ارزيابي عوامل موثر بر لنگرپيچشي در مقطع اتصالات گيردار فولادي به روش المان محدود احسان شعبانزاده

ارزيابي عوامل موثر بر لنگرپيچشي در مقطع اتصالات گيردار فولادي به روش المان محدود احسان شعبانزاده عضو هيات علمي گروه عمران موسسه ا موزش عالي خزر محمودا باد Ehsan1870@yahoo.com خلاصه طبق بررسيهاي ا زمايشگاهي و تحليلي ازجمله مساي ل پنهاني كه در اتصالات گيردار رايج وجود دارد مساله لنگر پيچشي در مقطع تير در محل اتصال به ستون بخصوص در بالهاي تير ميباشد. دليل عمده پيدايش اين لنگر پيچشي كمانش تير تحت خمش در ناحيه فشاري و بعبارتي مساله كمانش جانبي-پيچشي در تيرها ميباشد. عدم توجه به اين لنگر پيچشي موجب بروز شكستهاي عمده در اتصالات ميگردد. هدف از انجام اين تحقيق بررسي عوامل موثر بر لنگر پيچشي در مقطع تير و ارزيابي مقدار تاثير هريك از اين عوامل به روش المانمحدود است. بدينمنظور 7 نوع اتصال تير به ستون در نرمافزار ANSYS مدل شدهاست و براي هريك از مدلها مقدار لنگر پيچشي در مقطع اتصال تير به ستون بدست ا مدهاست. عوامل مورد بررسي جزيياتي مانند وجود سختكننده جان ستون ورقهاي پوششي كناري ورقهاي كناري نيمهعمق و تمامعمق طرفين تير صلبيت تكيهگاه وجود مهار جانبي در طول تير و ميزان انعطافپذيري مصالح موردنظرميباشد. در نهايت بررسيها نشان دادهاند كه مهار جانبي تير بخصوص در محدوده اتصال و نيز ميزان انعطافپذيري مصالح بيشترين تاثير و صلب نمودن تكيهگاه كمترين تاثير را دركاهش لنگر پيچشي در مقطع اتصال ايفا مينمايد. كلمات كليدي: سازههاي فولادي اتصال گيردار تير به ستون لنگرپيچشي تحليل المانمحدود 1. مقدمه زلزله نورثريج( 1994 ) بدليل تحولاتي كه در روند طراحي و ساخت اتصالات گيردار جوشي در سازههاي فولادي ايجاد نمود بعنوان نقطه عطفي در روند طراحي و اجراي اين نوع سازهها محسوب ميگردد. بدنبال اين زلزله طيف وسيعي از ساختمانهاي فولادي جوشي با سيستم قاب خمشي و حتي ا نهايي كه مطابق ضوابط و ا ييننامهها طراحي شده بودند در محل اتصال تير به ستون دچار شكستهاي قابل توجهي گرديدند[ 1 ]. اين شكستهاي غيرمنتظره بعنوان زنگ خطري براي جامعه مهندسين دنيا محسوب ميشد. بيترديد اين شكستها بيانگر زوايايي پنهان در اتصالات بودند كه تاا ن زمان از ديد ا ييننامهها و ضوابط طراحي مخفي مانده و در شرايط بحراني موجب پيدايش شكاف عميقي مابين طراحي و اجرا گرديدند. البته دركنار عوامل ناشناخته و مخفي كه حتما در اتصالات وجود داشت برخي كاستيهاي كاملا مشهود نيز موجب بروز شكستهاي اتصالات در زلزله شده بودند كه ازجمله مهمترين ا نها ميتوان به نكات زير اشاره نمود[ 2 ]: 1- نحوه جوشكاري بال پاييني تير به بال ستون بهعلت قطع جوش در محل جان تير كه معمولا باعث كيفيت پايين جوش شده و زمينه مستعدي براي بروز شكست فراهم ميا ورد. 2- عدم جوشكاري مناسب و بروز كاستيهايي مانند نفوذ ناقص فلز جوش و ترك در ريشه جوش. 3- در بسياري از موارد استفاده از الكترود نامناسب. 