واحد شهرکرد دانشکده فنی و مهندسی پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران- زلزله عنوان : ارزیابی عملکرد لرزه ای قاب های خمشی فولادی از نظر شکل پذیری استاد راهنما : دکتر محسن ایزدی نیا استاد مشاور : دکتر محمد علی رهگذر نگارش : پویا حسین زاده دهکردی بهمن 1391 بسمه تعالی « یرفع الله الذین امنوا منکم و الذین اوتوالعلم درجات» قرآن کریم « دانشگاه آزاد اسلامی - واحد شهرکرد » تأئیدیه صلاحیت علمی پایان نامه کارشناسی ارشد عقاید و نظرات مطرح شده در این رساله مستقیماً به نگارنده آن مربوط است و این دانشگاه آماده پذیرش پیشنهادهای منتقدین محترم می‌باشد. دکتر ابراهیم رحیمی معاون پژوهش و فناوری دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد پایان نامه تحصیلی آقای پویا حسین زاده دهکردی در جلسه مورخ 19/11/1391 متشکل از استادان زیر با درجه عالی و نمره مورد تأیید قرار گرفت. 1-دکترمحسن ایزدی نیااستاد راهنما امضاء 2- دکترمحمد علی رهگذراستاد مشاور امضاء 3- مهندسآرش محمدی فارسانیاستاد داور امضاء دکتر مرتضی رئیسی مدیر گروه کارشناسی ارشد عمران دانشگاه آزاد اسلامی – واحد شهرکرد تعهد نامه عنوان پایاننامه: ارزیابی عملکرد لرزه ای قاب های خمشی فولادی از نظر شکل پذیری اینجانب پویا حسین زاده دهکردی دانشجوی کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش زلزله دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد تحت راهنمایی دکتر محسن ایزدی نیا متعهد می‌شوم: - نتایج ارائه شده در این پایاننامه حاصل مطالعات علمی و عملی اینجانب بوده، مسئولیت صحت و اصالت مطالب مندرج را به طور کامل بر عهده میگیرم. - در خصوص استفاده از نتایج پژوهشهای محققان دیگر به مرجع مورد نظر استناد شده است. - کلیه حقوق معنوی این اثر به دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد تعلق دارد. مقالات مستخرج از پایاننامه، به نام دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد(Islamic Azad University-Shahrekord Branch) به چاپ خواهد رسید. - حقوق معنوی تمام افرادی که در دست آمدن نتایج اصلی پایاننامه تأثیر گذار بودهاند در مقالات مستخرج از آن رعایت خواهد شد. - در خصوص استفاده از موجودات زنده یا بافتهای آنها برای انجام پایاننامه، کلیه ضوابط و اصول اخلاق مربوطه رعایت شده است. 19/11/1391 پویا حسین زاده دهکردی مالکیت نتایج و حق نشر کلیه حقوق معنوی این اثر و محصولات آن(مقالات مستخرج، برنامههای رایانهای، نرم افزارها و تجهیزات ساخته شده) به دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد تعلق دارد و بدون اخذ اجازه کتبی از دانشگاه قابل واگذاری به شخص ثالث نیست. استفاده از اطلاعات و نتایج این گزارش نهایی بدون ذکر مرجع مجاز نیست. معاونت پژوهش و فن آوری به نام خدا منشور اخلاق پژوهش با یاری از خداوند سبحان و اعتقاد به این که عالم محضر خداست و همواره ناظر بر اعمال انسان و به منظور پاس داشت مقام بلند دانش و پژوهش و نظر به اهمیت جایگاه دانشگاه در اعتلای فرهنگ و تمدن بشری، ما دانشجویان و اعضاء هیات علمی واحدهای دانشگاه آزاد اسلامی متعهد می‌گردیم اصول زیر را در انجام فعالیت های پژوهشی مد نظر قرار داده و از آن تخطی نکنیم: 1- اصل حقیقت جویی: تلاش در راستای پی جویی حقیقت و وفاداری به آن و دوری از هرگونه پنهان سازی حقیقت. 2- اصل رعایت حقوق: التزام به رعایت کامل حقوق پژوهشگران و پژوهیدگان (انسان، حیوان و نبات) و سایر صاحبان حق 3- اصل مالکیت مادی و معنوی: تعهد به رعایت کامل حقوق مادی و معنوی دانشگاه و کلیه همکاران پژوهش 4- اصل منافع ملی: تعهد به رعایت مصالح ملی و در نظر داشتن پیشبرد و توسعه کشور در کلیه مراحل پژوهش 5- اصل رعایت انصاف و امانت: تعهد به اجتناب از هرگونه جانب داری غیر علمی و حفاظت از اموال، تجهیزات و منابع در اختیار 6- اصل رازداری: تعهد به صیانت از اسرار و اطلاعات محرمانه افراد، سازمان‌ها و کشور و کلیه افراد و نهادهای مرتبط با تحقیق 7- اصل احترام: تعهد به رعایت حریم‌ها و حرمت‌ها در انجام تحقیقات و رعایت جانب نقد و خودداری از هرگونه حرمت شکنی 8- اصل ترویج : تعهد به رواج دانش و اشاعه نتایج تحقیقات و انتقال آن به همکاران علمی و دانشجویان به غیر از مواردی که منع قانونی دارد. 9- اصل برائت: التزام به برائت جویی از هرگونه رفتار غیرحرفه‌ای و اعلام موضع نسبت به کسانی که حوزه علم و پژوهش را به شائبه‌های غیرعلمی می‌آلایند. فهرست عنوان صفحه چکیده فصل اول : اهداف و روند تحقیق1-1-مقدمه.31-2-بیان مسئله و اهداف تحقیق:71-3-فصول تشکیل دهنده‌ی پایان‌نامه8فصل دوم : بررسی سیستم سازه‌ای قاب خمشی2-1-مقدمه...112-2-رفتار قاب‌های خمشی در برابر بار جانبی122-2-1-تغییر شکل ناشی از خمش طره‌ای132-2-2-تغییر شکل ناشی از خمش تیرها و ستون‌ها132-3-رابطه‌ی بار- تغییر مکان در قاب‌های خمشی142-4-رفتار چرخه‌ای قاب‌ها142-5-شکل‌پذیری قاب‌های خمشی152-6-مفاصل پلاستیک در قاب‌های خمشی162-7-ظرفیت دوران پلاستیک172-8-تعیین موقعیت مفاصل پلاستیک182-9-مشخص کردن لنگر پلاستیک محتمل در مفصل پلاستیک192-10-کنترل ضابطه‌ی تیر ضعیف - ستون قوی192-11-چشمه‌ی اتصال212-12-اتصالات در قاب‌های خمشی:242-12-1-اتصالات غیر مسلح:252-12-2-اتصالات مسلح شده:292-13-عوامل موثر بر عملکرد لرزه‌ای اتصالات:312-13-1-نامعینی (Redundancy) در قاب‌های خمشی و اثر آن بر اتصالات:322-13-2-اثرات نسبت دهانه به عمق بر رفتار اتصالات :322-13-3-اثر ضخامت بال اتصال بر عملکرد اتصال:342-13-4-اثرات تسلیم چشمه اتصال در عملکرد اتصال:352-13-5-اثرات خاصیت فولاد در عملکرد اتصال:352-13-6-اثرات نوع جوش و پروسه جوش کاری بر رفتار اتصال:35فصل سوم : تحلیل دینامیکی افزایشی3-1-مقدمه.383-2-تعاریف بنیادی در تحلیل دینامیکی افزایشی تک رکورده[10]433-3-تحلیل دینامیکی افزایشی چند رکورده463-4-انتخاب IM و روش صحیح مقیاس کردن[10]493-5-الگوریتم کلی روش IDA513-6-مقایسه روش IDA با روش تحلیل بار فزاینده533-7-برآورد ظرفیت سازه‌ای و شرایط حدی بر اساس تحلیل IDA تک رکورده55فصل چهارم : ارزیابی احتمالاتی عملکرد لرزه ای4-1-مقدمه.......594-2-مهندسی زلزله بر مبنای عملکرد (PBEE)594-3-روش‌های مختلف ارزیابی عملکرد624-3-1-تخمین مستقیم و 64 4-3-2-تخمین و 65 4-3-3-کفایت IM : تخمین و 67 4-4-چارچوب پیشنهادی PEER برای ارزیابی عملکرد684-5-تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر (IM)704-5-1-ویژگی‌های یک شاخص شدت مطلوب]13[.714-5-2-کلیات و مفاهیم پایه724-5-3-عدم قطعیت (Uncertainty)734-5-4-روش برخورد احتمالاتی با عدم قطعیت‌ها:774-5-5-مدل کردن عدم قطعیت‌های تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه ای784-5-6-چارچوب تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای IM :814-5-7-رویکرد FEMA35085فصل پنجم : مدل سازی رفتار قاب‌های خمشی تحت بارهای لرزه ای5-1-مقدمه.......985-2-مدل سازی بدون در نظر گرفتن زوال سختی و مقاومت995-2-1-مدل‌های خطی مرکز به مرکز (بدون در نظر گرفتن چشمه اتصال)995-2-2-مدل‌های خطی با در نظر گرفتن چشمه اتصال995-2-3-مدل غیرخطی مرکز به مرکز1005-2-4-مدل غیر خطی با در نظر گرفتن چشمه اتصال1015-3-مدل‌هایی که زوال سختی و مقاومت در بار سیکلی را لحاظ می‌کنند1035-3-1-مدل ایبارا- کراوینکلر (Ibarra – Krawinkler ) :1055-3-2-مدل اصلاح شده ایبارا-کراوینکلر (Modified Ibarra – Krawinkler Model)110فصل ششم : مشخصات سازه های مورد استفاده و نحوه