دانشکده فنی و مهندسی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ” M.Sc ”

مهندسی(عمران- سازه)

عنوان:

رفتار لرزه‌ای ستون‌های فلزی باکسی پرشده با بتن تحت نیروهای زلزله

برای دانلود فایل ورد متن کامل اینجا کلیک کنید

 

چکیده

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

ستون‌های باکسی پرشده با بتن (CFT)[1] در بسیاری از ساختمان‌ها در جهان بهره گیری شده‌اند. این سازه‌هابا ارتفاعها و وضعیتهای گوناگون در دو جایگاه بدون نیروهای لرزه‌ای ودر مناطقی که خطر لرزه‌ای بالایی دارند اجرا گردیده اند. این بازبینی کوتاه رفتار ستون‌های پرشده از بتن بامقطع دایره و مربع مستطیل به همراه بادبندها، و خصوصاً متمرکزشده بر رفتار آنها در زمان اعمال بارها به گونه لرزه‌ای رفت و برگشتی درنظر گرفته می باشد. این بحث با رفتار ستون‌های پرشده با بتن تحت بارهای محوری و خمش و پیچشی شروع می گردد و چکیده‌ای از اثرات خزش، جمع‌شدگی و عکس‌العمل کلی ستون‌های پرشده با بتن برای تنش‌های پسماند را نشان خواهد داد. مختصری از رفتار یکنواخت براساس بحث‌های متعاقب پژوهش شده بر روی رفتارسیکلی این ستون‌ها دیده می گردد. این مقاله از چندین مقاله که در زمین‌های نیروی غیرلرزه‌ای برای محاسبه و طراحی این ستون‌ها کارشده برگرفته شده می باشد

1-1مقدمه

ستون باکسی مرکب ، پر شده با بتن (CFT) به گونه روزافزون بعنوان یک ستون یا تیر ستون در سازه‌های بادبندی شده ویا قاب‌های خمشیمورد بهره گیری قرار می‌گیرد. با بهره گیری از مقاطع سرد نوردشده دایره‌ای یا مستطیلی مربعی در ساختمان‌های مختلف با بتنهای پیش تنیده یا درجا ریخته شده در سراسر جهان مرسوم گردیده می باشد، این سازه‌ها با مقاطعی با ابعاد بالا و درجا ریخته شده در ستون‌های اصلی که بایستی در برابر نیروهای لرزه‌ای مقاوم باشد در ساختمان‌های چند طبقه بادبندی شده و قاب‌های خمشی بهره گیری شده می باشد. ستون‌های باکسی پرشده با بتن از پلیت جوش شده به هم درست شده‌اند و در ساختمان‌های بلند جهان با ستون‌های دایره‌ای از لوله‌ها بهره گیری شده می باشد. در مجموع در ژاپن از این روش برای ستون‌های پل به گونه معمول بهره گیری می گردد. ]3[

اعضای پرشده با بتن در سازه‌ها یکسری نتایج خوب با مقاطع متعادل ازفولاد، بتن مسلح، و یا فولاد مسلح شده با بتن دارد. وقتی از قاب‌های مرکب از فولاد و بتن شامل مقاطع I شکل در تیرهای اصلی که به صورت مربعی مسطتیلی یا دایره‌ای قاب شده‌اند که این قاب‌ها به گونه کامل یا بخشی از آن یا اتصالات آنها گیردار شده‌اند،CFTها باعث یکنواختی عالی و مقاومت زیاد در برابر لرزه در جهت عمود برهم و تناسب خوب برای مقاومت برابر خمش یکطرفه به همراه بار محوری می گردد.برای طراحی لرزه‌ایCFTها دربخش مقاوم در خمش قاب‌ها نسبت (مقاومت بر وزن) را بسیار بالا می‌برد وبدلیل محبوس‌بودن بتن و بادبندی ممتد، باکس‌های نواری با نسیت بالای (مقاومت بر وزن) از ستون‌های باکسی، باعث تأخیر در کمانش موضعی در آن می گردد، رفتار استهلاکی تصحیح شده، در مقایسه با قاب‌های فولادی معمولی مشهود می‌باشد و افزایش شکل‌پذیری و سختی فولاد در بیرون محیطی که بطور مؤثر در مقاومت خمشی به خوبی کشش و فشار محوری بطوراجرای اقدام می کند، قرار می‌گیرد در حالی که فرم‌های‌های بتنی بعنوان یک هسته کمکی بسیار عالی به مقاومت در برابر بارهای فشاری خواهد نمود.

باکس‌های فولادی همچون قاب در سازه اقدام می‌کنند و اجرای آنها می‌تواند برای سازه‌های چندطبقه ارجع باشد زیرا در آنها هزینه کارگری و مصالح را کاهش خواهد داد. هزینه تمام شده اعضا کمتر از هزینه فولاد و به سختی با بتن مسلح بر پایه (مقاومت برهزینه)برابری می کند.

