تخریب اتصالات گیردار در زلزله نورثریج و روش های اصلاح آن ( 128 اسلاید )

-بعد از وقوع زلزله نرتريج آمريکا در سال 1994 و آسيب شديد اتصالات گيردار ، پژوهشگران به اين نقطه پي بردند که دليل اساسي آسيب هاي وارده به اتصالات ايجاد مفصل پلاستيک در محل اتصال تير به ستون مي باشد. از قاب خمشی فولادی ویژه به عنوان یک سیستم بسیار انعطاف پذیر انتظار می رود ، رفتار غیر الاستیک قابل توجهی که در اعضای متعدد آن تحت زلزله های شدید بوجود می آید را تحمل نمایند.

-هدف مهندس طراح اینست که نقطه اولیه این رفتار غیر الاستیک به صورت مفاصل پلاستیک در  تیرها و در نزدیکی اتصال تیر به ستون بوجود آید.

-از دهه ۱۹۶۰ سیستم قاب خمشی فولادی به عنوان یک سیستم سازه ای مناسب مطرح گردید، متأسفانه در سال های ابتدایی این تصور غلط وجود داشت که قاب خمشی فولادی تنها به سبب خصوصـیات ذاتـی خود و به هر نحوی که طراحی شود قادر خواهد بود به کمک جاری شدن اعضا و اتصالات خـود نیروهـای ناشی از زلزله را بدون گسیختگی تحمل نماید.

-بر اساس همین تفکـر اشـتباه بسـیاری از سـاختمان هـای صنعتی و تجاری و مسکونی توسط قاب های خمشی طراحی و ساخته شـدند . امـا تجربـه زلزلـه نـورثریچ بسیاری از این تصورات نادرست را به چالش کشید.  پس از آن مشاهده شـد کـه اتصـالات تیـر بـه سـتون بسیاری از این ساختمان ها دچار گسیختگی ترد شده و طیف وسیعی از ساختمان های فولادی با سیستم قاب خمشی نتوانسته اند ، عملکرد مورد انتظار را تأمین نمایند.

-قبل از زلزله ی 1994 Northridge  قاب های فولادی مقاوم در برابر خمش با اتصالات جوشی، در مناطق لرزه ای و زلزله خیز آمریکا بسیار معمول بودند. در این قاب ها از اتصالات گیردار جان پیچی و بال جوشیBWWF ( Bolted Web Welded Flange )  استفاده می شد.

 با مطالعات آزمایشگاهی مجدد بر اتصال BWWF   شکل پذیری و اتلاف انرژی بسیار کم و شکست ترد در جوش های بال تیر به ستون ، در تغییر مکان های اندک برای آن مشاهده گردید .

واکنش اولیه به تخریب در اتصالات گیردار :

• تا حدی حذف ناگهانی اتصال بال جوش شده تیر به بال ستون از آیین نامه ساختمان آمریکا و مثال های طراحی
• بررسی متمرکز و فعالیت های آزمایشگاهی برای درک عوامل آسیب و توسعه اتصالات بهبود یافته

روند تحقیقات اتصالات گیردار بعد از نورثریج :

-زلزله ی فوق و متعاقب آن شکستهایی که در محل اتصال تیر به ستون مشاهده شدند، نشان داد که اتصال جوشی تیر به ستون نسبت به بارهای رفت و برگشت لرزه ای بسیار حساس است. این نوع شکست شامل ترکهای بسیار ریز (که تنها با آزمایشات غیرمخرب Nondestructive Tests  قابل تشخیص هستند) و شکستهای بزرگ (که حتی کل عمق ستون را در بر می گرفت) در مجاورت ستون بوده است .

-بعد از وقوع زلزله های نورتریج در سال ۱۹۹۴و کوبه در سال ۱۹۹۵رفتار نامناسب اتصالات گیردار تیر به ستون قابهای خمشی فولادی، موجب شروع تحقیقات وسیعی در مورد رفتار اتصالات تیر به ستون در سیستم های مقاوم جانبی انجام شود .

-سرمایه گذاری عظیم موسسه FEMA نمونه ای از این مطالعات است که یکی از پروژه های آن، پروژه شش ساله گروه SAC می باشد. هدف این پروژه یافتن راهکاری برای جلوگیری از رفتار ترد اتصالات بود.

-حاصل این پروژه،  تغییرات و اصلاحات زیادی در مورد نحوه طراحی اتصالات تیر به ستون در قابهای خمشی بود که پس از آن اتصالات خمشی متنوعی ابداع شدند که همگی تلاش می کردند مشکلات مشاهده شده در قاب های خمشی در این زلزله ها را رفع کنند.

• دور کردن مفصل پلاستیک از بر ستون :

-در تیرهایی با اتصال صلب ، تشکیل مفصل پلاستیک در اثر رسیدن لنگر ناشی از بارهای خارجی به لنگر پلاستیک بسیار محتمل است.  در اثر تشکیل مفصل پلاستیک، در محل تشکیل مفصل بدون اعمال نیروی اضافی، تیر شروع به دوران می کند. در اثر افزایش نیرو در محل تشکیل مفصل، کم کم مقطع گسیخته خواهد شد.  به طور کلی ما تمایل نداریم که محل تشکیل این مفصل دقیقاٌ در محل اتصال تیر به ستون یا در نزدیکی بر ستون باشد. در صورتی که مفصل در این نقاط تشکیل شود، احتمال ناپایداری موضعی و حتی کلی سازه به وجود خواهد آمد.

