بررسی اتصالات گیردار

در پدیده خرابی پیش رونده به دلیل تفاوت در ماهیت بارگذاری نسبت به بارهای سیکلی لرزه­ای انتظار می‌رود اتصالات در خرابی پیش­رونده رفتار متفاوتی داشته باشند. تحقیقات پیشین در زمینه تاثیر اتصالات در آتش­سوزی و شکل گیری خرابی پیش­رونده اهمیت اتصالات را این­گونه بیان نموده­اند. در صورت فعال شدن رفتار زنجیرگونه در تیرها نیروی محوری زیادی در تیرها به وجود می­آید. اگر اتصال بتواند در برابر این نیروی کششی مقاومت و شکل‌پذیری مناسبی از خود نشان بدهد با افزایش تغییر شکل قائم و جذب بیش­تر انرژی از این طریق، از گسترش خرابی در سازه جلوگیری به عمل می­آید.از آن­جا که در طراحی اتصالات خمشی نیروی محوری در طراحی در نظر گرفته نمی شود، در صورت گسترش پدیده زنجیره­ای و ایجاد نیروی محوری در تیر امکان گسیختگی اتصال و از دست رفتن مسیر انتقال بار وجود دارد. در همین راستا در زمینه رفتار زنجیره گونه در اتصالات آزمایشات و مدل سازی­های فراوانی موجود می‌باشد که از جمله این تحقیقات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

موسسه NIST با ارائه گزارش ۱۶۶۹ در سال ۲۰۱۰ با عنوان (An Experimental and Computational study of steel moment connections under column Removal) به بررسی دو اتصال گیردار WUF-B و RBSر با مدل سازی آزمایشگاهی و اجزا محدودی پرداخته است.

اتصال  WUF-B

در اتصال WUF-B در اثر تغییر شکل نهایی (۴۹۵mm) و تغییر زاویه (۰.۰۸۱ rad) گسیختگی اتصال مشاهده گردید که در این حالت نیروی نهایی برابر (۸۹۰ kN) است. توالی خرابی در اتصال در اثر کمانش موضعی بال بالایی تیر و پس از آن در اثر خرابی برشی پیچ‌ها در محل اتصال جان تیر و ورق برشی جان در وسط و انتهای آن ادامه پیدا می‌کند. گسیختگی در اثر پارگی بال پایینی تیر در نزدیکی

سوراخ دسترسی جوش به وقوع می‌پیوندد. نتایج مشابه در شبیه سازی اجزا محدودی مشاهده گردیده است.

اتصال RBS

در آزمایش اتصال RBS تغییر شکل­ نهایی بیش­تری نسبت به اتصال WUF-B مشاهده شد. در این آزمایش در اثر تغییر شکل نهایی (۸۵۱ mm) و تغییر زاویه (۰.۱۴ rad) با اعمال بار نهایی (۱۷۸۰ kN) گسیختگی در اتصال رخ داد. خرابی در اثر پارگی در ورق پایینی در محل وسط مقطع کاهش یافته جایی که کم­ترین سطح مقطع وجود دارد رخ می‌دهد. در اثر گسترش شکست در جان تیر توانایی تحمل بار در تیر از بین می‌رود.

رفتار کلی دو اتصال مذکور تحت بارگذاری یکنواخت در ابتدا توسط خمش کنترل می‌شود و با افزایش تغییر مکان قائم، اتصال وارد مرحله غیرخطی می­ شود. تداوم افزایش تغییر مکان قائم سبب ایجاد نیروی کششی در اتصال شده که با افزایش آن در محلی که اتصال توانایی تحمل بیش­تر، اندر کنش کشش و خمشی را ندارد گسیختگی روی می‌دهد.

همان طور که نشان داده شده است نتایج ظرفیت چرخش اتصال در آزمایش با موارد پیشنهادی FEMA برای زلزله مقایسه شده است آنچه که مبرهن است ظرفیت چرخش اتصال در حالت بارگذاری یکنواخت حدود دو برابر بارهای لرزه ای می‌باشد که می‌توان ناشی از موارد زیر باشد.

  1. در بارگذاری لرزه ­ای، رفتار سیکلیک سبب کاهش شدید مقاومت و سختی می‌گردد.
  2. رفتار متفاوت اتصال در باربری، حالت لرزه­ای در اتصال خمش خالص ایجاد می‌گردد ولی در بارگذاری یکنواخت اندرکنش خمش و کشش وجود دارد.

نتایج آزمایش بارگذاری یکنواخت

نتایج لرزه­ای FEMA 350 نوع اتصال
۰۸۱/۰ ۰۴۷/۰ WUF-B
۱۴۰/۰ ۰۷۳/۰ RBS

اتصال Flush End Plate

همان‌طور که نشان داده شده است مود گسیختگی این اتصال در اثر نازک شدگی و پارگی پیچ­ها در نزدیکی بال پایینی اتصال می‌باشد.

برای بررسی تاثیر تعداد ردیف­ پیچ بر ظرفیت اتصال در مقایسه­ این اتصال با اتصال چهار ردیف پیچ، اوج اولیه نمودار لنگر- انحنا، ناحیه­ ای که مربوط به رفتار خمشی اتصال است در اتصال چهار ردیفه افزایش قابل توجهی پیدا می‌کند. با افزایش تغییر شکل­ها و شروع رفتار زنجیرگونه اوج دوم اتصال که مربوط به رفتار اندرکششی کشش و خمش اتصال است نسبت به اتصال سه ردیفه افزایش کم‌تری دارد. توجیه این رفتار، ظرفیت کم­تر چرخشی اتصال چهار پیچه می‌باشد. همان طور که نشان داده شده است با نزدیک کردن پیچ­ها به مرکز اتصال ظرفیت چرخشی اتصال در تغییر شکل­های بزرگ افزایش می­ یابد.

اتصال Extended end Plate

این اتصال در اثر پارگی جوش در محل اتصال به ورق سر در بال پایینی گسیخته می‌شود. از آن جا که در اطراف جوش در اثر جوشکاری (HAZ) به صورت موضعی خواص مواد تغییر می‌کند، سبب کاهش شکل­ پذیری جوش می‌گردد. هم­چنین نمودار بار تغییر مکان برای نمونه آزمایشگاهی و آنالیز دینامیکی صریح و استاتیکی نشان داده شده است.

نتایج این تحقیق در مقایسه با ضوابط استانداردهای خرابی پیش رونده برای اتصالات تفاوت بسیار زیادی را نشان می‌دهد. تفاوت به وجود آمده در ظرفیت نهایی اتصال به دلیل استفاده آیین نامه ­های خرابی پیش­رونده از ضوابط لرزه­ای می‌باشد. در جدول ذیل تفاوت مقادیر به دست آمده از این تحقیق و آیین نامه UFC و ASCE41 را نشان داده شده است.