منحنی های لنگر-چرخش اتصالات جوشی تیر به ستون فولادی
چکیده
ساختمان مجموعه ای از اجزاء سازه ای است که بوسیله ی اتصالات به یکدیگر پیوند یافته اند. در زمان طراحی سازه اگر تمام زوایای رفتاری اتصالات به خوبی مورد ارزیابی قرار نگیرند بصورت حلقه های ضعیف این پیوند در آمده و یا میزان دقت تحلیل سازه را تحت الشعاع قرار می دهند که در نتیجه ایمنی و خدمت دهی ساختمان را دچار مخاطره می سازد. در مدلسازی سازه ها اتصالات معمولاً به دو صورت کاملاً مفصلی و یا کاملاً صلب مدل می شوند، اما در عمل این اتصالات رفتاری بین این دو حالت حدی دارند و به صورت نیمه صلب رفتار می کنند. محققان از دیرباز اقدامات زیادی را برای بررسی رفتار اتصالات انجام داده اند. هدف از انجام برخی از این تحقیقات که همچنان نیز ادامه دارد استخراج یک منحنی رفتاری برای اتصال بوده است که میزان چرخش اتصال را در برابر لنگر وارد بر آن ارزیابی کند. از این منحنی که به منحنی لنگر- چرخش موسوم است برای در نظر گرفتن تأثیر اتصالات در مدلسازی و تحلیل سازه ها استفاده می شود. اما نگاهی اجمالی به این تحقیقات نشان می دهد که بخش بسیار گسترده ای از آن ها مختص استخراج این منحنی ها برای اتصالات پیچی بوده و در زمینه ی اتصالات جوشی که بطور گسترده ای در کشور ما استفاده می شوند هنوز اقدامات کافی صورت نگرفته است. صدمات به وجود آمده در اتصالات جوشی ساختمان های بلند مرتبه تحت اثر زلزله عاملی برای ایجاد بدگمانی در خصوص رفتار اتصالات جوشی در ذهن مهندسان بوده است. اما عقیده ی اهل فن بر این است که اگر استانداردهای مربوطه در طراحی و اجرای اتصالات جوشی بکار گرفته شود، نباید اشکال خاصی در رفتار اتصالات جوشی به وجود بیاید. نتایج تحقیقات انجام شده بر روی اتصالات جوشی و نحوه ی صحیح مسلح کردن آن ها پس از زلزه های 1994 نورث ریج و 1995 کوبه گواه خوب این ادعاست. با توجه به توضیحات فوق، هدف از انجام این تحقیق ارائه ی منحنی لنگر- چرخش برای اتصالات جوشی تیر به ستون با استفاده از تحلیل آن ها به روش اجزاء محدود است. بدین منظور ابتدا نتایج حاصل از 5 نمونه ی آزمایشگاهی از اتصالات جوشی با نتایج مدلسازی اجزاء محدود مقایسه شده که نتایج نشان دهنده ی این است که مدلسازی اجزاء محدود با دقت خوبی می تواند رفتار اتصالات را شبیه سازی کند. در مرحله ی بعد با استفاده از 210 نمونه ی مدلسازی شده در نرم افزار abaqus منحنی های لنگر- چرخش برای 5 نوع از اتصالات جوشی تعیین گردیده و میزان تأثیر هر یک از پارامترهای هندسی اتصال بر این منحنی مورد ارزیابی قرار گرفته است. اتصالات مورد بررسی اتصال با زوج نبشی جان، اتصال با نبشی بالا و پایین، اتصال با نبشی بالا و نشیمن سخت شده، اتصال خمشی با ورق بالا و پایین و اتصال خورجینی خمشی می باشند. برای اینکه بتوان منحنی های مذکور را بدون نیاز به مدلسازی برای هر نوع دلخواه از ابعاد هندسی اجزای اتصال بدست آورد یک رابطه ی ریاضی سه پارامتری به شکل تابع تانژانت معکوس پیشنهاد شده است که پارامترهای آن سختی اولیه، سختی پلاستیک و یک ضریب شکل به نام لنگر مرجع می باشند. در واقع با داشتن این سه پارامتر و با استفاده از این رابطه می توان منحنی لنگر- چرخش اتصال مورد نظر را رسم کرد. بخش اعظمی از این تحقیق در خصوص تعیین پارامترهای مدل پیشنهادی (رابطه ی تانژانت معکوس) برای اتصالات ذکر شده می باشد. این پارامترها با استفاده از یکسری روابط نیمه تحلیلی تعیین و با نتایج حاصل از مدلسازی اجزاء محدود مقایسه شده اند. همچنین در انتها برای اثبات کاربردی بودن مدل پیشنهادی پاسخ مدل ماکروی (مدل فنر پیچشی) یک نمونه از هر 5 نوع اتصال که در آن ها اتصالات توسط یک فنر پیچشی که منحنی رفتاری آن مطابق با مدل پیشنهادی می باشد با پاسخ حاصل از تحلیل اجزاء محدود نمونه مقایسه شده است. نتیجه ی این مقایسه حاکی از آن است که مدل پیشنهادی توانایی خوبی در مدلسازی اتصالات دارد.