چكيده

استفاده از مهاربندها به عنوان سيستم مقاوم جانبي در سازه‌هاي فولادي يكي از متداولترين روش‌ها براي تحمل نيروهاي ناشي از زلزله مي‌باشد. يكي از نقاط ضعف اين سيستم مقاومت فشاري عضو مهاربندي و كمانش آن در نتيجه كاهش باربري عضو مي‌باشد. امروزه با پيشرفت تكنولوژي و ظهور مهاربند مقاوم در برابر كمانش اين مشكل حل شده‌است. این قاب‌ها نوع جدیدي از سیستمهاي مهاربندي همگرا(CBF) هستند و بيشتر به صورت قطري و شورون(7و8) كاربرد دارد و عملا به صورت ضربدري استفاده نمي‌شود. به همين دليل در اين تحقيق ايده‌‌اي براي استفاده از اين سيستم به صورت ضربدري و مقایسه آن با سیستم مهاربندی تک قطری در دو قاب یک دهنه با ابعاد یکسان تیر و ستون در نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس (ABAQUS) برای هر دو شکل مهاربند مدل‌سازی و برای صحت‌سنجی نرم‌افزار یک نمونه آزمایشگاهی شبیه‌سازی شده‌است. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از سیستم ضربدری طول مهاربند فشاری را کوتاه می‌کند. در نتیجه ابعاد غلاف نسبت به تک قطری کوچکتر می‌شود و تحت بارگذاری چرخه‌ای دارای جذب انرژی بیشتری نسبت به تک قطری می‌باشد.

واژه‌های کلیدی:

مهاربند كمانش‌ناپذير ضربدری،  مهاربند همگرا،  سیستم مقاوم جانبی، بارگذاری چرخه‌ای، جذب انرژی

فهرست عناوین

صفحه

1   ‌ فصل اول  مقدمه 1

1‌.1‌   سیستم دیوارهاي برشی بتنی 2

1‌.2‌   سیستم دیوارهاي برشی فولادي 3

1‌.3‌   سیستم قابهاي خمشی 3

1‌.4‌   سیستم مهاربندي فولادي 4

1‌.4‌.1‌  انواع مهاربندیها 5

1‌.5‌   اجزاي مهاربند كمانش‌ناپذير متداول 6

1‌.6‌   اهداف و دامنه پژوهش 7

2   فصل دوم پيشينه و مرور تحقيقات انجام شده 8

2‌.1‌   بررسي عملكرد لرزه‌اي قابهاي مهاربندي‌ شده در برابر كمانش 11

2‌.1‌.1‌  معرفی مدل‌های مورد مطالعه 11

2‌.1‌.2‌  طراحی قاب 12

2‌.1‌.3‌  اهداف عملكردي 13

2‌.1‌.4‌  معيار‌هاي پذيرش 13

2‌.2‌   استفاده ازBRB به عنوان ميراگر هيسترسيس 15

2‌.2‌.1‌  ارايه نتايج تحليل 17

2‌.3‌   میراگر BRB 18

2‌.3‌.1‌  تعیین سختی میراگر 18

2‌.4‌   مقايسه رفتار مهاربندی های مقاوم در برابر کمانش با مهاربندهای متداول 20

2‌.4‌.1‌  رفتار غيرالاستيك مهاربندها 20

2‌.4‌.1‌.1‌ مشخصات مدل هاي مورد مطالعه و بارگذاری آنها 21

2‌.4‌.1‌.2‌ نتايج تحليل بار فزاينده 21

2‌.5‌   بررسي ورق‌هاي اتصال در مهاربند‌هاي كمانش‌ناپذير 23

2‌.5‌.1‌  كمانش ورق و محل حداكثر تنش روي آن 24

2‌.5‌.2‌  مدل ‌سازی قاب فولادی با مهاربند کمانش ناپذیر 26

2‌.6‌   مزایا و معایب مهاربند کمانش ناپذیز 27

3    فصل سوم صحت سنجی 29

3‌.1‌   مشخصات مدل آزمایشگاهی 30

3‌.2‌   مشخصات نمونه شبیه‌سازی شده 32

3‌.3‌   مقایسه نمودارها 35

4   فصل چهارم مدل سازی و طراحی مهاربند کمانش ناپذیر 37

4‌.1‌   تحلیل پایداری مهاربند‌های شکل پذیر 38

4‌.1‌.1‌  تحلیل بر اساس تئوری‌های پایداری 38

4‌.2‌   معرفی مدل 40

4‌.2‌.1‌  محاسبه طول غلاف 41

4‌.2‌.2‌  مدل المان محدودی در آباکوس ABAQUS 42

4‌.2‌.2‌.1‌ تیر و ستون 43

4‌.2‌.2‌.2‌ طراحي گاست پليت 44

4‌.2‌.2‌.3‌  هسته مهاربند 47

4‌.2‌.2‌.4‌ غلاف 47

4‌.2‌.2‌.5‌ صفحه مرکزی در اتصال X شکل 48

5   فصل پنجم نتایج و بحث و بررسی 50

5‌.1‌   نمودارهای پوش‌اور نمونه‌های اصلاح شده 56

5‌.2‌   بارگذاری چرخه‌ای 61

6   فصل ششم نتيجه‌گيري و پیشنهادها 66

منابع و مراجع 70

73………………………………………………………………………….ABSTRAC

فهرست اشكال

صفحه

شكل ‏1‌.‌‌1 رفتاركلي مهاربندمعمولي و مهاربندBRB تحت بارگذاري چرخه‌اي 5

شكل ‏1‌.‌‌2 اجزاي سازندهBRBF 6

شكل ‏2‌.‌‌1 نمودار برش پايه – تغيير مكان بام سازه داراي مهاربندي ضربدري: الف- چهار طبقه ب- شش طبقه 22

