الف – در زلزله‌های خفیف و متوسط، سازه بدون خسارت در محدوده الاستیک باقی بماند.
ب – در زلزله های شدید سازه با قبول خرابی تا یک سطح مشخص، نباید به مرز انهدام برسد.
برای تأمین خصوصیت اول، مقاومت و سختی سازه نقش اساسی دارد و برای تأمین خصوصیت دوم، شکل پذیری و ظرفیت جذب انرژی لازم است تا از انهدام کلی سازه جلوگیری شود. قاب‌های همگرا CBF مقاومت و سختی بالایی دارند که استفاده از آن‌ها هدف اول را به خوبی تأمین می‌کند. اما در مورد شکل‌پذیری و در زلزله‌های شدید اگر بادبند فشاری، کمانش غیر‌ارتجاعی نکند یا کمانش غیر‌ارتجاعی ناپایداری داشته باشد، در اثر بارهای سیکلی، با کاهش سریع سختی و زوال مقاومت، جذب انرژی صورت نگرفته و در نتیجه شکل‌پذیری سیستم کاهش مییابد.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
در ارزیابی عملکرد بادبندها، بیشتر رفتار بادبند فشاری و ظرفیت جذب انرژی و کمانش پلاستیک آن مورد توجه قرارمی‌گیرد، زیرا که بادبندهای ضربدری زمانی عملکرد لرزه‌ای بهتری دارند که ضمن متحمل شدن تغییرشکل‌های پلاستیک، در تمام سیکل‌های متوالی، تسلیم در کشش و کمانش غیر‌ارتجاعی پایدار در فشار با هم در جذب انرژی لرزه‌ای و منحنی هیسترزیس شرکت کنند و به غیر از تسلیم، سایر مکانیسم‌های شکست (مانند کمانش موضعی) حاکم بر طرح نبوده و خللی در رفتار غیر‌ارتجاعی آن ایجاد نکند.
قبلاً بادبندهای X شکل بر این اساس طراحی می‌شدند که بادبندها فقط می‌توانند کشش را تحمل کنند ، در این روش طراحی، فرض می‌شود که بادبندهای فشاری تحت بارهای خیلی کم کمانش کرده و در نتیجه در آنالیز شرکت نمی‌کنند و سازه به صورت استاتیکی و معین در می‌آید و طراحی ساده‌تر می‌شود. همچنین این فرضیات اجازه می‌دهند برای بادبندها از اعضای خیلی لاغر استفاده می‌شود. مثل : میله، نبشی تکی، تسمه، کابل …
گرچه بادبندهای ضربدری از نوع فقط کششی توسط طراحان رواج یافت ولی در زلزله‌های گذشته عملکرد خوبی نشان ندادند و آیین نامه‌های ساختمانی معتبر آن‌ها را بجز برای ساختمان‌های کوچک و یا مناطق با خطر زلزله کم، لغو کردند. از طرفی، طراحی لرزه‌ای ایجاب می‌کند علاوه بر اینکه بادبند فشاری را باید در نظر گرفت بلکه در ظرفیت جذب انرژی سیستم بادبندی باید سهم قابل توجهی را به کمانش غیر‌ارتجاعی آن تخصیص داد[۱۱].
۲-۳- انواع بادبندهای X شکل
در طراحی سازه دو روش را پیش میگیرند:
سازه را در حد تغییر شکل‌های الاستیک طرح می‌دهند و هیچ گونه خرابی را نمی‌پذیرند، در نتیجه اعضا قوی طرح میشوند. این نوع طراحی در CBF باعث می‌شود که سازه به صورت طره‌ای تغییر شکل پیدا کند. در این‌حالت، بادبندها تغییرشکل‌های غیر‌ارتجاعی ندارند و یک ستون کشیده و ستون دیگر فشرده می‌شود. شکل۲-۶ با قبول خرابی تا یک سطح مشخص، شرایط غیر‌ارتجاعی ر ا ایجاد کرده و سازه را طوری طرح می‌دهند که یک سری اعضاء وارد تغییرشکل‌های غیر‌الاستیک شده و انرژی لرزه‌ای تنها در آن ناحیه جذب شود. این نوع طراحی در سازه CBF باعث می‌شود که ستون‌ها تغییر شکل کمی داشته و در حالت الاستیک باقی بماند ولی بادبندها جابجایی زیادی داشته ودرکشش تسلیم و در فشار کمانش غیر‌ارتجاعی یابند.درنتیجه انرژی لرزه‌ای رافقط بادبندها جذب مینمایند و اتصالات و تیرها و ستون‌ها در حد الاستیک باقی میمانند (شکل۲-۷) [۱۱].
