چکیده

خرابی پیشرونده یک پدیده دینامیکی است که به صورت گسترش زنجیروار خرابیها در سازه بروز مـییابـد . یکـی از عوامـل بسـیار مهـم و تأثیرگـذار در مقاومت سازه در برابر خطر خرابی پیشرونده نوع سیستم باربر جانبی ساختمان میباشد. امروزه استفاده از قابهای خمشی و یا سیستمهای ترکیبـی کـه دارای اتصالات خمشی هستند، به عنوان یک سیستم باربر جانبی لرزهای بطور معمول در ساختمانها رواج یافته اسـت . در ایـن مقالـه، تـأثیر پارامترهـای هندسی مختلف از قبیل تعداد طبقات، تعداد و طول دهانهها، در مقاومت سیستمهای قاب فولادی خمشی متداول ۴ و ۸ طبقه با شکلپذیری متوسـط، در برابر خرابی پیشرونده مورد ارزیابی قرار گرفته است. سازههای نمونه در ۲ منطقه با لرزهخیزی متوسط و بالا طراحی گشته و مقاومت این سـاختمانهـا با استفاده از روش “مسیر جایگزین” استاتیکی غیرخطی آئیننامه UFC به ازای حذف ستونهای مختلف در پلان و ارتفاع سازه مورد بررسی قرار گرفتـه است. نتایج تحقیق نشان دادند که با افزایش تعداد طبقات و تعداد دهانهها مقاومت سازه در برابر خرابی پیشرونده افزایش مییابـد در حالیکـه بـا افـزایش طول دهانه مقاومت در برابر خرابی پیشرونده کاهش مییابد. در ساختمانهای ۴ طبقه حذف ستون در طبقه سـوم و در سـاختمانهـای ۸ طبقـه حـذف ستون در طبقات پنجم و هفتم، وضعیت بحرانیتری را در برابر خرابی پیشرونده نسبت به حذف ستونهای طبقه اول ایجاد میکند.

واژه های کلیدی: خرابی پیشرونده، روش مسیر جایگزین، قاب فولادی خمشی با شکلپذیری متوسط، تحلیل استاتیکی غیرخطی

۱

مقدمه

یکی از مکانیزم های شکست سازهای که توجه زیـادی در دهـههـای اخیـر بـه خـود جلـب کـرده اسـت، خرابـی پیشـرونده اسـت. خرابیپیشرونده را میتوان انتشار گسترده یک خرابی که ناشی از صدمه به بخش کوچکی از سازه میباشد، تعریف نمود. در اثـر خرابـی موضعی، بدون اینکه افزایشی در بارهای خارجی وارده پیش آید، بازتوزیعی در نیروهای داخلی سازه به وجود میآید و سایر اعضاء تحت اثر نیروهای اضافی قرار میگیرند، در نتیجه ممکن است یک عضو یا تعداد بیشتری از اعضاء نیز به نوبه خود خراب شوند و بـه تبـع آن بازتوزیع بیشتری در نیروها ایجاد شود. بدین ترتیب خرابی در کل سازه انتشار یافته و ممکن است به خرابی کل سازه منجر گردد. ایـن خرابی درواقع یک واکنش زنجیروار خرابی است .(۳۷۷:۲۰۱۰,ASCE/SEI7) این پدیده بدلیل طبیعـت فاجعـه آمیـز پیامـدهایش در مقایسه با احتمال بالای وقوع آن، بتدریج در استانداردهای طراحی مورد توجه قرار گرفته است. برای اولین بار توجه جامعه مهندسی بـا خرابی قسمتی از ساختمان Ronan Point واقع در لندن در سال ۱۹۶۸ به خرابی پیشرونده جلب شد.

مطالعاتی فنی در این زمینه توسط دپارتمان دفاع ایالات متحـده (۳۴۵: ۲۰۱۰,DFC-DOD) UFC و (۱۷۴: ۲۰۰۳,GSA) GSA و تدوینکنندههای آئین نامههای اروپایی صورت گرفته است.

