تحلیل هیسترزیس قاب فولادی با مهاربند همگرا در آباکوس

معرفی پروژه

در این پروژه، رفتار چرخه‌ای قاب مهاربندی‌شده هم‌محور ویژه (Special Concentrically Braced Frame یا CBF) را با استفاده از نرم‌افزار Abaqus شبیه‌سازی می‌کنیم.

سیستم سازه‌ای مورد بررسی شامل تیر، ستون، مهاربند، ورق اتصال (Gusset Plate) و اتصالات تیر به ستون با دو نبشی است.

اعضای اصلی سازه شامل یک تیر IPE270، ستون‌های IPB120 و اعضای مهاربندی UNP60 هستند. اتصالات تیر به ستون با استفاده از اتصالات دو‌نبشی و نبشی‌های با مقطع L100 × 100 × 10 mm مدل‌سازی شده‌اند.

مهاربندها از طریق ورق‌های اتصال (Gusset Plate) به قاب متصل می‌شوند. ورق‌های اتصال شامل صفحات با ابعاد 250 × 250 × 12 mm در اتصال میانی و صفحات با ابعاد 280 × 280 × 8 mm در اتصالات گوشه‌ای هستند.

بارگذاری چرخه‌ای

قاب CBF تحت بارگذاری جانبی چرخه‌ای شبه‌استاتیکی قرار می‌گیرد تا فرایند بارگذاری استفاده‌شده در مطالعه آزمایشگاهی بازسازی شود. بارگذاری به‌صورت کنترل‌شده با جابه‌جایی انجام می‌شود و شامل چرخه‌های متوالی جابه‌جایی جانبی در جهت مثبت و منفی است.

تاریخچه بارگذاری در Abaqus مطابق با پروتکل بارگذاری مورد استفاده در مطالعه آزمایشگاهی تعریف می‌شود.

مقایسه نتایج Abaqus با نتایج آزمایشگاهی

در تصویر زیر، نمودار هیسترزیس نیرو–دریفت (Force–Drift) حاصل از نرم‌افزار Abaqus با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است.

این مقایسه برای ارزیابی دقت مدل عددی و توانایی آن در بازتولید پاسخ آزمایشگاهی قاب مهاربندی‌شده هم‌محور انجام می‌شود.

کمانش و تسلیم مهاربند

اعضای مهاربندی نقش مهمی در پاسخ غیرخطی قاب مهاربندی‌شده هم‌محور دارند. در طول بارگذاری چرخه‌ای، مهاربندها به‌طور متناوب تحت کشش و فشار قرار می‌گیرند که می‌تواند موجب تسلیم و کمانش خارج از صفحه شود.

با افزایش جابه‌جایی جانبی، مهاربند ابتدا دچار تسلیم محوری می‌شود. در ادامه و با اعمال بار فشاری، کمانش خارج از صفحه در مهاربند رخ می‌دهد و تغییرشکل‌های غیرخطی قابل‌توجهی ایجاد می‌شود.

کمانش مهاربند باعث کاهش سختی جانبی سازه می‌شود و در شکل‌گیری رفتار هیسترزیس مشخصه قاب CBF نقش دارد. با ادامه بارگذاری چرخه‌ای، تغییرشکل‌ها به‌تدریج افزایش می‌یابند.

از شبیه‌سازی انجام‌شده در Abaqus برای بازتولید رفتار کمانشی و بررسی روند ایجاد تغییرشکل‌های غیرخطی در اعضای مهاربندی طی بارگذاری چرخه‌ای استفاده می‌شود.

رفتار ورق اتصال (Gusset Plate)

ورق‌های اتصال، اعضای مهاربندی را به قاب فولادی پیرامونی متصل می‌کنند. رفتار این ورق‌ها تأثیر مهمی بر پاسخ غیرخطی قاب مهاربندی‌شده هم‌محور در طول بارگذاری چرخه‌ای دارد.

