رفتار لرزه ای اتصالات مرکب در تیر مشبک ستون های فولادی بتنی تقویت شده با فولاد
چکیده
برنامه پژوهشی با موضوع اتصالات مرکب تیر مشبک ستون های فولادی بتنی تقویت شده با فولاد بدین منظور صورت گرفت که طرح موزه جدید علم و فناوری چین واقع در شهر پکن را مورد تأیید قرار دهد. ابتدا تست های بارگذاری گردشی معکوس بر روی چهار نمونه انجام شد تا رفتار لرزه ای اتصال مرکب به شکلی متمرکز مورد بررسی قرار گیرد. منحنی های بار-جابجایی، رفتار هسته اتصال، کاهش مقاومت و سختی، شکل پذیری، ظرفیت استهلاک انرژی، مشخصه های تغییر شکل، و ... متعلق به قسمت های فرعی تست مورد تحلیل قرار گرفته اند. دو حالت گسیختگی مختلف را می توان در تست ها مشاهده نمود و اتصالاتی که در دو انتهای تیر با گسیختگی خمشی همراه بودند، نسبت به اتصالاتی که در هسته اتصال دارای گسیختگی برشی بودند، سختی و مقاومت بیشتر و شکل پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی بهتری از خود نشان دادند. در نتیجه کنترل منطقی مود شکست، یکی از کارآمدترین روش های بهبود رفتار لرزه ای اتصال محسوب می شود. بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی و با استفاده از مدل برش، یک فرمول طراحی برای مقاومت برشی هسته اتصال بدست آمد که بازوی فشاری بتنی داخلی، بازوی فشاری بتنی خارجی و مکانیزم های برشی چارچوب جان فولادی را در بر می گیرد و علاوه بر این، روش تحلیلی برای کنترل مود شکست اتصال نیز ارائه خواهد شد. در نهایت با آزمایش نتایج و مقایسه آن ها با روش های موجود دیگری که در قوانین طراحی و مطالعات فعلی ارائه شده اند، روش پیشنهادی در این مطالعه مورد تأیید قرار خواهد گرفت.
1. مقدمه
موزه جدید علم و فناوری چین یکی از مهم ترین پروژه های فرعی برای بازی های المپیک 2008 در شهر پکن می باشد. برای رفع نیازهای نمایشگاهی و مستحکم سازی لرزه ای، سیستم سازه ای مرکبی ارائه شد که از سازه تیر فولادی بلند و سازه دیوار برشی با قاب بتنی مسلح شده با فولاد تشکیل شده است و در شکل 1 نشان داده شده است. از آن جایی که این دو نوع سازه خواص مکانیکی کاملاً متفاوتی دارند، رفتار لرزه ای اتصال مرکبی که این دو سازه مختلف را به یکدیگر متصل می کند (در شکل 1 نشان داده شده است) حاکم بر عملکرد لرزه ای کل سیستم سازه ای است و یکی از مهم ترین مسائل طراحی محسوب می شود. اتصالات مرکب فولاد-بتنی در سیستم سازه ای مرکب که در پژوهش های قبلی مورد بررسی قرار گرفته اند عمدتاً دارای اتصال مرکب ستون بتنی مسلح شده-تیر فولادی (RC-S) و اتصال مرکب ستون بتنی مسلح شده با فولاد-تیر فولادی (SRC-S) می باشند. اتصالات مرکب RC-S در ابتدا توسط شیخ و سایرین و دیرلین در سال 1989 در دانشگاه تگزاس، و سپس توسط کانو و دیرلین در سال 1993 در دانشگاه کورنل مورد آزمایش قرار گرفت. تمام داده های آزمایشی بدست آمده، اساس اولین راهنمای طراحی را بنا کرد که توسط کمیته کار بر روی ضابطه طراحی برای سازه های مرکب در فولاد و بتن ASCE در ایالات متحده و در سال 1994 تدارک دیده شد. پس از آن، برنامه پژوهش مشترک ایالات متحده-ژاپن بر روی سازه های کامپوزیت و مرکب صورت گرفت و یکی از مهم ترین اهداف این برنامه، توسعه مدل ها و ضوابط طراحی لرزه ای بهبود یافته برای بخش های فرعی اتصال تیر-ستون RC-S بود. در ایالات متحده، مجموعه تست هایی توسط محققان بسیار صورت گرفت (برای مثال پارامونتسینوس و وایت ؛ پارامونتسینوس و سایرین؛ فارجیر-گابالدون و پارامونتسینوس ) و همچنین برای رفتار برشی هسته اتصال نیز مدل های بهبود یافته ای ارائه شدند. علاوه بر این، این مدل ها در طراحی و مدلسازی زیرسازه تیر-ستون و کل سیستم سازه ای مرکب به کار گرفته شده اند. در ژاپن، دستورالعمل های طراحی لرزه ای اتصالات RC-S مرکب، تمام بررسی های انجام شده بر روی مکانیزم انتقال تنش اتصال و شبیه سازی دقیق المان محدود و ... را شکل داده بودند.
