مهاربند EBF واگرا – تیر پیوند (فیوز)

در: سیستم مهاربندی (بادبند), مهاربند واگرا

مقاومت هر سازه در برابرزلزله به نوع ساخت سازه و به کار گیری اصول و قوانین مهندسی در طراحی و اجرای آن و به بزرگی و قدرت زلزله بستگی دارد. قابهای مهاربندی برون محور دارای سختی و شکل پذیری مناسبی می باشند . در این قابها مهاربند تامین کننده سختی سازه و
لینک (تیر پیوند ) باتوجه به مقدار طول آن تامین کننده شکل پذیری میباشد .

مهاربند های واگرا Eccentrically Braced Frames

ایده اولیه مهاربند های EBF و تیر پیوند توسط پوپوف ارائه شد.اصل در استفاده این نوع باد بند اغنای شکلپذیری بهتر و استهلاک بیشتر انرژی زلزله توسط سازه می باشد.اما گاه به اشتباه هدف اصلی استفاده از این نوع بادبند مسائل معماری (بازشو ها شامل در و پنجره و ….) بیان میشود.

به طور کلی به همه المان هایی که در زلزله نقش استهلاک کننده انرژی را دارند المان فیوز گفته می شود تیر پیوند نیز به نام تیر فیوز شناخته می شود.  همانطور که در برق کشی ساختمان به محض ورود یک نوسان جریان برق، فیوز برق قطع شده تا سایر قطعات برقی و سیم کشی ساختمان آسیب نبیند، در سازه نیز المان های فیوز به محض وارد شدن ارتعاشات لرزه ای شروع به جذب و استهلاک انرژی می کنند تا دیگر قسمت های سازه آسیب نبیند.

طراحی بر اساس ارزش

مقدمه ای بر روش جدید طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد (طراحی بر اساس ارزش)
در روش سنتی طراحی بر اساس عملکرد که عموم آیین نامه های بهسازی مثل (ASCE41-13 , FEMA356 و نشریه ۳۶۰) معمولا به این صورت عمل میشد که تحت چند سطح خطر مشخص طراحی سازه به نحوی صورت می‌گرفت که در هر سطح خطر سازه سطح عملکردی مورد انتظار (خدمت رسانی بی وقفه، ایمنی جانی، آستانه فروریزش و ...) را بر آورده کند. یکی از مشکلات اساسی روش سنتی طراحی بر اساس عملکرد آن است که باید حدودی از تغییرشکل، دریفت و ... برای هر سطح عملکردی باید تعریف شود که انتخاب این اعداد کار ساده ای نیست و منطق مشخصی ندارد (مثلا نسبت دریفت ۰.۷ درصد برای خدمت رسانی بی وقفه، ۲ درصد برای ایمنی جانی و ۵ درصد برای آستانه فروریزش مطابق FEMA440 و سایر حدودی که برای چرخش پلاستیک مفاصل پلاستیک تعریف میشود) نکته دیگر آنکه آیا فقط توجه به تغییرشکل های سازه و ارضای سطوح عملکردی میتواند منجر به بهینه ترین و ایمن ترین طرح شود؟ و اینکه گفتن سطوح عملکردی به مالکان ساختمان آیا دیدی به آنها میدهد که به صورت کیفی در رابطه با اقتصاد طرح قضاوت کنند؟ این محدودیت ها باعث شد تا شکل جدیدی از طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد طی پروژه ATC13 شکل بگیرد که نتیجه نهایی کار در نشریه FEMAp58 منتشر شده است. در روش جدید طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد که بهتر است اسم آن را طراحی لرزه ای بر اساس ارزش بگذاریم (VBD)، هیچ گونه حدودی لازم نیست برای دریفت و چرخش پلاستیک مقاطع و سطح عملکردی تعریف شود چرا که این حدود جهت دستیابی به طرح اقتصادی که کمترین هزینه چرخه عمر را دارد، قابل محاسبه هستند. این روش توام با مفاهیم آمار و احتمالات و مبتنی بر روشهای ارزیابی اقتصادی است.
 