(۳۳۰:۲۰۱۱Liu,M) Min Liu برای طراحی لرزهای قابهای خمشی فولادی از تکنیکهای بهینهسازی با مقاومت افـزایش یافتـه برای خرابی پیشرونده بهره گرفت. پتانسیل وقوع خرابی پیشرونده با استفاده از روش مسیر جایگزین بـا اسـتفاده از هـر یـک از ۳ روش آنالیز (استاتیکی خطی، استاتیکی غیر خطی، دینامیکی غیر خطی) بیان شده توسط UCF، ارزیابی شد. مدل عددی ۲ بعدی نشـان داد که روش استاتیک خطی بیشترین نتایج محافظه کارانه را دارد. بالعکس، روش های استاتیکی و دینامیکی غیر خطی منجر بـه طراحـی های مقرون به صرفه می شود. Jinkoo Kim و (۴۲۶: ۲۰۱۱,Kim,J.Hee-Park,J) Jun-Hee Park حساسـیت پارامترهـای طراحـی ساختمان های فولادی در معرض خرابی پیشرونده را مطالعه کردند. نتایج آنالیز نشان دادند که در میـان متغیرهـای طراحـی، مقاومـت تسلیم تیر تقریباً مهمترین پارامتر طراحی در ساختمان های با قاب خمشی فولادی می باشد در حالیکه مقاومت تسلیم سـتون مهـم-ترین پارامتر طراحی در ساختمانهای با سیستم دوگانـه مـی باشـد. (۱۷۵:۲۰۰۹, Kim,J. Kim,T ) Tawan Ki, Jinkoo Kim بـا استفاده از تحلیل قاب دو بعدی به تحقیق در مورد خرابی پیشرونده با اسـتفاده از روشهـای اسـتاتیکی خطـی و دینـامیکی غیرخطـی

پرداختند. آنها دریافتند که قاب های خمشی فلزی محاسبه شده برای بارهای جانبی و ثقلی کمتر در برابر خرابی پیشرونده آسیب پذیر می باشند. (۱۲۷۰:۲۰۰۹,Fu,F) Feng Fu از یک مدل ۳ بعدی المان محدود برای آنالیز خرابی پیشرونده ساختمانهـای بلنـد مرتبـه استفاده کرد و نتایج عددی را با نتایج آزمایشگاهی مقایسه کرد.

قابهای فولادی خمشی محبوبترین سیستم سازهای مورد استفاده در مناطق با لرزهخیـزی بـالا و متوسـط مـی باشـند. بنـابراین ضرورت مطالعه رفتار انواع قابهای خمشی فولادی MRF با شکلپذیری متوسط طراحی شده برای مناطق با لرزهخیزی متوسط و بـالا بر اثر حذف ناگهانی ستونهای مختلف احساس میشود. پارامترهایی همچون طول دهانه، تعداد طبقات، تعداد دهانهها در هر جهت، در مقاومت این سازه ها در برابر خرابی پیشرونده تآثیرگذار هستند. هدف این مقاله مطالعه تأثیر پارامترهای هندسی مختلـف در پتانسـیل خرابی پیشرونده قابهای خمشی فولادی و میزان تقویت المانهای اصلی سازههای ضعیف میباشد.

معرفی روش مسیر جایگزین

در این روش، خرابی موضعی یک عضو سازهای اصلی مجاز است ولی رویکرد طراحی سعی دارد با فراهم کردن مسیرهای جایگزینی، بارها را بطور مؤثر باز توزیع نموده و از گسیختگی یا خرابی بیشتر سازه جلوگیری کند. این روش میتواند با یکی از روشهای استاتیکی خطی، استاتیکی غیر خطی، دینامیکی خطی و یا دینامیکی غیرخطی تحلیل شود. از آنجایی که روشهای تحلیل غیرخطـی در تعیـین عملکرد سازه دقیقتر از روشهای خطی هستند از تحلیلهای غیرخطی استفاده شده است که تحلیلهای انجام گرفتـه شـامل تحلیـل استاتیکی غیرخطی میباشند. در این نوع تحلیل از همان ابتدا ستون مورد نظر از مدل تحلیلی حذف شده و سازه تحت بارگذاری نشان داده شده در شکل ۱، بصورت استاتیکی غیرخطی تحلیل میگردد.