با قرار گرفتن مهاربندها تحت کشش، فشار، تسلیم و کمانش خارج از صفحه، تنش‌ها و تغییرشکل‌های پلاستیک قابل‌توجهی در نواحی ورق‌های اتصال ایجاد می‌شوند.

مدل Abaqus برای بررسی رفتار تنش و تغییرشکل ورق‌های اتصال در طول بارگذاری چرخه‌ای به کار می‌رود. با افزایش جابه‌جایی جانبی، می‌توان روند ایجاد تغییرشکل پلاستیک و تسلیم در اطراف اتصالات مهاربندها را بررسی کرد.

همچنین می‌توان الگوهای تنش و تغییرشکل حاصل از تحلیل عددی را با رفتار مشاهده‌شده در نمونه آزمایشگاهی قاب CBF مقایسه کرد. این مقایسه، روش دیگری برای ارزیابی دقت مدل عددی فراهم می‌کند.

اعتبارسنجی مدل

این پروژه اعتبارسنجی شده است؛ به این معنا که نتایج به‌دست‌آمده از نرم‌افزار Abaqus با نتایج گزارش‌شده در مقاله مرجع مطابقت دارند.

به بیان دیگر، این پروژه بر اساس مقاله مرجع تهیه شده و مدل عددی با هدف بازتولید پاسخ آزمایشگاهی قاب مهاربندی‌شده هم‌محور توسعه یافته است.

در این آموزش چه چیزهایی یاد می‌گیرید؟

• نحوه مدل‌سازی قاب مهاربندی‌شده هم‌محور در Abaqus.
• نحوه مدل‌سازی تیر.
• نحوه مدل‌سازی ستون.
• نحوه مدل‌سازی مهاربند.
• نحوه مدل‌سازی ورق اتصال (Gusset Plate).
• نحوه مدل‌سازی اتصال نبشی.
• نحوه تعریف خواص مصالح اجزای سازه‌ای.
• نحوه مونتاژ کامل مدل.
• نحوه تعریف شرایط مرزی.
• نحوه اعمال بارگذاری چرخه‌ای به مدل.
• نحوه تعریف دامنه بارگذاری چرخه‌ای (Amplitude).
• نحوه استخراج نمودار هیسترزیس از Abaqus.
• نحوه مقایسه نتایج Abaqus با نتایج آزمایشگاهی.
• نحوه بررسی رفتار سازه‌ای تحت بارگذاری چرخه‌ای.
• نحوه اعتبارسنجی مدل عددی با استفاده از مقاله مرجع.

ویژگی‌های اصلی پروژه

• مدل‌سازی قاب مهاربندی‌شده هم‌محور در Abaqus.
• مدل‌سازی تیر و ستون.
• مدل‌سازی مهاربند.
• مدل‌سازی ورق اتصال.
• مدل‌سازی اتصال نبشی.
• تحلیل تحت بارگذاری چرخه‌ای.
• تعریف دامنه بارگذاری چرخه‌ای.
• استخراج نمودار هیسترزیس از Abaqus.
• مقایسه نتایج Abaqus با نتایج آزمایشگاهی.
• بررسی رفتار سازه‌ای تحت بارگذاری چرخه‌ای.
• اعتبارسنجی بر اساس مقاله مرجع.
• فایل کامل مدل Abaqus CAE.
• فایل ورودی Abaqus با فرمت INP.
• فایل Excel مربوط به دامنه بارگذاری.
• فایل Excel نتایج تحلیل.
• مقاله پژوهشی مرجع.
• ویدئوی آموزشی کامل با توضیحات مرحله‌به‌مرحله.

مقاله مرجع

این پروژه بر اساس مقاله پژوهشی مرجع تهیه شده است. مقاله به همراه فایل‌های پروژه ارائه می‌شود و می‌توانید از آن برای بررسی مدل آزمایشگاهی، پروتکل بارگذاری و نتایج گزارش‌شده استفاده کنید.