مدل سازی6-1-مشخصات سازه های مورد استفاده1186-2-معرفی نرم افزار و نحوه مدل سازی1246-3-انتخاب شتاب نگاشت‌ها:1276-4-آنالیز دینامیکی غیرخطی افزایشی1286-5-پردازش آماری بر روی اطلاعات منحنی‌های چند رکورده IDA130فصل هفتم : بررسی و مقایسه نتایج7-1-مقایسه نمودارهای بدست آمده از تحلیل دینامیکی فزاینده و تحلیل استاتیکی غیر خطی1327-2-سازه 3 طبقه1327-2-1-بررسی منحنی‌های ظرفیت سازه1327-3-سازه 9 طبقه1347-4-سازه 20 طبقه1367-5-نتیجه گیری:1377-6-منحنی‌های آسیب پذیری (Fragility Curves)1397-7-تعیین سطوح اطمینان سازه ها به وسیله رویکرد FEMA350145فصل هشتم : نتایج8-1-مقدمه1488-2-نتیجه گیری1498-3-پیشنهاداتی برای تحقیقات آینده150مراجع162 فهرست جداول عنوان صفحه جدول 2- 1- اتصالات از پیش پذیرفته شده [5]25جدول 2- 2- الزامات اتصال RBSاز پیش پذیرفته شده[5]29جدول 3- 1-انواع تحلیل در سازه ها و فرایند آن‌ها]8[39جدول 4- 1- کلیات روش ارزیابی عملکردی]8[68جدول 4- 2- ضریب اعتماد λ، تابعی از سطح اعتماد، ضریب خطر، عدم قطعیت]16[.86جدول 4- 3- مقادیر قراردادی برای شیب منحنی لگاریتمی خطر ]16[.87جدول 4- 4- ضریب بایاس]16[.88جدول 4- 5- ظرفیت تغییر مکان نسبی بین طبقات کلی و ضریب مقاومت برای ساختمان‌های منظم]16[.89جدول 4- 6- ظرفیت محلی و ضریب ظرفیت محلی و حد کاهش مقاومت برای اتصالات نوع 1 (اتصال شکل‌پذیر) ]16[.91جدول 4- 7- ظرفیت محلی و ضریب ظرفیت محلی و حد کاهش مقاومت برای اتصالات نوع 2 (اتصال ترد ) ]16[.91جدول 4- 8-ضریب تقاضا]5[.93جدول 4- 9-ضریب عدم قطعیت تحلیل در تقاضا]16[.94جدول 4- 10-- ضریب عدم قطعیت برای ارزیابی تغییر مکان نسبی داخلی محلی]16[.95جدول 4- 11-برای ارزیابی تغییر مکان نسبی داخلی کلی]16[.96جدول 5- 1- خلاصه ای از قابلیت‌های مدل‌های هیسترزیس معرفی شده ]20[ .105جدول 5- 2- مقادیر پیشنهادی برای نسبت مقاومت خمشی مورد انتظار به موثر و نسبت بعد از تسلیم ]20[ .113جدول 5- 3- مقادیر پارامترهای مدلسازی برای تیرهای طبقه دوم سازه سه طبقه (W33X118)116جدول 5- 4- مقادیر مربوط به پانل اتصالات تیر به ستون در طبقه دوم سازه سه طبقه116جدول 6- 1مشخصات مقاطع سازه 3 طبقه با قاب خمشی122جدول 6- 2-مشخصات مقاطع سازه 9 طبقه با قاب خمشی122جدول 6- 3- مشخصات مقاطع سازه 20 طبقه با قاب خمشی123جدول 6- 4- مشخصات لرزه‌ای رکورد های انتخاب شده128 فهرست اشکال عنوان صفحه شکل 2- 1- ساختمان Davis Wing با سیستم قاب خمشی ویژه، ستون‌های W36 و تیرهایW30 [1].12شکل 2- 2- تغییر شکل قاب‌های خمشی[2]13شکل 2- 3- روابط بار- تغییر مکان برای قاب خمشی تحت بار ثقلی[3]14شکل 2- 4- روابط بار- تغییر مکان قاب‌های خمشی پرتال[2]15شکل 2- 5- روابط شکل‌پذیری برای قاب خمشی پرتال[2].16شکل 2- 6- ظرفیت دوران پلاستیک مورد نیاز قاب‌های خمشی[2]17شکل 2- 7- محل تشکیل مفاصل پلاستیک[2].18شکل 2- 8- تلاش‌های وارده در محل تشکیل مفاصل پلاستیک[2].18شکل 2- 9- مود گسیختگی و تشکیل طبقه‌ی نرم [2].20شکل 2- 10- چشمه‌ی اتصال[2].21شکل 2- 11- تغییر شکل چشمه‌ی اتصال ]2[23شکل 2- 12- شکست ترد در چشمه‌ی اتصال و شکل 2- 13- تقویت چشمه‌ی اتصال،تشکیل مفصل در تیر [1].23شکل 2- 14- اتصالات جوشی با گیرداری کامل (FR) [5].26شکل 2- 15- اتصالات پیچی با گیرداری کامل (FR) [5].27شکل 2- 16- اتصال با گیرداری نسبی(PR) [5].27شکل 2- 17- نمونه‌هایی از اتصالات صلب ماهیچه ای مسلح[6].30شکل 2- 18- نمونه‌هایی از اتصالات صلب با ورق تقویتی مسلح[6].31شکل 2- 19- توزیع کرنش الاستیک و پلاستیک در تیرهای با عمق متفاوت[6].34شکل 2- 20- اثر طول دهانۀ تیر[6]34شکل 3- 1- نتایج حاصل از منحنی‌های IDA برای ساختمانی 20 طبقه با قاب فولادی ممان گیر تحت رکورد زلزله 1940 السنترو... 42شکل 3- 2- نمودارهای IDA تک رکورده برای یک ساختمان 5 طبقه بادبندی تحت چهار رکورد زلزله مختلف [10]47شکل 3- 3- منحنی‌های IDA برای ساختمانی 5 طبقه و بادبندی و پریود 8/1 ثانیه در برابر 30 رکورد [10]48شکل 3- 4- پاسخ شکل پذیر قابی با چند درجه آزادی و پریود 1 ثانیه در برابر 20رکورد [10]50شکل 3- 5- منحنی‌های IDA برای ساختمانی 9 طبقه با قاب ممان گیر و پریود 2/2 ثانیه [10]51شکل 3- 6- الف و ب- منحنی میانه IDA در مقابل منحنی SPA در 2 ساختمان متفاوت [10]54شکل 3- 7- قوانین پایه ای متفاوت در ساختمانی 3 طبقه با قاب ممان گیر و پریود 3/1 ثانیه [10].56شکل 4- 1- مدل رگرسیون اعمال شده به جفت داده های شتاب طیفی و تقاضا ]14[79شکل 4- 2- تقریب توانی تقاضا بر حسب شتاب طیفی]14[80شکل 4- 3- نقش عدم قطعیت مدل در تعیین تقاضای لرزه ای]14[81شکل 4- 4- تقریب خطی منحنی خطر لرزه‌ای بر حسب شتاب طیفی در مقیاس دو لگاریتمی]15[83شکل 4- 5- منحنی ممان- انحناء برای اتصال شکل‌پذیر و شکل 4- 6- منحنی ممان- انحناء برای اتصال ترد]16[.90شکل 5- 1- مدل قیچی برای در نظر گرفتن چشمه اتصال]17[100شکل 5- 2- مدل غیر خطی بدون در نظر گرفتن چشمه اتصال]17[101شکل 5- 3- مدل سازی چشمه اتصال با استفاده از المان متوازی‌الاضلاع]18[102شکل 5- 4- رفتار نیرو تغییر مکان چشمه اتصال]18[102شکل 5- 5- مقادیر تسلیم در رفتار سه خطی اختصاص داده شده به دو عضو به وسیله فوتچ و یان (Foutch، Yun) ]17[103شکل 5- 6-منحنی نیرو تغییر مکان بدست آمده از بارگذاری مونوتونیک و سیکلی ]19[ .104شکل 5- 7-منحنی پوش هیسترزیس (back-bone) برای مدل‌های هیسترزیس ]19[ .106شکل 5- 8- منحنی bilinear با تعریف حد مقاومت ]19[ .107شکل 5- 9- قوانین پایه مدل هیسترزیس رأس گرا (Peak – Oriented ) ]19[ .108شکل 5- 10- قوانین پایه مدل هیسترزیس چلانده (Pinching ) ]19[ .108شکل 5- 11- نمایش چهار مود کاهندگی به صورت جداگانه بر روی مدل رأس گرا (Peak – Oriented ):الف) زوال مقاومت پایه، ب) زوال مقاومت پس از تسلیم، ج) زوال سختی بار برداری د) زوال سختی بارگذاری دوباره ]19[ .109شکل 5- 12- مدل اصلاح شده ایبارا-کراوینکلر ( Modified Ibarra – Krawinkler Model) ]20[ .112شکل 5- 13- کالیبره کردن مدل اصلاح شده بر روی دو نمونه از منحنی‌های ممان-انحنا آزمایشگاهی بدست آمده توسط الف) پوپوف ب) انگل هارت ]22[ .114شکل 6- 1- مشخصات سازه های 9،3 و 20 طبقه با سیستم قاب خمشی [2].119شکل 6- 2- دستگاه مختصات محلی و کلی برای المان‌ها [23]125شکل 6- 3-نمودار بیشینه تغییر مکان نسبی برای مقیاس‌های مختلف یک رکورد جهت تعیین ناپایداری سازه130شکل 7- 1- مقایسه منحنی حاصل از تحلیل استاتیکی با منحنی پوش آور مرجع [33]. سازه 3 طبقه با قاب خمشی133شکل 7- 2 -منحنی drift- برش پایه سازه 3 طبقه با قاب خمشی برای مجموعه 55 رکورد زلزله.133شکل 7- 3 -منحنی‌های IDA،16%، 50% و 84% برای مجموعه 55 رکورد زلزله به همراه منحنی پوش آور سازه 3 طبقه با قاب خمشی.134شکل 7- 4- مقایسه منحنی حاصل از تحلیل با منحنی پوش آور مرجع [33]. سازه 9 طبقه با قاب خمشی135شکل 7- 5- منحنی drift- برش پایه سازه 9 طبقه با قاب خمشی برای مجموعه 55 رکورد زلزله.135شکل 7- 6- منحنی‌های IDA، 16%، 50% و 84% برای مجموعه 55 رکورد زلزله به همراه منحنی پوش آور سازه 9 طبقه با قاب خمشی.136شکل 7- 7- منحنی drift- برش پایه سازه 20 طبقه با قاب خمشی برای مجموعه 55 رکورد زلزله.136شکل 7- 8-منحنی‌های IDA، 16%، 50% و 84% برای مجموعه 55 رکورد زلزله به همراه منحنی پوش آور سازه 20 طبقه با قاب خمشی.137شکل 7- 9-منحنی ظرفیت سازه های مورد مطالعه138شکل 7- 10-منحنی آسیب پذیری فرو پاشی کلی قاب خمشی سه طبقه با در نظر گرفتن تصادف.144شکل 7- 