4- باقي ماندن تسمه پشتبند بعد از جوشكاري كه مانع از بررسي چشمي ريشه جوش نفودي و انجام صحيح ا زمايشات التراسونيك براي كنترل كيفيت جوش شده و ازطرف ديگر باعث ايجاد ترك در جوش ميگردد. قابهاي خمشي جوشي به طور معمول براي ساختمانهاي فولادي متوسط و بلند بر اين اساس طراحي ميشدند كه در هنگام زلزله بدون از دست دادن مقاومت قابليت تسليم و تغييرشكل خميري زيادي را دارا باشند. تغييرشكل خميري موردنظر دورانهاي پلاستيك درون تيرها در محل اتصالشان به ستونها را شامل ميشود كه ازنظر تي وري انرژي داده شده به ساختمان را جذب ميكند. فرض اساسي درمورد اين اتصالات اين بود كه ميتوانند دورانهاي پلاستيك تا 0/02 راديان و حتي بزرگتر را بدون زوال در مقاومت خمشي تحمل كنند و درنتيجه انتظار ميرفت در برخورد با زلزلههاي شديد اين سازهها رفتاري بسيار شكلپذير از خود نشان دهند[ 1 ]. برخلاف انتظارت بالعكس از قابل توجهترين نكات در بروز شكستها اين بود كه در

بسياري از موارد شكستهاي ترد در اتصالات در محدوده زير حد خميري مقاطع اتفاق افتاده بودند و مهمتر اينكه اغلب ا سيبهاي وارده به اتصالات در ناحيه جوش شياري بال تير به بال ستون درمواقعيكه مقطع تير مستقيما به ستون جوش ميشود رخ داده و اين ا سيبها به سمت بال و جان ستون نيز گسترش يافتهبودند. اين درحالي بود كه درظاهر اتصال تير به ستون در اين اتصالات بصورت صحيح و ضابطهمند مطابق ا ييننامهها طراحي و اجرا شده بودند. اين مشاهدات بررسي و تجديدنظري جدي را براي شناخت صحيح رفتار اتصالات ضروري مينمود. نمونههايي از شكست اتصالات در طي زلزله نورثريج در شكلهاي 1 الي 4 اراي هگرديدهاست[ 3 ]. شكل 1 - شكست جوش بال تير به بال ستون[ 3 ] شكل 2 - شكست بال ستون[ 3 ] شكل 3 - گسترش شكست در ضخامت جان ستون[ 3 ] شكل 4 - شكست كامل اتصال تير به ستون[ 3 ] بهمين منظور مطالعات ا زمايشگاهي و عددي زيادي جهت تعيين عوامل ناشناخته و زواياي پنهان در محدوده اتصالات گيردار و نيمهگيردار رايج ا غازگرديد. نتايج حاصل از مطالعات عوامل قابل توجهي را در شكست ترد اتصالات سهيم دانستند كه برخي از اين عوامل ناشناخته و دور از ذهن بودند و موجب تردشكني جوش اتصال تير به ستون ميشدند. مهمترين اين عوامل بشرح ذيل ميباشند[ 4 ]: 1- وجود تنشبرشي عمودي قابل توجه موجود در بال تير در مقطع اتصال تير به ستون برخلاف فرضيات كلاسيك. 2- وجود لنگرپيچشي در بال و جان تير در مقطع اتصال تير به ستون در اثر كمانش ناشي از بارگذاري عرضي تير. 3- وجود لنگر اهرمي قابل توجه در مقطع اتصال تير به ستون. 2

هريك از نكات ذكر شده بالا در جاي خود از علل قابل توجه شكست اتصالات بهنگام زلزله ميباشند كه عموما در گذشته بدليل عدم رشد و توسعه قابل توجه نرمافزارهاي تحليلي از ديد ضوابط و ا ييننامههامخفي ماندهاند. حتي امروزه نيز در بسياري از ا ييننامهها ازجمله مبحث دهم مقررات ملي ايران كه به مقوله طرح و اجراي سازههاي فولادي ميپردازد توجه درخوري به ا نها نگرديده است. نمود. بطور خلاصه از بين سه نكته ذكر شده بالا نكته اول به وجود تنش برشي عمودي قابل توجه در بالهاي تير بر خلاف فرضيات كلاسيك در محل اتصال اشاره ميكند بعبارتي با اينكهطبق فرضيات كلاسيك و رابطه اساسي تنش برشي بدليل ضخامت قابل توجه بال نسبت به جان تير I شكل از تنش برشي موجود در بال صرفنظر ميشود اما واقعيت امر دقيقا برخلاف اين فرض است. طبق بررسيهاي اجزاي محدود انجام شده در برخي موارد مشاهده شدهاست كه گاه حتي تا 70 درصد برش موجود در مقطع اتصال در بالهاي تير موجود ميباشد[ 4 ] كه البته از نظر نگارنده مقوله نحوه توزيع برش در مقطع اتصال تير به ستون در اتصالات گيردار خود جاي بسي تحقيق و اراي ه نظر دارد كه در مجال اين