تأثیر اتصالات بر ضریب رفتار سیستم‌های دوگانه پیش ساخته

تأثیر اتصالات بر ضریب رفتار سیستم‌های دوگانه پیش ساخته

در دهه‌های اخیر با گسترش جمعیت در دنیا و نیاز به ساخت ابنیه در مدت کوتاه، استفاده از سازه‌های بتنی پیش ساخته اهمیت بسزایی یافته است. ولی در نتیجه پاره‌ای از مسائل که به طور حل نشد‌ه‌ای باقیمانده‌اند، صنعت پیش‌ ساختگی به پتانسیل کامل خود نرسیده است. این مشکلات بیشتر ناشی از نوع اتصالات ساختمان‌های پیش ساخته هستند.

ضریب رفتار، ضریبی مهم در تحلیل‌های خطی است و نشاندهنده عملکرد غیر ارتجاعی سازه از جمله مقاومت و شکل‌پذیری در مرحله غیر خطی است. با وجود تحقیقات گسترده بر روی این ضریب در ساختمان‌های درجا، هنوز تحقیقات کاملی درباره آن در ساختمان‌های پیش‌ساخته صورت نگرفته است، بدین علت، تحقیق در این مورد با توجه به رفتار متفاوت اینگونه سازه‌ها ضروری است.

سیستم‌های پیش ساخته دارای مزیت‌های اثبات شده‌ای هستند. اما کارایی این سیستم‌ها به دلیل حضور المان‌هایی که از پیش ساخته شده‌اند، منوط به نصب و مونتاژی ممکن و سریع در پای کار است. به همین دلیل نوع اتصالات به کار رفته بین المان‌های پیش ساخته در این گونه سیستم‌ها اساساً متفاوت با سیستم‌های درجای معادلشان است.‌ تحقیقاتی‌ در زمینه بررسی عملکرد اتصالات پیش ساخته انجام گرفته، که به آنها اشاره می‌شود.

اتصال حاوی دو سطح پیش ساخته – درجا است. در بررسی اتصال یاد شده نکات زیر را باید در نظر گرفت.

1. ‌اتصالات گوشه و اتصالات میانی از هم تفکیک شده و به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
2. ‌در بررسی اتصالات، هم لنگر مثبت و هم لنگر منفی مورد توجه قرار گرفته و منحنی لنگر-دوران برای هر دو حالت ارائه شده است.
3. ‌اتصالات هم در حالت بدون دال و هم در حالتی که دال روی آنها قرار گرفته بررسی شده‌اند.

اتصال افقی بین دیوارهای پیش ساخته

رفتار اتصالات بین دیوارهای پیش ساخته به دو قسمت تقسیم‌بندی می‌شود. قسمت اول مربوط به رفتار خمشی اتصالات است. این رفتار باعث می‌شود که نیرو در میلگردهای موجود در اتصالات افقی در دو انتهای دیوار پیش ساخته به صورت کششی و فشاری باشد. به این رفتار اصطلاحاً ‌رفتار خمشی‌ گفته می‌شود. قسمت دوم مربوط به رفتار برشی است. این برش به خاطر میلگردهای عبوری از منطقه اتصال و بتنی است که برای چسبندگی دو دیوار پیش ساخته به کار رفته است. این رفتار اصطلاحاً ‌لغزشی‌ گفته می‌شود.

‌اتصال قائم بین دیوارهای پیش ساخته

اتصالات بین دیوارهای پیش ساخته را می‌توان به دو دسته عمده اتصالات مکانیکی و اتصالات درجاریز تقسیم‌بندی کرد. اولین نوع اتصالات، مکانیکی‌اند. در این اتصالات از بست‌های مکانیکی جهت اتصال دیوارهای پیش ساخته استفاده می‌شود. همچنین ملات‌هایی جهت پرکردن فضای بین دیوارها وجود دارد. نصب این اتصالات ساده‌تر و کم هزینه‌تر است. در این نوع اتصالات میلگردهای هر دیوار به صورت مجزا هستند و یکپارچگی کمتری نسبت به اتصالات درجاریز دارند. این اتصالات خود می‌توانند به چند گروه اتصالات جوشی، اتصالات بلتی و ترکیبی تقسیم‌بندی شوند.

