بررسی عملکرد خطی و غیر خطی اتصال درختی-سپری سیمپسون

علی قمری ¹ ( گروه مهندسی عمران، واحد دره شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، دره شهر، ایران )
فرزین غفاری ² ( گروه مهندسی عمران، دانشگاه غیر انتفاعی علوم و توسعه پایدار آریا، تهران، ایران )
لیلا حسین زاده ³ ( گروه مهندسی عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران )

تاریخ ارسال : 1398/11/19 تاریخ تایید : 1402/09/14

کلید واژه: مقاومت, شکل پذیری, قاب خمشی, اتصال از پیش تایید شده, صلبیت,

چکیده مقاله :

پس از زلزله نورتریج مشخص گردید که اتصالات تیر به ستون در قاب‌های خمشی ضعیف است و نیاز به اصلاح و بازنگری دارد. در سال‌های اخیر استفاده از اتصالات پیچی گسترش یافته و تقریبا جایگزین اتصالات جوشی شده است. آیین نامه آمریکا (AISC358-16) اتصال جدیدی به نام اتصال سیپسون معرفی کرد که یک اتصال نیمه صلب با ایده کنترل خسارت می‌باشد. اتصال پیشرو نوع جدید و هوشمند از اتصالات پیچی است که شامل صفحه ضعیف شده، صفحه انتهایی، نبشی و همچنین صفحه کمانشی است. هدف اصلی این پژوهش بررسی رفتار خطی و غیر خطی اتصال سیمپسون با استفاده از نرم افزار آباکوس است. نمونه مبنا، مدل مطرح شده در آیین نامه آمریکا (AISC358-16) انتخاب شد. برای دستیابی به درک بهتر از مدل جدید اتصال سیمپسون، 14 مدل عددی ساخته شد و نقاط ضعف و قوت مدل‌ها اعم از شکل پذیری، سختی، مقاومت و جذب انرژی مدل ها با هم مقایسه گردید. در این اتصال صفحه ضعیف شده و عملکرد آن بسیار حائز اهمیت است لذا برای این مهم متغییر‌هایی نظیر طول میانی، عرض میانی، طول اولیه و همچنین سخت کننده در ناحیه طول اولیه صفحه ضعیف شده بررسی شد. مدل با سخت کننده با ضخامت 30 میلی متر نسبت به بقیه مدل‌ها با توجه به خصوصیات ذکر شده، نتایج قابل قبولی از جمله لنگر متحمل 1010 کیلونیوتن متر و جذب انرژی 53/55کیلونیوتن میلی متر از خود نشان داد که استفاده آن برای مناطق با لرزه خیزی بالا مناسب است.

چکیده انگلیسی :

After the Northridge earthquake, it was found that the beam-to-column connections in the moment frames were weak and needed to be revised. In recent years, the use of bolted connections have expanded and replaced almost welded connections. The US Code of Conduct (AISC358-16) introduced a new connection called the Simpson Connection, a semi-rigid connection with the idea of damage control. Progressive connection is a new and smart type of screw connection that includes a weakened plate, end plate, corner as well as a buckle plate. The main purpose of this study is to investigate the linear and nonlinear behavior of Simpson connectivity using ABAQUS software. The baseline sample was selected from the model outlined in US Code (AISC358-16). To gain a better understanding of the new Simpson junction model, 14 numerical specimens were modeled and the strengths and stiffness of the models were compared. In this connection, the geometry of weeded plate and its performance is important. In so doing, variables such as mid-length, mid-width, initial length, as well as stiffeners were evaluated in the initial length of the weakened plate. The model with a thickness of 30 mm thicker than the other models with respect to the mentioned characteristics, showed acceptable results including anchor tolerance of 1010 kN and energy absorption of 55.53 kN which showed its use in seismic regions. Above is appropriate.

متن کامل:



