تأثیر اتصالات بر ضریب رفتار سیستم‌های دوگانه پیش ساخته

در دهه‌های اخیر با گسترش جمعیت در دنیا و نیاز به ساخت ابنیه در مدت كوتاه، استفاده از سازه‌های بتنی پیش ساخته اهمیت بسزایی یافته است. ولی در نتیجه پاره‌ای از مسائل كه به طور حل نشد‌ه‌ای باقیمانده‌اند، صنعت پیش‌ ساختگی به پتانسیل كامل خود نرسیده است. این مشكلات بیشتر ناشی از نوع اتصالات ساختمان‌های پیش ساخته هستند.

ضریب رفتار، ضریبی مهم در تحلیل‌های خطی است و نشاندهنده عملكرد غیر ارتجاعی سازه از جمله مقاومت و شكل‌پذیری در مرحله غیر خطی است. با وجود تحقیقات گسترده بر روی این ضریب در ساختمان‌های درجا، هنوز تحقیقات كاملی درباره آن در ساختمان‌های پیش‌ساخته صورت نگرفته است، بدین علت، تحقیق در این مورد با توجه به رفتار متفاوت اینگونه سازه‌ها ضروری است.

سیستم‌های پیش ساخته دارای مزیت‌های اثبات شده‌ای هستند. اما كارایی این سیستم‌ها به دلیل حضور المان‌هایی كه از پیش ساخته شده‌اند، منوط به نصب و مونتاژی ممكن و سریع در پای كار است. به همین دلیل نوع اتصالات به كار رفته بین المان‌های پیش ساخته در این گونه سیستم‌ها اساساً متفاوت با سیستم‌های درجای معادلشان است.‌ تحقیقاتی‌ در زمینه بررسی عملكرد اتصالات پیش ساخته انجام گرفته، که به آنها اشاره می‌شود.

اتصال حاوی دو سطح پیش ساخته – درجا است. در بررسی اتصال یاد شده نكات زیر را باید در نظر گرفت.

1. ‌اتصالات گوشه و اتصالات میانی از هم تفكیك شده و به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
2. ‌در بررسی اتصالات، هم لنگر مثبت و هم لنگر منفی مورد توجه قرار گرفته و منحنی لنگر-دوران برای هر دو حالت ارائه شده است.
3. ‌اتصالات هم در حالت بدون دال و هم در حالتی كه دال روی آنها قرار گرفته بررسی شده‌اند.

اتصال افقی بین دیوارهای پیش ساخته

رفتار اتصالات بین دیوارهای پیش ساخته به دو قسمت تقسیم‌بندی می‌شود. قسمت اول مربوط به رفتار خمشی اتصالات است. این رفتار باعث می‌شود كه نیرو در میلگردهای موجود در اتصالات افقی در دو انتهای دیوار پیش ساخته به صورت كششی و فشاری باشد. به این رفتار اصطلاحاً ‌رفتار خمشی‌ گفته می‌شود. قسمت دوم مربوط به رفتار برشی است. این برش به خاطر میلگردهای عبوری از منطقه اتصال و بتنی است كه برای چسبندگی دو دیوار پیش ساخته به كار رفته است. این رفتار اصطلاحاً ‌لغزشی‌ گفته می‌شود.

‌اتصال قائم بین دیوارهای پیش ساخته

اتصالات بین دیوارهای پیش ساخته را می‌توان به دو دسته عمده اتصالات مكانیكی و اتصالات درجاریز تقسیم‌بندی كرد. اولین نوع اتصالات، مكانیكی‌اند. در این اتصالات از بست‌های مكانیكی جهت اتصال دیوارهای پیش ساخته استفاده می‌شود. همچنین ملات‌هایی جهت پركردن فضای بین دیوارها وجود
دارد. نصب این اتصالات ساده‌تر و كم هزینه‌تر است. در این نوع اتصالات میلگردهای هر دیوار به صورت مجزا هستند و یكپارچگی كمتری نسبت به اتصالات درجاریز دارند. این اتصالات خود می‌توانند به چند گروه اتصالات جوشی، اتصالات بلتی و تركیبی تقسیم‌بندی شوند.

