زلـزله 17 ژانویه سال 1994 نورثـریج که در20 مایلی شمال غرب لس آنجلس اتفاق افتاد، اولین زلزله­ای بود که به تعداد زیادی از ساختمان های مقاوم خمشی در محل حادثه آسیب سازه­ای رساند. اگر چه شدت زلزله 8/6 در مقیاس ریشتر بود، که بر اساس مقدار انرژی رها شده، یک زلزله متوسط در نظر گرفته می­شد، تعداد زیادی از اتصالات تیر به ستون ساختمان های مقاوم خمشی، در آن زلزله به شدت آسیب دیدند. این اتصالات در آیین نامه Uniform Building Code) UBC) مورد تأیید قرار گرفته بودند و تصور می شد که ظرفیت کافی دارند تا تیر در خمش، به حد تسلیم برسد و یا ناحیه چشمه اتصال ستون دچار تسلیم برشی گردد. اما بر خلاف انتظار، اکثریت اتصالات، به دلایل مختلفی که ذکر خواهد شد، بصورت ترد گسیخته شدند و در موارد کمی، رفتار آنها شکل پذیر بود. یکسال بعد از زمین لرزه نورثریج، درست در 17 ژانویه 1995 زلزله ای به بزرگی 9/6 در مقیاس ریشتر، شهر کوبه در ژاپن را لرزاند که در این زلزله نیز بسیاری از اتصالات قاب­های خمشی آسیب دیدند و حتی بعضی از ساختمان­ها با قاب خمشی فرو ریختند. کشف آسیب­های جدی در ساختمان های فولادی، با قاب­های خمشی جوشی در زلزله­های دیگر نیز تأییدی بر آسیب­های اتفاق افتاده در قاب­های خمشی نورثریج بود و این نشان دهنده این مطلب بود که آسیب ها فقط به خصوصیات لرزه ای در زلزله نورثریج مربوط نمی شود و نقص، از خود اتصالات آسیب دیده می

 باشد.

زلزله نورثریج, به دلیل تحولاتی که در روند طراحی و ساخت اتصالات گیردار جوشی در سازه های فولادی ایجاد کرد, نقطه عطفی در تاریخ طراحی و اجرای این نوع سازه ها محسوب می شود. بدنبال زلزله نورثریج, تعدادی از ساختمان­های فولادی جوشی با سیستم قاب خمشی(WSMF), در ناحیه اتصالات تیر به ستون دچار شکست شدند. خرابی دور از انتظار بسیاری از ساختمان­های با سیستم‌ مقاومت جانبی قاب خمشی در این زلزله، نوع نگاه به اتصالات این قاب‌ها را دچار دگرگونی كرد. به همین دلیل مهندسان با مشاهده شكست های غیر منتظره گسترده در جوش‌ها و فلز پایه در اتصالات متعارف قاب‌های مقاوم خمشی، بر آن شدند تا اتصالاتی با شكل‌پذیری بیشتر و جزئیات اصلاح شده، معرفی كنند. یكی از بخش‌های مهم اتصالات تیر به ستون در قابهای خمشی، ناحیه چشمه اتصال می‌باشد كه سختی و مقاومت آن در رفتار و شكل‌پذیری قاب تاثیر بسزایی دارد. بخصوص رفتار چشمه اتصال در قاب‌های خمشی ویژه، كه شكل‌پذیری بالایی از این نوع قاب انتظار می‌رود، نقش بسیار مهمی را ایفا می‌كند. این موضوع، ضرورت بررسی شكل ‌پذیری، رفتار و عملكرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی، با منظور نمودن اثر چشمه اتصال در آن‌ها، توسط روش نوین طراحی بر مبنای عملكرد (كه بر پایه تحلیل‌های غیرخطی استوار است) را مشخص می‌كند[[i]].
در طراحی ساختمانها در مناطق لرزه خیز باید به گونه ای عمل کرد که:
الف) ایجاد سختی و مقاومت کافی در سازه جهت کنترل تغییر مکان جانبی تا از تخریب اعضاء سازه ای و غیر سازه ای تحت زلزله متوسط یا کوچک جلوگیری بعمل آید.
ب) ایجاد شکل پذیری و قدرت جذب انرژی مناسب در سازه به خاطر ممانعت از فروریختگی سازه در یک زلزله شدید.
منظور از شکل پذیری، قابلیت استهلاک انرژی توسط رفتار غیرالاستیک کل سازه، یا اعضای آن، تحت اثر تغییرشکل های رفت و برگشتی، بدون کاهش قابل ملاحظه ای در مقاومت آنها می باشد. شکل پذیر بودن یک خاصیت اساسی برای سازه های مقاوم در برابر زلزله می باشد. شکل پذیری مناسب در ناحیه غیر ارتجاعی اعضاء قاب، نیروهای وارده از زلزله را به نحو موثری مستهلک کرده و اعضاء می توانند قبل از فرو ریختن، تغییر شکل ارتجاعی یا خمیری قابل ملاحظه­ای را تحمل کنند. با توجه به اینکه رفتار ساختمان در مقابل زلزله همواره به صورت ارتجاعی باقی نمی ماند، در بعضی از اجزاء ساختمان تغییر شکل های خمیری بوجود می آید که خود باعث جذب انرژی زلزله می گردد. از آنجائیکه عمده این اتلاف انرژی، در مفاصل پلاستیک رخ داده و در عناصر سازه ای (تیر و ستون و …) با هندسه ثابت، مفاصل پلاستیک، در نقاط خاصی از سازه اتفاق می افتد، لذا درصورتی که بتوان، با تمهیداتی استهلاک انرژی را به نقاط بیشتر یا به طولهائی بیشتر از اعضاء سازه سوق داد، در اینصورت می توان گفت، از ظرفیت بیشتری از عضو در این امر بهره برداری شده است. ضمناً با مشارکت بیشتر بافت عضو سازه ای، در بحث استهلاک انرژی(تحت اثر نیروهای وارده)، می­توان در شرائط برابر(مصالح مصرفی) منحنی­های هیسترزیس با سطح زیر منحنی بیشتری را نسبت به اعضاء سازه ای با هندسه ثابت ایجاد نمود.
مبنای کار در طراحی اتصالاتی که با ایده بهبود عملکرد در رفتار اتصالات طرح می شوند این است که: اولاً ظرفیت باربری براساس ممان پلاستیک تیر مشخص شوند، ثانیاً اتصال باید آنقدر مقاوم باشد تا بتواند بدون تحمل شکست به حداکثر مقاومت خود برسد. ثالثاً ظرفیت شکل پذیری نیز باید به اندازه کافی تأمین شود، تا نقاطی از سازه که تحت تغییر شکل های پلاستیک بزرگ قرار می گیرند، قادر به اتلاف انرژی باشند.
فلسفه طراحی اتصالات نیز به گونه ای در نظر گرفته می شود که مفصل پلاستیک را از بر ستون دور کرده و به داخل تیر منتقل کند تا پایداری جانبی سازه در صورت تسلیم مقاطع، حفظ شود. بدین ترتیب اتصال در بر ستون به صورت الاستیک رفتار می نماید و مفصل پلاستیک در تیر و در ناحیه ای دور از اتصال اتفاق می افتد و اتصال را از ترد شکنی مصون نگه می دارد.
تمام اتصالات که باعث تشکیل مفصل پلاستیک در ناحیه ای دور از چشمه اتصال می شود را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