تحقيق نميگنجد. اما نكته قابل توجه در اين مقاله مساله پيدايش لنگر پيچشي در مقطع تير در محل اتصال به ستون بخصوص در بالهاي تير ميباشد كه طبق بررسيهاي انجام شده بدليل قابل توجه بودن زمينهساز بسياري از شكستها در مواقع بحراني است. البته مساله لنگر پيچشي در ناحيه اتصال بخصوص در اتصالات گيردار و نيمهگيردار نيز از ا ن دسته مباحثي است كه تاكنون در روابط مربوط به طراحي اتصالات بدان توجه لازمي نگرديده است. البته در سالهاي اخير مطالعات زيادي بمنظور درك صحيح رفتار اتصالات و بهبود عملكرد ا نها از طريق اراي ه ايدههاي جديد در طرح و اجراي ا نها انجام شده است كه ازجمله اين اتصالات بهبوديافته ميتوان به اتصال استخواني اتصال با صفحه كناري اتصال تير با جان شكافدار اشاره 2. مفهوم لنگر پيچشي در مقطع اتصال همانگونه كه ذكر گرديد مساله لنگر پيچشي در اتصالات گيردار و نيمه گيردار در ناحيه اتصال تير به ستون بسيار قابل توجه ميباشد و يكي از مهمترين زواياي پنهان اتصالات را شامل ميشود كه حتي تاكنون نيز در ا ييننامهها و ضوابط طراحي توجه درخوري بدان نگرديدهاست. مفهوم لنگر پيچشي لنگري است كه عمود بر صفحه مطابق شكل 5 ايجاد ميشود(حول محور Y) و همانگونه كه از شكل استنباط ميگردد و از نام ا ن نيز مشخص است بيانگر نوعي پيچش در مقطع اتصال تير به ستون است كه بدون توجه به عامل بوجود ا ورنده تمايل به ايجاد نوعي برش ناشي از پيچش در اين مقطع دارد. البته در ادامه نيز خواهد ا مد كه اين پيچش اصولا تحت بارگذاري عرضي تيرها در مقطع اتصال رخ ميدهد. شكل 5 - جهت محورهاي اصلي در تحقيق حاضر شكل 6 - نمونه اتصال تير به ستون مساله لنگر پيچشي در مقطع اتصال تير به ستون در اتصالات گيردار و نيمه گيردار رايج بدين دليل درخور توجه است كه برش بوجود ا مده در اثر اين پيچش موجب ايجاد تناقض در توزيع برش در بال و جان تير در مقطع اتصال مابين حالت واقعي و فرضيات كلاسيك ميگردد كه در ادامه بدان پرداخته ميشود. كند. طراحي اتصالات نيمه گيردار و گيردار تير به ستون كه با جوش كاملا مقيد شدهاند بطور مرسوم براساس مفروضات تي وري كلاسيك انجام ميشود طبق اين تي وري بالهاي تير نيروي محوري ناشي از خمش را انتقال ميدهند درحاليكه جان تير تقريبا بايد در برابر تمام نيروي برشي مقاومت 3

طبق فرض اساسي هندسي خمشي مقاطع صفحهاي عمود بر محور تير پس از خمش نيز به صورت صفحهاي باقي ميمانند اين اصل مستلزم اينست كه كرنش موجود در تارهاي يك تير تحت خمش متناسب با فاصله ا ن تارها از تار خنثي باشد برپايه اين نتيجه و همچنين شرايط تعادل و رابطه غيرخطي تنش- كرنش تي وري تعميم داده شده خمش بنا ميشود. حال با توجه به اينكه در مقاطع I شكل مساحت بيشتري از تير در بالها ميباشد و همچنين با توجه به متناسب بودن تنش و كرنش همانگونه كه حداكثر كرنش در تار خارجي رخ ميدهد تنشهاي حداكثر نيز در تارهاي خارجي بوجود ميا يد و درصد كمي از تنشهاي عمودي ناشي از خمش در مقطع تير به جان منتقل ميشود ولي سهم بال تير از اين تنش قابل توجه است. در طراحي اتصالات متداول فرض ميشود كه لنگر خمشي توليد شده در انتهاي تير توسط بالهاي ا ن به ستون منتقل شود پس درظاهر بهترين و مستقيمترين راه انتقال اين لنگر جوش مستقيم بال تير به ستون ميباشد. ازطرفي هرگاه يك تير I شكل تحت نيروي برشي قرار گيرد طبق رابطه اساسي تعيين تنش برشي