11-منحنی آسیب پذیری فرو پاشی کلی قاب خمشی نه طبقه با در نظر گرفتن تصادف.144شکل 7- 12-منحنی آسیب پذیری فرو پاشی کلی قاب خمشی بیست طبقه با در نظر گرفتن تصاد145چکیده از قاب خمشی همواره به عنوان یکی از سیستم‌های باربر جانبی شکل پذیر با قابلیت تحمل تغییر شکل‌های غیر خطی بزرگ بدون هر گونه کاهش قابل توجه در مقاومت و یا پایداری آن یاد شده است و از آنجا که در آیین نامه های جدید عملکرد لرزه‌ای سیستم‌ها مبنای طراحی قرار می‌گیرد، ارزیابی عملکرد لرزه‌ای این سیستم نیز از اهمیت قابل توجهی برخوردار شده است. در این راستا قاب‌های خمشی ویژه فولادی، سه، نه و بیست طبقه که توسط SAC معرفی شده‌اند انتخاب و سپس با استفاده از شتاب نگاشت‌های مناسب حوزه نزدیک، تحلیل دینامیکی غیر خطی افزایشی روی سازه های مورد مطالعه انجام شده است و منحنی‌های IDA بر حسب بیشینه نسبت تغییر مکان نسبی میان طبقه ای (MIDR) و پارامتر شاخص شدت شتاب طیفی با میرایی پنج درصد در مود اول () به دست آمده است. پس از آن منحنی‌های IDA به دست آمده خلاصه سازی و پردازش شده و ظرفیت یا حالات حدی سازه ها در سطوح عملکرد متداول از این نمودار ها به دست آمده است. در ادامه منحنی‌های آسیب پذیری، مربوط به فرو پاشی کلی سازه های مورد مطالعه، با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های ذاتی و دانش در پاسخ سازه از روش‌های مختلف به دست آمده است و پتانسیل فروپاشی سازه ها از دو طریق احتمال وقوع فروپاشی کلی در سطوح خطر گسسته زلزله و برآورد احتمال فرا گذشت سالیانه میانگین (MAF) فرو پاشی تعیین شده است؛ و در نهایت سطوح اطمینان سازه ها در اهداف عملکردی مورد نظر به وسیله رویکرد FEMA350 به دست آمده است. کلید واژه ها: شکل‌پذیری، فروپاشی، دریفت، تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی، منحنی‌های آسیب پذیری، شاخص شدت اهداف و روند تحقیقفصل اول « اهداف و روند تحقیق » مقدمه سالیان متمادی هدف آیین نامه‌ها و دستورالعمل‌های لرزه ای، معرفی سیستم‌های سازه ای با قابلیت مقاومت در برابر زلزله بدون ویرانی و یا آسیب‌های سازه‌ای عمده بود. برای رسیدن به این هدف یکی از اصول اساسی دست یافتن به مصالح و سیستم سازه ای شکل‌پذیر می‌باشد. منظور از شکل پذیر بودن سازه، قابلیت تحمل تغییر شکل‌های غیرخطی بزرگ، بدون هرگونه کاهش در مقاومت و یا ناپایداری و ویرانی می‌باشد؛ لذا انتظار می‌رود سیستم‌های سازه‌ای با شکل‌پذیری بالا قابلیت مقاومت در برابر تقاضایی بسیار بزرگ‌تر از حد الاستیک خود را داشته باشند. از اوایل سال 1960، به لحاظ تصوری که از رفتار مناسب و شکل پذیر سیستم قاب خمشی در برابر بارهای جانبی می‌شد، با اقبال عمومی خیره کننده ای روبرو گردید و در اغلب سازه های فولادی بکار برده می‌شد و بسیاری از مهندسان بر این باور بودند که آسیب سازه‌ای عمده ای در هنگام زلزله متوجه قاب‌های خمشی فولادی نخواهد بود و در صورت بروز آسیب، این موضوع به خرابی در سطح اعضاء و اتصالات محدود خواهد ماند. ضعف عمده قاب‌های خمشی فولادی در زلزله های سال 1994 نورثریچ[1] و 1995 کوبه[2] این تصور را به چالش کشید. بعد از زلزله مشاهده شد که تعدادی از ساختمان‌های قاب خمشی فولادی متحمل شکست ترد در اتصالات به ویژه در ناحیه جوش شده بال پایین تیر به ستون شده‌اند. دامنه خرابی‌ها بسیار فراگیر بود تا آنجا که ساختمان‌های 1 تا 26 طبقه، ساختمان‌های با عمر ساخت کوتاه و حتی در حال ساخت را شامل می‌شد. نکته قابل توجه این بود که اکثر ساختمان‌های آسیب دیده بر طبق ضوابط آیین نامه‌های معتبر قبل از این زلزله ها طراحی شده بودند و علاوه بر آن در مناطقی با سطح خطر زلزله متوسط قرار داشتند. پیدایش این قبیل خرابی‌های وسیع و شکست‌های ترد غیر منتظره در اتصالات، منجر به تحقیقات و بررسی‌های بسیاری به منظور بهبود عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی گردید که از نتایج آن‌ها می‌توان به معرفی اتصالات جدیدتر و مقاوم‌تر در برابر بارهای لرزه‌ای اشاره کرد. اما معرفی اتصالات جدید، تنها رویکرد در پیش گرفته برای جلوگیری از تکرار چنین حوادث تلخی نبود چرا که آسیب‌های سازه‌ای مشاهده شده بعد از زلزله های نورثریچ و کوبه، ضعف روش‌های طراحی و ارزیابی قاب‌های خمشی فولادی را هم آشکار نمود و بر ضرورت ارائه روش‌های جدید در طراحی و ارزیابی ساختمان‌ها با توجه به عملکرد مورد انتظار تاکید نمود. در این راستا فلسفه و مبنای آیین نامه ها مورد بازنگری و دگرگونی کلی قرار گرفت و منجر به پیدایش نسل جدیدی از دستورالعمل‌های طراحی بر اساس عملکرد گردید که در آن‌ها از روش طراحی بر اساس عملکرد[3] استفاده شده است، که هدف اصلی آن‌ها – و اغلب تنها هدفشان- این است که مانع فروریزش کلی سازه شوند، اصلاحات قابل توجهی داشته‌اند، اما کاستی‌هایی نیز دارند: این دستورالعمل‌ها بر مبنای سطوح خطر و عملکردی مجزا می‌باشند و وضعیت کمّی عملکرد را برای خطر لرزه‌ای پیوسته مشخص نمی‌کنند. علاوه بر آن تایید کفایت عملکرد در سطح اجزا صورت می‌گیرد نه در سطح کل سیستم و در نتیجه یک تراز عملکردی خاص در صورتی که معیار پذیرش تنها در یک جزء واحد رد شود، ارضا نخواهد شد و در نهایت اینکه ارزیابی عملکرد در این دستورالعمل‌ها، تعیینی است (به استثنای تعیین طیف خطر یکنواخت) و امکان بررسی صریح عوامل عدم قطعیت (ذاتی و دانش) که باید در ارزیابی عملکرد بر مبنای قابلیت اطمینان بررسی شوند، وجود ندارد. برای رفع کاستی‌های فوق‌الذکر، در روش‌های طراحی بر اساس عملکرد، تحقیقات با هدف توسعه مهندسی زلزله بر اساس عملکرد (PBEE)[4] در حال انجام است تا روشی جامع جهت جایگزینی نسل اول روش‌های مهندسی زلزله که در بالا به آن‌ها اشاره شد، پیشنهاد شود. چشم انداز این روش توسط مؤسسه [5]PEER در قالب چارچوب زیر ترسیم شده است[8]: *(کلیه پارامتر های معادله فوق در فصل 4 بخش 4 به طور کامل شرح داده خواهد شد) اهداف نهایی در این چهار چوب تخمین احتمالاتی خسارت، هزینه ها و مدت زمان توقف کاربری می‌باشند. معادله بالا یک ساختار کلی برای هماهنگ سازی و ترکیب تحقیقات متنوع تحلیل خطر لرزه ای، مهندسی زلزله و تحلیل ریسک است و بدین وسیله، مسئله ابتدا به چهار جزء پایه ای تحلیل خطر، پیش بینی تقاضا، مدل سازی حالت‌های آسیب و گسیختگی و تخمین خسارت از طریق معرفی سه متغیر میانی، [6]IM ،[7]EDP و [8]DM تفکیک می‌شود و سپس این اجزا مجدداً از طریق انتگرال گیری روی تمام سطوح متغیرهای میانی به هم مرتبط می‌شوند. هدف این پایان نامه و یا تحقیقات مشابه یعنی ارزیابی عملکرد با استفاده از تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM، جزیی از چشم انداز جامع و کلی پیشنهادی برای ارزیابی اهداف عملکردی توسط PEER است که می‌تواند در چارچوب زیر تعریف شود: *(کلیه پارامتر های معادله فوق در فصل 4 بخش 4 به طور کامل شرح داده خواهد شد) آگاهی از میزان تقاضای لرزه‌ای در یک سیستم سازه ای یکی از اجزای مهم ارزیابی عملکرد لرزه‌ای است که به شدت تحت تأثیر عدم قطعیت‌ها در حرکات زمین و پاسخ سازه است و تنها راه در نظر گرفتن این عدم قطعیت‌ها مدل کردن دقیق آن‌ها با توجه به تئوری‌های آمار و احتمالات است. در تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM، برای سادگی در برخورد با مسئله عدم قطعیت‌ها، با استفاده از یک پارامتر واسطه IM، هر یک از عدم قطعیت‌های موجود در حرکت زمین و پاسخ سازه به صورت جداگانه مدل می‌شود و یا به عبارت دیگر، با توجه به کفایت پارامتر واسطه فرض می‌شود که این عدم قطعیت‌ها از