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

چکيده 

پس از زلزله نورتریج مشخص گردید که اتصالات تیر به ستون در قاب‌های خمشی ضعیف است و نیاز به اصلاح و بازنگری دارد. در سال‌های اخیر استفاده از اتصالات پیچی گسترش یافته و تقریبا جایگزین اتصالات جوشی شده است. آیین نامه آمریکا (AISC358-16) اتصال جدیدی به نام اتصال سیپسون معرفی کرد که یک اتصال نیمه صلب با ایده کنترل خسارت می‌باشد. اتصال پیشرو نوع  جدید و هوشمند از اتصالات پیچی است که شامل صفحه ضعیف شده، صفحه انتهایی، نبشی و همچنین صفحه کمانشی است. هدف اصلی این پژوهش بررسی رفتار خطی و غیر خطی اتصال سیمپسون با استفاده از نرم افزار آباکوس است. نمونه مبنا، مدل مطرح شده در آیین نامه آمریکا (AISC358-16) انتخاب شد. برای دستیابی به درک بهتر از مدل جدید اتصال سیمپسون، 14 مدل عددی ساخته شد و نقاط ضعف و قوت مدل‌ها  اعم از شکل پذیری، سختی، مقاومت و جذب انرژی مدل ها با هم مقایسه گردید. در این اتصال صفحه ضعیف شده و عملکرد آن بسیار حائز اهمیت است لذا برای این مهم متغییر‌هایی نظیر طول میانی، عرض میانی، طول اولیه و همچنین سخت کننده در ناحیه طول اولیه صفحه ضعیف شده بررسی شد. مدل با سخت کننده با ضخامت 30 میلی متر نسبت به بقیه مدل‌ها با توجه به خصوصیات ذکر شده، نتایج قابل قبولی از جمله لنگر متحمل 1010 کیلونیوتن متر و جذب انرژی 53/55کیلونیوتن میلی متر از خود نشان داد که استفاده آن برای مناطق با لرزه خیزی بالا مناسب است. 

 

کلیدواژگان: قاب خمشی،اتصال از پیش تایید شده، صلبیت، مقاومت، شکل پذیری.

 

 

1- مقدمه

طی زلزله‌های Northridge (1994) و Kobe (1995)، علیرغم اینکه تعدای از ساختمان‌ها بر اساس آئین نامه‌های جاری طراحی شده بودند اما دچار گسیختگی شدند و ساختمان‌های فولادی متحمل خسارات شدید شدند بیشترین خسارات مربوط به گسیختگی ترد در جوش اتصالات تیر به ستون بود[1].  هر چند این نوع خسارت برای ساختمان‌های قدیمی آن زمان اجتناب ناپذیر بود. لذا مطالعات بعدی برای فهمیدن دلایل اصلی خسارات به وجود آمده در اتصالات خمشی و همچنین ارائه روش‌هایی برای بهبود رفتار اتصالات خمشی متمرکز گردید و تا کنون مطالعات جامعی در این زمینه به صورت آزمایشگاهی و عددی انجام شده است که می‌توان به راهکارهایی اشاره نمود از قبیل: اتصالات مختلف مقطع کاهش یافته تیر (RBS)، اتصال با ورق‌های تقویت شده و اتصالات از پیش ساخته شده  نیمه صلب، اتصال ورق برشی تک، اتصالات درختی، اتصال با حذف سوراخ دسترسی جوش، اتصالات با سوراخ دسترسی جوش اصلاح شده و همچنین استفاده از اتصالات پیچی با صفحات انتهایی و اتصالات پیچی نیمه صلب نیز معرفی گردید که عملکرد مناسبی در مطالعات آزمایشگاهی و عددی نشان دادند[2-10]

روش‌های بهبود اتصالات خمشی عملکرد مناسبی در نمونه‌های آزمایشگاهی نشان دادند اما عملکرد مطلوب آنها بر تشکیل مفصل پلاستیک در تیر (عضوی از قاب اصلی) استوار است. بنابراین با جزئیات ارائه شده، خسارت در سازه پس از زلزله براحتی قابل تعمیر نیست. این نکته برای استفاده مجدد سازه پس از زلزله مخصوصا زلزله‌های متوسط و ضعیف بسیار حائز اهمیت است. بنابراین برای حل این مشکل، روش‌های بهتری برای حذف تشکیل مفصل پلاستیک در تیر به عنوان عضو اصلی پیشنهاد شد که می توان به حذف پلاستیک خمشی در عضو اصلی تیر، استفاده از  SMA & BRB [11و12] در اتصالات خمشی ، استفاده از میراگرها در محل اتصال تیر به ستون اشاره نمود. هر چند استفاده ازSMA  در اتصالات موفقیت چشمگیری داشته است اما با توجه به قیمت بالای آن و همچنین حساسیت‌های مربوط به اجرای اتصالات تقویت شده با آن، مشکلاتی زیادی به همراه دارد. این مشکلات باعث عدم استقبال مجریان از این اتصال و عدم استفاده در سطح وسیعی از پروژه های عمرانی شده است و صرفا در پروژه‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما استفاده از میراگر موفقیت چشمگیری داشته است و استفاده از آن‌ها روز به روز گسترده تر می‌شود. مهمترین نکته در استفاده از میراگرهای غیرفعال در اتصالات خمشی فولادی، هزینه و همچنین حجم جوشکاری و پیچیدگی ساخت آن‌ها می‌باشد.