ميتوان نوشت: V.Q τ= I.t V A. da (1). (2) در روابط فوق V نيروي برشي كل موجود در مقطع I ممان اينرسي كل مقطع حول محور خنثي Q ممان استاتيك سطح واقع در بالا يا پايين تراز مورد نظر و t نيز پهناي مقطع طولي در تراز مورد نظر است كه معمولا مساوي ضخامت يا پهناي عضو است. حال با توجه به رابطه فوق به يك توزيع سهميوار براي تنش برشي ميرسيم كه با توجه به ثابت بودن ضخامت جان( t ) و افزايش مماناستاتيك( Q ) بسمت محورخنثي ميبايست حداكثر تنش برشي در محور خنثي رخدهد از طرف ديگر به خاطر پهناي زياد بالها تنشهاي برشي موجود در ا نها درظاهر ميبايست بسيار كوچك باشد به همين دليل طبق تي وري كلاسيك توزيع تنش در تيرهاي I شكل حداكثر تنش برشي جان را بطور متوسط درنظر گرفته و ا نرا از تقسيم نيروي برشي كل بر سطح مقطع جان بدست ميا ورند بنابراين مقدار تقريبي حداكثر تنش برشي برابر است با: ( ) V max APPROX A (3) در رابطه 3 V نيروي برشي كل مقطع و Aاندازه سطح مقطع Iشكل است. نتايج حاصل از بررسيهاي انجام شده در تحقيق حاضر نشان ميدهد كه توزيع تنش در پيرامون ناحيه اتصال در اتصالات گيردار و نيمه گيردار در مواقعي كه تير مستقيما به ستون متصل ميشود قويا با فرضيات كلاسيك توزيع تنش برشي مغايرت دارد و بدون اغراق اين مغايرت قابل توجه مي تواند علت عمده بروز شكستها در اتصالاتباشد. نتايج بدست ا مده از بررسي المانمحدود در تحقيق حاضر نشان دهنده حالتي برخلاف نظر توزيع تنش كلاسيك در تيرها ميباشد. در شكل 7 ترسيمه توزيع تنش برشي قاي م در مدل مبنا تحت بار وارده 150 تني نشان داده شدهاست. همانگونه كه از شكل كاملا مشهود است توزيع تنش برشي در پيرامون ناحيه اتصال مغايرت قابل توجهي با فرضيات كلاسيك توزيع تنش دارد چراكه اين ترسيمه نشان ميدهد كه برروي محور خنثي در تير موردنظر مقدار تنش برشي به صفر رسيده اما هرچه كه از محور خنثي دور شده و به سمت بالها نزديك ميشويم مقدار تنش برشي افزايش يافته تاجاييكه در محل اتصال بال به جان تير تمركز تنش قابل توجهي در مقطع مشاهده ميشود. درشكل 8 نيز ترسيمه تنش فنميسز (فرضيه تسليم مواد براساس انرژي كرنشي حداكثر در تغيير شكل برشي) براي مدل مبنا اراي ه شدهاست كه اين ترسيمه نيز اين فرض را كه توزيع تنش در پيرامون ناحيه اتصال از قواعد توزيع تنش كلاسيك تبعيت نمينمايد را تقويت ميكند. شكل 7 - ترسيمه توزيع تنش برشي در مدل مبنا شكل 8 - ترسيمه توزيع تنش فنميسز در مدل مبنا 4

طبق ترسيمههاي تنش اراي ه شده در شكلهاي 7 و 8 توزيع تنش سهمي شكل جان تير كاملا در نزديكي اتصال تغيير ميكند و ناحيه وسط جان از تنشها خالي ميشود و تنش برروي محور خنثي به صفر ميرسد اين درحالي است كه در مجاورت بالها و جوش ا نها تنشهاي متمركز مشاهده ميشود. طبق بررسيها منشا پيدايش تنشهاي برشي قابل توجه در بالهاي تير در مقطع اتصال در تضاد با فرضيات كلاسيك پديده قابل توجه ديگري با عنوان كمانش جانبي- پيچشي ميباشد. دليل پيدايش اين پديده اينست كه وقتي يك تير حول محور قوي تحت خمش قرار ميگيرد ممكن است كه پايداري جانبي بال فشاري ا ن در معرض خطر واقع شود. بال فشاري تير را از نظر كيفي ميتوان با يك ستون مقايسه كرد اين عضو مانند ساير قطعات فشاري مايل است كه در جهت ضعيف خود با خمش حول محوري كه از ميان تارش ميگذرد كمانه كند ولي جان مانند تكيهگاه ممتدي از اين