گروه صنعتی تولید

مطالعه پاسخ خمش متناوب و اتلاف انرژی در عضوهای سازه فولادی سرد

چکیده

در این پژوهش به مطالعه آزمایشگاهی رفتار خمش متناوب و اتلاف انرژی در عضوهای سازه فولادی سرد C شکل تحت کمانش عمومی، کمانش اعوجاجی و کمانش موضعی پرداخته است. تهیه مدل های تحلیلی برای ساختمان های دارای سازه های فولادی سرد می توانند طراحی مبتنی بر تحلیل این سازه ها را تسهیل نمایند. درک پاسخ گشتاور- چرخش (M-θ) هر یک از اعضای سازه به خمش متناوب، لازمه تهیه مدل های تحلیلی است. ابعاد سطح مقطع و طول های نمونه به گونه ای اختیار شدند که مودهای مختلف کمانش (شامل موضعی، اعوجاجی و عمومی) از یکدیگر جداسازی شوند. یک پروتکل بارگذاری متناوب براساس FEMA 461 با استفاده از خواص کمانش الاستیک تهیه گردید. پس از آن که گشتاور به مقدار بیشینه رسید، کاهش شدیدی در استحکام خمشی مشاهده گردید. پس از آن، با معکوس شدن جهت بارگذاری، تغییرشکل کمانشی حذف شده و پاسخ گشتاور- چرخش باریک شده و سختی کاهش می یابد. پس از انجام چند تناوب (سیکل)، اعضایی که تحت کمانش موضعی و اعوجاجی قرار دارند، از ناحیه ی جان و بال های تحت فشار، دچار آسیب می شوند. این آسیب در نیم موج کمانشی پیشرو رخ داده که به سراسر سطح مقطع گسترش یافته و مفاصل (گره های) خمشی ایجاد می کند. در عضویت هایی که تحت کمانش جانبی- پیچشی قرار دارند، آسیب در جان Cشکل- لبه تقویت کننده رخ می دهد و مفاصل خمشی مشخصی مشاهده نمی گردد. در اعضایی که تحت کمانش جانبی- پیچشی قرار دارند، اتلاف انرژی در هر تناوب، حین چرخش های بزرگ ناشی از خمش، ثابت باقی می ماند. علت این مسئله این است که مکانیزم گسیختگی شامل حرکت جسم صلب گونه سطح میانی شده و تغییرشکل پلاستیکی در سطح مقطع رخ نمی دهد. نمونه هایی که تحت کمانش موضعی و اعوجاجی قرار دارند، در مقایسه با نمونه های تحت کمانش عمومی، انرژی تلف شده در هر تناوب بیشتری دارند اما با افزایش جابجایی اعمالی، اتلاف انرژی در آن ها به سرعت کاهش می یابد. هر چه لاغری سطح مقطع کوچکتر و مدول سطح بزرگتر باشد، اتلاف انرژی در نیم موج آسیب دیده، بزرگتر است. اطلاع از این رفتار، می تواند در برنامه ریزی های آتی به تعیین پاسخ عمومی متناوب اعضای سازه های فولادی سرد جدار نازک کمک کند.

1- مقدمه

اخیرا طراحی دینامیکی ساختمان های دارای سازه های پمپ وکیوم آبی فولادی سبک برای استفاده در مهندسی مبتنی بر تحلیل، توجهات زیادی را به خود معطوف ساخته است. از این رو، مطالعه عملکرد دینامیکی (لرزه ای) ساختمان ها با در نظر گرفتن رفتار سازه های جدارنازک (شامل تغییرشکل های کمانشی و نقش آن ها در کاهش استحکام و سختی) رونق گرفته است. مطالعاتی که پیش تر به منظور درک بهتر رفتار لرزه ای ساختمان های ساخته شده از سازه های فولادی سرد (CFS) انجام می شد، بر بررسی دیوارهای برشی غلاف دار یا تسمه ای تمرکز داشتند (مانند ]12-1[). اما عمده پژوهش های اخیر در زمره پروژه CFS-NEES قرار می گیرند. هدف این پژوهش ها دستیابی به یک درک پیشرفته از رفتار لرزه ای ساختمان ها و مصالح ساختمانی دارای سازه های فولادی سرد (شامل اعضاء، اتصالات، دیافراگم های کفی و دیوارهای برشی) به منظور تهیه مدل های غیرخطی و تحلیل تاریخچه زمانی پاسخ است ]13[. برخی از پژوهش های اخیر در این زمینه عبارتند از تست های انجام شده بر روی دیوارهای برشی ]4، 5، 10و 11[، تست های انجام شده بر روی اتصالات غلاف به فولاد ]14و 15[ و تعیین پاسخ گشتاور- چرخش با در نظر گرفتن کمانش موضعی و اعوجاجی ]16[. جدیدترین دستاورد در این زمینه هم مربوط می شود به تست های میز مقیاس بزرگ لرزاننده ساختمان که سهم هر یک از زیر سیستم های سازه ای و غیرسازه ای را در پاسخ لرزه ای کل ساختمان، به صورت کمی مشخص می کند.