در این راستا سال 2016 نوعی خاصی از اتصال خمشی در آئین نامه ایالات متحد آمریکا AISC [13] به عنوان اتصالات از پیش تائید شده معرفی شد که در شکل (1) نمایش داده شده است. این اتصال در پروژه های عملی نیزمورد استفاده قرار گرفته است که در شکل (2) یک نمونه اجرایی آن نمایش داده شده است. با توجه به سادگی این اتصال و همچنین کنترل خسارت در محل تعیین شده، انتظار می‌رود با انجام مطالعات جامع در خصوص آن، در سال‌های آینده در سطح وسیعی مورد استفاده قرار گیرد.

شکل 1- اتصال سیمپسون با جزئیات آن [13]

با توجه به اینکه این اتصال نسبتا جدید است لذا جنبه‌های مجهول متعددی در خصوص آن وجود دارد. لذا در این مقاله رفتار آن از جنبه‌های مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفت. 

شکل 2- نمونه ی اجرایی اتصال درختی سپری سیمپسون

2- روش تحقیق 

در این مقاله اثر پارامترهای ابعاد اتصال سیمپسون بر رفتار خطی و غیرخطی اتصال بررسی گردید. بدین منظور ابتدا بر اساس الزاماتAISC [13] یک نمونه با نام TSCP به عنوان مدل مرجع طراحی شد[14]. سپس با تغییر در ابعاد هندسه اتصال که پارامترهای آن در شکل (3) نشان داده شده است، نمونه‌های عددی مختلف ساخته شد. با توجه به اینکه Lbm-side  و bbm-side وابسته به ضوابط اجرایی هستند لذا حداقل مقدار برای آنها فرض شده و برای تمام مدل‌ها ثابت در نظر گرفته شد. بنابراین تغییرات پارامترهای هندسی  Ly-link , Lcol-side, byield نسبت به مدل مبنا ارزیابی گردید. 

در طراحی مدل‌های عددی، طول Lcol-side به عنوان متغییر انتخاب شد. در این راستا مدل‌هایی برای تعیین طول بهینه تعریف شد. در مدل‌های مذکور، با ثابت نگه داشتن سایر مشخصات اتصال، مقدار Lcol-side افزایش داده شد. همچنین مدل‌هایی با افزودن سخت کننده در این ناحیه بررسی گردید تا اثر سخت شدگی ناحیهLcol-side بر رفتار اتصال مورد بررسی قرار گیرد. برای بررسی اثر bflange و Ly-link بر رفتار اتصال، مدل‌هایی طراحی شد.

 

شکل 3- ورق اتصال تضعیف شده [13]

3- پارامترهای مورد بررسی

3-1- صلبیت

سختی و صلبیت اتصال را می‌توان با شیب منحنی لنگر-دوران تعیین کرد. از آنجا که منحنی لنگر-دوران غیر خطی شامل تمام مقادیر دوران‌ها و لنگرها است، سختی اتصال برابر شیب خط مماس بر منحنی لنگر-دوران در نقطه مورد نظر است. ضریب سختی سکانتی در بارهای سرویس را که با نماد kserv نشان می‌دهند مقیاس خوبی برای جابجایی و حرکت جانبی قاب است و مقدار آن را می‌توان بر اساس زاویه چرخش تقریبی 0025/0 رادیان بیان نمود. میزان سختی اتصال با سختی اعضای متصل به آن رابطه مستقیم دارد. با توجه به آیین نامه AISC [13] اتصالی در یک قاب با حرکت جانبی به عنوان یک اتصال صلب فرض می‌شود، که در آن مقدار  بزرگتر از 20 باشد. این دسته بندی برای مقادیر مختلف α بدین شرح است که: برای α > 20 اتصال صلب است، α < 2 معرف اتصال مفصلی است و اتصال نیمه صلب به صورت 2<α<20 تعریف می‌شود.

3-2- مقاومت

به طور کلی اتصالات خمشی تیر به ستون با توجه به مقاومت خمشی به دو گروه اتصالات مقاوم و اتصالات با مقاومت کم دسته بندی می‌شوند. گروه اول شامل اتصالاتی هستند که ظرفیت خمشی آنها در بار نهایی بزرگتر یا مساوی تیر  است. به عبارت دیگر در این نوع اتصالات، مقاومت خمشی اتصال بیشتر از تیر خواهد بود. گروه دوم اتصالاتی هستند که ظرفیت خمشی اتصال کمتر از ظرفیت خمشی تیر است[15]. در اتصالات خمشی مقاوم، مقاومت اتصال وابسته به مقاومت تیر است، لذا با تشکیل مفصل پلاستیک در تیر در اتصال دوران ایجاد می گردد. در حالی که اتصالات با مقاومت کم، در اتصال مفصل پلاستیک تشکیل می شود که منجر به تشکیل دوران پلاستیک در اتصال می گردد. اتصالات نیمه صلب نیز در این دسته بندی قرار می گیرند.

