برای دریافت بسته بر روی لینک زیر کلیک کنید

بسته جامع پژوهشی تحلیل اندرکنش خاک سازه

چکیده
عموما فلسفه طراحی سازها در برابر زلزله، بر مبنای مطالعات صورت گرفتـه در حالـت پـای ثابـت بـوده است. اگرچه این فرض برای سازههای واقع بر بستر, سنگی، صحیح است ولی بـرای سـازههـای قـرار گرفتـه روی خاک نرم دور از واقعیت میباشد. اکثر مطالعات صورت گرفتـه در مـورد رفتـار غیرخطـی سـازههـا، در حالت پای ثابت بوده و در حالت اندرکنش خاک و سازه به جز چند تحقیق انگشت شمار در مورد سازههـای یک درجه ازادی، تحقیق زیادی صورت نگرفته است. از آنجایی که اندرکنش خاک-سـازه تـاثیر بـسزایی بـر پاسخ غیر خطی سازههای یک درجه ازادی دارد لذا انتظار میرود باعث تغییر رفتار غیرارتجـاعی سـازههـای چند درجه ازادی نیز گردد. باتوجه به اهمیت موضوع در این تحقیق تلاش براین اسـت کـه بـا مـدل کـردن خاک زیر سازه، به بررسی میزان تغییرات جابجایی نسبی طبقات، شـکلپـذیری اعـضا و شـکلپـذیری کـل سیستم در حالتهای مختلف اندرکنشی نسبت به حالت پای ثابت پرداخته شـود.همچنـین بـرش طبقـات و نیروی محوری ستونها در حالتهای مذکور با یکدیگر مقایسه شود. سازههای اسـتفاده شـده در ایـن تحقیـق، سازههای فولادی با سیـستم لـرزهای مهاربنـدی همگـرا کـه بـه کمـک نـرم افـزار DRAIN-2DXتحلیـل دینامیکی تاریخچه زمانی برای انها انجام شده است.برای مـدل نمـودن خـاک زیـر سـازه از روش مخروطـی استفاده شده است. نتایج حاصـل نـشان مـیدهـد کـه در حالتهـای اندرکنـشی مختلـف متناسـب بـا نـوع شتابنگاشت و طیف پاسخ آن، جابجایی نسبی طبقات، شکلپذیری کل سازه و شکلپذیری اعضا نـسبت بـه حالت پای ثابت در اکثر موارد کاهش ودر برخی موارد خاص افزایش مییابد و با توجه به نتایج بدست آمـده برای مدل یک درجه آزادی در حالت اندرکنشی میتوان تغییرات شـکلپـذیری مـدل چنـد درجـه آزادی را پیشبینی نمود. همچنین محل طبقهای که در آن ماکزیمم شکلپذیری اعضا و جابجـایی نـسبی طبقـه رخ میدهد نسبت به حالت پای ثابت ممکن است تغییر کند.
واژگان کلیدی: اندرکنش خاک و سازه، شکلپذیری، عملکرد سازه
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: پاسخ لرزه ای سیستمهای غیر الاستیک

مقدمه

-1-1رابطه نیرو- تغییرشکل

-2-1مقاومت تسلیم همپایه شده، ضریب کاهش مقاومت و ضریب شکلپذیری

-3-1معادله حرکت و پارامترهای حاکم

-4-1سیستم یک درجه آزادی

-1-4-1مقاومت تسلیم مورد نیاز )fy

-2-4-1ضریب کاهش مقاومت 10
-3-4-1شکلپذیری 17
-5-1سیستم چند درجه آزادی 19
-1-5-1مقاومت تسلیم مورد نیاز و صریب اصلاح درجات آزادی 21
فصل دوم: اندرکنش خاک و سازه

مقدمه

-1-2اثر اندرکنش خاک و سازه 39

-2-2سیستم خاک- سازه 42

-3-2پارامترهای کلیدی سیستم خاک- سازه 46

-4-2رفتار دینامیکی سیستم خاک و سازه 47

-1-4-2مقاومت تسلیم مورد نیاز )48 (fy
-2-4-2ضریب کاهش مقاومت )52 (R
-3-4-2شکلپذیری مورد نیاز 55
-4-4-2ضریب اصلاح درجات آزادی 57
عنوان صفحه
فصل سوم: مدل ها و روش های استفاده شده در تحقیق
-1-3مدل سازی سازه 59
-1-1-3سازه قاب دو بعدی 59
-2-3مدل سازی سیستم خاک- سازه 65
-1-2-3روش مدل نمودن خاک زیر سازه 65
-3-3روش تحلیل 66
فصل چهارم: بررسی نتایج
مقدمه 79
-1-4تغییر دوره تناوب و میرایی 79
-2-4تغییرشکل ایجاد شده در سازه 80
-3-4جابجایی نسبی طبقات)96 (Drift
-4-4شکلپذیری اعضا و شکلپذیری کل سیستم)105 (μsys
-1-4-4شکلپذیری اعضا 107
-2-4-4شکلپذیری کل سیستم)114 (μsys
-5-4برش طبقات 128
-6-4نیروی محوری ستونها 134
فصل پنجم: نتیجهگیری و ارایه پیشنهادات
مقدمه 143
-1-5خلاصهای از استنتاجات 143
-2-5ارایه پیشنهادات 145
پیوست الف 146
مراجع 153
مقدمه
همانطور که میدانیم بررسی رفتار سلزه در هنگام زلزلههای شدید و متوسط از اهمیت بسزایی برخوردار است. به استثنای سازههای خاص که در طراحی انها تدابیر ویژه در نظر گرفته میشود طوریکـه سـازههـا در طول زلزلههای شدید و متوسط در محدوده الاستیک باقی بمانند اکثر سازهها در طول زلزلـههـای شـدید و متوسط از محدوده رفتار الاستیک خارج شده و وارد ناحیه پلاستیک میشوند.
عموما فلسفه طراحی سازها در برابر زلزله، بر مبنای مطالعات صورت گرفتـه در حالـت پـای ثابـت بـوده است. اگر چه این فرض برای سازههای واقع بر بستر سنگی صحیح است ولی برای سازههای قرار گرفته روی خاک نرم دور از واقعیت میباشد. اکثر مطالعات صورت گرفته در مورد رفتار غیرخطی سازهها در حالت پـای ثابت بوده و در حالت اندرکنش خاک و سازه به جز چند تحقیق انگشت شمار در مورد سازههای یک درجـه آزادی، تحقیق زیادی صورت نگرفته است. از آنجایی کـه انـدرکنش خـاک-سـازه تـاثیر بـسزایی بـر پاسـخ غیرخطی سازههای یک درجه آزادی دارد لذا انتظار میرود باعث تغییر رفتار غیر ارتجاعی سـازههـای چنـد درجه آزادی نیز گردد.
باتوجه به اهمیت موضوع در این تحقیق تلاش براین است که با مدل کردن خاک زیر سـازه ،بـه بررسـی میزان تغییرات جابجایی نسبی طبقات، شکلپذیری اعضا و شکلپذیری کـل سیـستم در حالتهـای مختلـف اندرکنشی نسبت به حالت پای ثابت پرداخته شـود. همچنـین بـرش طبقـات و نیـروی محـوری سـتونها در حالتهای مذکور با یکدیگر مقایسه شود.
ابتدا در فصل اول به معرفـی پارامترهـای رفتـار غیرخطـی و عوامـل مـوثر برآنهـا در حالـت پـای ثابـت میپردازیم و درفصل دوم با معرفی پدیده اندرکنش خـاک-سـازه، تـاثیر ایـن پدیـده بـر پارامترهـای رفتـار غیرخطی در سیستمهای یک در جه آزادی و چند درجـه آزادی ارایـه مـیگـردد. در فـصل سـوم مـدلهای استفاده در این تحقیق معرفی و در فصل چهارم نتایج تحلیل این مدلها ارایه میشـود. در فـصل پـنجم نیـز جمعبندی نتایج صورت میگردد.
فصل اول
پاسخ لرزهای سیستمهای غیرالاستیک
فصل اول: پاسخ لرزهای سیستمهای غیرالاستیک
مقدمه