نوع دیگر، اتصالات درجاریز هستند. در این اتصال از بتن‌ریزی به صورت درجا در محل اتصال استفاده می‌شود. به طوری که این بتن نقش سازه‌ای داشته و در محاسبات مربوط به ظرفیت اتصال وارد می‌شود. در این نوع اتصال از وصله‌های پوششی ‌یا مکانیکی (مانند ‌غلاف‌) جهت پیوستگی میلگردهای دو دیوار استفاده می‌شود. این اتصالات خود به چند گروه اتصال صاف، زبانه‌دار و دندانه‌دار (با یا بدون زبانه برشی) تقسیم می‌شوند.

تحقیقات نشان می‌دهند این گره‌ها تا وقتی که در محدوده رفتار الاستیک هستند، سختی تقریباً یکسانی از خود نشان می‌دهند. اما ظرفیت انتقال برش در این سه نوع اتصال متفاوت است. اتصال با دندانه‌های برشی، مقاومت ترک خوردگی بالاتر و اتصالات صاف ظرفیت کمتری از خود نشان می‌دهند. همچنین اتصالات مسلح شده نسبت به اتصالات غیر مسلح شکلپذیری و تغییرشکل‌های پلاستیک بیشتری را تحمل می‌کنند. این در حالی است که اتصالات صاف، رفتار تردتر و ظرفیت باربری کمتری از خود نشان می‌دهند.

ضریب رفتار و چگونگی محاسبه آن

طراحی المان‌های سازه‌ای به گونه‌ای است که در طی زلزله، در محدوده الاستیک باقی مانده، که عملاً غیر ممکن است و نیاز به صرف هزینه و یا کاربرد مقاطعی غیر منطقی دارد. بنابراین درآیین‌نامه‌های طراحی کنونی، این اجازه به سازه داده می‌شود که در طی حرکات زمین ناشی از زلزله، سازه وارد نواحی غیر خطی شده تا بتواند از ظرفیت جذب انرژی موجود در آن استفاده شود. یکی از منابع جذب انرژی در سازه‌ها شکلپذیری ناشی از تغییر شکل‌های غیر الاستیک است.

برای به دست آوردن میزان جذب انرژی در سازه‌ها، نیاز به تحلیل‌های غیر خطی خواهیم داشت. اما از آن جایی که این تحلیل‌ها وقتگیر بوده و بیشتر برای کارهای تحقیقاتی کاربرد دارند در حالت عملی نمی‌توان از آنها استفاده کرد. از طرف دیگر تحلیل‌های خطی قادر به در نظرگیری این اتلاف انرژی در سازه‌ها نیستند. برای رفع این نقیصه، اصلاحی در تحلیل‌های خطی صورت گرفته است که با استفاده از آن بتوان میزان جذب انرژی سازه را در این تحلیل‌ها حدس زد.

این اصلاح توسط ضریبی به نام ضریب رفتار (R) صورت می‌گیرد. این ضریب در بردارنده رفتار سازه، شکل پذیری و مقاومت پنهان آن در مرحله غیر ارتجاعی است.

برای به دست آوردن ضریب رفتار در سازه می‌توان از منحنی ظرفیت (برش پایه-تغییر مکان) استفاده کرد. اما برای به دست آوردن این منحنی نیاز به مدلسازی رفتار سازه به صورت غیرخطی هستید.

در تمام سیستم‌های دوگانه پیش ساخته با توجه به حاکمیت رفتار دیوار برشی بر عملکرد کل قاب بدون توجه به رفتار اتصالات نیمه صلب تیر به ستون پیش ساخته و با توجه به عملکرد تقریباً صلب اتصالات درجاریز دیوارهای پیش ساخته، همانند قا‌بهای یکپارچه معادل با افزایش تعداد طبقات، شاهد افزایش زمان تناوب، شکل پذیری و ضریب کاهش نیرو هستید.

ضریب اضافه مقاومت در تمام سیست‌مهای دوگانه پیش ساخته و درجا با افزایش ارتفاع روندی کاهشی دارد.