هم مستقل باشند. بدین ترتیب مسئله به دو ریز مسئله مجزای تحلیل خطر لرزه‌ای و تعیین توزیع تقاضای لرزه‌ای به وسیله تحلیل غیر خطی سازه تبدیل می‌شود و سپس نتایج نهایی با هم ترکیب می‌شود . برای محاسبه توزیع تقاضا و ظرفیت لرزه ای، یکی از جدیدترین روش‌ها، روش تحلیل دینامیکی غیر خطی افزایشی (IDA)[9] می‌باشد که توانایی پوشش تقاضای لرزه‌ای سازه ای از حالت الاستیک تا ناپایداری کلی را دارا است. در این روش از مفهوم دیرینه مقیاس کردن رکورد ها اما به صورت هدفمند استفاده شده و مدل سازه را تحت یک یا چند رکورد در سطوح متفاوت شدت حرکات زمین قرار می‌دهند. از آنجا که یکی از اهداف ارزیابی بر اساس عملکرد، درک صحیح از رفتار غیرخطی سازه در سطوح عملکرد نزدیک به فروپاشی سازه می‌باشد، در این راستا ایجاد مدل‌های هیسترزیس که بتواند تمام پدیده های تأثیر گذار روی تعیین تقاضای لرزه‌ای تا فروپاشی سازه را در برگیرد، یکی از چالش‌های ارزیابی بر اساس عملکرد به حساب می‌آید و مدل‌هایی که زوال سختی و مقاومت در بار سیکلی را لحاظ می‌کنند در مدل سازی رفتار غیرخطی سازه از اهمیت فوق‌العاده ای برخوردار می‌باشند که از جدیدترین این مدل‌ها می‌توان به مدل اصلاح شده‌ی ایبارا- کراوینکلر (2008) ‌[20] اشاره کرد. نتایج تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM می‌تواند به دو صورت بیان شود که یکی از آن‌ها منحنی‌های آسیب پذیری احتمال وقوع ظرفیت یا حالت حدی بوده و دیگری برآورد احتمال میانگین فراگذشت سالیانه حالت حدی می‌باشد که در میان انواع مختلف حالت حدی، فروپاشی کلی سازه از اهمیت بیشتری برخوردار می‌باشد و در تحقیقات بیشتری مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این نتایج، روش جامعی تحت عنوان رویکرد FEMA350 [5] در زمینه تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای برای محاسبه سطوح اطمینان از عملکرد سازه های قاب خمشی فولادی ارائه شده که چارچوب مناسبی جهت برخورد با سه دسته عدم قطعیت کلیدی، یعنی عدم قطعیات موجود در حرکت زمین، پاسخ سازه و ظرفیت سازه را فراهم می‌کند و اثرات این عدم قطعیات را بر دو پارامتر بنیادی تقاضا و ظرفیت بیان می‌کند. بیان مسئله و اهداف تحقیق:همان‌طور که اشاره شد هدف ما ارزیابی عملکرد قاب‌های خمشی فولادی ویژه با استفاده از تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM، با تمرکز بر مدل کردن عدم قطعیت‌های پاسخ سازه می‌باشد و مدل کردن عدم قطعیت‌های موجود در حرکت زمین و تحلیل خطر لرزه‌ای جزء اهداف این پایان نامه نمی‌باشند. در این راستا قاب‌های خمشی ویژه فولادی سه، نه و بیست طبقه مطابق نشریه FEMA 355C [6] در نظر گرفته شده، سپس رفتار غیر خطی اعضای فولادی با استفاده از مدل جدید اصلاح شده‌ی ایبارا- کراوینکلر (2008) ‌[20] در نرم افزار Opensees مدل سازی شده است و با انتخاب شتاب نگاشت‌های مناسب حوزه نزدیک، تحلیل دینامیکی غیر خطی افزایشی روی سازه های مورد مطالعه انجام شده است و منحنی‌های IDAبر حسب دو پارامتر تقاضای بیشینه نسبت تغییر مکان بام (MRDR) و بیشینه نسبت تغییر مکان نسبی میان طبقه ای (MIDR) و پارامتر شاخص شدت شتاب طیفی با میرایی پنج درصد در مود اول به دست آمده است . سپس منحنی‌های IDA به دست آمده خلاصه سازی شده و مقادیر سه صدک آماری 16، 50 و 84 درصد با پردازش آماری بر روی محور تقاضا برای هر کدام از سازه ها به دست آمده است که امکان قضاوت بهتر نسبت به کلیات تحلیل و همچنین مقایسه‌ی بین دو EDP استفاده شده را میسر می‌کند و در نهایت ظرفیت یا حالات حدی سازه ها در سطوح عملکرد متداول از این نمودارها به دست آمده است. در ادامه منحنی‌های آسیب پذیری، مربوط به فرو پاشی کلی سازه های مورد مطالعه، با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های ذاتی و دانش در پاسخ سازه از روش‌های مختلف به دست آمده و سپس با استفاده از منحنی‌های تحلیل خطر لرزه‌ای موجود برای سازه های مورد مطالعه، پتانسیل فروپاشی سازه ها از دو طریق منحنی‌های آسیب پذیری فرو پاشی کلی و برآورد احتمال میانگین فراگذشت سالیانه فرو پاشی تعیین شده است. فصول تشکیل دهنده‌ی پایان‌نامههمان‌گونه که گفته شد هدف از این تحقیق، تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای در قاب‌های خمشی فولادی می‌باشد که سعی شده در هشت فصل به این مهم دست یابیم. در فصل دوم ابتدا به بررسی رفتار کلی سیستم مورد مطالعه در این پایان نامه یعنی سیستم قاب خمشی می‌پردازیم و پس از نگاهی مختصر بر تعاریف و مفاهیم کلی، به فلسفه روابط آیین نامه ای در این سیستم‌ها اشاره می‌شود و از آنجا که مهم‌ترین موضوع در بحث قاب‌های خمشی، اتصالات آن‌ها می‌باشد در ادامه پس از معرفی اتصالات از پیش تأیید شده در قاب‌های خمشی به عوامل مؤثر بر عملکرد اتصالات و به تبع آن در قاب‌های خمشی پرداخته می‌شود تا با شناخت کامل و کافی به انتخاب و طراحی مناسب از سازه های هدف دست یافت. فصل سوم به کلیات و مفاهیم پایه‌ی تحلیل دینامیکی افزایشی، که توزیع تقاضا و ظرفیت در سطوح مشخص IM را به دست می‌دهد، و همچنین مزایا و ضرورت استفاده از آن می‌پردازد و در ادامه به نحوه خلاصه سازی ،استخراج نتایج و برآورد ظرفیت سازه ای و شرایط حدی از منحنی‌های IDA به دست آمده، اشاره می‌شود . در فصل چهارم پس از ترسیم چشم انداز کلی مهندسی زلزله بر اساس عملکرد، روندی که در گزارش FEMA350 ارائه شده است، توصیف می‌گردد. در فصل پنجم به نحوه مدل سازی رفتار غیر خطی قاب‌های خمشی پرداخته شده و پس از مروری مختصر بر روند مرسوم مدل سازی بدون در نظر گرفتن زوال سختی و مقاومت سیکلی در تحقیقات گذشته‌ی تعیین تقاضای لرزه ای، مدل جامع ایبارا- کراوینکلر که زوال سختی و مقاومت را به خوبی لحاظ می‌کند، شرح داده شده است. پرداختن به این مدل که در این پایان نامه در مدل سازی رفتار غیر خطی قاب‌های خمشی مورد استفاده قرار گرفته پایان بخش این فصل می باشد. فصل ششم به انجام تحلیل‌های دینامیکی غیرخطی افزایشی بر پایه مفاهیم و موضوعات بحث شده در فصل سوم اختصاص یافته و پس از معرفی نرم افزار و شتاب نگاشت‌های مورد استفاده، منحنی‌های IDA بدست آمده برای پارامترهای شاخص شدت و تقاضای انتخاب شده مورد پردازش و بررسی قرار گرفته و در نهایت ظرفیت یا حالات حدی از این نمودارها برداشت شده است. در فصل هفتم نتایج بدست آمده از تحلیل های مختلف ارائه و با یکدیگر مقایسه شده است. در فصل هشتم که فصل انتهایی می‌باشد به بیان نتایج پژوهش و همچنین پیشنهاداتی برای تحقیقات آینده می‌پردازیم. بررسی سیستم سازه‌ای قاب خمشیفصل دوم « بررسی سیستم سازه‌ای قاب خمشی » مقدمهدر ساختمان‌ها از سیستم‌های باربر جانبی مختلفی برای مقابله با نیروی جانبی وارد بر ساختمان استفاده می‌شود که از آن جمله می‌توان به قاب‌های خمشی (MRF)[10] اشاره کرد. سالیان متمادی هدف آیین نامه‌ها و دستورالعمل‌های لرزه‌ای فراهم آوردن ساختمانی با قابلیت مقاومت در برابر زلزله بدون ویرانی و یا آسیب‌های عمده سازه‌ای بود. برای رسیدن به این هدف یکی از اصول اساسی دست یافتن به مصالح و سیستم سازه ای شکل‌پذیر می‌باشد. منظور از شکل پذیر بودن سازه، قابلیت تحمل تغییر شکل‌های غیرخطی بزرگ بدون هرگونه کاهش در مقاومت و یا ناپایداری و ویرانی می‌باشد. به طور کلی سیستم‌های سازه‌ای با شکل‌پذیری بالا برای نیروی کمتری نسبت به سیستم‌هایی با شکل‌پذیری پایین طراحی می‌شوند، چرا که انتظار می‌رود سیستم‌های سازه‌ای با شکل‌پذیری بالا قابلیت مقاومت در برابر تقاضایی بسیار بزرگ‌تر