در این روش تحت هر سطح خطر لرزه ای سازه را تحلیل غیرخطی نموده و مقادیر دریفت حداکثر طبقات سازه تحت هر سطح خطر لرزه ای تعیین میشود، از آنجایی که دریفت معیار خوبی برای ارزیابی خسارت سازه ای و غیرسازی است، تحت هر دریفت مطابق جداول ارائه شده در نشریه FEMAp58، درصد خسارت محاسبه میشود و از روی میزان خسارت تعمیرسازه تحت هر زلزله، مدت زمانی که تعمیر سازه به طول می انجامد و خسارت به خاطر از دست رفتن کاربری و تجهیزات و هزینه تلفات جانی (دیه افراد) ... ، میتوان تحت هر سطح خطر لرزه ای کل هزینه را بدست آورد این هزینه ها با توجه به دوره بازگشت زلزله به هزینه های زمان حال از روش های ارزیابی اقتصادی (با فرض نرخ سود) تبدیل می شود و با هزینه ساخت جمع میشود و بدین ترتیب هزینه چرخه عمر سازه بدست می آید و با این عدد و مقایسه بین طرح ها میتوان طرح برتر اقتصادی و ایمن را انتخاب نمود. لازم به توضیح است که در طراحی سنتی عملکردی طراحی سازه تحت زلزله های شدیدتر هر چند خسارت کم میشود اما به علت افزایش هزینه اولیه ممکن است اقتصادی نباشد و در مقابل نیز طراحی سازه تحت زلزله های با شدت کمتر نیز هر چند هزینه اولیه را کاهش میدهد اما خسارت مالی و جانی و از دست رفتن کاربری آن تحت زلزله طراحی و شدیدتر بیشتر خواهد بود، بنابراین طرح برتر از بین چند گزینه به راحتی قابل انتخاب نیست چون کیفی است (مثلا میگوییم خسارت کم میشود اما معلوم نیست چقدر کم میشود) اما در روش طراحی بر اساس ارزش چون همه چیز کمی است کارفرما (که لزوما مهندس سازه نیست) درک میکند طرح برتر چه ویژگی دارد و این روش صرفا به هزینه اولیه که معیار انتخاب طرح برتر در بین طراحان است، توجه نمی‌کند.
جالب است بدانید که طرح بهینه از دید روش طراحی بر اساس ارزش ممکن است سطوح عملکردی مجاز تعیین شده توسط روش طراحی سنتی بر اساس عملکرد را ارضا نکند!
 
تحلیل اقتصادی بخش مهمی از پروژه جامع یا برنامه ارزیابی با استفاده از روشی است که تمام اثرات کمی و کیفی و کلیدی سرمایه گذاری به عمل آمده در پروژه را مورد توجه قرار میدهد. در مسائل مهندسی روش های زیر جهت تحلیل اقتصادی مورد استفاده قرار میگیرد:
۱.تحلیل هزینه چرخه عمر(LCA)
۲.تحلیل هزینه تاثیر پذیری(CEA)
۳.تحلیل چند معیاری(MCA)
۴.تحلیل ریسک فایده (RBA)
۵.تحلیل هزینه فایده(CBA)
از بین روش های گفته شده در مباحث مهندسی عمران دو روش تحلیل هزینه فایده و تحلیل چرخه عمر متداول است
 