كمانش جلوگيري ميكند و بال تير را تا حد زياد مقيد مينمايد حال اگر شدت تنش فشاري زياد باشد بال مستطيلي شكل تير حول محور گذرنده از جان تير دچار كمانش ميشود كه به چنين كمانشي كه در اثر خمش در بال فشاري و حول محور قوي ا ن بوجود ميا يد كمانش جانبي بال گويند. در حالت كلي تيري كه در صفحه داراي حداكثر صلبيت خمشي تحت خمش قرار ميگيرد ممكن است در بار بحراني معيني دچار حالت كمانش جانبي شود چنانچه صلبيت خمشي تير در صفحه خمش در مقايسه با صلبيت خمشي جانبي ا ن خيلي بزرگ باشد درنظر گرفتن پديده كمانش جانبي هنگام طراحي تيرها بسيار اهميت مييابد پايداري چنين تيري فقط در زمان كمتر بودن بار از مقدار بار بحراني تا مين ميشود و به محض ا نكه بار به مقدار بحراني رسيد موقعيتي پيش ميا يد كه در ا ن حالت شكل ديگري از تعادل تير كه توام با تغيير مكان جانبي است برقرار ميشود. هرچند جان تير با اتصال پيوستهاي كه با بال تير در اتصالات رايج دارد به صورت تكيهگاه جانبي براي بال عمل مينمايد و تا حدودي از كمانش جانبي بال تير جلوگيري ميكند اما در محدودة اتصال در شرايط بحراني وابسته بودن جان و بال و عدم استقلال جان و بال از يكديگر به منظور كمانش جانبي مستقل موجب پيدايش پديدهاي به نام كمانش جانبي-پيچشي در ناحيه جوش اتصال بال تير به بال ستون و جوش جان تير به بال ستون ميشود و پيچش به وجود ا مده در ناحيه اتصال به عامل تمركز تنش در ناحيه اتصال به دليل تنش برشي ناشي از پيچش طبق رابطه اساسي پيچش ميشود. چرا كه طبق اين رابطه (رابطه 4 )حداكثر تنش برشي ناشي از پيچش در تارهاي انتهايي مقطع كه در اتصالات مورد نظر در بالهاي تير ميباشد رخ ميدهد. τ = T. J (4) در رابطه 4 τ تنش برشي ناشي از پيچش T لنگر پيچشي ρ فاصله تار مورد نظر از تار خنثي و J ممان اينرسي قطبي مقطع ميباشد. 3. هدف از تحقيق در اين تحقيق سعي برا نست تا با تحليل به روش المان محدود در نرمافزار ANSYS چند نمونه از اتصالات گيردار و نيمه گيردار تير به ستون با مطالعه پارامتريك از لحاظ مقدار لنگر پيچشي در مقطع تير بررسي شود و عوامل تاثيرگذار بر ا ن تعيين گردد. عوامل مورد بررسي جزيياتي مانند وجود سختكننده جان ستون ورقهاي پوششي كناري ورقهاي كناري نيمهعمق و تمامعمق طرفين تير صلبيت تكيهگاه وجود مهار جانبي در طول تير و ميزان انعطافپذيري مصالح موردنظرميباشد. 4. فرضيات مدلسازي مطالعه پارامتريك موردنظر در اتصالات مدل شده بر مبناي فرضيات زير بنا شدهاست. 1- جهت مدلسازي و بررسي رفتار اتصالات ازلحاظ لنگرپيچشي در مقطع اتصال از نرم افزار المان محدود ANSYS استفادهشدهاست. 2- در مدلسازي اتصالات از تير و ستون با مقطع I شكل با ابعاد مطابق شكل 9 استفاده شدهاست و اتصالات در 7 حالت مختلف مدل شدهاند. مقطع تير مقطع ستون شكل 9 - مشخصات هندسي مقطع تير و ستون در مدلها 5

3- در شبكه بندي مدلهاي ساخته شده از المان SOLID45 استفاده شده است كه يك المان 8 گرهي است و در هرگره داراي سه درجه ا زادي انتقالي در جهتهاي X,Y,Z ميباشد. 4- باتوجه به اينكه هدف شناخت رفتار اتصالات در محدوده الاستيك ميباشد رفتار فولاد بر مبناي تي وري درجه يك خطي(رفتار خطي مصالح) مدل 6 شدهاست يعني رفتار فولاد بكار رفته در ساخت مدلها بصورت خطي وداراي مدول الاستيسيته 10 2.1 kg/cm² است. 5- در تمامي مدلها بار بصورت استاتيكي برابر با 150 تن بر انتهاي تير 230 سانتيمتري اعمال گرديدهاست. 