از حد الاستیک خود را داشته باشند. از مهم‌ترین مزایای این سیستم می‌توان به عدم تداخل در ملاحظات معماری از قبیل تعبیه‌ی بازشوها اشاره کرد. در این نوع سیستم تمام دهانه‌ها برای تعبیه‌ی بازشو آزاد هستند. از لحاظ رفتاری نیز این سیستم دارای شکل‌پذیری بسیار خوبی بوده و قابلیت بالایی در استهلاک انرژی از خود نشان می‌دهد. سختی این سیستم در مقایسه با سایر سیستم‌های مقاوم سازه‌ای در برابر بارهای جانبی، کم است. سختی نسبتاً کم این سیستم موجب می‌شود که در برخی مواردِ ارضای محدودیت‌های تغییر مکان جانبی در ساختمان‌های بلند، ممکن است منجر به استفاده از مقاطع بزرگ‌تر و در نتیجه افزایش وزن سازه و غیر اقتصادی شدن طرح در مقایسه با سایر سیستم‌های مقاوم لرزه‌ای شود. در حالت کلی از لحاظ پیکربندی، این سیستم از شبکه‌های مستطیلی تیرهای افقی و ستون‌های قائم با اتصالات صلب تشکیل یافته است. این سیستم باید مقاومت و سختی لازم را جهت مقابله با بارهای ثقلی و نیروهای زلزله و تغییر شکل‌های ناشی از آن داشته باشد. شکل 2- 1- ساختمان Davis Wing با سیستم قاب خمشی ویژه، ستون‌های W36 و تیرهایW30 [1].در ادامه ابتدا به بررسی رفتار کلی سیستم قاب خمشی می‌پردازیم و پس از نگاهی مختصر بر تعاریف و مفاهیم کلی به فلسفه روابط آیین نامه ای در این سیستم‌ها اشاره می‌شود. از آنجا که مهم‌ترین موضوع در بحث قاب‌های خمشی، اتصالات آن‌ها می‌باشد پس از معرفی اتصالات از پیش تأیید شده در قاب‌های خمشی، به عوامل مؤثر بر عملکرد اتصالات پرداخته می‌شود. رفتار قاب‌های خمشی در برابر بار جانبیواکنش یک قاب خمشی در برابر بارهای زلزله در حقیقت چرخش گره‌ها و ایجاد تغییر شکل‌های خمشی در تیرها و ستون‌های آن می‌باشد. این تغییر شکل‌ها در اثر دو عامل عمده‌ی : الف- تغییر شکل ناشی از خمش طره‌ای و ب- تغییر شکل ناشی از خمش تیرها و ستون‌ها، به وجود می‌آیند. در ادامه اثرات دو عامل فوق در تغییر شکل قاب‌های خمشی تشریح می‌شوند [2]. تغییر شکل ناشی از خمش طره‌ای در اثر واژگونی، قاب به صورت یک تیر طره‌ای عمل می‌کند و به دلیل تغییر شکل محوری، ستون‌های فشاری قاب کاهش طول می‌دهند و ستون‌های کششی در قاب افزایش طول پیدا می‌کنند. بررسی‌ها نشان داده‌اند که سهم این عامل حدود 20% از کل تغییر شکل قاب خمشی می‌باشد. در شکل 2- 2 تغییر شکل‌های قاب خمشی از جمله تغییر شکل طره‌ای قاب خمشی نشان داده شده است. در این نوع تغییر شکل در ستون‌های میانی، تغییر شکل محوری ناچیزی ایجاد می‌شود و نیروی محوری این ستون‌ها تقریباً برابر صفراست. در واقع ستون‌های میانی در محل تار خنثی تیر طره‌ای معادل قاب خمشی قرار می‌گیرند و کرنش در آن‌ها تقریباً برابر صفر خواهد بود [2]. تغییر شکل ناشی از خمش تیرها و ستون‌ها این حالت نیز در شکل 2- 2 نشان داده شده است و در اثر خمش در تیرها و ستون‌ها ایجاد می‌شود. در این حالت دوران اتصال باعث ایجاد خمش در تیرها و ستون‌های متصل به آن می‌شود. در واقع تغییر مکان جانبی قاب در اتصالات به دوران تبدیل می‌شود. بنا بر بررسی‌های انجام شده سهم این عامل حدود 80% کل تغییر شکل قاب است که از این80% حدود 65% سهم خمش تیرها و 15% سهم خمش ستون‌ها می‌باشد. [2]. 15379706032500 شکل 2- 2- تغییر شکل قاب‌های خمشی[2] رابطه‌ی بار- تغییر مکان در قاب‌های خمشیمطالعات بسیاری بر روی قاب‌های خمشی صورت گرفته است که نشان می‌دهد که روابط بار- تغییر مکان افقی قاب‌های خمشی وابسته به بارهای قائم می‌باشد. در شکل 2- 3 چند نمودار شماتیک از روابط بار- تغییر مکان افقی قاب‌های خمشی نشان داده شده است. در این نمودارها مشاهده می‌گردد که مقاومت یک قاب با افزایش بار قائم به دلیل اثر کاهش می‌یابد. بر این اساس در اکثر آیین‌نامه‌ها ضوابطی برای کنترل این اثر ارائه شده است. در برخی از آیین‌نامه‌ها در صورت بزرگ‌تر شدن جابه‌جایی نسبی طبقات از یک مقدار مشخص در نظر گیری اثر را لازم می‌دانند. در آیین‌نامه‌های جدیدتر مانند آیین‌نامه‌ی UBC97 به جای کنترل تغییر مکان الاستیک، تغییر مکان غیر الاستیک کنترل می‌شود.) شکل 2- 3([3]. اثرات نقش قابل توجهی در افزایش تغییر مکان جانبی قاب خمشی ایفا می‌کنند. بنابراین در تحلیل قاب‌های خمشی با توجه به محدودیت‌های آیین‌نامه‌ی ساختمانی مورد استفاده، حتماً باید اثرات لحاظ شود. شکل 2- 3- روابط بار- تغییر مکان برای قاب خمشی تحت بار ثقلی[3]رفتار چرخه‌ای قاب‌هاچرخه‌های هیسترزیس با بارگذاری رفت و برگشتی سازه بدست می‌آیند و نمودار بار- تغییر مکان حاصل از این بارگذاری نشان دهنده‌ی شکل‌پذیری و قابلیت استهلاک انرژی در سیستم سازه‌ای می‌باشد. شکل 2- 4 روابط بار- تغییر مکان برای قاب‌های خمشی پرتال با مقیاس حقیقی را تحت یک بار افقی سیکلی نشان می‌دهد. اگر یک قاب تحت اثر بار قائم نباشد، منحنی بار- تغییر مکان تحت بار سیکلی به صورت شکل 2- 4-الف خواهد بود که مشاهده می‌شود که منحنی دوکی شکل و کاملاً پایدار است. به عبارت دیگر ظرفیت استهلاک انرژی قاب خمشی زیاد است. هنگامی که قاب خمشی تحت بار ثقلی قرار می‌گیرد، در منحنی بار- تغییر مکان شیب منفی ظاهر می‌شود که نمایانگر اثرات می‌باشد که در شکل 2- 4-ب به خوبی دیده می‌شود. [2]. شکل 2- 4- روابط بار- تغییر مکان قاب‌های خمشی پرتال[2]شکل‌پذیری قاب‌های خمشی یکی از عوامل مؤثر در بررسی رفتار قاب‌ها، شکل‌پذیری آن‌ها می‌باشد. شکل‌پذیری یک قاب بیش از همه‌ی عوامل تابعی از نسبت سختی تیرهای استفاده شده در قاب می‌باشد. ضریب شکل‌پذیری را می‌توان به صورت زیر برای یک قاب تعریف نمود: 2- 1 در شکل 2- 5 پارامترهای مورد استفاده در معادله‌ی (2-1) نشان داده شده است. شکل 2- 5- روابط شکل‌پذیری برای قاب خمشی پرتال[2].مفاصل پلاستیک در قاب‌های خمشیتغییر شکل‌های غیرخطی قاب‌های خمشی در نواحی مشخصی از سازه روی می‌دهد. در کرنش‌های غیر الاستیک زیاد این نواحی می‌توانند تبدیل به مفصل شوند که این مفاصل قابلیت تحمل دوران‌های زیاد با نیروی تقریباً ثابتی را دارند. نواحی فوق معمولاً در انتهای تیرها و ناحیه‌ی چشمه‌ی اتصال واقع شده است. طراحی سازه می‌بایست به گونه‌ای صورت گیرد که از تشکیل مفاصل در ستون‌ها جلوگیری شود چرا که ممکن است به ایجاد مکانیزم طبقه نرم و انهدام سازه منجر گردد. تشکیل مفاصل در ستون‌ها قابلیت استهلاک انرژی را بسیار کاهش می‌دهد.[2] اتصالات معرفی شده در آیین نامه های UBC و NEHRP تا قبل از زلزله‌ی نورتریج بر مبنای تشکیل مفصل پلاستیک در انتهای تیر و در وجه ستون با تغییر شکل محدود چشمه‌ی اتصال، استوار بود. توسعه‌ی تغییر شکل‌های زیاد در چشمه‌ی اتصال منجر به ایجاد تنش‌های ثانویه‌ی بالایی در ناحیه‌ی اتصال بال تیر به بال ستون می‌شود که می‌تواند باعث گسیختگی ترد در اتصال گردد. [2]. توسعه‌ی مفصل پلاستیک در انتهای تیر و در وجه ستون، منجر به ایجاد کرنش‌های غیر الاستیک بزرگی روی جوش، ناحیه‌ی سوخته (Heat Affected Zone) و بال ستون می‌گردد که مجموعه‌ی این عوامل سبب گسیختگی ترد اتصال می‌شود. برای بدست آوردن عملکرد قابل اطمینان تر، پیشنهادها و راه کارهای متعددی در طراحی‌ها ارائه شده است. یکی از این پیشنهادها این است که اتصال تیر به ستون طوری طراحی و آرایش داده شود که مفصل پلاستیک با مقداری فاصله از بر ستون در تیرها تشکیل گردد. این عمل می‌تواند با تسلیح عرضی اتصال یا کاهش سطح مقطع تیر در آن فاصله صورت گیرد. مفاصل پلاستیک در تیرهای فولادی طول محدودی دارند و به صورت عمومی طول آن‌ها برابر نصف ارتفاع مقطع در نظر گرفته می‌شود. بنابراین محل تشکیل مفصل بایستی حداقل به اندازه‌ی نصف ارتفاع مقطع از وجه ستون فاصله داشته باشد. [2]. ظرفیت دوران پلاستیکظرفیت دوران پلاستیک یک اتصال باید منعکس کننده‌ی کل جابه‌جایی نسبی ایجاد شده در اثر بارهای زلزله و چگونگی هندسه‌ی قاب باشد. برای قاب‌های معمولی و زمین لرزه های تعریف شده در آیین‌نامه‌ها، حداقل ظرفیت دوران پلاستیک به صورت زیر پیشنهاد می‌شود: 2- 2 در شکل 2- 6 دوران مفاصل پلاستیک به صورت شماتیک نشان داده شده است. دوران پلاستیک مورد نیاز در صورت استفاده از وسایل مستهلک کننده‌ی انرژی کاهش می‌یابد [2]. 