مدل سازي آزمايشگاهي اثر سوراخ نمودن فيوز سازه اي زانويي بر عملكرد آن تحت بار متناوب در قابهاي فولادي داراي مهاربند زانويي

Experimental modeling for effect of knee fuse perforated web on performance of structural knee fuse subjected to cyclic loading in steel knee braced frames

در يك قاب فولادي داراي مهاربند زانويي، مهاربند قطري اصلي به اعضاي كوتاه زانويي متصل مي شود. عضو زانويي بصورت قرباني عمل نموده و باعث كاهش تقاضاي سازه اصلي در طي وقوع زلزله شده و پس از هر زلزله مي توان آن را تعويض و جايگزين نمود. طراحي دقيق عضوهاي زانويي جهت اطمينان از اينكه آنها بدون ايجاد تخريب و ناپايداري بتوانند انرژي ناشي از تغيير شكل هاي پلاستيك بزرگ را جذب كنند، ضروري است. برنامه ريزي انجام آزمايش هاي آزمايشگاهي به منظور بهينه سازي طراحي انجام شد، كه نتايج آنها در اين تحقيق ارائه گرديده است. براي انجام آزمايش ها نمونه ها به صورت افقي در داخل يك قاب عكس العمل كارگذاري گرديد و بارگذاري توسط جك هيدروليكي انجام شد. در تحقيق حاضر نوع جديدي از عضو زانويي كه از سوراخ نمودن يكنواخت و متقارن جان عضو زانويي ساخته شد، مورد بررسي و كنكاش قرار گرفت. براي طرح بهينه عضو زانويي يك برنامه آزمايشگاهي، شامل بررسي اثر بار متناوب (سيكليك) بر عضو زانويي كه جان آن از طريق سوراخكاري تضعيف شده بود در دستور كار قرار گرفت. نتايج آن با نتايج عضو زانويي معمولي و مشابه همان مقطع مورد تحليل و ارزيابي قرار گرفت. مدلسازي آزمايشگاهي انجام شده با يك مدل عددي شبيه سازي شده توسط نرم افزار ANSYS مقايسه و مورد راستي آزمايي قرار گرفت. با استفاده از مدلسازي هاي انجام شده، منحني هاي لرزه اي (هيسترزيس) هماهنگ و پايداري براي هر دو عضو زانويي ترسيم گرديد. اين منحني ها عملكرد مناسب عضو زانويي سوراخ شده در استهلاك انرژي را نشان دادند.

In a knee steel braced frame the main diagonal braces are connected to short knee elements. The knee elements act sacrificially and reducing the demands on the main structure during an earthquake, and can be replaced after the earthquake. However, careful design of the knee elements is required to ensure that they are able to absorb energy through repeated large plastic deformation without suffering collapse or instability. A program of laboratory testing has been undertaken in order to optimize the design and useful results from experimental tests are presented in this paper. For testing, the knee elements were mounted horizontally in a reaction frame and loaded vertically by a hydraulic actuator. In this research one kind of new weakening symmetrical perforated knee element are studied. Extensive experimental program of experimental testing by applied cyclic loading behavior on perforated knee element fuse and compare that’s result with a solid element fuse has been undertaken. ANSYS software was used for simulation and the numerical analyses in order to verified experimental tests for specimens. Results show that applied cyclic loading on both knee specimens produce sustain stable hysteresis loops and it is shown that excellent performance to absorb energy can be achieved using perforated knee elements.