محمد طالبی کلاله

نیروی طراحی اتصالات فولادی

بطور کلی اتصالات تیر به ستون در قاب‌های خمشی ویژه بایستی برای ظرفیت تیر طرح شود و نه نیروهای حاصل از تحلیل. برای این منظور، محل مفصل پلاستیک در تیر تعیین شده و با فرض جاری شدن تیر در خمش، تصویر نیروی منتقل یافته به اتصال ملاک طراحی آن قرار می‌گیرد. همچنین در تعیین این نیروی ظرفیتی، بایستی ظرفیت مورد انتظار لحاظ شود، به این صورت که اثرات کرنش سختی و تنش تسلیم واقعی ملاک عمل قرار گرفته باشد. حداکثر لنگر محتمل، Mpr در محل مفصل پلاستیک تیر بصورت زیر تعیین می‌شود:
Mpr=Cpr*Ze*Ry*F*y
که در رابطه اخیر، Fy تنش تسلیم حداقل، Ry برابر نسبت تنش تسلیم مورد انتظار به تنش تسلیم حداقل مصالح، Cpr ضریب مربوط به اثرات کرنش سختی، قیدهای موضعی و سایر شرایط بوده که طبق رابطه 10-3-8-1 مبحث دهم، تعیین می‌شود. استثناً برای اتصالات گیردار از نوع تقویت نشده جوشی (WUF-W) مقدار Cpr=1.4 در نظر گرفته می‌شود. همچنین Ze اساس مقطع موثر در محل تشکیل مفصل پلاستیک است. مقدار Ze برای تیرهای معمولی برابر اساس مقطع پلاستیک کل مقطع می‌باشد و برای مقاطع RBS این اساس مقطع بایستی در محل مقطع کاهش یافته تعیین شود. این لنگر با خودش یک برش نیز به همراه دارد که از تعادل تعیین می‌شود. محل مفصل پلاستیک نیز به نوع جزئیات استفاده شده برای اتصالات بستگی دارد. در بخش 10-3-13 مبحث دهم، محل مفصل پلاستیک برای انواع اتصالات مختلف با  Sh معرفی شده است.

مفصل پلاستیک Auto و دستی

مفاصل پلاستیک در برنامه Sap به دو صورت تعریف میشود :
1- مفاصل به صورت Auto
2- مفاصل به صورت دستی
دقت داشته باشید که تفاوت این دو نوع مفصل در این است که پارامترهای مدل سازی و معیارهای پذیرش در مفصل به صورت Auto به صورت اتوماتیک با توجه به جداولی که برنامه از ایین نامه Fma356 در حافظه خود دارد استخراج میگردد اما در حالت دستی شما باید پارامترهای مدل سازی و معیارهای پذیرش را تعریف کنید
در فولاد تعریف کردن پارامترهای مدل سازی و معیارهای پذیرش کار سختی نیست
ولی در بتن چون پارامترهای مدل سازی و معیارهای پذیرش به نیروی محوری و برش تیر و ستون وابسته است بسیار کار مشکلی خواهد بود به همین دلیل استفاده از مفاصل Auto در بتن توصیه میشود.استفاده از مفاصل Auto محدودیتهایی دارد یکی از این محدودیتها مقطع عضو است یعنی شما به هر مقطعی نمیتوانید مفصل Auto را اختصاص دهید
مقاطع مجاز را میتوانید در Help برنامه ببینید
 
http://etabs-sap.ir/nonlinear-material-behavior/

اتصالات فولادی از پیش تایید شده گیردار

عملکرد اتصالات گیردار قبلا توسط آزمایش‌های تجربی مورد تایید قرار گرفته است. در اتصال گیردار جوشی به کمک ورق‌های روسری و زیرسری (WFP) ورق‌های بالایی و پایینی اتصال توسط جوش به بال‌های ستون جوش شده و از طرف دیگر به بال‌های تیر توسط جوش متصل می‌شوند. این اتصال را می‌توان فقط در قاب خمشی با شکل‌پذیری متوسط استفاده نمود. این اتصال در AISC وجود ندارد و الزامات آن توسط مبحث دهم داده شده است. بطور کلی اگرچه محل مفصل پلاستیک با فاصله از ستون قرار دارد، لیکن اگر این اتصال را طراحی کرده باشید، به ابعاد خیلی بزرگی برای ورق‌های روسری و زیرسری (بخصوص برای ورق روسری) خواهید رسید و عملکرد ضعیف‌تر آنها در دوران‌های بالا بصورت آزمایشی مورد اثبات قرار گرفته است. یکی از ایرادات وارد بر این اتصال به غیر از شکل ورق فوقانی که باید بر روی بال جهت اجرای جوش عرض کمتری داشته باشد، نحوه اجرای این اتصال است که تمام جوشکاری ورق‌ها به تیر باید در کارگاه صورت گیرد که این خود باعث عدم اجرا مناسب این جوش‌ها و در نهایت ضعف در آن خواهد شد.

در اتصال گیردار مستقیم تقویت نشده جوشی (WUF-W) عمده دوران خمیری در تیر و در بَر ستون ایجاد می‌شود. حالت‌های شکست نامطلوب، توسط جزئیات مناسبی که برای اتصال جوش بال تیر به بال ستون داده می‌شود، کنترل می‌گردد. این اتصال را می‌توان در قاب خمشی با شکل‌پذیری ویژه و متوسط استفاده نمود. محل مفصل پلاستیک (Sh) در روی تیر باید در محل بَر ستون در نظر گرفته شود (Sh=0). لیکن در داخل تیر و بر روی بال‌های فوقانی و تحتانی آن ایجاد می‌شود. از جمله جزئیات اصلاحی این اتصال که در آیین‌نامه‌های جدید بر روی آن تاکیده شده، اجرای سوراخ دسترسی زیر بال بالا و روی بال پایین بوده که مانع ایجاد تنش‌های سه محوری در این اتصال می‌شود. اجرای جوش نفوذی بال‌ها به ستون در کارگاه از ایردات وارد بر این اتصال است که می‌توان با اتصال درختی بر این مشکل غلبه نمود.
 

کاهش دریفت طبقات در قاب خمشی

جابجایی‌های جانبی ایجاد شده در یک قاب خمشی به دلیل دو عامل خمش و برش ایجاد می‌شود. برای فهم این موضوع می‌توان قاب خمشی را به صورت یک ستون یک سرگیردار در نظر گرفت. در این حالت اگر نیرویی به صورت جانبی بر آن اعمال شود، جابجایی‌های ایجاد شده در این ستون طره‌ای به سبب دو عامل خمش و برش می‌باشد. لیکن سهم برش در این جابجایی‌ها اغلب ناچیز می‌باشد و در صورتی که ستون کوتاه باشد، سهم برش در ایجاد این تغییرمکان‌ها می‌تواند قابل توجه باشد. در حین تغییرشکل خمشی و در اثر بارهای اعمال شده بر قاب، ستون‌های سمت بارهای جانبی کشیده و تمایل به بلند شدن دارند و ستون‌های سمت پشت به باد تمایل به فشردگی و کوتاه شدن دارند.
به صورت کلی مقدار تغییرمکان جانبی یک قاب خمشی را می‌توان ناشی از عوامل زیر دانست:
تغییرمکان طره‌ای به سبب تغییرطول ستون‌ها (15% تا 20%)
خمش ایجاد شده در تیرها (50% تا 60%)
خمش ایجاد شده در ستون‌ها (15% تا 20%)
تغییرشکل چشمه اتصال (ناحیه پانلی) (حدود 5%)
نقش تغییرشکل‌های ناشی از برش در چشمه اتصال نبایستی نادیده گرفته شود. همانطور که دیده می‌شود، سختی ناشی از تیرها حدوداً 50% سختی قاب را تامین می‌کند و با افزایش مقطع تیرها زودتر می‌توان دریفت سازه را کم کرد ولیکن باید به این نکته مهم توجه داشت که در حالتی که تیر قوی ایجاد نمایید، امکان ایجاد تیرقوی-ستون ضعیف ایجاد شده و مفاصل پلاستیک در حین بارهای لرزه‌ای، ممکن است در ستون‌ها ایجاد شده و سبب آسیب‌های جدی در سازه شود.
 