-به منظور بهبود رفتار اتصال صلب روش های مختلفی پیشنهاد شد که هدف آنها اطمینان از تقدم خرابی (تشکیل مفصل پلاستیک) در تیرها نسبت به ستون و اتصال می باشد. این روش ها را در قالب دو شیوه کلی می توان تقسیم بندی کرد:

• روش اول : تقویت خود اتصال با استفاده از سخت کننده یا لچکی
• روش دوم : تضعیف تعمدی تیرهای متصل به ستون

-اتصالات از پیش تائید شده گیردار به گونه‌ای تبیین شده‌اند که قابلیت تحمل تغییرشکل‌های غیرخطی اولیه با هدف تسلیم کنترل شده را داشته باشند.  مروری بر اتصالات از پیش تائید شده نشان می‌دهد که این هدف یا با تقویت اتصال یا با ضعیف کردن تیر متصل به دست می‌آید ، تا مفصل پلاستیک در ناحیه تیر تشکیل شود که رفتار پیچیده کمتر و یک حالت تنش سه ‌محوری پایین‌تری دارد.

-هدف از هدایت امکان تشکیل مفصل پلاستیک و جاری شدن فولاد از محل اتصال تیر به ستون به انتهای تیر ، اهمیت ستون در حفظ پایداری سازه است ، در حالی که با خرابی یک یا چند تیر در سازه ممکن است خللی به پایداری کل سازه ایجاد نشود.

• روش اول : تقویت خود اتصال

تقویت اتصال با استفاده از ورقهاي پوششی، تقویت با لچکی (سخت کننده)، تقویت با ایجاد ماهیچه یا تقویت با ورقهاي کناري و سایر روش هاي مناسب دیگر انجام می گیرد.

-انواع اتصالات فلنجی تیر به ستون بر اساس استفاده از سخت کننده به صورت زیر میشود :

• اتصال گیردار تیر به ستون از طریق ورق انتهایی با سخت کننده BUEEP
• اتصال گیردار تیر به ستون از طریق ورق انتهایی بدون سخت کننده BSEEP

اتصال گیردار با استفاده از صفحات کناری Side Plate  :

-منظور از صفحات کناری Side Plate , صفحاتی است که به صورت موازی با جان تیر در دو طرف بال های تیر قرار گرفته اند و از طرفی به بال تیر و از طرفی به ستون جوش می شوند.هدف استفاده از این نوع اتصال در طراحی قابهای تنشی فولادی ، از بین بردن تمرکز تنش های پیچیده ذاتی هندسه ای اتصالات متعارف می باشد. در این اتصال تنشهای ناشی از خمش و برش از طریق ورقه های اتصال که دو طرف تیر و ستون را در بر می گیرند انتقال می یابد .

• روش دوم : تضعیف تعمدی تیرهای متصل به ستون

-در چاره اندیشی برای بهبود عملکرد اتصالات خمشی ، اتصال با کاهش در مقطع تیر به نام RBS ( Reduced Beam Section )  پیشنهاد گردید.

-اتصال گیردار کامل تیر با مقطع کاهش یافته به عنوان یک اتصال از پیش تائید شده تیر به ستون برای استفاده در سازه اسکلت فلزی با قاب خمشی متوسط و ویژه معرفی شده است. در این حالت به فاصله ی اندکی از بر ستون به صورت موضعی در مقطع تیر باریک شدگی ایجاد می گردد تا ظرفیت خمشی تیر در آن منطقه کاهش یابد. با این عمل مفصل پلاستیک دور از اتصال تیر به ستون و در خود تیر ایجاد می شود و از شکست در اتصال و جوش بال تیر به ستون جلوگیری می گردد.

-مهمترین مزیـت این اتصال نسبت به اتصال خمشی رایج قبل از زلزله نورثریچ شکل پـذیری آن مـی باشـد. شـکل پـذیری عامل اصلی در رفتار پلاستیک مناسب یک سیستم سازه ای می باشد و عامل اتلاف انرژی ورودی به سازه در هنگام زلزله می باشد.

-حذف مصالح تیر در یک فاصله مشخص از بال ستون یک ناحیه “ضعیف” در تیر ایجاد کرده که یک محل قابل اعتماد برای کرنش‌های غیرالاستیک به اندازه کافی دور از فلز جوش ترد می‌باشد.

-برای ساختن یک ناحیه ضعیف قابل پیش‌بینی، قسمتی از بال تیر انتخابی در نزدیکی اتصال تیر-ستون بریده می‌شود. بخش بریده شده از بال تیر سطح مقطع را کاهش داده و ظرفیت خمشی تیر نیز کاهش می‌یابد. به دلیل مشخصه گرادیان خمشی در رفتار قاب‌های خمشی، مفصل پلاستیک تیر در محل مقطع کاهش یافته شکل می‌گیرد.

برای دیدن لیست کامل مطالب داخل این پاورپوینت 128 اسلایدی قسمت "اطلاعات بیشتر" را ملاحظه نمائید.

فایل های کمکی : 1-فایل پی دی اف در مورد مطالعه اتصالات گیردار قبل از زلزله نورثریج  در 222 صفحه و به زبان انگلیسی 2-فایل پی دی اف در مورد عملکرد سازه های فولادی در زلزله نورثریج در 23 صفحه و به زبان انگلیسی 3-فایل پی دی اف در مورد طراحی اتصالات گیردار  در 200 صفحه و به زبان انگلیسی 4-فایل پاورپوینت در مورد اتصالات مقاوم فولادی در برابر زلزله در 24 اسلاید و به زبان انگلیسی توجه : اگر به اطلاعات بیشتری در مورد زلزله نورثریج احتیاج دارید ، پاورپوینت " بررسی جامع زلزله نورثریج " را دانلود نمائید .