3-3- شکل پذیری

به طور کلی ، انتظار می رود که اتصالات به اندازه کافی در برابر بارهای زلزله انعطاف پذیر  باشند. مطابق با آیین نامه  EuroCode8 اتصالات تحت بار زمین لرزه باید به گونه ای طراحی شود که "ظرفیت دوران پلاستیکی مفاصل" از 035/0 و 025/0 رادیان به ترتیب برای سازه‌های با شکل پذیری بالا (DCH) و برای سازه‌های با شکل پذیری متوسط (DCH) کمترنباشد. آیین نامه AISC [13] AISC [13]    ملزم می‌کند که اتصال به گونه‌ای طراحی شود که حداقل "زاویه متوسط دوران بین طبقات" برای قاب‌های با شکل پذیری ویژه (SMF) و متوسط(IMF) به ترتیب 04/0 و 02/0 رادیان باشد. اختلاف در مقادیر پیشنهاد شده به تعریف شکل پذیری دو استاندارد EuroCode8  وAISC  مربوط است. در کل اصطلاح "دوران " برای معیار شکل پذیری در اتصالات در نظر گرفته می‌شود. 

4- مطالعات اجزاء محدود با نرم افزار آباکوس

4-1- شرایط مرزی و شبکه بندی

در این مقاله شرایط مرزی مدل های عددی منطبق بر مدل آزمایشگاهی مرجع [1]. انتخاب شد و از آن برای صحت سنجی نتایج المان محدود استفاده شد. همچنین برای دست یابی به دقت بالا در استخراج نتایج، از مش بندی بسیار ریز استفاده شد. در شکل(4) مدل اجزاء محدود نمایش داده شده است.

 

 

شکل 4- مدل اجزاء محدود

4-2- صحت سنجی مدل ها به روش اجزای محدود

برای صحت سنجی نتایج حاصل از نرم افزار آباکوس مدل آزمایشگاهی که توسط جانگ شی و همکاران [16] مورد آزمایش قرار گرفت. انتخاب گردید. این مدل شامل یک ستون با مقطع H300*250*12*8 و یک تیر با مقطع H300*200*12*8 می باشد ستون به صورت صلب به وسیله دو ردیف سه تایی پیچ M8.8 با قطر 20 میلی متر به تیر متصل است. در شکل(5) مدل آزمایشگاهی و مدل عددی نمایش داده شده است. در این مدل از چند مصالح متفاوت استفاده شده بود که در مدل سازی مشخصات مصالح مطابق با گزارش آزمایشگاهی اعمال شد.

 

 

 

 

شکل 5- مدل آزمایشگاهی و مدل عددی[16]

این مدل تحت اثر بار یک طرفه تحلیل شد. شرایط مرزی و بارگذاری در نرم افزار نیز مطابق شرایط آزمایشگاهی لحاظ گردید. در شکل (6) نتایج نرم افزار با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است که حاکی از دقت بالای مدل سازی تجزاء محدود می‌باشد.

 

 

شکل 6- مقایسه پوش آور لنگر-دوران مدل صحت سنجی

4-3- مدل‌های عددی

در این بخش 14 مدل اجزاء محدود معرفی می‌شود. اتصالات طراحی شده از نوع اتصال با صفحه انتهایی 8 پیچ می‌باشد. لازم به ذکر است در تمامی مدل‌ها ابعاد پیچ ها و ضخامت سایر المان‌ها که ذکر نشده‌اند ثابت و مطابق مدل مبنا است. جهت سهولت ارجاع نوع اتصال، از نامگذاری قراردادی استفاده شده است. نام مدل‌ها از دو بخش که بخش اول شامل حروف و بخش دوم شامل عدد است تشکیل شده است. حروف نمایش داده شده در بخش اول نام گذاری  مدل TSCP ،که بیانگر T-sub Connected Plate اتصال درختی با صفحه انتهایی می‌باشد و TSCT، بیانگر T-sub Connected Triangular برای مدل اولیه دارای لچکی می‌باشد و عدد بعد از آن معرف ضخامت سخت کننده بر حسب میلیمتر است که به ترتیب برابر 8 و25 و 30 می باشد. و اتصال TSCPB2 و TSCPL به ترتیب معرف مدل با تغییرات در عرض و طول ناحیه ضعیف شده است که عدد پس از آن بر حسب میلیمتر نشان دهنده عرض و طول ناحیه ضعیف شده می‌باشد. همچنین مدل‌های با نام TSCPS شامل مدل‌های با تغییر در طول محل اتصال به ستون هستند که عدد پس از آن بیانگر طول این ناحیه است. در جدول (1) مشخصات مدل‌ها لیست شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 1- مشخصات مدل های عددی