• اتصالات تقویت شده (Reinforced Connection)
• اتصالات با تیر تضعیف شده (RBS)

اتصالات تقویت شده شامل اتصالات دارای سخت کننده، اتصالات دارای صفحات پوششی، اتصالات دارای نشیمن، اتصالات دارای ورق برشی و غیره هستند، که توسط تقویتی ها موجب ایجاد مقاومت اضافی در ناحیه اتصال می شوند. اتصال با تیر ضعیف شده، با برش قسمتی از بال های تیر(یا بخشی از جان)، در فاصله ای مشخص از بَر ستون ایجاد می شود. اتصالات تقویت شده با تقویت ناحیه اتصال، اتصال را از تیر مقاوم تر می کند، ولی در اتصال RBS عمل تقویت اتصال، با ضعیف تر کردن تیر نسبت به اتصال صورت می پذیرد.
محوریت مهم دیگر در بهبود عملکرد اتصالات در سازه های فولادی پس از زلزله نورثریج, در راستای اصلاح اتصال در برابر توزیع تنش برشی عمودی در بال تیر قرار گرفت. تا معضلات اشاره شده, به علت وجود این تنش برشی حذف شود[[ii]].

1-2-      قاب های مقاوم خمشی فولادی (SMRF)

قاب خمشی، مجموعه ای از تیرها و ستون ها که دارای اتصالات ممان گیر(صلب)، می باشند که نیروهای جانبی توسط خمش و برش در تیرها و ستون ها تحمل می شود. قاب مقاوم خمشی فولادی، سیستمی می باشد که اتصالات بین تیر و ستون آن به گونه ای طراحی می شوند که انرژی زیادی تلف نمایند و کمک اساسی به شکل پذیری سیستم کنند. از مزایای این سیستم می توان به تطبیق پذیری با شرایط معماری و شکل پذیری زیاد و ایمنی، و در بحث معایب، از سختی الاستیک کم آن گفت.
[[i]] صفائی کوچکسرائی، ساسان؛ (1388)؛ ” بررسی رفتار قاب های خمشی توأم با مهاربندی واگرا دارای اتصالات تیر با جان شكاف دار “، پایان نامه كارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشگاه شمال.
[[ii]] شعبان زاده، احسان؛ (1385)؛ ” بررسی رفتار اتصالات گیردار تیرهای با جان شکافته به روش اجزاء محدود “، پایان نامه كارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشگاه مازندران.
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)