6- بمنظور حذف اثر لهيدگي در زير بار متمركز بر جوابهاي بدست ا مده محدوده 30 سانتيمتر از ناحيه انتهاي تير كه زير بار متمركز قرار دارد با ماده صلبي كه داراي مدول الاستيسيته 10000 برابر فولاد بكاررفته در مدلها ميباشد مدلسازي شدهاست. 7- شرايط مرزي نيز براي تمامي مدلها يكسان درنظرگرفته شده است. درجات ا زادي گرههاي پاي ستون بطور كامل در سه جهت مقيد شدهاست و گرههاي بالاي ستون نيز در دو جهت عمود بر محور ستون مقيد شدهاند اما در جهت محور ستون ) جهت قاي م ( ا زادند و ستون ميتواند در راستاي قاي م بصورت ا زادانه حركت كند. 5. معرفي مدلها مشخصات مدلهاي ساخته شده در نرمافزار جهت مطالعه پارامتريك به روش اجزاء محدود بشرح زير ميباشد. مدل 1 : اتصال تير به ستون با مقطع تير و ستون طبق مشخصات هندسي شكل 9 طراحي و مدل گرديدهاست و در حقيقت مدل مبناي تحقيق پارامتريك حاضر ميباشد. مدل هندسي اين اتصال درشكل 10 نشان داده شده است. مدل 2 : در اين مدل سختكنندههايي در جان ستون و در مجاورت بالهاي تير قرار داده شدهاند تا تاثير احتمالي افزايش گيرداري اتصال ازطريق سخت نمودن چشمه اتصال بر مقدار لنگر پيچشي مقطع بررسي شود. مدل هندسي اين اتصال درشكل 11 نشان داده شده است. مدل 3 : در اين مدل علاوه بر سختكنندههاي جان ستون ورقهاي پوششي كناري در طرفين چشمه اتصال قرار دادهشده است تا موجب افزايش گيرداري اتصال ازطريق سخت تر نمودن چشمه اتصال نسبت به مدل 2 شوند. مدل هندسي اين اتصال درشكل 12 نشان داده شده است. مدل 4 : بمنظور فراهم نمودن صلبيت كامل براي تكيهگاه تير موردنظر در اين مدل ستون از هندسه مدل حذف شده و گرههاي انتهاي تير در سه جهت X,Y,Z با تعريف شرايط مرزي مربوطه كاملا مقيد شدهاست مدل هندسي اين اتصال درشكل 13 نشان داده شده است. مدل 5 : در راستاي بررسي اثر افزايش گيرداري اتصال هم ازطريق سخت نمودن چشمه اتصال و نيز مهار نمودن طول محدودي از تير درمجاورت اتصال مدل 5 با تعبيه ورقهاي كناري نيمه عمق درطرفين اتصال مدل شدهاست. بمنظور پركردن اختلاف عرض بين بال تير و بال ستون دو ورق پركننده در طرفين بال تير مدل شدهاست مدل هندسي اين اتصال درشكل 14 نشان داده شده است. مدل 6 : در راستاي بررسي اثر افزايش بيشتر گيرداري اتصال هم ازطريق سخت نمودن چشمه اتصال و نيز مهار نمودن طول محدودي از تير درمجاورت اتصال مدل 6 با ورق كناري تمام عمق درطرفين اتصال مدل شدهاست. مدل هندسي اين اتصال درشكل 15 نشان داده شده است. مدل 7 : همانگونه كه اشاره گرديد عامل عمده ايجاد لنگر پيچشي در مقطع اتصال كمانش جانبي- پيچشي بال ميباشد فرض اوليه اساسي و ظاهرا منطقي در ساخت مدل 7 اينست كه كاهش انعطافپذيري مصالح موجب حذف اعوجاج تير در مقطع اتصال و در نتيجه حذف لنگر پيچشي ميگردد. بدين منظور مدل 7 در حقيقت با همان هندسه مدل 1 يم مدول الاستيسيته 10000 برابر مصالح مدل 1 در نرم افزار ايجاد گرديدهاست. باشد منتها در اين مدل ستون و 50 سانتيمتر از تير در مجاورت چشمه اتصال با مادهاي فرضي با شكل 10 - شكل هندسي مدل 1 شكل 12 - شكل هندسي مدل 3 2 مدل 2 شكل 11 -شكل هندسي 6