Model	Lcol-sid	b yield (mm)	Ly-link (mm)	Connection stiffness thickness (mm)	stiffness thickness (mm)
TSCP	100	80	153	17	20
TSCT	100	80	153	17	20
TSCT-8	100	80	153	17	8
TSCT-25	100	80	153	17	25
TSCT-30	100	80	153	-	30
TSCPB2-48	100	48	153	-	-
TSCPB2-96	100	96	153	-	-
TSCPB2-192	100	192	153	-	-
TSCPL-48	205	80	48	-	-
TSCPL-96	157	80	96	-	-
TSCPL-144	109	80	144	-	-
TSCPS-144	144	80	109	-	-
TSCPS-192	192	80	61	-	-
SCSPS-240	240	80	14	-	-

 

 

5- بحث و نتیجه گیری

5-1- بررسی پارامتر Ly-link بر رفتار اتصال

برای بررسی اثر طول ناحیه تسلیم بر رفتار سیستم در شکل (7) نمودار پوش آور مدل‌های با طول مختلف ترسیم شده است. مقایسه نمودار مدل‌ها نشان می دهد که طول ناحیه تسلیم تاثیری بر رفتار سیستم ندارد. البته در تمام مدل‌ها طول به نحوی در نظر گرفته شده که دچار کمانش نشود. بنابراین م‌توان گفت که اگر شرایط عدم کمانش اتصال مهیا گردد، طول ناحیه لاغر شدگی تاثیر بر رفتار نخواهد داشت. با توجه به اینکه نمودارها دارای اختلاف چندانی نیستند لذا جذب انرژی، سختی و مقاومت آن‌ها نیز اختلافی نخواهد داشت.

با توجه به تنش های تسلیم ایجاد شده در شکل (8) می توان دریافت که تنها عامل ایجاد کمانش در قسمت میانی ورق ضعیف شده، افزایش پارامتر طول میانی Ly-link می باشد. از سوی دیگر با با افزایش و یا کاهش مقدار پارامتر طول اولیه Lcol-side هیچگونه تغییری در رفتار کمانشی ورق ضعیف شده، مشاهده نمی شود.

 

شکل 7- نمودار پوش آور مدل های β1

 

 

 

 

TSCPS-240

TSCPS-48

شکل 8- وضعیت تسلیم در مدل‌های TSCPS-240 و TSCPL-48

 

5-2- بررسی پارامتر byield بر رفتار اتصال

در شکل (9) نمودار پوش آور و شکل (10) نمودار سختی مدل‌ها برای بررسی اثر عرض اتصال بر رفتار مدل نمایش داده شده است. اگر عرض اتصال به اندازه عرض تیر تغییر کند به عبارتیbyield /bflange=1 یعنی اتصال کامل ایجاد شده است. در نمودارها برای راحتی مقادیر byield /bflange به صورت β2 نشان داده شده اند. این نمودارها نشان می‌دهد، اتصال سیمپسون در ناحیه الاستیک رفتاری همانند اتصال خمشی کامل را تامین می‌کند. اما از دریفت 2% به بعد با شروع تسلیم در محل لاغرشدگی، منحنی مقداری افت پیدا می‌کند. این افت تغییری در شیب نمودار ایجاد نمی‌کند لذا سختی حتی با عرض کمتر نیز دچار کاهش چندانی نمی‌شود.

 

 

شکل 9- نمودار پوش آور مدل های β2

 

 

 

شکل 10- نمودار سختی مدل های β2

نتایج نشان می‌دهد که با کاهش عرض مقطع به اندازه 75% ظرفیت لنگر سیستم تنها 6% کاهش پیدا می‌کند. این نکته می‌تواند در طراحی‌ها منظور شود که انتخاب مقطع عریض تر رفتار سیستم را به طور قابل ملاحظه‌ای تحت تاثیر قرار نخواهد داد.

