درجه گیرداری اتصال در سازه فولادی

درجه گیرداری اتصال:
درجه گیرداری اتصال به میزان لنگر انتقال یافته در اتصال به نسبت اتصال گیردار می شود.

اتصالات مختلط تیرآهن و ستون بتنی را می توان از لحاظ درجه گیرداری اتصال به سه دسته تقسیم نمود:

الف) اتصال گیردار:
در این دسته از اتصالات لنگر انتقال یافته توسط اتصال مختلط حداقل به میزان 90 درصد لنگر اتصال گیردار کامل می باشد.

در سازه های متوسط و کوتاه می توان این دسته از اتصالات را به تنهایی به عنوان سیستم باربر جانبی به کار برد.

اتصال کامل تیرآهن و اتصال با ورق های فوقانی و تحتانی با توجه به سایر جزییات اتصال مختلط در ناحیه اتصال می تواند در این دسته از اتصالات قرار گیرد.

ب) اتصال مفصلی:
در این دسته از اتصالات فقط برش و نیروی محوری در ناحیه اتصال به ستون منتقل شده و لنگر انتقال یافته توسط اتصال حداکثر به میزان 20 درصد اتصال گیردار کامل می باشد.

این دسته از اتصالات باید همراه با سایر سیستم های باربر جانبی نظیر دیوار برشی بتنی و فولادی و مهاربندهای فولادی به کار برده شود. اتصال با جفت نبشی جان و اتصال با نبشی نشیمن و فوقانی می تواند در این دسته از اتصالات قرار گیرد.

ج) اتصال نیمه گیردار:
در حقیقت بیشتر اتصالات در دسته اتصالات نیمه گیردار قرار می گیرند. در این دسته از اتصالات علاوه بر نیروی محوری، لنگر خمشی به میزان 20 تا 90 درصد لنگر اتصال گیردار کامل به تکیه گاه منتقل می شود.

در عمل در اتصالات خمشی در حالتی که وسایل اتصال دهنده به خوبی نیروهای وارده به اتصال را به ستون منتقل نکنند، اتصال به صورت نیمه گیردار عمل کرده و از کارایی آن به عنوان سیستم باربر جانبی مسنقل کاسته می شود.

از سازه های با اتصالات نیمه گیردار با توجه به درجه گیرداری در سازه های کوتاه و در مناطق با خطر لرزه خیزی پایین می توان به تنهایی به عنوان سیستم باربر جانبی استفاده نمود.

افزایش درجه گیرداری اتصالات در سازه های با قاب خمشی معمولا باعث تعدیل نیروهای داخلی شده که منجر به کاهش ابعاد اعضا تیر و ستون در سازه می شود.

مکانیزم گسیختگی اتصال:
در اثر اعمال بارهای جانبی شامل بارهای زلزله نیروهای داخلی اعضا و چشمه اتصال افزایش یافته و در نهایت با ادامه بارگذاری بر اثر ترکیب این نیروهای جانبی و نیروهای ناشی از بارهای ثقلی، سازه به بار نهایی رسیده و بعد از آن به گسیختگی می رسد.

این گسیختگی می تواند ناشی از تشکیل مفاصل پلاستیک در اعضا و یا گسیختگی برشی چشمه اتصال باشد. بر این اساس می توان اتصالات را به سه دسته تقسیم بندی نمود.

تشکیل مفصل پلاستیک تیر:
معمولا تشکیل مفصل پلاستیک در تیر مطلوب تر از سایر مکان ها می باشد. دلیل این امر افزایش ظرفیت جذب انرژی و شکل پذیری در سازه، امکان ترمیم و مقاوم سازی راحت تر پس از زلزله و هدایت گسیختگی به سمت خرابی موضعی در سازه است. در بعضی از سازه ها برای هدایت مفصل پلاستیک به داخل تیرها از تیرهایی با مقطع کاهش یافته در نزدیکی اتصالات استفاده می کنند.

استفاده از این اعضا باعث کاهش مقاومت عضو در این ناحیه و در نهایت ایجاد مفصل پلاستیک در تیر می شود.

البته روش های دیگری نیز برای انتقال کنترل شده مفصل پلاستیک به داخل تیر وجود دارد که از جمله آن ها می توان به کاهش مدول الاستیسیته فولاد تیر به صورت موضعی به وسیله حرارت دادن و یا افزایش مقاومت ناحیه اتصال به وسیله وسایل اتصال دهنده اشاره کرد.

گسیختگی برشی چشمه اتصال:
اگرچه تشکیل مفصل برشی در چشمه اتصال معمولا باعث افزایش ظرفیت جذب انرژی و شکل پذیری اتصال می شود، این حالت خیلی مطلوب نیست، به این دلیل که ترمیم و مقاوم سازی آن بعد از وقوع زلزله معمولا مشکل و در بعضی موارد غیر ممکن است.

البته حالت معمولی که در بسیاری از سازه ها رخ می دهد، تشکیل مفصل پلاستیک در تیر و گسترش آن به داخل چشمه اتصال است.

تشکیل مفصل پلاستیک در ستون:
از تشکیل مفصل پلاستیک در داخل ستون ها باید به شدت پرهیز کرد.

ایجاد مفصل پلاستیک در ستون ها باعث ایجاد مشکلات زیادی در سازه از جمله کاهش ظرفیت جذب انرژی و شکل پذیری سازه، ایجاد طبقه نرم و جابه جایی های نسبی زیاد در طبقه ای که در تعداد زیادی از ستون های آن مفصل پلاستیک ایجاد شده، و هدایت گسیختگی به سمت خرابی کلی در سازه است.

به عنوان یک اصل کلی در طراحی سازه ها معمولا سعی می شود با اعمال معیارهایی مانند ستون قوی و تیر ضعیف از وقوع مفاصل پلاستیک و در نتیجه خرابی کلی در سازه جلوگیری شود.

شکل پذیری اتصال:
افزایش شکل پذیری در اتصالات قابلیت جذب انرژی در آن ها را تحت بارهای جانبی و زلزله افزایش می دهد.

اتصالات را از نظر شکل پذیری به سه دسته اتصالات با شکل پذیری بالا، اتصالات با شکل پذیری متوسط و اتصالات با شکل پذیری معمولی تقسیم بندی می کنند.

این دسته بندی معمولا براساس نسبت جابه جایی حداکثر سازه به جابه جایی معادل تسلیم انجام می شود.

هر چقدر این نسبت بزرگ تر باشد شکل پذیری سازه بیشتر است. در سازه های با شکل پذیری پایین این نسبت در سازه به یک نزدیک است.