| شکل۲- ۶٫رفتار قاب به صورت طره ای | شکل۲- ۷٫رفتار قاب در حد الاستیک |
۲-۳-۱- از نظر مقاومتی
الف) بادبندها فقط قادر به تحمل کشش هستند.
ب) بادبندها کششی- فشاری هستند.
جزئیات این تقسیم‌بندی و معایب ذکر شده برای بادبندهای فقط کششی، در مورد بادبندهای X شکل نیز صادق است. آیین نامه کاربرد این بادبندها را جز برای ساختمان‌های کوچکی مناطق با خطر زلزله کم، مجاز ندانسته است و انتظار رفتار غیر‌ارتجاعی از این نوع بادبندها نمی‌توان داشت. شکل ۲-۸ منحنی هیسترزیس بادبندهای فقط کششی را نشان میدهد.
همان‌طور که از شکل۲-۸ پیداست، اگر سیستم بادبندی فقط کششی تحت بارهای تکراری با دامنه تغییر مکان ثابت قرار گیرد که منجر به تغییر طول پلاستیک نشود، اتلاف انرژی هم روی نخواهد داد. این سیستم که لاغری اعضا در آن زیاد است برای جذب مقدار انرژی مورد نظر، باید تغییر‌مکان جانبی زیادی داشته باشد که ممکن است به علت اثرات ثانویه گسیخته شود. (پدیده ضربه)
اگر بادبندهای X شکل کششی – فشاری باشند (نوع ب) برای تأمین حداقل لاغری مورد نیاز آیین نامه‌ها طرح میشوند که در نتیجه اعضای بادبند قطور و کاملاً سنگین می شود و بحث طول مؤثر برای طرح بادبند فشاری مطرح می‌شود[۱۱].
⇓
شکل۲- ۸٫ منحنی هیسترزیس بادبندهای X شکل فقط کششی
۲-۳-۲- تقسیم بندی از نظر شکل پذیری
بادبندها X شکل نیز از نظر شکل پذیری به دو گروه تقسیم میشوند:
الف) شکل پذیری ویژه SCBF
ب) شکل پذیری عادی OCBF
با توجه به فلسفه طراحی، SCBFدر زلزله های شدید رفتار غیر‌ارتجاعی خواهد داشت و الزامات طراحی آن نیز باید بر اساس شکل‌پذیری باشد ولی در OCBFاساس مقاومت است و ضوابط شکل‌پذیری آزادتر و ضوابط مقاومت سخت گرانه تر شده، ابعاد اعضای سازه بالاتر می‌رود SCBF طوری طرح می‌شود که نسبت عرض به ضخامت اعضای بادبندی کمتر بوده و کمانش موضوعی در آن‌ها حاکم نباشد و اتصال انتهایی و ورق اتصال باید به طور کافی مقاوم باشند تا رفتار غیر‌ارتجاعی بادبندها مثل کمانش پلاستیک یا تسلیم کششی بدون هیچ محدودیتی تضمین شود[۱۱].
۲-۳-۳- رفتار هسیترزیس بادبندی‌های X شکل
شکل۲- ۹٫ منحنی هیسترزیس بادبندهای X شکل با مقطع (دوبل نبشی)
با وجود محبوبیت در استفاده از بادبندهای X شکل، ولی بیشتر تحقیقات و بررسی‌ها در مطالعه رفتار و مدل‌سازی بادبندهای تکی متمرکز شده است و فقط مطالعات تجربی اندکی در رابطه با بادبندهای X شکل تحت بارگذاری سیکلی انجام گرفته است. رفتار هسیترزیس بادبندهای Xشکل۲-۹ شباهت زیادی به منحنی هسیترزیس بادبندهای قطری تحت بار سیکلی است. با این تفاوت که در Xشکل اندرکنش دو بادبند بر هم باعث تغییر منحنی بار - تغییر شکل می‌شود که به تبع بر عملکرد سیستم مهار‌بندی تأثیر گذاشته و شاید تغییر بعضی از پارامترهای غیر‌ارتجاعی در جهت نامطلوب باشد.