895985-54800500 شکل 2- 6- ظرفیت دوران پلاستیک مورد نیاز قاب‌های خمشی[2]تعیین موقعیت مفاصل پلاستیکبرای تیرهایی که در آن‌ها بار ثقلی نسبت کمی از کل مقاومت خمشی تیر می‌باشد، می‌توان تشکیل مفصل پلاستیک را در فاصله‌ی حدود 3/d از انتهای لبه‌ی مسلح شده‌ی تیر فرض کرد، که d عمق تیر است، مگر این که آزمایش‌ها موقعیت دیگری را نشان دهند (شکل 2- 7). موقعیت پیشنهاد شده برای مفصل پلاستیک واقع روی طول تیر، بر اساس نتایج آزمایش‌های صورت گرفته روی تیرهای دارای بارگذاری ثقلی می‌باشد. اگر مقاومت خمشی مورد نیاز برای تیر جهت مقابله با بار ثقلی بیشتر از این مقدار باشد، تعیین موقعیت مناسب برای مفصل پلاستیک باید بر اساس تحلیل پلاستیک بدست آید. [2]. در نواحی با لرزه‌خیزی بالا مانند نواحی 1و 2 استاندارد 2800 و یا نواحی 3و 4 آیین‌نامه‌ی UBC اثرات بار ثقلی روی تیرهای مقاوم در برابر نیروهای زلزله عموماً کمتر از مقدار ذکر شده می‌باشد. [2]. شکل 2- 7- محل تشکیل مفاصل پلاستیک[2]. شکل 2- 8- تلاش‌های وارده در محل تشکیل مفاصل پلاستیک[2].مشخص کردن لنگر پلاستیک محتمل در مفصل پلاستیکمقدار لنگر پلاستیک (یا ظرفیت تحمل لنگر) از رابطه‌ی زیر حاصل می‌شود: 2- 3 که در معادله‌ی فوق: : لنگر پلاستیک محتمل  

 نکته مهم : هنگام انتقال متون از فایل ورد به داخل سایت بعضی از فرمول ها و اشکال (تصاویر) درج نمی شود یا به هم ریخته می شود یا به صورت کد نشان داده می شود ولی در سایت اصلی می توانید فایل اصلی را با فرمت ورد به صورت کاملا خوانا خریداری کنید: سایت مرجع پایان نامه ها (خرید و دانلود با امکان دانلود رایگان نمونه ها) : jahandoc.com   : این ضریب اثرات اختلاف ناشی از لنگر پلاستیک اسمی با لنگر پلاستیک حاصل از واقعی تیر و اثرات سخت‌شدگی مجدد فولاد را در بر می‌گیرد. : مدول پلاستیک مقطع استاندارد 2800، اثرات ضریب را در تعیین لنگر پلاستیک لحاظ نکرده است. امّا در آیین‌نامه‌یAISC97 این اثرات با اعمال ضریبی به نام در روابط طراحی لحاظ شده است. مقدار این ضریب برای فولادهای A36 و AS72 برابر 5/1 و 3/1 و برای سایر فولادها برابر 1/1 پیشنهاد شده است. بر همین اساس آیین‌نامه‌ی 2800 طراحی اتصالات بدون نتایج آزمایش را برای 25/1 برابر لنگر پلاستیک تیر توصیه کرده است. ضریب عملکردی همانند ضریب مورد استفاده در تعیین ظرفیت لنگر نهایی در مقاطع بتنی دارا می‌باشد. در مقاطع بتنی طراحی شده بر اساس ضوابط ویژه برای تعیین ظرفیت لنگر مقطع، تنش تسلیم میلگرد طولی برای لحاظ کردن اثرات ناشی از سخت شدگی مجدد فولاد در 25/1 ضرب می‌شود. [2]. کنترل ضابطه‌ی تیر ضعیف - ستون قوی در قاب‌های خمشی ویژه باید ضابطه‌ی تیر ضعیف - ستون قوی برقرار باشد. اما در قاب‌های خمشی معمولی نیازی به برقراری این ضابطه وجود ندارد. از دلایل مربوط به ضرورت ارضای این رابطه می‌توان به چند مورد عمده‌ی زیر اشاره کرد: 1- گسیختگی ستون‌ها عموماً منجر به گسیختگی کل سازه می‌شود. 2- در یک سازه با ستون ضعیف تغییر شکل‌های پلاستیک ممکن است در یک طبقه متمرکز گردد و منجر به ایجاد مکانیزم طبقه‌ی نرم و گسیختگی سازه گردد (شکل 2- 9). شکل 2- 9- مود گسیختگی و تشکیل طبقه‌ی نرم [2].3- جاری شدن ستون‌ها در اثر برش و خمش، افت مقاومت بیشتری نسبت به جاری شدن تیرها ایجاد می‌کند. عامل عمده‌ی این افت مقاومت اثرات نیروی محوری در ستون‌ها می‌باشد. آیین‌نامه‌های ساختمانی برای ارزیابی ضابطه‌ی تیر ضعیف - ستون قوی فرض می‌کنند که سختی خمشی ستون‌های بالا و پایین تیر تقریباً با هم برابر است. ضابطه‌ی تیر ضعیف - ستون قوی در مبحث دهم از مقررات ملی ساختمان ( طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی) به صورت زیر می‌باشد: 2- 4 یا 2- 5 که در این روابط و تنش‌های تسلیم مصالح ستون و تیر می‌باشد. هم‌چنین بوده و نیز و مقادیر اساس مقطع‌های پلاستیک ستون و تیر می‌باشد. نیز مجموع لنگرهای تیرها که متناظر با مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال محاسبه می‌گردد، می‌باشد. [4]. چشمه‌ی اتصالناحیه‌ای از جان ستون که در محل اتصال به تیر قرار دارد چشمه‌ی اتصال نامیده می‌شود. چشمه‌ی اتصال واسطه‌ی انتقال لنگر تیرها به ستون‌ها می‌باشد. در واقع چشمه‌ی اتصال باعث پیوستگی تیر و ستون می‌گردد و در صورت ضعف چشمه‌ی اتصال، بین تیر و ستون یک دوران نسبی ایجاد شده و زاویه‌ی چرخش تیر و ستون یکسان نخواهد بود (شکل 2- 10). [2]. شکل 2- 10- چشمه‌ی اتصال[2].آیین‌نامه‌های طراحی اهمیت ویژه‌ای برای چشمه‌ی اتصال قائل هستند و ضوابط متعددی برای طراحی و کنترل مقاومت این ناحیه از قاب خمشی ارائه کرده‌اند. در مدل‌های ساده‌ی محاسباتی که تغییر شکل چشمه‌ی اتصال نادیده گرفته شده است، جابه‌جایی‌های نسبی طبقات دست پایین برآورد می‌شوند و ظرفیت برش پایه دست بالا تخمین زده می‌شود. [2]. نتایج تحلیل اجزاء محدود نشان می‌دهد که هر چند دوران پلاستیک مورد نیاز در اتصالات با چشمه‌ی اتصال ضعیف کمتر می‌باشد، اما شرایط تنش در دوران‌های بالا در وجه اتصال تیر به ستون بسیار بحرانی می‌باشد. همان طوری که چشمه‌ی اتصال می‌تواند به طور مؤثری در شکل‌پذیری سازه مشارکت کند؛ ولی یک چشمه‌ی اتصال ضعیف می‌تواند باعث ایجاد پتانسیل بیشتری برای گسیختگی ترد در دوران‌های پلاستیک گردد. نتایج تحلیل اجزاء محدود نیز نشان می‌دهد که روابط طراحی چشمه‌ی اتصال بر مبنای آیین‌نامه‌های فعلی جای بسیاری تغییر و اصلاح دارد و در برخی از موارد به خصوص در گره‌های داخلی پاسخ مناسبی نمی‌دهد. [2]. بر اساس نظریات پوپوف در سال 1987 در طراحی چشمه‌ی اتصال فولادی در نواحی لرزه خیز سه فلسفه‌ی زیر وجود دارد: 1- چشمه‌ی اتصال الاستیک باقی بماند و تغییر شکل‌های پلاستیک در اتصال تیر به ستون صورت گیرد که این فرض در آیین‌نامه‌ی AISC89 و مبحث دهم از مقررات ملی ساختمان در نظر گرفته شده است. این گزینه منجر به یک طرح غیراقتصادی خواهد شد. در این حالت مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال به صورت زیر بدست می‌آید: 2- 6 که در این معادله : مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال : تنش تسلیم فولاد : ضخامت چشمه‌ی اتصال : عمق چشمه‌ی اتصال، می‌باشد. 2- همه‌ی تغییر شکل‌های پلاستیک در چشمه‌ی اتصال رخ می‌دهد و از تشکیل مفاصل در تیرها جلوگیری به عمل می‌آید. این فلسفه به طور شدیدی شکل‌پذیری اتصال را کاهش می‌دهد. 3- اجازه‌ی تغییر شکل‌های پلاستیک کنترل شده در چشمه‌ی اتصال داده می‌شود. به عبارت دیگر از تغییر شکل غیرالاستیک تیرها و چشمه‌ی اتصال به طور هم زمان در استهلاک انرژی استفاده می‌شود. در این حالت مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال به صورت زیر بدست می‌آید: 2- 7 جمله‌ی داخل پرانتز برای لحاظ کردن اثر مشارکت بال‌های ستون در ظرفیت برشی چشمه‌ی اتصال در نظر گرفته شده است. در معادله‌ی فوق و ابعاد بال ستون می‌باشند. معادله‌ی فوق بر این اساس که لبه‌های چشمه‌ی اتصال بعد از تغییر شکل آن به صورت خط مستقیم باقی می‌مانند، بدست آمده است. با این فرض مفاصل پلاستیک در بال‌های ستون تشکیل می‌شوند. (شکل 2- 11). شکل 2- 11- تغییر شکل چشمه‌ی اتصال ]2[04064000 شکل 2- 12- شکست ترد در چشمه‌ی اتصال و شکل 2- 13- تقویت چشمه‌ی اتصال،تشکیل مفصل در تیر [1].