برای دریافت بسته بر روی لینک زیر کلیک کنید

بسته جامع پژوهشی تحلیل اندرکنش خاک سازه

خلاصه:
تجربیات گذشته نشان می دهد که خاک زیر پی بر روی رفتار دینامیکی سازه تاثیر می گذارد. پاسخ دینامیکی سازه حین لرزه های اعمالی, متغیری از نوع خاک زیر پی بوده, لذا بدون در نظر گرفتن تاثیر آن نمی توان تخمین واقع گرایانه ای از نیروهای اعمالی زلزله بر سازه داشت. همچنین پی بخشی از سازه است و در بازتوزیع نیروهای داخلی آن سهیم است. فرض انعطاف پذیر بودن پی ممکن است باعث افزایش نیروهای داخلی اعضای سازه ای نیز شود. لذا برای تحلیل دقیق تر پی و سازه لازم است اثر اندرکنش پی و سازه و خاک در نظرگرفته شود. برای این منظور چند مدل اجزا محدود قاب خمشی بتن آرمه دو بعدی با ارتفاع مختلف به کمک نرم افزار ANSYSاز خاک و سازه روی آن آماده گردید, در مدلسازی محیط خاک بصورت پیوسته و خطی در نظر گرفته شده و به روش استاتیکی و دینامیکی تحلیل شد.تحلیل ها یک بار بر مدل سازه پایه گیردار و یک بار نیز بر روی مدل سازه همراه با پی و خاک زیرین انجام شده است. مقایسه نتایج نشان می دهد که با در نظرگیری اثر اندرکنش خاک و سازه ، پریود سازه افزایش و بر ش پایه کاهش می یابد. همچنین اندرکنش خاک و سازه باعث تغییر نیروی داخلی اعضای سازه ای , پی و حداکثر جابجایی سازه می شود. بنابراین اندرکنش بین خاک و سازه عامل مهمی است که باید در تحلیل و طراحی سازه ها
مورد توجه قرار گیرد.