شكل 13 - شكل هندسي مدل 4 شكل 14 - شكل هندسي مدل 5 شكل 15 - شكل هندسي مدل 6 6. اراي ه نتايج پس از مدلسازي و اجراي برنامه براي هر مدل مقدار لنگر پيچشي در بالهاي بالايي و پاييني تير در مقطع اتصال بشرح جدول 1 بدست ا مد. ترسيمههاي توزيع تنش فنميسز در مدل مبنا حاصل از تحليل المانمحدود در شكلهاي 7 و 8 اراي ه گرديده و تفسير هريك ازلحاظ تاثير بر لنگر پيچشي در مقطع اتصال در بخش 2 اراي ه شدهاست. جدول 1- مقدار لنگرپيچشي در بالهاي بالايي و پاييني تير در مقطع اتصالات مدل شده لنگر پيچشي بال پايين( نت لنگر پيچشي بال بالا( نت مدل 1 (مدل مبنا) مدل 2 (اتصال با سختكننده جان ستون) مدل 3 (اتصال با ورق پوششي طرفين ستون) مدل 4 (تير با گره انتهايي مقيد درراستايX,Y,Z ) مدل 5 (اتصال با ورق كناري نيمهعمق طرفين تير و ستون) مدل 6 (اتصال با ورق كناري تمامعمق طرفين تير و ستون) مدل 7 ( مدل مبنا منتها با ستون و تير با مدول الاستيسيته 10000 برابر در مجاورت چشمه اتصال) - متر) 9.83 9.49 9.18 8.42 5.08 3.05 0.07 - متر) -5.71-5.63-5.48-4.79-2.86-1.49-0.04 از بررسي نتايج مندرج در جدول 1 درمورد لنگر پيچشي در نظر اول استنباط ميشود كه با وجود اعمال بار استاتيكي در راستاي قاي م در تمامي مدلها پيدايش لنگر پيچشي مسالهاي حتمي است. از نكته ذكر شده اين نتيجه قابل دستيابي است كه در اجرا حتي تحت بارهاي ثقلي نيز در محل اتصال لنگر پيچشي در اثر پديده كمانش جانبي-پيچشي تير تحت خمش بوجود ميا يد و كل قاب را در مواقع بحراني متاثر از شكستهاي نابهنگام مينمايد. اين درحاليست كه ا ييننامهها و ضوابط موجود لنگر پيچشي را بعنوان يك پارامتر مهم كه بيترديد در رفتار اتصالات نقشي اساسي ايفا ميكند در روابط خود وارد نمينمايند. از نتايج جدول 1 استنباط ميشود كه عامل لنگر پيچشي در جوش بالهاي تير به بال ستون با وجود غفلت از ا ن در طراحي بدليل عرض زياد بال بسيار قابل توجه است كما اينكه اكثر شكستهاي مشاهده شده در زلزلهها در اتصالات در محل جوش بال تير به بال ستون رخ دادهاست. ازطرفي ميزان لنگر پيچشي در بالهاي بالايي و پاييني اتصالات با اجزاي اتصال رابطه مستقيم دارد بعبارت ديگر با انتخاب اجزاي مختلف اتصال ميتوان مقدار لنگر پيچشي را در بالهاي تير كاهش داد. نتايج حاصله بيانگر اينست كه افزايش گيرداري اتصال از طريق سخت نمودن ستون (در قالب تعبيه سخت كننده جان ستون ورقهاي پوششي كناري و حتي صلب نمودن كامل تكيهگاه تير ( با ا نكه موجب كاهش لنگرپيچشي در بالهاي تير ميشود اما اين كاهش قابل ملاحظه و محسوس نيست. اين درحاليست كه مقيد نمودن طول محدودي از تير درمجاورت چشمه اتصال تاثير قابل ملاحظهاي در كاهش لنگر پيچشي ايجاد ميكند اين كاهش چشمگير از ملاحظه مقدار لنگر پيچشي موجود در بالهاي تير مابين مدلهاي 4 و 5 و حتي از مقايسه لنگر پيچشي موجود در بالهاي تير مابين مدلهاي 5 و 6 نتيجه ميشود. 7

اما ا نچه از نتيجه اراي ه شده در جدول 1 قابل توجه است اينست كه مبناي پيدايش لنگرپيچشي در اتصالات انعطافپذيري مصالح ستون و تير بخصوص در مجاورت ناحيه اتصال مي باشد. يعني در صورت افزايش صلبيت مصالح بدليل منتفي شدن مساله كمانش مقطع تير در ناحيه فشاري مساله لنگرپيچشي نيز منتفي ميشود. اين نتيجه از مقدار لنگر پيچشي اراي ه شده در بالهاي تير در مدل 7 كاملا مشهود است چراكه در اين مدل با افزايش صلبيت مصالح ستون و 50 سانتيمتر از طول تير نسبت به مدل مبنا مقدار لنگر پيچشي در بالهاي تير به صفر ميل نمودهاست. در مدلهاي موردنظر كه