اتصالات قاب خمشی برای مقاومت در برابر نیروهای خمشی و همچنین ایجاد مفصل پلاستیک داخل تیرها در حین زلزله و استهلاک انرژی زلزله در حرکات رفت و برگشتی، طراحی میشوند. در زلزله سال 1994نورتریج Northridge آمریکا، با وجود رعایت ضوابط آییننامههای موجود، اتصالات خمشی در قابهای خمشی فولادی متحمل شکستهای ترد غیر منتظرهای در ناحیه اتصال تیر به ستون شدند. تا قبل از این زلزله تصور جامعه مهندسی بر این بود که اتصال جوشی تیر به ستون به اندازهی کافی انعطافپذیر بوده و لذا عملکرد مطلوبی در برابر بارهای رفت و برگشتی از خود نشان میدهند. این نوع اتصال از اواسط دهه ی 60میلادی تا زمان وقوع زلزله ی نورتریج بسیار رایج بود. زلزلهی فوق و متعاقب آن شکستهایی که در محل اتصال تیر به ستون مطابق شکل زیر مشاهده شدند، نشان داد که اتصال جوشی تیر به ستون نسبت به بارهای رفت و برگشت لرزهای بسیار حساس است. این نوع شکست شامل ترکهای بسیار ریز (که تنها با آزمایشات غیرمخرب Nondestructive Tests قابل تشخیص هستند) و شکستهای بزرگ (که حتی کل عمق ستون را در بر میگرفت) در مجاورت ستون بوده است .
از جمله دلایل این شکست ترد میتوان موارد مقابل را برشمرد: تنشهای پسماند حرارتی جوشکاری، تمرکز تنش، تنشهای سه محوره و درخواست حداکثری نیرو در ناحیه اتصال. علت تمرکز تنش را میتوان سرد و گرم شدن ناگهانی عضو مورد نظر دانست.
علاوه بر این احتمال تشکیل مفصل پلاستیک در ستون نیز وجود دارد که موجب ناپایداری سازه میگردد. برای مقابله با این نقایص و بهبود رفتار چرخهای اتصالات، پیشنهاداتی داده شدند که برخی از آنها عبارتند از
1- تقویت اتصال تیر به ستون و کاهش تمرکز تنش؛
2-تضعیف تعمدی تیر در بر ستون؛هر دو روش به جهت اینکه محل تشکیل مفصل پلاستیک به داخل تیر انتقال یابد در نظر گرفته شده اند.
بعد از وقوع زلزله های نورتریج در سال 1994و کوبه در سال 1995رفتار نامناسب اتصالات گیردار تیر به ستون قابهای خمشی فولادی، موجب شروع تحقیقات وسیع در مورد رفتار اتصالات تیر به ستون در سیستم های مقاوم جانبی شد. سرمایه گذاری عظیم موسسه FEMAاز این مطالعات است که یکی از پروژه های آن، پروژه شش ساله گروه SACمیباشد. هدف این پروژه یافتن راهکاری برای جلوگیری از رفتار ترد اتصالات بود. حاصل این پروژه تغییرات و اصلاحات زیادی در مورد نحوه طراحی اتصالات تیر به ستون در قابهای خمشی بود که پس از آن اتصالات خمشی متنوعی ابداع شدند که همگی تلاش میکردند مشکلات مشاهده شده در قابهای خمشی در این زلزله ها را رفع کنند.
اتصالات تیر به ستون با ورق انتهایی که در آن ارتفاع ورق اتصال از ارتفاع تیر بیشتر است میتواند شکلپذیری زیادی را در قابهای خمشی در برابر زلزله ایجاد نماید. یکی از انواع اتصالات با ورق انتهایی، اتصال گیردار فلنجی تیر به ستون بدون استفاده از ورق لچکی BUEEPو با استفاده از ورق لچکی BSEEPاست. اتصالات مطرح شده در آیین نامه های لرزهای و همچنین تحقیقات پیشین صورت گرفته به طور کلی برای حالتی تعریف شدهاند که در آنها هندسه پلان سازه متقارن بوده و در نتیجه راستای محور طولی تیر، در نقشه پلان سازه، عمود بر راستای عرض بال ستون (ضلع مقطع ستون) قرار میگیرد.
در مواقعی که محور تیر عمود بر راستای عرض بال ستون اجرا شود با توجه به متقارن بودن اتصال از لحاظ هندسه اتصال، توزیع تنش نیز متقارن خواهد بود. اما در مواقعی که به علت وجود موانعی همچون
الزامات معماری،
نامنظمی سازه در پلان، نیاز به اجرای تیر میان ستونهایی میشود که در نقشه پلان در یک راستا قرار ندارند (آکس آنها یکی نیست) و متعاقبا امکان انجام اتصال تیر به ستون به نحوی که صفحه جان تیر عمود بر صفحه بالی از ستون که تیر به آن متصل میشود نمیباشد؛ به عبارت دیگر شکل قرارگیری تیر در پلان به صورت مورب میان دو ستون است که انتظار میرود منجر به عدم توزیع یکنواخت تنش در محل اتصال شود .
در این حالت در بر اتصال علاوه بر لنگر خمشی، لنگر پیچشی نیز به اتصال وارد میشود. در این پژوهش عملکرد لرزهای اتصال فلنجی تیر به ستون تحت زوایای مختلف در پلان و اثرات زاویه دار بودن تیرها بر افت مقاومت اتصال ارزیابی میشود و با بررسی پارامترهای مختلف، راهکارهایی برای رفع مشکل زاویه دار بودن تیرها ارائه میشود.