abstract
A research program on seismic behavior of steel reinforced concrete column–steel truss beam hybrid joints is carried out to support the design of the New China Science & Technology Museum built at Beijing City. Reversed cyclic loading tests on four specimens are first conducted to intensively investigate the seismic behavior of the hybrid joint. The load–displacement curves, shear behavior of the joint core, strength and stiffness degradations, ductility, energy dissipation capacity, deformation characteristics, etc. of the test subassemblies are analyzed. Two different failure modes can be observed in the tests, and the joints with flexural failure at the beam end illustrate higher stiffness and strength, better ductility and energy dissipation capacity than those with shear failure at the joint core. As a result, rational control of the failure mode is one of the most effective ways to enhance the seismic behavior of the joint. Based on the experimental observations, a design formula for shear strength of the joint core is derived using the shear model including the inner concrete compression strut, outer concrete compression strut and steel web panel shear mechanisms, and an analytical method for controlling the failure mode of the joint is also presented. Finally, the proposed method in this paper is verified by the experiment results and compared with other available methods provided in the current design codes and the literature.
1. Introduction
The New China Science & Technology Museum is one of the most important auxiliary projects for the 2008 Olympic Game in Beijing. In order to satisfy the high-standard requirements of exhibition function and seismic fortification, a hybrid structural system composed of a large-span spatial steel truss structure and a steel reinforced concrete frame-shear wall structure as shown in Fig. 1 is adopted. Since the two types of structures have entirely different mechanical properties, the seismic behavior of the hybrid joint connecting these two different structures as illustrated in Fig. 1a dominates the seismic performance of the whole structural system and becomes one of the most critical problems for design. The steel–concrete hybrid joints in the hybrid structural system investigated in previous researches [1–5] mainly include the reinforced concrete column–steel beam (RC–S) hybrid joint and the steel reinforced concrete column–steel beam (SRC–S) hybrid joint. RC–S hybrid joints were firstly tested by Sheikh et al. [6] and Deierlein et al. [7] in 1989 at University of Texas, and then tested by Kanno and Deierlein [8] in 1993 at Cornell University. All the obtained test data formed the basis of the first design guidelines provided by the ASCE Task Committee on Design Criteria for Composite Structures in Steel and Concrete [9] in the United States in 1994. After that, the US–Japan Cooperative Research Program on Composite and Hybrid Structures was carried out [10], and one of the most important aims of this program was to develop improved seismic design models and criteria for RC–S beam–column connection subassemblies. In the US, a series of tests were conducted by many researches (e.g., Parra-Montesinos and Wight [11]; Parra-Montesinos et al. [12]; Fargier-Gabaldón and ParraMontesinos [13]), and improved models for shear behavior of the joint core were also proposed [12,14]. In addition, these models have been applied to the design and modeling of a beam–column sub-structure [15] and a whole hybrid structural system [16]. In Japan, guidelines for the seismic design of hybrid RC–S joints [17] were formed through the investigations of the joint stress transferring mechanism [18] and the elaborate finite element simulation [19], etc.
چکیده
1. مقدمه
2. برنامه آزمایشگاهی
2.1. طراحی نمونه
2.2. ساخت و خواص مواد
2.3. روال راه اندازی تست و بارگذاری
2.4. ابزارهای اندازه گیری
3. نتایج آزمایشگاهی
3.1. رفتار کلی
3.2. منحنی بار-جابجایی
3.3. رفتار برشی هسته اتصال
3.4. کاهش مقاومت و سختی
3.5. شکل پذیری
3.6. ظرفیت استهلاک انرژی
3.7. تحلیل تغییر شکل
3.8. رفتار لرزه ای در انتهای تیر تقویت شده با فولاد
4. مقاومت برشی هسته اتصال
4.3. درست سنجی و بحث و بررسی
5. نتیجه گیری
abstract
1. Introduction
2. Experimental program
2.1. Specimen design
2.2. Fabrication and material properties
2.3. Test setup and loading procedure
2.4. Measuring devices
3. Experimental results
3.1. General behavior
3.2. Load–displacement curve
3.3. Shear behavior of joint core
3.4. Strength and stiffness degradations
3.5. Ductility
3.6. Energy dissipation capacity
3.7. Deformation analysis
3.8. Flexural behavior at steel truss beam end
4. Shear strength of the joint core
4.1. Equilibrium of ultimate external forces and internal shear strengths
4.2. Effective shear strengths for three mechanisms
4.3. Verification and discussion
5. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه