مقاوم سازی اتصالات خورجینی

اتصال خورجینی، در گذشته به دلیل راحتی اجرا، هزینه پایین، و سرعت اجرا متداول ترین شکل اتصال در ساختمان های فلزی بوده است که فقط در ایران ( ودر بعضی مناطق اسپانیا) استفاده شده است. اجرا این اتصال به این صورت می باشد که تیر را به صورت یکسره از طرفین ستون ها عبور داده اند و برای مهار تیر از دو نبشی در بالا و پایین تیر استفاده میکنند که این موضوع سبب شده مقداری گیر داری در اتصال ایجاد کند. که برای فراهم کردن سطحی برای اتصال تیر به نبشی، نبشی زیرین را بزرگتر و نبشی روی را کوچک تر از عرض تیر انتخاب می کنند. در زلزله منجیل سال 1369 بسیاری از ساختمان های که دارای اتصال خورجینی بودند، دچار فرو ریزش شدند.

قاب ها با اتصال خورجینی برای فقط تحمل بارهای ثقلی طراحی می شوند. و به دلیل مقداری گیر دار بودن و عدم طراحی آنها برای بارهای جانبی، اتصالات خورجینی عملکرد مناسبی در هنگام زلزله ندارند. به همین علت، در ساختمان های دارای اتصال خورجینی، بارهای جانبی باید به وسیله مهاربندها تحمل شوند و یا اتصال را به نحوی گیردار نماییم که قادر به تحمل نیرو وراده باشد.

یکی دیگر از مشکلات اتصالات خورجینی هنگامی بروز می کند که تیرها در دو طرف، دهانه های نامساوی را پوشش دهند. در این صورت دهانه های نامساوی عکس العمل های نامساوی را در برابر بارهای وارده نشان خواهد داد و افزایش این لنگر ها موجب می شوند. عدم اتصال تیرهای موازی به هم و نامساوی بودن دهانه های طرفین، باعث می شود که نتوانند عملکرد یکپارچه ای داشته باشند. در زیر منحنی هیسرزیس اتصال خورجینی را مشاهده می کنید که نشان دهنده رفتار نامطلوب این نوع اتصال می باشد

این نوع اتصالات را می توان به دو صورت تقویت کرد:

1. مقاوم سازی
2. کاهش نیروهای اعمال شده به سازه

با اضافه کردن مهاربند به سازه به دلیل افزایش سختی و سبب می شود پریود سازه کاهش یابد، نیرو اعمالی به سازه در ساختمان های کوتاه و متوسط مرتبه کاهش نمی یابد. بنابراین تقویت در این ساختمان ها از نوع مقاوم سازی می باشد. استفاده از مهاربند دارای مزایایی به شرح زیر می باشد:

1. افزایش درجه نامعینی سازه
   افزایش نا معینی از آن جهت باعث عملکرد بهتر می شود که به دلیل داشتن مسیرهای زیادی برای انتقال بار وجود دارد، تنش های اضافی در اعضا می توانند از مسیرهای دیگری انتقال بار و اعضای دیگری که دارای ظرفیت هستند، بازتوزیع گردد این گونه سازه در مقابل نیروهای لرزه ای نسبت به سازه با درجه نامعینی پایین، مقاومت بیشتری دارد.
2. مهاربندی یک قاب خمشی ضعیف می تواند سیستم قاب خمشی را به سیستم دوگانه تبدیل کند
   استفاده از سیستم های دوگانه باعث افزایش ضریب رفتار می شود که این موضوع سبب کاهش نیرو وارده و افزایش شکل پذیری می شود.
3. به دلیل استفاده از مهاربند و افزایش سختی، احتمال پاندینگ را کاهش داده است
   با افزایش سختی، تغییر مکان سازه کم شده که سبب می شود احتمال خطر پاندینگ(برخورد دو ساختمان مجاور) کاهش یابد.
4. کاهش خسارات غیر سازه ای

 

 

یکی از راهکار های مناسب برای برطرف کردن نقص اتصالات خورجینی استفاده از مهاربندهای زانویی می باشد. علی رمضانی پور مقدم و دکتر منصور قلعه نوی، در تحقیقی بر روی سه تیپ ساختمان(چهار،هشت و پانزده طبقه) فولادی با اتصال خورجینی تحت بار جانبی تحلیل دینامیکی غیر خطی انجام دادند، سپس قاب های ذکر شده را توسط بادبند های زانویی تقویت کردند و نتایج رابا یکدیگر مقایسه کردند. نتایج نشانگر این می باشد که استفاده از بادبند زانویی در اتصالات خورجینی باعث کاهش لنگر وارده به اتصال می گردد. این کاهش در قاب های چهار و پانزده طبقه، بیشتر از قاب های هشت طبقه می باشد. اما کاهش لنگر در قاب های هشت طبقه نیز مناسب می باشد.

 

 

البته اتصال مهاربند نیز خود با مشکلاتی دارد. به دلیل فاصله داشتن دو تیر از یکدیگر چنانچه مهاربند در آکس ستون قرار گیرد، نمی تواند به تیر ها متصل شود و اگر به یکی از تیرهای اصلی اتصال خورجینی نصب شود، آنگاه مهاربند در آکس ستون واقع نمی شود.

گیردار کردن اتصال(توصیه شده توسط آیین نامه):

در این روش با استفاده از ورق ها و تسمه های تقویتی، مقاومت خمشی لازم در اتصالات را مهیا میکنیم. در این اتصالات چنانچه تحت اثر لنگر قرار گیرند، پس از تغییر شکل، زاویه بین تیرو ستون در محل اتصال تغییر محسوسی نکند. حداقل سختی چرخشی اولیه اتصال خرجینی گیردار در ساختمان های متعارف برابر 2000 تن متر بر رادیان است. علاوه بر این، اتصال خورجینی گیردار باید قابلیت انتقال نیروهای افقی، قائم و لنگر خمشی بین تیر و ستون را دارا باشد.

در زیر چند نمونه از دتایل های که آیین نامه ایران، برای گیردار کردن اتصال خورجینی استفاده می شود آورده شده است:

جواد رزاقی و همکاران این نوع اتصال را به روش المان محدود تحت بارگذاری چرخه ای قرار دادند سپس آنالیز غیر خطی مادی هندس انجام شد. که نتایج نشان داد، اتصالات اصلاح شده می تواند به عنوان یک راه حل برای تقویت اتصالات خورجینی موجود مطرح شوند اما نمی تواند جایگزینی مناسب برای اتصالات هم محور استاندارد باشد.

ابتدا اتصال نوع 1 بررسی شد که نتایج به شرح زیر است:

ظرفیت خمشی این اتصالات در حدود ظرفیت خمشی تیرها بوده است، اما طر بارگذاری چرخه ای، سختی اتصال کاهش یافته که سبب شده در لنگری کمتر از ظرفیت خمشی پلاستیک تیرها در ناحیه ستون اتصال تسلیم شود. با تسلیم اتصال، زاویه بین تیر و ستون به شدت افزایش می یابد، که این افزایش باعث می شود ناحیه ای از ورق گیردار افقی مابین تیر و لچکی در اثر حرکت قیچی سان این نوع اتثال به حالت خمیری رسد.

بررسی اتصال نوع 2 نشان داد که، لنگر مقاوم در این اتصال بیش از 1.2 برابر لنگر پلاستیک تیر می باشد. این اتصالات بعد از تسلیم باعث تغییرات ناگهانی در زاویه بین تیر و ستون نمی شوند و نسبت به اتصال نوع 1 توزیع یکنواخت تری از انرژی در اجزا اتصال نسبت دارد.