ارزیابی عملکرد لرزه ای قاب های ساخته شده با ستون های فلزی پر شده با بتن

امروزه با پیشرفت صنعت ساختمان استفاده از مقاطع مرکب در حال افزایش است. مقاطع فلزی پر شده با بتن نوعی از مقاطع مرکب است که در آن مشخصات فولاد و بتن بطور مناسبی با هم ترکیب شده و از این مشخصات استفاده بهینه می شود. فولاد مقطع در بیرونی ترین بخش عضو قرار دارد و در نتیجه سهم عمده ای در ظرفیت خمشی مقطع ایفا می کند. به علاوه جدار فولادی با ایجاد محصورشدگی برای بتن، مقاومت آنرا افزایش می دهد. از طرف دیگر وجود بتن در داخل مقطع از کمانش جدار به سمت داخل جلوگیری کرده و مودهای کمانشی عضو را به تاخیر می اندازد. در این پایان نامه ابتدا ضوابط آئین نامه های ایران و اروپا در خصوص طراحی این مقاطع بررسی شده و مورد مقایسه قرار می گیرد. نقاط ضعف آئین نامه مورد بحث قرار گرفته و پیشنهادهایی در جهت تکمیل و ارتقای دقت آن ارائه می گردد. جهت تسهیل و تسریع طراحی، روابطی برای طراحی تیرستون های پر شده با بتن مطابق با ضوابط آئین نامه بر پایه دیاگرام های اندرکنش این مقاطع با استفاده از روش توزیع تنش پلاستیک ارائه می شود و چارت های طراحی رسم می گردد. در نهایت عملکرد لرزه ای قاب های متشکل از ستون های فلزی پر شده با بتن با استفاده از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی بر اساس ضوابط دستورالعمل fema-356 ارزیابی شده و با قاب های فولادی مقایسه خواهد شد. روش مدل سازی مقاطع پر شده با بتن در نرم افزارهای رایج sap2000 و etabs برای تحلیل خطی و غیرخطی نیز ارائه می گردد. نشان داده شد که علیرغم برخی کاستی ها، این آئین نامه از کارایی خوبی برای طراحی این اعضا در شرایط عادی برخوردار است. یکی از نارسایی های این آئین نامه عدم لحاظ کردن اندرکنش واقعی فولاد و بتن خصوصا تحت اثر ترکیب بار محوری و لنگر خمشی است. بطوریکه از اثر افزایش ظرفیت خمشی مقطع به علت وجود بتن در داخل آن صرف نظر شده و ظرفیت مقطع تحت اثر ترکیب بار محوری و خمشی با روابط حاکم بر تیرستون های فلزی کنترل می شود. یک مدل رفتار غیرخطی برای مقاطع قوطی شکل مربعی پر شده با بتن معرفی شده و با استفاده از آن تحلیل غیرخطی استاتیکی بر روی قاب ها انجام گرفته است. برخی از نتایج حاصل از این بررسی و مقایسه در زیر آمده است: 1- ضریب رفتار و زمان تناوب اصلی این قاب های مرکب و فلزی بسیار نزدیک به هم است. 2- شکل پذیری قاب های با ستون های فلزی پر شده با بتن بیشتر از قاب های فلزی است. این قاب ها بطور متوسط ظرفیت تغییرشکل 15 تا 20% بیشتر از قاب های فلزی را دارا هستند. 3- نسبت ضریب رفتار بدست آمده برای قاب های مرکب و فلزی با مقادیر پیشنهاد شده در آئین نامه asce مطابقت داشته که نشان دهنده دقت مناسب مدل های غیرخطی مورد استفاده برای اعضای مرکب پر شده با بتن است. 4- استفاده از معیارهای پذیرش اعضای فلزی برای ارزیابی سطح عملکرد مقاطع پر شده با بتن برای سنجش سطح عملکرد استفاده بی وقفه مناسب نیست چراکه نقطه شروع رفتار غیرخطی در ستون های فولادی با ستون-های پر شده با بتن متفاوت است. 5- استفاده از مقاطع پر شده با بتن خصوصا در سازه های بلند به اقتصادی تر شدن طرح کمک می کند.