منبع: کانال دکتر علیرضایی

رفتار متریال غیرخطی

در تحلیل غیرخطی شما برای مدلسازی رفتاری اجزا از رابطه کلی نیرو- تغییر شکل یا منحنی‌های دیگری که رفتار را نشان می‌دهند استفاده میکنید. در شکل زیر به نقل از FEMA356 منحنی ساده شده کلی رفتار بار- تغییر شکل نشان داده شده است. این مدل از نقطه A (عضو فاقد بارگذاری) تا یک نقطه تسلیم مؤثر در B، خطی است و بین نقاط B و C سختی کاهش یافته‌ای به صورت خطی وجود دارد که با یک کاهش ناگهانی در مقاومت در برابر بار جانبی ازنقطه C به نقطه D می رسد و تا نقطه E ثابت می‌ماند.
سرانجام در این نقطه مقاومت به صفر کاهش می یابد. شیب از A تا B را می‌توان مطابق ضوابط فصل ششم دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای محاسبه نمود. شیب از نقطه B تا نقطه C، با نادیده گرفتن اثرات بارهای ثقلی بر تغییرشکل جانبی، بین صفر تا 10% شیب اولیه منظور میگردد مگر اینکه شیب دیگری با آزمایش یا تحلیل، بهتر تشخیص داده شود. نقطه C دارای عرضی برابر با مقاومت عضو و طولی برابر با مقدار تغییرمکانی که در آن کاهش شدید مقاومت آغاز میگردد، می‌باشد. متن زیر نیز از Help برنامه SAP برداشت شده است:

These nonlinear hinges are used during static nonlinear analysis and nonlinear direct integration time history analysis only. For all other types of analysis, the hinges are rigid and have no effect on the behavior of the member.

البته از روش‌های دیگر نیز میتوان رفتار غیرخطی را مدل نمود. از جمله استفاده از مفهوم فایبر ( Fiber Element )
 
منبع :کانال دکتر علیرضایی

دانلود آموزش تحلیل IDA دینامیکی افزایشی

پروژه ارزیابی لرزه ای عملکردی یک سازه فولادی دوبعدی در SAP2000 به شیوه ی تحلیل IDA دینامیکی افزایشی incremental Dynamic Analysis

 

>> دانلود فایل

 

تعداد صفحات 16 صفحه | حجم فایل 1 مگابایت | پروژه دانشجویی | دانشگاه تربیت مدرس | استفاده از برنامه ی SAP2000 و Seismo Signal

لنگر نهایی چشمه ی اتصال

طبق ضوابط AISC341-10 برای بررسی ظرفیت چشمه اتصال، بایستی از نیازهای لرزه‌ای رسیده به این بخش از ستون ناشی از به ظرفیت رسیدن تیرهای اطراف ستون استفاده شود. این نیروها با یک تعادل‌گیری به لبه ستون منتقل می‌شوند. ابتدا حداکثر لنگر مورد انتظار و برش در محل تئوریک مفصل خمیری که در حدود ارتفاع تیر میباشد تعیین شده و تصویر آن در محل بر اتصال تعیین و از روی این نیروها برش چشمه اتصال تعیین گردد.
6e. Panel Zone
(1) Required Shear Strength
The required shear strength of the panel zone shall be determined from the summation of the moments at the column faces as determined by projecting the expected moments at the plastic hinge points to the column faces. The design shear strength shall be φvRn and the allowable shear strength shall be Rn/Ωv where:
φv = 1.0 (LRFD) Ωv = 1.50 (ASD)
 
[caption id="attachment_3245" align="alignnone" width="1069"] panel zone چشمه ی اتصال[/caption]

سوالات نرم افزاری و غیر نرم افزاری

با سلام و خسته نباشید : توی تیر های پیوند چ طوری متوجه بشیم که تیر تحت برش یا خمش جاری شده ؟و سوال دومم اینه که تیر پیوند رو میشه به صورت دوبل آی پی ای طراحی کرد؟

 

اگر طول تیر پیوند eباشد، جاری شدگی تیر پیوند در برش است و برش موجود در تیر پیوند برابر V_p می‌باشد. در صورتی که e>2.6Mp/Vp باشد، جاری شدگی تیر پیوند در خمش است و برش موجود در تیر پیوند برابر V_p=(2M_p)/eمی‌باشد. برای طول تیر پیوند بین این دو مقدار از یک درون‌یابی خطی استفاده می‌شود. در این روابط Mp لنگر پلاستیک مقطع و Vp نیز برش پلاستیک مقطع که از روابط داده شده در صفحه 233 مبحث دهم تعیین می‌شوند. پس بنابراین با داشتن مقطع تیر پیوند و طول آن می‌توان فهمید که در برش جاری می‌شود یا در خمش.

