ارائه رابطه اي براي تعيين طول مفصل پلاستيك ستون هاي بتن آرمه تحت اثر زمين لرزه

A Proposed Equation for the Estimation of Plastic Hinge Length of RC Columns subjected to Ground Motions

هنگامي كه ستون هاي بتن آرمه تحت اثر بارهاي ديناميكي جانبي مانند زلزله قرار مي گيرند، خسارات شديدي در نواحي گشتاور حداكثر اين اعضا مشاهده مي شود. اين نواحي معمولا بنام مفاصل پلاستيك خوانده شده كه انحناهاي غيرالاستيك بزرگي را تجربه مي كنند. مفاصل پلاستيك اساسا عاملي براي اتلاف انرژي بوده كه انرژي ناشي از زلزله را از طريق دوران پلاستيك اتصالات صلب بتني تلف كرده و سبب باز توزيع گشتاور مي شوند. لذا دوران و طول مفصل پلاستيك يك عضو بتن آرمه پارامتري مهم در ارزيابي پاسخ و خسارت سازه تحت زلزله محسوب مي شود. در تحقيقات گذشتگان اين موضوع خصوصا براي بارگذاري هاي لرزه اي كمتر مورد توجه قرار گرفته و از طرفي روابط ارائه شده داراي پراكندگي هاي زيادي اند. بدين منظور، در اين مقاله به كمك روش هاي اجزاي محدود و تحليل هاي ديناميكي غيرخطي، تأثير پارامترهاي مختلف اعم از مشخصات زلزله، سطح بارمحوري، نسبت ارتفاع به بعد، درصد فولاد طولي و غيره بر رفتار غيرخطي ستونها مورد بررسي قرار مي گيرند. نتايج نشان مي دهند كه در سطوح بار محوري بالا، نسبت ارتفاع به بعد ستون عملكرد آن را به سبب اثرP-Δ به طور قابل ملاحظه اي كاهش مي دهد. همچنين، بار محوري ستون نقش مهمي در تعيين طول مفصل پلاستيك دارد. بر اساس نتايج حاصل، رابطه اي ساده براي تعيين طول مفصل پلاستيك ستونهاي بتن آرمه تحت اثر زمين لرزه پيشنهاد مي شود.

Abstract: In a strong earthquake, a standard reinforced concrete column may develop plastic deformations in regions often termed as plastic hinge regions. A plastic hinge is basically a damping device that dissipates energy through the plastic rotation of a rigid column connection, thus triggering the redistribution of bending moments. The formation of a plastic hinge in an RC column in the regions that experience inelastic actions depends on the characteristics of the earthquakes as well as the column details. In this paper, 462 inelastic time-history analyses have been performed to predict the nonlinear behavior of RC columns under the ground motions. The effects of axial load, height-to-depth ratio and amount of longitudinal reinforcement, as well as different characteristics of earthquakes are evaluated analytically by finite element methods and the results are compared with the corresponding experimental data. Analytical models for the columns analysed under high axial loads exhibit longer plastic hinges than those analysed under low axial loads. Based on the results, a simple expression is proposed to estimate plastic hinge length of RC columns subjected to earthquakes.