تحقیقات اخیر بهره گیری از بتن مقاومت بالا و یا فولاد با بتن مقاومت بالا رابا موفقیت بیشتری ا نشان داده می باشد]8-12[. با بهره گیری از بتن مقاومت بالا، CFTها در هر فوت مربع قویتر از ستون‌های بتنی مسلح معمولی هستند. با این روش قاب‌هایی کوچکتر و سبکتر روی فونداسیون ساخته خواهد گردید.

در نیروهای لرزه‌ای، پاسخ سیکلی ستون‌های CFT و اتصالات به وجودآمده در آنها یک منحنی هیسترزیس کامل با جذب انرژی قابل توجه را نشان می‌دهد]4-6-13-14[. کاهش قدرت و سختی در این مرحله خصوصاً برای ستون‌های CFT که در آن بتن حکمفرما می باشد، اتفاق می‌افتد]6-15-16[. ترجیح داده می گردد که این کاهش بصورت تدریجی و متوسط باشد، خصوصاً برای مصالح نرمال این مهم می باشد. به دلیل سودمندی آن، مقداری از پروژه‌های تحقیقی در حال پیشرفت در سراسر جهان شامل رفتار لرزه‌ای ستون‌های CFT در شروع آن از آمریکا و ژاپن در بخش علوم پایه ملی آمریکا و برنامه‌‌های همکاری تحقیقاتی ژاپن، بر روی ساختمان‌های چندگانه و مرکب بوده می باشد. شکل (1-1) پلان یک ساختمان که با قاب‌های CFT در این برنامه تحقیقاتی مرتب شده می باشد. بهره گیری از ستون‌های CFT در چند دهانه در تمام جهت‌های اصلی از کم به زیاد در سازه باعث افزایش ظرفیت ستون‌های CFT در حین لرزه برای هر دو جهت قاب‌ها می گردد.

خرابی CFT‌ها بستگی به نسبت و مقاومت کم یا متوسط بتنی ندارد وبطور عادی در ترکیبی ازجاری‌شدن و کمانش محلی فولاد، شکست بتن، و کمانش خمشی اعضاء همچون یک کمانش کلی اتفاق می‌افتد و این به اندازه کافی مهم می باشد زیرا که رفتار شکل‌‌پذیر بطور کلی از آن منتج می گردد، صرفنظر از آن چیز که مصالح فلزی یا بتنی در آغاز بصورت غیرالاستیک باشد.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

خرابی ستون‌های باکسی جداره نازک (CFTها با باکس و داشتن جداره ای که آن بزرگتر از 60 باشد) یا CFT‌هایی با بتنی مقاومت بالا ترجیح به کمانش محلی باکس فولادی ترکیب شده با یک تخریب برشی بتن دارد]8[. در حالیکه باکس فولادی کمک می کند خرابی برشی در بتن تأخیر بیافتد]10[، این مد خرابی ترد تر ازبقیه می‌باشد. براساس ضوابط[1]SSRC،[2]AISC ]21[، و برای طراحی لرزه‌ای،]21[ [3]NEHRP، برای CFT‌ها در سراسر جهان، اخیراً محدوده جاری‌شدن بالای فولاد، حدود380 مگا پاسکال پیشنهاد شده وبتن بامحدوده مقاومت55 مگا پاسکال و محدوده باکس نواری، بطوری که مطمئن باشیم به جاری‌شدن کلی نمی‌رسیم و در ابتداخرابی بصورت کمانش محلی یا خوردشدن بتن صورت بگیرد.

نسبت پواسون اولیه بتن (تقریباً 15/0 تا 25/0) کمتر از فولاد (3/0 تقریبی) می‌باشد]23[. پس در آغاز بتن در ستون CFT محبوس می‌باشد. گسترش خورد شده گی بتن سریعتر از باکس فولادی خواهد بودودر تراز بارگذاری بالاتر بطور بهتری با هم منسجم می شوند. مقاطع دایره‌ای به گونه مؤثری می‌تواند تنش پیرامونی را به فشارهای جانبی اعمال شده روی بتن را پخش کنند]24[، اما طرف صاف مقطع مربع مستطیل، باعث فشار نفوذی کمتری می گردد تا بتن بطور مجدد گسترش کرنشی داشته باشد. در کناره باکس‌های مربع مستطیل پخش بار اصلی باعث محبوس‌بودن بتن می گردد، و تأثیر آن روی مقاومت ناچیز می باشد، اگرچه CFT شکل‌پذیری بالاتری دارد. رفتار CFT بارگذاری شده اغلب متأثر از همین محبوس‌شدگی می باشد ]7[، بارگذاری بتن تنها ترجیحا از بارگذاری با فولاد بتن با هم،تراز بار کمتری دارد.برعکس آن، بارگذاری فولاد، به تنهایی، با اتصال تیرهای اصلی بطور ساده منجر به اصطکاک موضعی گردد. اما بتن محصور تا زمانی که بارهای اصلی اعمال گردد وارد اقدام نمی‌گردد. در یکی از مراجع در همین زمینه‌ که کارکرد یا عملکرد فقط یکی از مصالح، از بارگذاری بحث شده می باشد]8-10-23[.

دیدگاهتان را بنویسید