مطالعات تجربی و عددی صورت گرفته نشان داده‌اند که به دلیل کاهش مقاومت در فشار و انباشتگی تغییر‌مکان ماندگار در کشش، بادبندهاX شکل رفتار هسیترزیس نامتقارن و متفاوتی دارند. اگر لاغری بادبندها خیلی زیاد باشد و به اصطلاح بادبندها فقط کششی باشند، اندرکنش دو بادبند بر هم ناچیز بوده و رفتار مثل بادبندهای قطری فقط کششی می شود. همین‌طور اگر لاغری بادبندها خیلی کم باشد و تسلیم بادبندها در فشار زودتر از کمانش آن‌ها صورت گیرد، باز هم اندرکنش دو بادبند بر هم و اتصال وسط آن‌ها، تأثیر خیلی ناچیزی در منحنی هسیترزیس و رفتار آن‌ها می‌گذارد. پس برای استفاده از ظرفیت جذب انرژی بادبند فشاری در کمانش غیر ارتجاعی باید لاغری بادبندها متوسط باشد[۱۱].
۲-۳-۴- تشریح رفتار سیکلی غیر‌ارتجاعی
در حالت کلی سیکل کامل غیر‌ارتجاعی برای بادبندهای X شکل نیز صادق و خصوصیات کلی منحنی هسیترزیس یکسان است. شکل۲-۱۰ منحنی هسیترزیس یک نمونه از بادبندهایX شکل را به صورت تحلیلی و همین طور تجربی نشان میدهد.
آزمایشات مختلف بادبندهای X شکل نشان داده است که بعد از چند سیکل متوالی، تغییرشکل اعضای بادبندی نامتقارن می‌شود، زیرا که در اثر بارگذاری متناوب و تکراری به جای هر دو قطعه فشاری، تغییرشکل خمشی تنها در یک قطعه آن متمرکز می‌شود همانند شکل۲-۱۱ .اگرلاغری بادبند نیز زیاد باشد، نامتقارنی تغییرشکل‌ها بیشتر از قبل می‌شود، بنابراین در مدل‌سازی غیر‌ارتجاعی بادبندهای X شکل فقط نصف طول بادبند اعمال می‌شود.
شکل۲- ۱۰٫ الف ) بر اساس مدل تجربی . ب) بر اساس مدل عددی و تئوریکی
شکل۲-۱۱٫ تعییر شکل اعضای بادبند
رفتار پس از کمانش بادبند فشاری و نیز رفتار خمشی بادبند کششی، حلقه‌های هستیرزیس را به شکلS خوابیده درمی‌آورد. وقتی که بادبندها تحت تسلیم کششی و کمانش غیر‌الاستیک متوالی قرار میگیرند، در تمامی آن‌ها کمانش خارج از صفحه به وجود آمده و به تبع آن با افزایش دامنه تغییر مکان، مفصل پلاستیک در ورقهای اتصال انتهایی (Gusset) در فاصله t2 و در طول بادبند تشکیل می‌شود.
تغییرشکل بادبندهای تکی متقارن بوده و مفصل پلاستیک در وسط آن تشکیل می‌شود ولی برای بادبندهای X شکل، همان‌طور که اشاره شد، مفصل پلاستیک تنها در یک قطعه آن تشکیل می شود. اعمال کشش با دامنه مشخص در اولین سیکل افزایش طول دائمی در بادبندها به وجود می‌آورد که در سیکل‌های بعدی نیز این افزایش طول دایمی کم کم (با سرعت کم) زیاد می‌شود. افزایش طول دائمی بادبندها (به صورت ماندگار) اتکای جانبی که بادبند کششی در کمانش خارج از صفحه برای بادبند فشاری در اتصال وسط فراهم مینماید را کاهش میدهد همین طور مقاومت کششی نیز با افزایش تعداد سیکل‌ها کاهش مییابد.