بر اساس مطالعات انجام شده که بر روی یک قاب خمشی ویژه 8 طبقه سه دهانه در سه حالت انجام شده است؛ اگر سه مدل هر کدام بر اساس عملکرد چشمه‌ی اتصال بر اساس سه فلسفه‌ی ارائه شده در بالا ایجاد کنیم، خواهیم داشت: در مدل اول از اثرات تغییر شکل چشمه‌ی اتصال صرف‌نظر شده است. در مدل دوم طول محدودی برای چشمه‌ی اتصال با اعمال انتهای صلب، اختصاص داده شده است. در مدل سوم طول چشمه‌ی اتصال و تغییر شکل آن مدل سازی شده است. نتایج حاصل از مدل سازی فوق به صورت زیر بوده است: 1- مدل عادی ساده شده‌ای که شامل اثرات چشمه‌ی اتصال نمی‌باشد، اثرات جابه‌جایی نسبی و مقاومت جانبی سازه را به طور محافظه‌کارانه ای برآورد می‌کند. صرف‌نظر کردن از تغییر شکل چشمه‌ی اتصال جابه‌جایی نسبی طبقات را حدود 10% دست پایین و مقاومت جانبی را حدود 30% دست بالا نتیجه داده است. 2- نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی نیز نشان می‌دهد که صرف‌نظر کردن از تغییر شکل چشمه‌ی اتصال جواب‌های نسبتاً دقیق، اما محافظه کارانه ای می‌دهد. حداکثر جابه‌جایی نسبی طبقه در دو حالت تا 20% با هم اختلاف دارند. [2]. برای قاب‌های با اتصالات کاملاً گیردار (Fully Restraint) که در ادامه به آن اشاره خواهد شد، مدل سازی خط مرکز به خط مرکز قابل قبول می‌باشد و لازم نیست که ابعاد تیرها و ستون‌ها نیز مدل سازی شوند. در موارد خاص که در FEMA-355C توضیح داده شده است لازم است که چشمه‌ی اتصال به صورت صریح مدل سازی شوند. اتصالات در قاب‌های خمشی:سیستم قاب خمشی، به لحاظ رفتاری که در برابر بارهای جانبی از خود نشان می‌دهد، کاربرد زیادی در ساخت و سازهای فولادی دارد. مهم‌ترین پارامتر در طراحی این سیستم نحوه‌ی اتصال اعضای آن می‌باشد که به نحو مؤثری در رفتار سازه‌ای و پایداری سیستم دخیل است. بر اساس تحقیقات صورت گرفته در دهه‌ی 1960 و اواخر دهه‌ی 1970 و با توجه به رفتار خوب قاب‌های خمشی در زلزله‌های قبل از آن سال‌ها، این سیستم به عنوان یک سیستم لرزه بر مناسب مورد توجه بود. امّا بعد از زلزله‌ی 1994 نورتریج اعتبار این سیستم زیر سؤال رفت. در این زلزله حدود 120 قاب دچار ترک در اتصالات تیر به ستون شدند. اکثر قاب‌های آسیب دیده حدود 10 سال پیش از زلزله ساخته شده بودند. ترک‌ها عموماً از نزدیک جوش بال پایین تیر به ستون شروع و در جهات مختلف توسعه یافته بود. اتصالات بعد از زلزله نورتریج روی شکل‌پذیری و مقاومت اتصالات تاکید دارند و مکانیزم‌های تسلیم و مدهای خرابی دو فاکتوری هستند که شکل‌پذیری و مقاومت را کنترل می‌کنند. مکانیزم تسلیم این اتصالات مشابه اتصالات قبل از زلزله نورتریج می‌باشد. ولی تفاوت اتصالات قبل و بعد از زلزلۀ نورتریج به مدهای غالب شکست مرتبط می‌شود. اتصالات بعد از زلزله نورتریج به دو دسته اتصالات غیر مسلح و اتصالات مقاوم یا مسلح شده تقسیم می‌شوند که در ادامه به توضیح آنها پرداخته می شود. اتصالات غیر مسلح: این اتصالات به دو دسته کاملاً گیردار[11] و نسبتاً گیردار [12]تقسیم می‌شوند. جزئیات اتصالات فوق در آیین نامه FEMA-350 آمده است که در ادامه تنها به جزییات اتصالات با مقطع کاهش یافته (RBS) می‌پردازیم. جدول 2- 1- اتصالات از پیش پذیرفته شده [5]Permissible Sys-- Acronym Connection Description Category OMF WUF-B Welded Unreinforced Flanges, Bolted Web Welded, fully restrained OMF, SMF WUF-W Welded Unreinforced Flanges, Welded Web OMF, SMF FF Free Flange OMF, SMF WFP Welded Flange Plate OMF, SMF RBS Reduced Beam Section OMF, SMF RUEP Bolted, Unstiffened End Plate Bolted, fully restrained OMF, SMF RSEP Bolted, Stiffened End OMF, SMF BFT Bolted Flange Plate OMF, SMF DST Double split tee Bolted, partially restrained شکل 2- 14- اتصالات جوشی با گیرداری کامل (FR) [5]. شکل 2- 15- اتصالات پیچی با گیرداری کامل (FR) [5]. شکل 2- 16- اتصال با گیرداری نسبی(PR) [5].اتصالات با مقطع کاهش یافته (RBS) این اتصال اولین بار توسط پلونیر (Plunier1990) ارائه شده است، اما تا زمانی که مطالعات اخیر توسط (Chen -1996)، (Iwan kin & Carter -1996) و (Engelhardt et al.- 1996) روی آن انجام شد، استفاده عمومی نداشت. در این اتصال مقطع تیر در فاصله مشخص از تقاطع تیر به ستون کاهش می‌یابد تا تسلیم در مقطع با مساحت کاهش یافته متمرکز شود. البته این بخش از اتصال مانند یک فیوز در برابر شکست‌های زود هنگام در تقاضای کم‌تر از حد تسلیم هم عمل می‌کند. برای کاهش دادن مقطع، هندسه‌های مختلفی از قبیل برش مستقیم، برش خطی و برش شعاعی پیشنهاد شده است که در تست‌های انجام شده نوع برش مستقیم به خوبی عمل نکرده است و بعد از تسلیم اولیه به علت تمرکز تنش در گوشه‌های برش، اتصال ترک خورده است. نوع برش خطی به صورت تئوری کاملاً منطقی است، زیرا کاهش عرض بال بریده شده از تیر منطبق با دیاگرام لنگر است. لذا انتظار می‌رود تسلیم نیز به صورت یکنواخت روی طول برش توزیع شود، با این وجود مطالعات اخیر روی این نوع برش عملکرد متفاوتی را نشان داده است و شکست در محل کمترین سطح مقطع شکل گرفته است. عملی‌ترین نوع برش، برش شعاعی می‌باشد. در این روش، مقطع بال تیر معمولاً به شکل قطاعی از دایره در بالا و پایین بریده می‌شود. جوش اتصال بال‌های تیر به ستون از نوع جوش شیاری نفوذی بوده و هیچ تقویتی در محل اتصال انجام نمی‌شود. اتصال جان تیر به ستون هم می‌تواند با جوش شیاری نفوذپذیر یا ورق جوش شده یا پیچ یا پرچ صورت گیرد. جدول 2- 2 شرایط پذیرش این نوع اتصال را نشان می‌دهد. در ضمن این اتصال هم در قاب خمشی ویژه و هم قاب‌های خمشی معمولی استفاده می‌شود. در محاسبه جابجایی الاستیک در سازه‌هایی با اتصالات RBS، اثر کاهش بال تیر نیز باید اعمال شود. به این صورت که به ازای 50% کاهش پهنای بال تیر، 9% به دریفت الاستیک سیستم اضافه می‌شود و برای مقادیر دیگر کاهش بال نیز از یک درون یابی خطی استفاده می‌شود.اگر چه این نوع اتصال به خوبی برای هر دو نوع اتصال پیچ/پرچ یا جوش جان به ستون جوابگو است، با این وجود تصور می‌شود که جان جوش داده شده نسبت به جان پیچ/پرچ شده قابلیت اطمینان سیستم را بالاتر می‌برد چرا که باعث انتقال موثر و بهتر نیرو از اتصال جان به ستون و کاهش تنش در اتصال بال تیر به ستون می‌شود. مطالعات انجام شده در دانشگاه تگزاس (Grubbs,1997) نشان داده‌اند که می‌توان به منظور وارد کردن اثر کاهش بال در هنگام محاسبه دریفت الاستیک قاب، از یک تیر با مقطع منشوری و با ممان اینرسی کاهش یافته نسبت به تیر اولیه استفاده نمود[5]. جدول 2- 2- الزامات اتصال RBSاز پیش پذیرفته شده[5]General Applicable Sys-- OMF, SMF Hinge Location Distance sh Critical Beam Parameters Depth Range W36 and shallower (maximum weight 300 lbs/ft) Minimum span-to-deph ratio OMF : 5. SMF : 7 Up to with bf determined as described in section 3.3.1.1 Flange thickness range 1-3/4’’ maximum Permissible material specifications A572 G--e 50, A992, A913 G--e 50/S75 Flange reduction parameters Sec 3.5.5.1 Critical Column Parameters Depth range