در این مقاله چه چیزهایی یاد میگیریم؟
فلسفه وجودی
بعد از زلزلهی کرمانشاه در سال ۹۶، تعداد زیادی سازه وجود داشت که فرونریخته بود؛ اما دیگر قابل استفاده نبود. این سازهها بعد از زلزله وارد ناحیه پلاستیک خود شده بودند. ساکنان این سازه ها از زلزلهها جان سالم به در برده بودند اما جایی برای اسکان آنها وجود نداشت. حال مهندسان باید تصمیم میگرفتند. چه سازههایی را باید ترمیم کنند؟ چه سازههایی دیگر قابل ترمیم نیستند و باید تخریب شوند؟ چه سازههایی ترمیم آنها اقتصادی نیست؟ چه سازههایی در معرض فروپاشی یا Collapse هستند؟
همه این مشکلات در تاریخ، باعث شد که مهندسان به فکر طراحی سازهای باشند که یا بعد از زلزله به سرعت به سرویس دهی خود بازگردند، یا اصلا دچار هیچ مشکلی نشوند و بی وقفه سرویس دهی داشته باشند.
راه حل منطقی که مهندسان در سازههای عمومی به کار بردند، راه حل اول بود. یعنی سازه را بتوان بعد از زلزله به سرعت به سرویس دهی بازگرداند. برای این کار، آنها تصمیم گرفتند اعضایی را در سازهها جای دهند تا حین زلزله فقط آنها آسیب ببینند. به این ترتیب بعد از زلزله بتوان طی مدت زمان کوتاهی آنها را تعویض کرد تا سازه دوباره بتواند به سرویس دهی خود ادامه دهد. به این المانها در سازه فیوز میگویند.
یکی از انواع قابهای دارای فیوز در سازهها، قابهای ستون پیوند یا Linked Column Frame هستند.
نحوه عملکرد سیستم قاب ستون پیوند
سیستم قاب با ستون پیوند شده (LCF) متشکل از دو سیستم ستون پیوند شده (LC) و قاب خمشی متوسط (MMF) است که در کنار یکدیگر سیستم سازهای یکپارچه و دوگانه را تشکیل میدهند.
در این سیستم وظیفه باربری جانبی بر عهدهی ستون پیوند شده میباشد. دومین سیستم سازهای، سیستم قاب خمشی متوسط است که علاوه بر مقاومت در برابر بارهای جانبی، وظیفه باربری ثقلی را نیز بر عهده دارد. سیستم ستون پیوند شده از دو ستون به موازات یکدیگر تشکیل شدهاست که از طریق تیرهای پیوند به یکدیگر متصل شدهاند.
این تیرهای پیوند قابل تعویض و شکل پذیر هستند و عمدتا به عنوان فیوز برشی عمل میکنند. این تیرهای پیوند با رفتار شکلپذیر خود، انرژی وارد شده به سازه را مستهلک میکنند و از آسیب به سایر اعضا جلوگیری میکنند.
رفتار پلاستیکی تیرهای پیوند باعث میشود تا المانهای موجود در قاب خمشی در ناحیه الاستیک باقی بمانند و بعد از زلزله نیازی به تعویض آنها نباشد. حال این سوال به وجود میآید که این تیرهای پیوند چگونه خود را فدا میکنند؟
در واقع این تیرها به دلیل سختی بیشتر، انرژی بیشتری از زلزله را جدب میکنند. همچنین طول کوتاه آنها باعث ایجاد نیروی برشی وحشتناکی میشود. این اختلاف در سختی و زمان تسلیم قابها، باعث بروز چنین رفتاری میشود.
فلوچارت طراحی مستقیم مبتنی بر تغییر مکان سیستمهای LCF
برای طراحی بر اساس عملکرد (که توسط ملکوتیان ارائه شده) در سیستم LCF (linked column frame) سطوح عملکردی زیر تعریف میشود:
۱- سطح عملکرد سرویس دهی بیوقفه یا IO: هم اعضا ستون پیوند شده و هم اعضای قاب خمشی در محدوده الاستیک باقی بمانند.
۲- سطح عملکرد ایمنی جانی یا LS: کلیه اعضای قاب خمشی در ناحیه الاستیک باقی بمانند و مفاصل پلاستیک تنها در تیرهای پیوند قابل تعویض ایجاد میشود.
۳- سطح عملکرد آستانه فروریزش یا CP: در این حالت مفاصل پلاستیک و تسلیم شدگی در تیرهای پیوند و اعضا قاب خمشی به وجود میآید.