شكل ‏2‌.‌‌2 ناحيه ويتمور و تورنتن 24

شكل ‏3‌.‌‌1 مشخصات هندسی مدل 30

شكل ‏3‌.‌‌2 پروتکل بارگذاری مدل 31

شكل ‏3‌.‌‌3 المان پوسته‌ای S4R 32

شكل ‏3‌.‌‌4 پروتکل بارگذاری در آباکوس 34

شكل ‏3‌.‌‌5 مدل شبیه سازی شده 34

شكل ‏3‌.‌‌6 مدل مش بندی 35

شكل ‏3‌.‌‌7 مقایسه نمودارها 36

شكل ‏4‌.‌‌1 رفتار شماتیک عضو مهاربندی 38

شكل ‏4‌.‌‌2 المان مش‌بندی شده تیر 43

شكل ‏4‌.‌‌3 ناحیه ویتمور و تورنتون 44

شكل ‏4‌.‌‌4 المان مش بندی شده صفحه اتصال اولیه 46

شكل ‏4‌.‌‌5 المان مش بندی شده صفحه اتصال ثانویه 46

شكل ‏4‌.‌‌6 المان مش بندی شده هسته 47

شكل ‏4‌.‌‌7 المان مش بندی شده غلاف 48

شكل ‏4‌.‌‌8 المان مش بندی شده صفحه مرکزی اولیه 48

شكل ‏4‌.‌‌9 المان مش بندی شده صفحه مرکزی ثانویه 49

شكل ‏5‌.‌‌1 مدل اولیه تک قطری 52

شكل ‏5‌.‌‌2 مدل اولیه X شکل 52

شكل ‏5‌.‌‌3 نحوه اتصال با صفحه مرکزی 54

شكل ‏5‌.‌‌4 نحوه اتصال با صفحه مرکزی 54

شكل ‏5‌.‌‌5 مدل ضربدری اصلاح شده 55

شكل ‏5‌.‌‌6 مدل تک قطری اصلاح شده 55

شكل ‏5‌.‌‌7 پوش اور مدل تک قطری اصلاح شده 56

شكل ‏5‌.‌‌8 پوش اور مدل X شکل اصلاح شده 56

شكل ‏5‌.‌‌9 کمانش عضو فشاری 57

شكل ‏5‌.‌‌10  كمانش در مودهاي بالاتر در هسته فولادي 58

شكل ‏5‌.‌‌11  اعمال جابه‌جایی به هسته عضو فشاری 59

شكل ‏5‌.‌‌12  اعمال جابه‌جایی به هسته عضو مهاربندی 60

شكل ‏5‌.‌‌13  نمودار پوش اور مدل ضربدری همراه با کمانش هسته در مدهای بالا 60

شكل ‏5‌.‌‌14  کمانش هسته در مد‌های بالا 61

شكل ‏5‌.‌‌15  کمانش هسته در مدهای بالا تحت بارگذاری چرخه‌ای 62

شكل ‏5‌.‌‌16  الگوی بارگذاری ATC-24 62

شكل ‏5‌.‌‌17  الگوی بارگذاری در آباکوس 63

شكل ‏5‌.‌‌18  نمودار هیسترزیس تک قطری 63

شكل ‏5‌.‌‌19  نمودار هیسترزیس ضربدری شکل 64

شكل ‏5‌.‌‌20 مقایسه نمودار هیسترزیس و پوش اور تک قطری 65

شكل ‏5‌.‌‌21 مقایسه نمودار هیسترزیس و پوش اور ضربدری شکل 65

فهرست جداول

صفحه

جدول ‏3‌.‌1  نتایج آزمایش کشش 31

جدول ‏3‌.‌2  مشخصات تنش-کرنش فولاد مصرفی 33

جدول ‏4‌.‌1  مشخصات مصالح 42

فهرست علائم

Py      مقاومت جاری شدن

Pe    مقاومت کمانشی الاستیک

Ω     فاکتور اضافه مقاومت

Υ    ضریب تنش مجاز

Maxμ شکل پذیری نهایی مهاربند

Cμ    شکل‌پذیری تجمعی

σ      انحراف معیار

Pbr       نیروی مهاربند

Abr     سطح مقطع ناحیه تسلیم شونده

 α     نسبت مقاومت نهایی به حداکثر بار

Kbr      سختی محوری مهاربند

Lbr    طول هسته مرکزی

E     مدول الاستیسیته

brδ   کرنش ناحیه تسلیم

εbr     تغییر مکان نسبی

R    ضریب رفتار

βeef    ضریب میرایی

Keff   سختی موثر

Δ    جابه‌جایی

be   عرض ناحیه ویتمور