تیر پیوند باید از نوع I شکل نورد شده یا ساخته شده از ورق و یا از نوع قوطی ساخته شده از ورق باشد.

 

 

---

با عرض معذرت یه سوال دیگه دارم : توی تیر ها که مفصل پلاستیک ایجاد میشه آیا کنترلی هست برای این که کنترل کنیم که تا چه حد مفصل پلاستیک نیرو تحمل می کنه که مثل این تیر خرابی بیش از اندازه نشه؟

 

ظرفیت پلاستیک (Mp) مقطع بیانگر میزان حد نهایی برای تحمل لنگر است. مقدار Mp=ZFy بوده که در آن Z اساس مقطع پلاستیک و Fy تنش تسلیم مصالح است. البته مطلوب آن است که در یک قاب خمشی، مفاصل پلاستیک در دو انتهای تیر ایجاد شود. یعنی لنگر به Mp برسد. لیکن رسیدن به این لنگر وقتی حادث می‌شود که از ایجاد کمانش‌های موضعی و کلی عضو، جلوگیری شده باشد. مقطعی که شما نشان داده‌اید تا حدود زیادی دچار کمانش موضعی شده است. برای جلوگیری از ایجاد کمانش‌های موضعی بایستی نسبتی عرض به ضخامت قطعات به حد فشردگی لرزه‌ای محدود شود.

 

---

باسلام وتشکرفراوان اززحماتی که بزرگواری درراه گسترش دانش متحمل می شوید .سوالی که ازخدمتتان داشتم این است  که درتحلیل غیرخطی افزاینده IDA منظور ازSa(T1 یاشتاب طیفی مود اول چیست  وچگونه بدست می آید آیاهمان طیف شتابی است که ازنرم افزار siesmosignal بدیت می آید؟

 

معیارهای شدت را می‌توان با توجه به خصوصیت ذاتی آن‌ها به دو دسته ی ذیل تقسیم بندی نمود:

1- آن‌ها که مستقل از خصوصیات سازه می‌باشند. این پارامترها فقط به خصوصیات لرزه‌خیزی سایت بستگی داشته و با انجام تحلیل خطر سایت و مستقل از خصوصیات سازه برآورد می‌گردند. تعدادی از آن‌ها عبارت از حداکثر شتاب زمین (PGA)، حداکثر سرعت زمین (PGV) و حداکثر جابجایی زمین (PGD)، انتگرال مربع شتاب که بیانگر انرژی تلف شده در واحد جرم (شدت اریاس  Ia)

2- آن که وابسته به خصوصیات سازه میباشند. علاوه بر خصوصیات ذاتی رکورد، این دسته از پارامترهای شدت به مشخصات سازه نیز وابسته هستند. طیف شتاب (Sa (T1))، طیف سرعت (Sv (T1)) و طیف جابجایی (Sd (T1)) در پریود غالب سازه،

منظور از Sa(T1) یعنی مقدار شتاب طیفی مود اول سازه مورد مطالعه بر روی طیف پاسخ حاصل از رکورد اعمال شده برای تحلیل IDA. یعنی برای دست آوردن آن فرض کنید یک سازه 4 طبقه را تحت یک رکورد طبس تا شدت‌های مختلف تحلیل IDA انجام داده‌اید. مثلاً برای شدت 0.6g طیف را ترسیم نموده و مقدار بازتاب سازه 4 طبقه مدلسازی شده بر روی طیف این زلزله با شدت 0.6g بدست می‌آوریم و آن را به عنوان Sa(T1) در نظر می‌گیریم.

 

منبع: کانال دکتر علیرضایی