هريك بصورت كنسولي مدل شدهاند واضح است كه بال بالايي عضوي كششي و بال پاييني عضوي فشاري ميباشد اما نكته حاي ز اهميت در اين راستا اينست كه همانگونه كه در نتايج جدول 1 مشاهده ميشود مقدار لنگر پيچشي در بال پاييني تمام مدلها (بال فشاري) به ميزان قابل ملاحظهاي كمتر از مقدار لنگر پيچشي در بال بالايي (بال كششي) است. اين نكته بيانگر اينست كه همانگونه كه در بحث برش در مقاطع اتصالات بتني فشار تاثير مثبتي در راستاي افزايش تنش مجاز برشي و كاهش تنش موجود برشي ايفا مينمايد در اتصالات فولادي نيز فشار موجب كاهش لنگر پيچشي و اعوجاج در مقطع اتصال ميگردد. يعني مساله لنگرپيچشي باا نكه در اثر كمانش ناحيه فشاري تير بوجود ميا يد اما اين پارامتر در بال فشاري كمتر از بال كششي است. از مقايسه علامت لنگر پيچشي در بالهاي تير در هر مدل مشاهده ميشود كه اين پارامتر از لحاظ علامت در تمامي مدلها در بالهاي بالايي و پاييني متفاوت است مسلما اين مساله بيانگر اينست كه جهت تابيدگي و دوران بالهاي بالايي و پاييني تير در مقطع اتصال متفاوت ميباشد. 7. نتيجهگيري -1 توزيع تنش در پيرامون ناحيه اتصال گيردار از قواعد توزيع تنش كلاسيك تبعيت نمينمايد. 2- پيدايش لنگر پيچشي در اتصالاتي كه در ا نها بالهاي تير با جوش شياري به بال ستون متصل ميشوند بخصوص وقتيكه جان تير نيز با جوش ممتد به بال ستون متصل است حتي تحت بارهاي ثقلي حتمي است. 3- حتمي بودن پيدايش لنگر پيچشي بدليل تاثير قابل توجه بر شكست اتصالات ايجاب مينمايد كه در روابط ا ييننامهاي توجه ويژهاي به ا ن شود. 4- افزايش گيرداري اتصال ازطريق سخت نمودن ستون و چشمهاتصال تاثير ناچيزي در راستاي كاهش لنگر پيچشي ايجاد مينمايد. 5- مقيد نمودن طول محدودي از تير در مجاورت ناحيه اتصال موجب كاهش قابل ملاحظه لنگر پيچشي در بالهاي تير ميگردد بعبارتي اتصالاتي كه در ا نها طول محدودي از تير بوسيله برخي اجزاي اتصال مهار ميشوند توانايي كاهش قابل ملاحظه لنگرپيچشي را دارا ميباشند مانند اتصال با صفحاتكناري. 6- عامل اصلي پيدايش لنگرپيچشي در اتصالات انعطافپذيري مصالح تير و ستون بخصوص در ناحيه اتصال است. 7- مقدار لنگر پيچشي در بالهاي فشاري و كششي تير با يكديگر برابر نيست. بلكه اين مقدار در بال كششي همواره بيش از بال فشاري است بعبارتي فشار تاثيري مثبت در راستاي كاهش لنگرپيچشي در بال فشاري تير دارد. 8- لنگر پيچشي از لحاظ جهت در بالهاي بالايي و پاييني تير در مقطع اتصال با يكديگر متضاد است. 8. مراجع 1- Stephen A.Mahin, (1998), Lessons from damage to steel buildings during the Northridge earthquake, Engineering Structures, Vol20, Nos 4-6, pp. 261-270. 2- J.E. Partridge, S.R. Paterson, R.M. Richard, (July 3,2000), Low Cycle Fatigue Tests and Fracture Analyses of Bolted- Welded Seismic Moment Frame Connections, Proceeding of the Structural Engineers Association of California. 3- Federal Emergency Management Agency, FEMA- 355, (2000), State of the Art Report on Past Performance of Steel Moment- Frame Buildings in Earthquakes, SAC Joint Venture, California. 4-FEMA 2000, recommended seismic design criteria for new steel moment-frame buildings, Report NO. FEMA-350, Federal Emergency Management Agency. 8