاربرد اینگونه بادبندیها معمو‌‌‌لاً بدون در نظر گرفتن رفتارهای آنها با یکدیگر صورت می گیرد . شکل پذیری هر کدام از این بادبندها با یکدیگر متفاوت است ، بنابراین در طراحی هر کدام از آنها در مقابل زلزله باید از ضریب رفتار خاص آن و در نتیجه نیروی طراحی خاص آن استفاده نمود .
جهت روشن تر شدن این موضوع رفتار بادبندهای فوق را در زیر توضیح می دهیم .
– در بادبندیهای نوع ۱ ، هر دو عضو مورب تحت فشار و کشش متوالی قرار می گیرند ، اما عضو فشاری (در یک لحظه) هرگز به تنش تسلیم خود نمی رسد و پایداری خود را از دست می دهد . آزمایشات و تحقیقات نشان داده اند که تنش نهایی چنین عضوی برابر است با :
Pu=Py(5/. –۶/. e)

که این میزان کمتر از Py 5/. می باشد ، به عبارت دیگر بر خلاف نتایج حاصل از آنا لیز الاستیک که نیروی فشار و کشش را در این بادبندیها برابر بدست میدهد ، نیروها یکسان نخواهد بود و تیر محل اتصال اعضای مورب، تحت اثر نیروی بزرگی قرار خواهد گرفت که باید جهت مقابله با آن (در حد تنش نهایی) طراحی شود .
(شکل۵ )

Pu=(Py-0/5Py)Sin =0/5PySin
که در آن Py نیروی تسلیم عضوهای مورب می باشد .
در هر صورت کمانش عضو فشاری و رفتار خمشی تیر محل اتصال مورب، باعث کاهش شکل پذیری بادبند
می گردد .

_ بادبندهای نوع ۲ که به بادبندهای نامحور با بند کوتاه (برشی) مشهورند، دارای رفتاری اساسا ًَََمتفاوت با سایر انواع بادبندها می باشد. قطعه کوچک تیر در محل اتصال اعضای مورب و یا فاصله بین محل اتصال عضو مورب و ستون در بادبندهای S شکل به نحوی طراحی می شود که از کمانش اعضای مورب تحت فشار جلوگیری کند.
(شکل۶)

این قطعه که به بند( Link) معروف است، به نحوی طراحی می شود که تحت اثر زلزله، نخست به برش تسلیم شود. معیار چنین رفتاری طول بند (Link) است که نباید از حد معینی تجاوز کند. در این صورت بادبند دارای شکل پذیری بسیار خوبی خواهد بود.
_ بادبندهای نوع ۴ از انواع بسیار معمول بادبندیها است، Eurocode کاربرد اینگونه بادبندها را با قید کلمه ((غیر شکل پذیر )) منع نموده است .
نکته مهم دیگر در طراحی این بادبندها، کمانش عضو فشاری بادبندی و در نتیجه اعمال نیروی بزرگی حین زلزله به ستون است که ستون باید دارای مقاومت کافی جهت مقابله با آن باشد.

با توجه به نکات فوق به نظر می رسد که کاربرد این نوع بادبندی بسیار خطرناک است.
_ عضو مورب بادبندی نوع ۵ به لحاظ آنکه هم تحت تنش کششی و هم تحت فشار قرار می گیرد، باید به نحوی طراحی شود که هنگام کمانش تغییر شکل زیادی از خود نشان ندهد.
_ بادبند نوع ۶ مانند باد بند های نوع ۱ می باشند. مهمترین مساله در مورد اینگونه بادبندها طراحی اعضاء فشاری و انتخاب ضریب کمانش در امتداد عمود بر صفحه باد بند می باشد، زیرا کمانش اینگونه اعضاء (در صورت عدم محاسبه صحیح) باعث کاهش شکل پذیری باد بند خواهد شد.