OMF : Not Limited SMF : W12, W14 Permissible material specifications A572 G--e 50, A913 G--e 50 and 65, A992 اتصالات مسلح شده:اولین بار در سال 1988 آیین‌نامه‌ی UBC مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال را بالا برد. این افزایش بر اساس مشاهدات و آزمایش‌های انجام گرفته بر روی چشمه‌ی اتصال صورت گرفت. بعد از زلزله‌ی نورتریج، اکثر قاب‌های خمشی در اتصالات خود ترک‌هایی را تجربه کردند. این ترک‌ها به شکل‌های مختلف تشکیل و توسعه یافته بودند. بعد از این زلزله تحول عظیمی در نوع اتصالات به کار رفته در قاب‌های خمشی صورت گرفت که نتیجه‌ی آن ایجاد اتصالات صلب مسلح بود. در این اتصالات با قوی‌تر کردن محل اتصال تیر به ستون سعی می‌شود محل تشکیل مفصل پلاستیک تا حد ممکن از محل اتصال که به علت جوشکاری و یا سوراخ کاری دارای ضعف می‌باشد،دور شود. اتصالات ماهیچه ای و اتصالات با ورق تقویتی، هر دو از نوع اتصالات مسلح می‌باشند که عملکرد لرزه‌ای این اتصالات، افزایش مقاومت در وجه ستون می‌باشد تا از ایجاد ترک در جوش بال تیر جلوگیری نمایند. این کار از طریق جا به جا کردن تغییر شکل‌های پلاستیک خمشی به انتها قسمت مقاوم شده و یا به وسیلۀ ترکیب تسلیم چشمه اتصال با تغییر شکل پلاستیک خمشی در انتهای اتصال مقاوم شده انجام می‌شود. اتصالات ماهیچه ای Haunch connections)) این نوع اتصال در فاز 1 پروژۀ آزمایشیSAC معرفی و نشان داده شد که خمش تیر در انتهای ماهیچه باعث ایجاد شکل‌پذیری لازم در این اتصال می‌شود. ماهیچه ها در اتصال فوق به شکل‌های مختلفی مانند مثلثی و مربعی در بالا و پایین تیر و یا فقط در بال پایینی قرار داده شود. به علت هزینه بر بودن این نوع اتصال از آن بیشتر برای تقویت اتصالات آسیب دیده موجود استفاده می‌شود. در شکل 2- 17 این اتصال نشان داده شده است[6]. شکل 2- 17- نمونه‌هایی از اتصالات صلب ماهیچه ای مسلح[6].اتصالات با ورق تقویتی((Cover plated connections این اتصال مقاوم شده است تا مستقیماً خمش تیر در انتهای ورق تقویتی بتواند شکل‌پذیری لازم در اتصال را ایجاد نماید. این اتصال می‌تواند دارای ورق پوششی در بالا و پایین باشد و یا فقط ورق تقویتی در بال پایین تیر استفاده شود. تقویت بال پایین به تنهایی با ورق تقویتی، عموماً به عنوان روشی برای اصلاح اتصالات قبل از نورتریج مطرح می‌شود. نمونه ای از این اتصال در شکل 2- 18 نشان داده شده است. مطالعات انجام شده نشان داده‌اند که برای اینکه اتصالات فوق شکل‌پذیری لازم را داشته باشند، باید شرایط زیر برقرار باشند[6]: تمام جوش‌ها از حداقل سختی شکاف (Notch toughness) برخوردار باشند. ورق تقویتی و جوش آن در وجه ستون ابعاد لازم و ظرفیت لازم برای محدود کردن تنش‌ها در وجه ستون را داشته باشد. چشمه اتصال دارای مقاومت کافی برای متعادل کردن مفصل پلاستیک در تیر در انتهای ورق تقویتی را داشته باشد. جوش‌های بین ورق‌های تقویتی و بال تیر باید دارای ابعاد و مقاومت مناسب باشند تا نیروی لازم به ورق تقویتی انتقال یابد. شکل 2- 18- نمونه‌هایی از اتصالات صلب با ورق تقویتی مسلح[6].عوامل موثر بر عملکرد لرزه‌ای اتصالات: نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که فاکتورهایی نظیر عمق تیر، طول و ضخامت بال تیر اتصال، جهت قرارگیری ستون، جاری شدن چشمه‌ی اتصال و دیگر عوامل اثرات قابل توجهی در رفتار لرزه‌ای یک اتصال خمشی دارند. لذا در این قسمت به این موضوع می‌پردازیم. نامعینی (Redundancy) در قاب‌های خمشی و اثر آن بر اتصالات: افزایش تعداد اعضای سازه و اتصالات گیردار باعث افزایش پتانسیل سازه برای جذب و استهلاک انرژی می‌شود. مشارکت تعداد زیادی از قاب‌های ساختمان در تحمل نیروهای جانبی منجر به کوچک شدن اعضای مورد استفاده و شکل‌پذیری بالاتر در اتصال به علت افزایش آن‌ها خواهد شد. افزونگی یا نامعینی در سازه به معنای آن است که تعداد سیستم مقاوم لرزه‌ای در سازه کافی باشد و اصولاً ثابت شده است هر چه تعداد این سیستم مقاوم لرزه‌ای در سازه بیشتر باشد رفتار سازه در برابر زلزله‌های بزرگ بهتر خواهد بود. در مورد اتصالات قاب‌های خمشی مفهوم افزونگی به معنای دارا بودن تعداد کافی دهانه در قاب‌ها می‌باشد، زیرا در غیر این صورت پایداری سازه در هنگام وقوع زلزله‌های بزرگ پس از گسیختگی یک یا چند عضو سازه‌ای کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر مزیت وجود افزونگی در سیستم این است که معمولاً استفاده از تعداد بیشتری سیستم مقاوم باعث کاهش ابعاد المان‌ها و به تبع آن جوش‌های استفاده شده در سازه شده و آزمایشات هم به خوبی نشان داده‌اند که هر چه ابعاد المان‌های یک قاب کاهش یابد، ظرفیت شکل‌پذیری اتصالات بیشتر خواهد شد. پس به عنوان یک تأثیر جانبی روی اتصالات قاب‌های خمشی فولادی می‌توان تعداد دهانه های قاب را مد نظر قرار داد که هر چه بیشتر باشد، المان‌ها کوچک‌تر، شکل‌پذیری اتصالات قاب بیشتر می‌شود و احتمال وقوع شکست ترد در آن‌ها کمتر خواهد شد. در آیین نامه FEMA-302 برای در نظر گرفتن اثر افزونگی، ضریب ρ در بارگذاری معرفی شده است، که هر چه سطح افزونگی سیستم پایین‌تر باشد، ضریب ρ جهت جبران این کمبود بزرگ‌تر خواهد بود، مقدار این ضریب بین 1تا 5/1 توسط این دستورالعمل در نواحی خاص لرزه‌ای معرفی شده است[7]. اثرات نسبت دهانه به عمق بر رفتار اتصالات : عمق تیر خود به تنهایی به گونه‌ای موثر است که برای یک لنگر یکسان هر چه عمق بیشتر باشد کرنش‌های کوچک‌تری را تحمل می‌کنند. در شکل 2- 19 توزیع کرنش الاستیک و پلاستیک دو تیر یکسان که فقط در عمق با هم فرق می‌کنند، نشان داده شده است. همان گونه که از شکل‌ها هم معلوم است چرخش پلاستیک و دوران پلاستیک ماکزیمم در تیر عمیق کمتر از تیر کم عمق می‌باشد و این مسئله صرفه نظر از نوع اتصال همواره به عنوان یک اصل می‌تواند حاکم باشد. لذا توصیه دستورالعمل FEMA-302 استفاده از مقاطع W30 تا W36 برای تیرها می‌باشد اثر دهانه به تنهایی نیز در شکل 2- 20 نشان داده شده است. در این شکل دو تیر مشابه ولی با طول دهانه‌های گوناگون نشان داده شده است. ظرفیت دورانی غیر الاستیک در تیرهای با دهانه بزرگ مشابه با تیر دهانه کوتاه می‌باشد ولی محل تشکیل مفصل پلاستیک، در قسمتی از تیر که لنگر از Mp کمتر و از My بزرگ‌تر است، می‌باشد. این طول علاوه بر مقدار Mp و My به طول خود تیر نیز وابسته است. تغییر در طول تیر بدون ایجاد تغییر در ظرفیت کرنشی یا حداکثر دوران مقطع تنها باعث تغییر در چرخش پلاستیک تیر می‌شود. بنابراین هر چه طول تیر بیشتر باشد چرخش پلاستیک تیر هم بیشتر می‌شود. در طراحی قاب‌های خمشی همواره باید به این نکته توجه کرد که اگر نسبت طول دهانه به عمق تیر اتصالی کم باشد هم بر قاب و هم بر اتصال اثر می‌گذارد، این اثرات به قرار زیر می‌باشد: در اتصالاتی که فرض می‌شود مفصل پلاستیک در آن‌ها با فاصله از وجه ستون رخ می‌دهد، چرخش پلاستیک مفصل خیلی بزرگ‌تر از زاویه دوران قاب به دست می‌آید. هر چه نسبت طول دهانه به عمق تیر اتصال کمتر باشد طول مفصل پلاستیک ایجاد شده روی تیر هم کمتر می‌شود و در نتیجه تیر کرنش‌های خمشی بزرگ‌تری را برای رسیدن به θپیش بینی شده باید تحمل کند که معمولاً غیر قابل دسترسی است. اگر نسبت فوق کم باشد، تسلیم برشی تیر زودتر از تسلیم خمشی آن رخ داده و کنترل رفتار غیر الاستیک را برش به دست می‌گیرد [6] . بنابراین آنچه در این آیین نامه به عنوان مقدار قابل قبول برای نسبت دهانه به عمق در نظر گرفته شده است اعداد 8 تا 10 به طور متوسط می‌باشد.