نوع دیگر، اتصالات درجاریز هستند. در این اتصال از بتن‌ریزی به صورت درجا در محل اتصال استفاده می‌شود. به طوری كه این بتن نقش سازه‌ای داشته و در محاسبات مربوط به ظرفیت اتصال وارد می‌شود. در این نوع اتصال از وصله‌های پوششی ‌یا مكانیكی (مانند ‌غلاف‌) جهت پیوستگی میلگردهای دو دیوار استفاده می‌شود. این اتصالات خود به چند گروه اتصال صاف، زبانه‌دار و دندانه‌دار (با یا بدون زبانه برشی) تقسیم می‌شوند.

تحقیقات نشان می‌دهند این گره‌ها تا وقتی كه در محدوده رفتار الاستیك هستند، سختی تقریباً یكسانی از خود نشان می‌دهند. اما ظرفیت انتقال برش در این سه نوع اتصال متفاوت است. اتصال با دندانه‌های برشی، مقاومت ترك خوردگی بالاتر و اتصالات صاف ظرفیت كمتری از خود نشان می‌دهند. همچنین اتصالات مسلح شده نسبت به اتصالات غیر مسلح شكلپذیری و تغییرشكل‌های پلاستیك بیشتری را تحمل می‌كنند. این در حالی است كه اتصالات صاف، رفتار تردتر و ظرفیت باربری كمتری از خود نشان می‌دهند.

ضریب رفتار و چگونگی محاسبه آن

طراحی المان‌های سازه‌ای به گونه‌ای است كه در طی زلزله، در محدوده الاستیك باقی مانده، که عملاً غیر ممكن است و نیاز به صرف هزینه و یا كاربرد مقاطعی غیر منطقی دارد. بنابراین درآیین‌نامه‌های طراحی كنونی، این اجازه به سازه داده می‌شود كه در طی حركات زمین ناشی از زلزله، سازه وارد نواحی غیر خطی شده تا بتواند از ظرفیت جذب انرژی موجود در آن استفاده شود. یكی از منابع جذب انرژی در سازه‌ها شكلپذیری ناشی از تغییر شكل‌های غیر الاستیك است.

برای به دست آوردن میزان جذب انرژی در سازه‌ها، نیاز به تحلیل‌های غیر خطی خواهیم داشت. اما از آن جایی كه این تحلیل‌ها وقتگیر بوده و بیشتر برای كارهای تحقیقاتی كاربرد دارند در حالت عملی نمی‌توان از آنها استفاده كرد. از طرف دیگر تحلیل‌های خطی قادر به در نظرگیری این اتلاف انرژی در سازه‌ها نیستند. برای رفع این نقیصه، اصلاحی در تحلیل‌های خطی صورت گرفته است كه با استفاده از آن بتوان میزان جذب انرژی سازه را در این تحلیل‌ها حدس زد.

این اصلاح توسط ضریبی به نام ضریب رفتار (R) صورت می‌گیرد. این ضریب در بردارنده رفتار سازه، شكل پذیری و مقاومت پنهان آن در مرحله غیر ارتجاعی است.

برای به دست آوردن ضریب رفتار در سازه می‌توان از منحنی ظرفیت (برش پایه-تغییر مكان) استفاده كرد. اما برای به دست آوردن این منحنی نیاز به مدلسازی رفتار سازه به صورت غیرخطی هستید.

در تمام سیستم‌های دوگانه پیش ساخته با توجه به حاكمیت رفتار دیوار برشی بر عملكرد كل قاب بدون توجه به رفتار اتصالات نیمه صلب تیر به ستون پیش ساخته و با توجه به عملكرد تقریباً صلب اتصالات درجاریز دیوارهای پیش ساخته، همانند قا‌بهای یكپارچه معادل با افزایش تعداد طبقات، شاهد افزایش زمان تناوب، شكلپذیری و ضریب كاهش نیرو هستید.

ضریب اضافه مقاومت در تمام سیست‌مهای دوگانه پیش ساخته و درجا با افزایش ارتفاع روندی كاهشی دارد.