_ باد بند نوع ۷ تنها باد بندی محسوب می شود که با اطمینان و با توجه به استاندارد ۲۸۰۰ ضریب R را برای آن تعیین نمود (۷=R). این نوع باد بندی داری عضوهای قطری است که تنها به کشش کار می کنند. چنین رفتاری باعث “لقی” در بادبند می شود که شکل پذیری آنرا کاهش می دهد. آیین نامه SEAOC توصیه

می کند که حداقل ۳۰% مقاومت کل سیستم، برای اعضای قطری فشاری در نظر گرفته شود و در این صورت R=8 را برای چنین سیستمی توصیه می نماید.
در عمل استفاده از بادبندهای شکل ناپذیر برای مقابله با اثر زلزله درست نیست، زیرا نیروهای واقعی زلزله قابل پیش بینی دقیق نیستند و مبتنی بر حساب احتمالاتند، بنابراین استفاده از سازه شکل ناپذیر یا ” تردشکن ” به هیچ وجه پذیرفته نیست. لذا بادبندهای ۳ و ۴ و تحت شرایطی ۵ برای مقابله با زلزله مناسب نیست، گرچه استفاده از آنها جهت مقابله با اثر باد غیر قابل قبول نیست. جالب اینجاست که استفاده از این بادبندها در کشور بسیار رایج است. ]۴ [

نحوه قرارگیری بادبندها:

در نحوه قرار گیری بادبندها در پلان و ارتفاع باید دقت شود تا ضمن کاهش نیروهای پیچشی به سازه، توزیع بارها به سازه و پی موجود مناسب تر صورت گیرد و تقویتهای محلی که پر هزینه و وقت گیر می باشد کاهش یابد.

هرچه مهاربند ها در کل دهانه قاب بیشتر پخش شده باشند، با توجه به توزیع نیروهای جانبی به پی از طریق تعداد ستونهای بیشتر، ضمن اینکه میزان کشش احتمالی در پی ها کاهش می یابد، سیستم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر و از نظر رفتاری مناسب تر خواهد بود.
مشاهده میشود که با توزیع مناسب مهاربند ها در پلان و ارتفاع، می توان توزیع نیروها را تغییر و به سمتی که کمترین تقویتهای محلی نیاز باشد سوق داد که این یکی از مهمترین مزایای تقویت سازه ها با بادبند می باشد. ]۱ [

ارتفاع مجاز سازه فلزی:

ضریب رفتار و ارتفاع مجاز سازه فلزی، بستگی به نوع بادبند و نوع قاب از نظر شکل پذیری و تحمل نیروهای زلزله دارد.
در جدول (۱) ضریب رفتار RW و ارتفاع مجاز (Hبر حسب متر) هر گروه سازه برای مناطق با لرزه خیزی شدید خلاصه شده است. از جدول (۱)، دیده می شود که برای سازه های مختلف، با قاب از نوع ممانگیر معمولی، مقادیر ضریب رفتار و ارتفاع مجاز مطابق قاب بدون بادبند تعیین شده است. از طرف دیگر ارتفاع سازه های مختلف با قاب ممانگیر ویژه SMRF نامحدود شناخته شده و ضرایب رفتار بالایی به آنها اختصاص یافته است. از جدول (۱) دیده می شود که SCBF ضریب رفتاری کمتر از سیستم EBF ولی بیشتر از OBFدارد . ]۵ [

H RW سیستم مقاومتی جانبی سیستم سازه
۷۵
۷۵
۵۰ ۱۰
۹
۸ EBF
SCBF
OBF قاب ساختمانی
۵۰
۵۰
۵۰ ۶

۶
۶ OMRF،EBF
OMRF،SCBF
OMRF،OBF سیستم مختلط بادبند
با قاب معمولی ممانگیر

نامحدود
نامحدود
نامحدود ۱۲
۱۱
۱۰ SMRF،EBF
SMRF،SCBF

SMRF،OBF سیستم مختلط با
قاب ویژه ممانگیر
۵۰
نامحدود ۶
۱۲ OMRF

SMRF قاب ممانگیر

قاب های مهاربندی همگرایی ویژه :

قاب های مهاربندی شده مخصوص همگرا (SCBF) به منظور تحمل تغییر شکلهای غیرارتجاعی زیاد، ناشی از نیروهای حاصل از حرکات زلزله طراحی و به کار می روند.SCBF به علت افت مقاومت کمتر هنگام کمانش مهارهای فشاری، شکل پذیری را نسبت بهOCBF افزایش داده است. SCBF باید نیازهایی را که در این بخش بیان می گردد تامین کند.