میدانیم که برش حداکثر پایه در یک سیستم الاستیک خطی به علت حرکات زمین در حـین زلزلـه، مساوی میباشد که در آن wوزن سیستم و Aدامنه طیف شتاب مربـوط بـه زمـان تنـاوبطبیعی سیستم است. از طرف دیگر این حقیقت وجود دارد که اکثر ساختمانها برای نیروی برشـی بـه مراتـب کـوچکتر از نیروی برشی الاستیک نظیر قویترین زمین لرزهای که احتمال وقوع در منطقه دارد، طراحی میشـوند و اگر ساختمانی با نیروهای حاصل از آییننامه محاسبه شده باشد، تحت زلزله تغییرشکلهای فراتر از حد الاستیک در آن ایجاد خواهد شد. بنابراین صدمه دیدن سازهها تحت زمینلرزههای بـزرگ نبایـد خیلـی تعجبآور باشد. تلاش در این جهت است که طراحی طوری باشد که میزان خسارت به درجه قابل قبولی محدود شود و اگر خسارات وارد بر سازه از لحاظ اقتصادی غیرقابل تعمیر باشد و یا باعـث خرابـی سـازه گردد، مسلماً طرح موفقی نخواهد بود.
بنابراین پاسخ تغییرشکلی سازه در حوزه غیرالاستیک در حین زلزلههـای شـدید، از اهمیـت ویـژهای برخوردار است. در این فـصل بعـد از معرفـی سیـستمهـای الاسـتو- پلاسـتیک )ارتجـاعی- خمیـری( و پارامترهای معرف سیستم، معادله حرکت ارائه شـده و پارامترهـای متعـددی کـه سیـستم و تحریـک را توصیف میکنند تعریف میگردند. سپس عوامل موثر بر پارامترهای رفتار غیرخطـی بـرای سیـستم یـک درجه آزادی و چند درجه آزادی مشخص میشود.
-1-1رابطه نیرو- تغییرشکل
از دهه ،1960صدها آزمون آزمایشگاهی برای تعیین رفتار نیرو- تغییرشکل سـازههـا تحـت شـرایط زلزله انجام شده است. در حین زلزله، سازه تحت حرکت نوسانی قـرار گرفتـه و تغییرشـکلهـای رفـت و برگشتی تجربه میکند. آزمایشهـای دورهای کـه چنـین شـرایطی را مـشابهسـازی مـیکننـد، بـر روی مجموعهای از اعضا، اتصالات، مدلهای کوچک مقیـاس از سـازه و مـدلهای تمـام مقیـاس از سـازههـای کوچک، انجام شده است. نتایج تجربی مبین این است که رفتـار نیـرو- تغییرشـکل دورهای یـک سـازه، بستگی به سیستم و مصالح آن سازه دارد. نمودار نیرو- تغییرشکل تحت تغییرشکلهای دورهای به علـت رفتار غیرالاستیک و وقـوع تغییرشـکلهـای خمیـری، تـشکیل حلقـههـای چرخـهای )(Hystersis Loop میدهد. شکل این حلقهها بستگی به سیستم سازهای و مصالح دارد.][1
چنانچه مقاومت و سختی یک سازه تحت بارگذاری متناوب در حوزه غیرارتجـاعی ثابـت بمانـد آن را دارای رفتار پسماند ثابت گویند و اگر کاهش یابد نوع رفتار پسماند را کاهنده مینامند. در شـکل )(1-1 رفتارهای ثابت و کاهنده با هم مقایسه شدهاند. در شکل )الف( دیده میشود کـه در دورههـای مختلـف، سختی و حد مقاومت ثابت است. منظور از حد مقاومت یعنی مقاومتی که در اثـر جابـهجـاییهـای زیـاد حاصل میشود. در شکل )ب(، با افزایش جابهجایی از مقاومت و سختی کاسته میشوند و به همین دلیل آن را کاهنده مینامند.
کاهندگی ممکن است در اثر تناوب بارگذاری و یا جابهجاییهای زیاد، یا ترکیـب اینـدو اتفـاق افتـد. چنانچه ناپایداریهای موضعی و کلی و گسیختگی اتصالات و جوشها رخ ندهد رفتار سازههای فـولادی از نوع ثابت است. برعکس سازههایی که دارای ترکیبی از مصالح نرم )فولاد( و ترد )بـتن، آجـر، سـنگ و…( هستند رفتارشان کاهنده میباشد.
کاهندگی به طور کلی موجب افزایش جابـهجـایی لـرزهای اسـت. در شـکل ) (2-1نمـودار مقاومـت- جابجایی سازه کاهنده با یک سازه ارتجاعی- خمیری مقایسه شده است. شکل کلی هر دو نمودار مـشابه است اما جابهجایی سازه کاهنده همواره بیش از سازه ارتجاعی- خمیری است.][2

-1-1-1ایدهآل سازی رفتار الاستو- پلاستیک )ارتجاعی- خمیری(
شکل ) (3-1نمودار نیرو- تغییرشکل سازهای را تحت بارگذاری اولیهاش نـشان مـیدهـد، بـه منظـور ایجاد سهولت در امر محاسبات، این نمودار را مـیتـوان بـا یـک نمـودار الاسـتو- پلاسـتیک )ارتجـاعی- خمیری( کامل که در شکل با خط چین نشان داده شده، جایگزین نمـود. ایـدهآل سـازی طـوری انجـام میشود که مساحت زیر نمودار واقعی و نمودار ایدهآل تا تغییرشکل نهایی umیکـسان گردنـد. در نمـودار ایدهآل، در بارگذاری اولیه، تا نقطه تسلیم رفتار الاستیک خطی با سختی kمـیباشـد. در نقطـه تـسلیم، نیرو fyو تغییرشکل نظیر uyمیباشد. از این نقطه به بعد تسلیم با نیروی ثابـت صـورت مـی گیـرد. Fyرا مقاومت تسلیم و uyرا تغییرشکل تسلیم گویند.
شکل -3-1نمودار نیرو- تغییرشکل در بارگذاری اولیه][1
شکل ) (4-1یک چرخه کامل بارگذاری و باربرداری را بـرای یـک سیـستم الاسـتو پلاسـتیک نـشان میدهد. در هر دو جهت تغییرشکل، نیروی تسلیم مساوی است. باربرداری از نقطـه حـداکثر تغییرشـکل شروع شده و در مسیری به موازات شاخه الاستیک اولیه تا نقطه تسلیم ادامه مییابد. و بـه طـور مـشابه بارگذاری مجدد از نقطه حداقل تغییرشکل شروع شده و در مسیری به موازات شاخه الاستیک اولیه ادمه می یابد. مقدار حداکثر حداقل نیروی مقاوم بعد از نقطه تسلیم، مساوی fyمیباشد.][1
-2-1-1سیستم خطی نظیر
همانطور که در شکل ) (5-1ملاحظه میشود تغییرشـکل حـداکثر یـک سیـستم الاسـتو- پلاسـتیک )ارتجاعی- خمیری( به علت زمین لرزه، umو تغییرشکل حداکثر به وجود آمده در یک سیستم الاستیک خطی )ارتجاعی( تحت همان تحریک، uoمیباشد. مطابق شکل، فرض میشود که سختی سیستم خطی، مساوی سختی ناحیه ابتدایی سیستم الاستو- پلاستیک اسـت. بنـابراین زمـان تنـاوب طبیعـی سیـستم خطی نظیر، مشابه زمان تناوب سیستم الاستو- پلاستیک در تغییرشکلهای کوچکتر از uyمیباشد.
-2-1مقاومت تسلیم همپایه شده، ضریب کاهش مقاومت و ضریب شکلپذیری
مقاومت تسلیم همپایه شده یک سیستم الاستو- پلاستیک )ارتجاعی- خمیری( به صورت زیر تعریـف میشود:
که در آنها uo، foبه ترتیب مقادیر حداکثر نیروی مقاوم و تغییرشکل ناشی از زلزله در سیستم خطـی نظیر می باشند. foرا می توان مقاومت لازم برای بقای سازه در حوزه خطی در حین زلزله، تعریف نمـود. صحت قسمت دوم رابطه ) (1-1روشن است، زیرا fo = kuo , f y = kuyمیباشد. اگـر مقاومـت همپایـه شده )نرمال شده(یک سیستم کمتر از واجد گردد، سیستم در حین زلزله تحت تغییرشکلهای غیرخطـی واقع خواهد شد. به عنوان مثال f y = 0 / 5بدین معناست که مقاومت تسلیم یک سیستم، نصف مقاومت لازم برای بقای سیستم در حوزه الاستیک در حین زمین لرزه است. مقاومت همپایه شده سیـستمی کـه در حین زمین لرزه به تغییرشکلهای بزرگتر از حد الاستیک خطی نمیرسد، مساوی واحد اسـت،زیـرا چنین سیستمی را می توان به صورت الاستو پلاستیکی با f y = foتفسیر نمود. به روش دیگر، fyرا می توان به کمک ضریب کاهش مقاومت Ryبه foمربوط نمود. داریم:
(2-1)

