در بررسی هر نوع سیستم سازه ای ، اولین موردی که باید به آن توجه شود که طراحی اجزای سازه ای بر مبنای آن است ، این است که کدام عضو یا اعضای سازه ای قرار است رفتار پلاستیک نشان دهند و کدام اجزا قرار است الاستیک باقی بمانند. در واقع رفتار پلاستیک در قسمتی از سازه باعث ایجاد میرایی بالاتر در تمام سازه هنگام زلزله میشود.(توضیح در مورد میرایی پلاستیک: هر سازه ای یک میرایی ذاتی و یک میرایی پلاستیک را داراست که هر چه قدر جذب انرژی در حلقه های هیسترزیس مفاصل پلاستیک بیشتر باشد (سطح زیر نمودار هیسترزیس=کار انجام شده=جذب انرژی) میرایی پلاستیک سازه هم بالاتر است. میرایی پلاستیک دقیقا با جذب انرژی کلی سازه در رفتار پلاستیک سازه متناظر است .این میرایی با میرایی ذاتی سازه جمع میشود.)
قاعدتا در یک سازه باید رفتار پلاستیک بر عهده ی عضوی گذاشته شود که شکل پذیری کافی را داشته باشد.
در سیستم قاب خمشی رفتار پلاستیک بر عهده تیر ها است.
در دو انتهای تیر ها مفصل پلاستیک خمشی تشکیل میشود و باید ستون ها عمدتا الاستیک باقی بمانند(برای الاستیک باقی ماندن ستون باید قاعده ی تیر ضعیف ستون قوی رعایت شود و همچنین برای جلوگیری از تغییر شکل های زیاد در چشمه ی اتصال باید الزامات آیین نامه ای در خصوص چشمه ی اتصال رعایت شود)
اینکه چه مقدار میتواند مفاصل پلاستیک در تیر ها دوران بدون کاهش مقاومت در حلقه های هیسترزیس داشته باشند (کاهش مقاومت در مفصل پلاستیک = کاهش سطح زیر نمودار هیسترزیس) بستگی به شکل پذیری مفصل پلاستیک دارد که از عواملی مثل میزان فشردگی بال و جان تیر(فشردگی بال و جان= جلوگیری از کمانش موضعی در بال و جان) ، نوع اتصال تیر به ستون(شکل پذیری اتصالات گیردار مختلف با یکدیگر بسیار متفاوت است)، کمانش پیچشی جانبی (کمانش پیچشی جانبی در تیر از تسلیم شدن تمام تار های مقطع تیر جلوگیری میکند) و … تاثیر میگیرد
پس در سیستم سازه ای قاب خمشی تیر رفتار پلاستیک مطلوبی باید نشان دهد.
سیستم قاب مهاربند همگرا که سختی جانبی آن زیاد است ولی در شکل پذیری ضعف دارد.
عضوی که رفتار پلاستیک را بر عهده دارد مهاربند های کششی و فشاری هستند و ما بقی اعضا مثل ستون دهانه ی مهاربندی و تیر دهانه ی مهاربندی باید الاستیک باقی بمانند. موضوع مشکل ساز در این سیستم کمانش فشاری مهاربند است که چون در فشار مهاربند کمانش میکند و مفصل پلاستیک کمانشی فشاری در آن تشکیل میشود ، سطح زیر نمودار هیسترزیس در نیروی فشاری کاهش می یابد و همچنین این موضوع در حلقه های بالاتر تشدید میشود و جذب انرژی در مهاربند فشاری کاهش بیشتری پیدا میکند.
اما در کشش مهاربند به تسلیم کامل میرسد و رفتار بسیار مطلوب تر میباشد. ضوابط آیین نامه برای این که مشکل کمانش فشاری تا حدی بهبود یابد موجود است. (برای اصلاح رفتار مهاربند در فشار ، سیستم مهاربند کمانش تاب پیشنهاد شد که در فشار هم مهاربند به دلیل محصور شدگی در غلاف بتنی تسلیم میشود.)
مهاربند واگرا سیستمی است که رفتار سیستم قاب خمشی و سیستم مهاربند همگرا را همزمان داراست. هم سختی جانبی سازه به دلیل وجود مهاربند ها بالاست و هم مثل سیستم قاب خمشی رفتار پلاستیک بر عهده ی تیر پیوند است.
در این سیستم رفتار پلاستیک بر عهده ی تیر پیوند است و ما بقی اجزا مثل ستون های ، تیر خارج از ناحیه ی پیوند و مهاربند ها باید الاستیک باقی بماند. برای این منظور مهاربند ها ، ستون ها و تیر خارج از ناحیه ی پیوند باید قوی تر طراحی شوند و تیر پیوند مقاومت کمتری را دارا باشد تا مفصل پلاستیک در تیر پیوند به وجود آید. رفتار کلی سازه به عملکرد این تیر پیوند بستگی دارد.
رفتار تیر پیوند با توجه به طول آن ممکن است برشی ، خمشی و یا برشی خمشی باشد. اگر طول تیر پیوند کوتاه باشد رفتار برشی است و مفصل پلاستیک برشی در کل طول تیر پیوند به وجود می آید.
اگر طول تیر پیوند زیاد باشد ، مفصل پلاستیک خمشی در دو انتهای تیر پیوند تشکیل میشود. اگر طول تیر پیوند متوسط باید رفتار همزمان برشی و خمشی اتفاق می افتد. این که طول تیر پیوند چه مقدار باشد تا چه رفتاری را داشته باشد (رفتار برشی یا خمشی و یا همزمان برشی خمشی) مبحث دهم و آیین نامه فولاد آمریکا آن را مشخص کرده است. در رفتار خمشی تیر پیوند، فقط در دو انتهای تیر پیوند مفصل پلاستیک تشکیل میشود ، اما در رفتار برشی تیر پیوند کل طول تیر پیوند مفصل پلاستیک برشی میشود .
هر چه قدر رفتار تیر پیوند به سمت برشی میل کند ، عملکرد کلی سازه مطلوب تر است. در رفتار برشی در جان تیر پیوند کمانش قطری اتفاق میوفتد که برای جلوگیری از این کمانش سخت کننده هایی مطابق آیین نامه در تیر پیوند باید قرار داده شود.(کمانش قطری به دلیل تنش های برشی است که اگر دایره ی موهر برای این تنش های برشی افقی و قائم ترسیم شود ، تنش های اصلی کششی و فشاری به صورت قطری اتفاق میوفتد که چون فولاد در فشار کمانش میکند ، قطر فشار در ضعف قرار میگیرد)
همچنین زاویه ی دوران تیر پیوند نسبت به ناحیه ی خارج از تیر پیوند(که این زاویه با تغییر مکان جانبی طبقه متناظر است) باید کنترل شود تا در محدوده ی مجاز آیین نامه قرار گیرد.
به تصاویر زیر توجه کنید:
نویسنده : مجتبی محب علیان