با توجه به شکل (11) بیشترین کمانش در ورق ضعیف شده در مدل TSCPB2-48مشاهده می‌شود، که علت آن مقدار عرض میانی ورق ضعیف شده است، که در مدل TSCPB2-192 این مقدار دقیقا با عرض بال تیر برابر می‌باشد، پس با کاهش پارامتر عرض میانی β2 کمانش افزایش می‌یابد. با توجه به اینکه نیاز ما از ورق ضعیف شده ایجاد و تمرکز تنش در ناحیه ضعیف شده آن می‌باشد. پس مدل با عرض 48 میلی متر، حالت ایده آل جهت تمرکز تنش در محل مورد نظر است.

 

 

 

 

 

 

شکل 11- وضعیت تسلیم در مدل TSCPB2-48

 

5-3- بررسی پارامتر Lcol-side  بر رفتار اتصال

در شکل (12) نمودار پوش آور و شکل (13) سختی مدل های با β3های مختلف با مدل مبنا مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد که تغییرات طول Lcol-side تاثیر ناچیزی بر رفتار اتصال دارد. البته با تغییر این چرخه مقاومت و جذب انرژی سیستم مقداری کاهش پیدا می‌کند که قابل ملاحظه نمی‌باشد. بنابراین در بخش بعد اثر افزودن سخت کننده به این ناحیه بررسی می‌گردد.

 

 

شکل 12- نمودار پوش آور مدل های β3

 

شکل 13- نمودار سختی مدل های β3

5-4- بررسی پارامتر سخت شدگی بر رفتار اتصال

با قرار دادن سخت کننده در محل اتصال تیر به ستون انتظار می‌رود که در طول Lcol-side سختی مضاعفی ایجاد شود که مانع از تسلیم اتصال در این طول شود و تسلیم به محل تضعیف شده هدایت شود. هر چند بدون قرار دادن سخت کننده نیز انتظار می‌رود که تسلیم در محل لاغرشدگی اتصال اتفاق بیفتد اما قطعا تاثیر سخت کننده بیشتر خواهد بود. بدین منظور برای بررسی اثر سخت کننده بر رفتار اتصال، در شکل (14) نمودار پوش آور و در شکل (15) نمودار سختی مدل با سخت کننده با ضخامت مختلف با هم مقایسه شده است. در تمام سخت کننده‌ها نسبت طول به ضخامت به نحوی انتخاب شده است که در سخت کننده کمانش موضعی ایجاد نشود. این نمودارها نشان می‌دهد که افزون سخت کننده به اتصال باعث بهبود رفتار آن در ناحیه غیرالاستیک می‌شود اما تاثیری در رفتار اتصال در ناحیه الاستیک ندارد. همچنین تاثیری بر سختی اتصال در ناحیه الاستیک و غیرالاستیک نخواهد داشت. با توجه به اینکه با افزودن سخت کننده به مدل مبنا، منحنی به سمت بالا سوق پیدا می کند لذا جذب انرژی و مقاومت اتصال افزایش می یابد. در جدول (2) مقدار افزایش جذب انرژی

و مقاومت لیست شده است. نتایج این جدول نشان می دهد با افزودن سخت کننده مقدار جذب انرژی بین 11% تا 13% و مقاومت بین 9% تا 14% افزایش پیدا می کند. از آنجا که افزودن سخت کننده باعث افزایش اندک مصالح می شود لذا پیشنهاد می شود که همواره از سخت کننده در این نوع اتصال استفاده شود.

 

شکل 14- نمودار پوش آور مدل های با سخت کننده

 

شکل 15- نمودار سختی مدل های با سخت کننده

 

6- پارامتر های موثر صلبیت، شکل پذیری، مقاومت  بر رفتار اتصال

در بخش 3 صلبیت اتصال معرفی شد. نتایج جدول (3) نشان می دهد که صلبیت اتصال سیمپسون خیلی بیشتر از مقدار حداقل تعریف شده برای ارزیابی صلبیت اتصال است. بنابراین تحلیل این اتصال به عنوان یک اتصال صلب با دقت بالایی به واقیعت نزدیک است.

در جدول (4) طبقه بندی مدل‌ها بر حسب تعریف شکل پذیری بخش 3 لیست شده است. نتایج نشان می‌دهد که اتصال سیمپسون با هر ابعادی، شرایط یک اتصال با شکل پذیری بالا را خواهد داشت. البته در صورت استفاده از سخت کننده شکل پذیری اتصال در بیشترین حالت ممکن قرار خواهد گرفت.