-3-1معادله حرکت و پارامترهای حاکم
معادله حاکم بر یک سیستم غیرالاستیک به صورت زیر میباشد:
که در آن نیروی مقاوم ) f s( u,u&برای یک سیـستم الاسـتو- پلاسـتیک در شـکل ) (4-1نـشان داده
شده است. برای تعیین) ، u(tمی توان از یکی از روشهای عددی )با گامهای زمـانی مـشخص( اسـتفاده
نمود. البته در محل انتقال رفتار خطی به غیرخطی )و یا بالعکس( این گام زمانی به گامهـای کـوچکتری
تقسیم میشود. برای شناسایی پارامترهای موثر بر پاسخ تغییرشـکلی) ، u(tرابطـه ) (4-1بـر mتقـسیم
میشود تا به دست آید:
کمیت wnفرکانس طبیعی سیستم غیرالاستیک در حین ارتعـاش در محـدوده الاسـتیک اسـت. )بـه
عبارت دیگر در محدوده ( u £ u yاین مقدار، فرکانس طبیعی سیستم الاستیک نظیر نیز میباشد. به طور
مشابه ζنیز نسبت میرایی سیستم بر پایه میرایی بحرانی 2mwnسیستم غیرالاستیک در حین ارتعاش در
حوزه الاستیک میباشد. این مقدار، نسبت میرایی سیستم الاستیک نظیر نیز میباشد.
فصل اول: پاسخ لرزهای سیستمهای غیرالاستیک
9
رابطه ) (5-1دلالـت بـر ایـن دارد کـه بـرای ) u&&g ( tمعلـوم،) u( tبـستگی بـه سـه پـارامتر سیـستم
u y ,ζ,w nو همچنین رابطه نیرو- تغییرشکل )که در اینجا به صورت الاستو- پلاستیک انتخـاب شـده(
دارد.
را می توان نسبت شتاب زمین به شتابی که تخمینی از مقاومت تـسلیم سازه است، تعبیر نمود. رابطه ) (6-1نشان می دهد که دو برابر کردن شتاب زمین) ، u&&g ( tهمـان پاسـخ ) μ(tراتولید میکند که در صورت نصف کردن مقاومت تسلیم به دست میآید.
برای تابع معلوم) ، u&&g ( tضریب شکلپذیری μبستگی به سه پارامتر سیستم f ,z ,Wnدارد.][1

این پایان نامه فایل کامل ندارد و صرفا برای آشنایی در سایت قرار گرفته است