مهاربند های همگرا

مهاربند های همگرا

مهاربند های همگرا به­ عنوان یک سیستم موثر و اقتصادی مقاوم در برابر زلزله در مناطق لرزه­ خیز، مورد استفاده قرار می­ گیرند. برخلاف مهاربند های کمانش تاب که در بخش “مهاربند BRB” توضیحاتی در مورد آن اشاره شد، مهاربند های همگرا عموما تحت فشار دچار کمانش کلی می ­شوند و در اثر کشش تسلیم می ­شوند.

در کار انجام­ شده توسط Lignos و Karamanci (سال ۲۰۱۴) که یک رویکرد محاسباتی جهت ارزیابی ظرفیت فروریزش مهاربندهای فولادی همگرا در معرض نیروی زلزله ارائه شده است، برای مدل­ سازی رفتار پس کمانشی و شکست قطری مهاربند در اثر پدیده خستگی سیکل کم، از مدل عددی پیشنهاد شده توسط Uriz (سال ۲۰۰۸) استفاده شده است. نکات مدل­ سازی در این روش به شرح زیر هستند:

  1. در این مدل پیشنهاد شده ­است که هر عضو مهاربند با دو المان نرمی (Forced-Based Beam-Column Element) مدل ­شود که در وسط طول کمانشی مهاربند یک خروج از مرکزیت به مقدار ۰٫۱ % طول موثر کمانشی آن درنظر گرفته می ­شود. این نقص اولیه برای درنظرگیری کمانش کلی مهاربند است. در صورت ایجاد مشکلات مربوط به همگرایی پیشنهاد شده است که از ۸ عدد المان سختی استفاده شود (شکل ۱).
  2. مقطع هر المان در نقاط انتگرال­ گیری به فایبرهایی تقسیم می ­شود. در کار انجام­ شده توسط Lignos و Karamanci برای مقاطع HSS مستطیلی و دایره­ای و مقاطع W شکل، تعداد مناسب برای فایبرهای مقطع پیشنهاد شده­ است که در ادامه به آن­ اشاره خواهد شد. به کارگیری فایبر در این روش دارای این مزیت است که اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی مرتبه دوم که در مهاربندهای فولادی از اهمیت زیادی برخوردار است، درنظر گرفته می ­شود.
  3. رابطه تنش-کرنش تک محوره (Mingetto-Pinto (Steel02، به هریک از فایبرها اختصاص داده می شود. منحنی پایه این متریال، با پارامترهای تنش تسلیم (Fy)، مدول الاستیسیته (E)، نسبت سخت‌ شوندگی کرنشی (b) و سه پارامتر تجربی R0، CR1 و CR2 که کیفیت تغییر رفتار مصالح از حالت خطی به غیرخطی را کنترل می ­کنند، تعریف می ­شود. سخت ‌شوندگی ایزوتروپیک این متریال با چهار پارامتر a3، a2، a1 و a4 کنترل می ‌شود.
  4. شکست ناشی از پدیده خستگی سیکل کم در مهاربندها، با استفاده از متریالی تحت عنوان Fatigue Material (که در OpenSees پیاده سازی شده است) شبیه سازی می شود. این متریال، توسط Uriz توسعه یافته ‌است و بر اساس رابطه ۱ (رابطه Coffin-Manson) توصیف می‌ شود:

که در این رابطه ε۰ کرنشی است که در آن یک چرخه کامل باعث گسیختگی ماده شود و Nf تعداد چرخه­ های کامل با کرنش εi است که موجب گسیختگی ماده می ­شود. برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد این متریال به گزارش زیر مراجعه شود:

Patxi Uriz, Stephen A. Mahin; “Toward Earthquake-Resistance Design of Concentrically Braced Steel-Frame Structures”, College of Engineering, University of California, Berkeley, PEER Report 2008/08, November 2008

  1. برای درنظر گرفتن اثر تغییرشکل های بزرگ در المان ­های مهاربندی از تبدیل هم چرخش (Corotational) به همراه مش بندی در طول المان استفاده می شود. همانطور که بیان شد پیشنهاد شده­ است که برای مدل سازی عضو مهاربندی از دو المان نرمی استفاده شود. حال اگر، هریک از این المان های نرمی، به صورت یک تکه به کار رود و در طول خود مش بندی نشود، اثر پی دلتای کوچک (P-δ) که در بحث کمانش مهاربندهای فولادی بسیار مهم است، درنظر گرفته نمی ­شود. مفاهیم مربوط به تبدیل هندسی Corotational در بخش “قاب­ خمشی فولادی” توضیح داده شده است.

در شکل ۱ شمای کلی از روند مدل­ سازی عددی مهاربند فولادی به روش  Uriz (سال ۲۰۰۸) نشان داده شده است.

شکل ۱- تصویر کلی از مدل ­سازی عددی یک عضو مهاربندی در سیستم مهاربندی همگرا

در کار انجام شده توسط Lignos و Karamanci یک رابطه تجربی برای مرتبط نمودن پارامترهای ورودی مدل استفاده شده برای شبیه سازی رفتار لرزه ای مهاربندهای فولادی توسط  Uriz (سال ۲۰۰۸) به ویژگی های هندسی المان­ها و مصالح ارائه شده است. روابط ارائه شده برای پارامتر  براساس فرآیند کالیبراسیون به شرح زیر هستند:

  • مقاطع توخالی مربعی یا مستطیلی (Squar HSS):

  • مقاطع توخالی دایره ای (Round HSS):

  • مقاطع W شکل:

که پارامترها در روابط ۲ تا ۴ به شرح زیر هستند:

KL/r: نسبت لاغری کلی مهاربند ( K: ضریب طول موثر کمانش، L: طول کامل مهاربند، r: شعاع ژیراسیون حول محور کمانشی مهاربند)

w: عرض مقطع

t: ضخامت مقطع

E: مدول الاستیسیته فولاد مصرفی

Fy: مقاومت تسلیم محاسبه شده فولاد مصرفی

D: شعاع خارجی مقطع توخالی دایره ای

bf: عرض بال

tf: ضخامت بال

h: عمق مقطع

tw: ضخامت جان

در روند فرآیند کالیبراسیون پاسخ هیسترتیک بدست آمده از مدل عددی Uriz (سال ۲۰۰۸) براساس نتایج کارهای آزمایشگاهی انجام شده روی مهاربندهای همگرا، مقادیری پیشنهادی برای تعداد بخش ها (segments) در طول هر المان (که منظور مش ­بندی المان است)، تعداد فایبرهای مناسب (در مقطع عضو)، تعداد نقاط انتگرال گیری در طول هر segment، پارامترهای مدل سازی متریال Steel02 و پارامتر m در رابطه ۱، ارائه شده است که در جدول ۱ نمایش داده شده اند:

جدول ۱- خلاصه ای از توصیه های مدل سازی برای مهاربندهای فولادی همگرا در گزارش Lignos و Karamanci (سال ۲۰۱۴)

برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد مدل سازی مهاربندهای فولادی همگرا به مقاله زیر مراجعه فرمایید:

Emre Karamanci, Dimitrios G. Lignos; “Computational Approach for Collapse Assessment of Concentrically Braced Frames in Seismic Regions”, Journal of Structural Engineering, 140(8), p. p A4014019, May 2014

 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

2 × دو =