در جدول (5) نسبت ظرفیت خمشی اتصال به لنگر پلاستیک تیر لیست شده است. نتایج این جدول نشان می دهد که  برای مدل‌های مختلف بین 60/1 تا 14/2 متغیر است که نشان می‌دهد این اتصال همواره در رده اتصالات خمشی کاملا مقاوم طبقه بندی می‌شود. بنابراین با اطمینان می توان از ضوابط AISC برای طراحی اتصال استفاده نمود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 2- مقایسه جذب انرژی و مقاومت اتصال

		Mmax (KN.m)	E (KN.m)	Model
1	1	886.49	48.81	TSCP
1.09	1.11	963.34	54.45	TSCT
1.13	1.12	998.68	54.72	TSCT-8
1.13	1.12	998.68	54.66	TSCT-25
1.14	1.13	1010.79	55.53	TSCT-30

جدول 3- صلبیت اتصال مدل های عددی

 

جدول 4- شکل پذیری اتصال مدل‌های عددی

Rigidity	(KN.mm)		Model
Rigid	123.12	153	TSCP
Rigid	113.82	141	TSCPL-48
Rigid	113.49	141	TSCPL-96
Rigid	112.53	140	TSCPL-144
Rigid	133.79	166	TSCT
Rigid	124.83	155	TSCT-8
Rigid	124.83	155	TSCT-25
Rigid	121.78	151	TSCT-30
Rigid	109.95	137	TSCPB2-48
Rigid	113.21	141	TSCPB2-96
Rigid	117.39	146	TSCPB2-192
Rigid	113.77	141	TSCPS-144
Rigid	113.77	141	TSCPS-192
Rigid	116.24	145	TSCPS-240

Ductility Classification		U (Rad)ϴ	Model
AISC	Eurocode
SMF	High ductility	0.072	TSCP
SMF	High ductility	0.072	TSCT
SMF	High ductility	0.080	TSCT-8
SMF	High ductility	0.080	TSCT-25
SMF	High ductility	0.083	TSCT-30
SMF	High ductility	0.072	TSCPB2-48
SMF	High ductility	0.072	TSCPB2-96
SMF	High ductility	0.072	TSCPB2-192
SMF	High ductility	0.072	TSCPL-48
SMF	High ductility	0.072	TSCPL-96
SMF	High ductility	0.072	TSCPL-144
SMF	High ductility	0.072	TSCPS-144
SMF	High ductility	0.072	TSCPS-192
SMF	High ductility	0.072	TSCPS-240

 

جدول 5- مقاومت اتصال مدل‌های عددی

 

 

Classification			Model
کاملا مقاوم	1.80	886.48	TSCP
کاملا مقاوم	2.04	963.34	TSCT
کاملا مقاوم	2.11	998.64	TSCT-8
کاملا مقاوم	2.11	998.64	25-TSCT
کاملا مقاوم	2.14	1010.79	30-TSCT
کاملا مقاوم	1.60	791.62	48-TSCPB2
کاملا مقاوم	1.72	815.11	96-TSCPB2
کاملا مقاوم	1.79	845.25	TSCPB2-192
کاملا مقاوم	1.73	819.49	48-TSCPL
کاملا مقاوم	1.73	817.15	96-TSCPL
کاملا مقاوم	1.71	810.25	144-TSCPL
کاملا مقاوم	1.73	819.15	144-TSCPS
کاملا مقاوم	1.73	819.15	192-TSCPS
کاملا مقاوم	1.77	836.96	240-TSCPS

7- نتیجه گیری

 

در این مقاله رفتار اتصال درختی-سپری سیمپسون مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا اثر تغییرات هندسه اتصال بر رفتار آن مورد ارزیابی قرار گرفت که در زیر نتایج به صورت خلاصه دسته بندی شده است.

1- رفتار اتصال متاثر از تغییرات هندسه آن است. اما با تغییرات هندسه، اتصال همواره به عنوان اتصال خمشی ویژه قابل استفاده است.

2- تنش فون مایسز تمامی مدل های اتصال درختی با لجکی (TSCT) دارای مقادیر قابل توجهی در طول اولیه و طول میانی ورق ضعیف شده می باشد.

3-عرض میانی ورق ضعیف شده با مقدار کمانش آن رابطه عکس دارد، یعنی هر چقدر مقدار عرض میانی ورق بیشتر باشد، مقدار کمانش در آن کمتر است. با توجه به اینکه نیاز ما از ورق ضعیف شده ایجاد و تمرکز تنش در ناحیه ضعیف شده آن می‌باشد. پس مدل با عرض 48 میلی متر، حالت ایده آل جهت تمرکز تنش در محل مورد نظر است.

4-باتوجه به نتایج بدست آمده از مدل های اتصال درختی با صفحه انتهایی و طول میانی متغیر (TSCPL)، با افزایش طول میانی صفحه ضعیف شده مقادیر لنگرها افت ناچیز دارد که قابل صرف نظر است.

5- با کاهش عرض مقطع به اندازه 75% ظرفیت لنگر سیستم تنها 6% کاهش پیدا می‌کند. این نکته می‌تواند در طراحی‌ها منظور شود که انتخاب مقطع عریض تر رفتار سیستم را به طور قابل ملاحظه‌ای تحت تاثیر قرار نخواهد داد.

6- در صورت استفاده از سخت کننده در ناحیه ضعیف شده، تسلیم در طول بیشتری توزیع می‌شود لذا مانع تمرکز تنش در این ناحیه می‌گردد. با افزودن سخت کننده مقدار جذب انرژی بین 11% تا 13% و مقاومت بین 9% تا 14% افزایش پیدا می کند. از آنجا که افزودن سخت کننده باعث افزایش اندک مصالح می شود بنابراین استفاده از سخت کننده در ناحیه ضعیف شده برای بهبود رفتار اتصال توصیه می‌گردد.

7- مدل‌ دارای لچکی (TSCT-30) رفتار بسیار مطلوبی در مقایسه با سایر نمونه ها نشان داد. این اتصال دارای مشخصه‌های لرزه‌ایی شامل شکل پذیری، اتلاف انرژی و مقاومت بالا است و یک انتخاب بهینه و منطقی در مناطق با لرزه خیزی بالا محسوب می‌شود.

 

مراجع

[1] Katula, L., Dunai, L., Experimental study on standard and innovative bolted end-plate beam-to-beam joints under bending, steel and composite structures., Vol. 18, 2015, pp. 1423-1450.

[2] Moslehi Tabar, A., Deylami, A., Investigation of major parameters affecting instablility of steel beams with RBS moment connection, steel and composite structures., Vol. 6, 2006, pp. 203-219.

[3] Liu, Y., Lu, Zh., Seismic behavior of suspended building structures with semi-rigid connections, earthquake and structures, Vol. 7, 2014, pp. 415-448.

[4] Sagiroglu, M., Aydin, A., Design and analysis of non-linear space frames with semi-rigid connections, steel and composite structures., Vol. 18, 2015, pp. 1405-1421.

[5] Saleh, A., Zahrai, M., Mirghaderi, R., Experimental study on innovative tubular web RBS connections in steel MRFs with typical shallow beams, structural engineering and mechanics., Vol. 57, 2016, pp. 758-808.

[6] Li, S., Li, Q., Jiang, H., Zhang, H., Experimental study on a new type of assembly bolted end-plate connection, steel and composite structures., Vol. 26, 2018, pp. 463-471.

[7] Chen, Z., Xu, J., Chen, Y., Su, Y., Seismic behavior of T-shaped steel reinforced high strength concrete short-limb shear walls under low cyclic reversed loading, structural engineering and mechanics., Vol. 57, 2016, pp. 681-701.

[8] CH, L., System seismic performance of haunch repaired steel MRFs: dual panel zone modeling and a case study, structural engineering and mechanics., Vol. 6, 2018, pp. 125-141.

[9] Ashakul, A., Khampa, K., Effect of plate properties on shear strength of bolt group in single plate connection, steel and composite structures., Vol. 16, 2014, pp. 611-637.

[10] Adany, S., Calado, L., Dunai, L., Experimental study on the cyclic behaviour of bolted end-plate joints, steel and composite structures., Vol. 1, 2001, pp. 33-50. 

[11] Fang, C., Yam, M., Lam, A., Xie, L., Cyclic performance of extended end-plate connections equipped with shape memory alloy bolts, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 94, 2014, pp. 120-136.

[12] Ma, H., Wilkinson, T., Cho, C., Feasibility study on a self-centering beam-to-column connection by using the superelastic behavior of SMAs, Smart Material and Structure, Vol. 16, No. 3, 2007.

[13] ANSI, Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications, ANSI/AISC 358-16, 12 May 2016.

[14] وتر، م، قمری، ع، طراحی سازه های فولادی در برابر زلزله، تهران، سیمای دانش، چاپ اول، 1393

[15] E. C. f. Standardization, EN 1998 –1:2004, Eurocode 9, design of structures for earthquake general rules, seismic actions and rules for buildings, 2005.

 [16] Shi, G., Shi, Y., Wang, Y., Behaviour of end-plate moment connections under earthquake loading, Engineering Structures, Vol. 29, 2007, pp. 703-716

 

 

 

---

مقالات مرتبط