کلید واژه: اندرکنش خاک و سازه و پی ، قاب خمشی بتنی دو بعدی، تحلیل سازه

فهرست
بخش عنوان صفحه
فصل اول : مقدمه
1-1مقدمه 1
2-1سوالات تحقیق 2
3-1شیوه تحقیق 3
1-3-1مطالعه و انتخاب مدل تحلیلی خاک 3
2-3-1مطالعه وانتخاب مدل اندر کنشی خاک و سازه 3
3-3-1انتخاب برنامه کامپیوتری مناسب جهت تحلیل 7
4-1حدود تحقیق 8
5-1خلاصه فصول پایان نامه 9
6-1خلاصه فصل اول 9
فصل دوم : مروری بر مطالعات قبلی
1-2مقدمه 10
2-2کلیات 11
3-2تحقیقات انجام گرفته در مورد مدل سیستم خاک – سازه 12
1-3-2مدل کردن رفتار خاک 12
2-3-2مدل کردن محیط خاک 17
3-3-2روش تحلیل سیستم)خاک+سازه( 18
1-3-3-2روش اجزا محدود 18
2-3-3-2تلفیق روش اجزا محدود و اجزا مرزی 19
3-3-3-2تلفیق روش اجزا محدود و اجزا نامحدود 19
4-3-2خلاصه نتایج مطالعات پیشین 20
1-4-3-2بررسی اثر اندرکنش خاک-سازه در پاسخ سازه های نامتقارن 20
2-4-3-2بررسی اثراندرکنش خاک-سازه در پاسخ سازه های کوتاه 21
3-4-3-2بررسی اثراندرکنش سازه های مجاور بر پاسخ غیر خطی سازه های بلند 22
4-2خلاصه فصل دوم 24
فصل سوم: تحلیل استاتیکی
1-3مقدمه 25
2-3کلیات 26
3-3روش تحقیق 26
1-3-3سازه 10طبقه 27
2-3-3سازه 15طبقه 34
3-3-3سازه 20طبقه 42
4-3خلاصه فصل سوم 52
فصل چهارم: تحلیل دینامیکی
1-4مقدمه 53
2-4کلیات 54
3-4مدلسازی 54
4-4تحلیل مودال 55
5-4تحلیل دینامیکی گذرا 56
1-5-4میرایی 58
2-5-4روش تحقیق 58
3-5-4نتایج تحلیل دینامیکی گذرا تحت اثر شتاب زلزله السنترو 60
4-5-4نتایج تحلیل دینامیکی گذرا تحت اثر شتاب زلزله کوبه 76
6-4مقایسه نتایج تحلیل های دینامیکی با روابط پیشنهادی آیین نامه 91 NEHRP
7-4خلاصه فصل چهارم 93
فصل پنجم: جمع بندی و نتیجه گیری
1-5مقدمه 95
2-5جمع بندی و مرور مطالعات گذشته 95
3-5جمع بندی روش تحلیل در تحقیق حاضر 96
4-5جمع بندی مثال های حل شده و نتیجه گیری کلی از تحلیل استاتیکی 97
5-5جمع بندی مثال های حل شده و نتیجه گیری کلی از تحلیل دینامیکی 98
6-5پیشنهاداتی برای مطالعات آتی 99
منابع 100
فصل اول
مقدمه
-1-1
مقدمه
در حالت کلاسیک, برای آنالیز سازه فرض می شود که حرکت اعمال شده بر پایه سازه مساوی میدان آزاد زمین است. این پندار فقط برای ساختمان های ساخته شده بر روی سنگ یا زمین سخت درست است. برای سازه های ساخته شده بر روی خاک نرم, حرکت شالوده عموما با حرکت میدان آزاد متفاوت بوده و یک مولفه دورانی ناشی از انعطاف پذیری تکیه گاه به حرکات افقی پی اضافه می شود. برای سازه های بلند, این مولفه دورانی می تواند مهم باشد. حضور لایه خاک, محتوای فرکانسی حرکت زمین را تغییر داده و فرکانس های بالای آن را فیلتر می کند. اثر لایه خاک بر روی امواج زمین لرزه, نتیجه یک فرآیند پراکنش پیچیده است که می تواند به صورت بزرگنمایی یا کوچک نمایی دینامیکی در فرکانس های مختلف, بروز کند. اثر سازه در پاسخ ساختگاه به دو صورت انعکاس موج و انکسار آن خود را نشان می دهد:
انعکاس موج: زمانی که موج از یک محیط نرم (خاک) به یک محیط صلب (پی ساختمان) می رسد, منعکس می شود(اندرکنش سینماتیک(
انکسار موج: زمانی که موج از یک محیط نرم (خاک) به یک محیط نرم دیگر (سازه) می رسد, منکسر می شود(اندرکنش جرمی(.
چنانچه مشخصات دینامیکی سازه و خاک یکسان باشد یا خیلی نزدیک به هم باشند, عمده موج وارد سازه شده و باعث به ارتعاش در آمدن آن می شود. از طرفی, اندرکنش خاک سازه به دلیل افزایش تغییر مکان های جانبی سازه, نقش بسزایی در عملکرد آن داشته و پارامتر مهمی در آنالیز خسارت به شمار می رود. اندرکنش سازه های مجاور, بسته به مشخصات دینامیکی خاک و سازه و محتوای فرکانسی زلزله می تواند موجب تغییر در پاسخ دینامیکی سازه مورد نظر شود. در طی ربع قرن آخر قرن بیستم, اهمیت در نظر گرفتن اندرکنش خاک- سازه در تحلیل دینامیکی طیف وسیعی از سازه های ساخته شده بر روی خاک های نرم مورد توجه قرار گرفته و تحلیل اندرکنش خاک-سازه به یک موضوع اساسی در مهندسی زلزله مبدل شده است. بنابراین به نظر می رسد بررسی رفتار لرزه ای سازه بدون لحاظ نمودن اثر خاک منجر به نتایج واقعی نخواهد شد.
-2-1سوالات تحقیق
در این پژوهش سعی شده است تا با پاسخگویی به سوالات زیر, به بررسی اثر اندرکنش سازه و فونداسیون وخاک در تحلیل فونداسیون و سازه پرداخته شود.
الف( اهمیت سختی خاک در اندرکنش خاک و سازه چقدر می باشد؟
ب( تاثیر اندرکنش خاک و سازه و فوندانسیون در نیروهای داخلی پی و اعضای سازه ای در تحلیل استاتیکی و دینامیکی چگونه می باشد؟
پ( تاثیر ارتفاع سازه در مساله اندرکنش خاک و سازه و فوندانسیون چگونه می باشد؟
-3-1شیوه تحقیق
روش انجام تحقیق در این پژوهش شامل مراحل زیر بوده است:
– مطالعه و انتخاب مدل تحلیلی خاک
– مطالعه و انتخاب مدل اندرکنشی خاک و سازه
– انتخاب برنامه کامپیوتری مناسب جهت تحلیل
-1-3-1مطالعه و انتخاب مدل تحلیلی خاک
از آنجایی که خاک یک محیط پیوسته نیم بینهایت است و با توجه به اینکه خاک بخشی از سیستم مورد تحلیل ما بوده و نحوه مدل کردن محیط خاک و رفتار خاک )رابطه بین نیرو- تغییر مکان خاک( در نتایج تحلیل بسیار موثر می باشد، لذا در اولین مرحله از این تحقیق، در مورد نحوه مدل کردن محیط خاک و مدل کردن رفتار خاک مطالعه شده و از بین مدلهای مختلف موجود، بهترین مدل که تطابق زیادتری با واقعیت داشت انتخاب و مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش محیط خاک به صورت یک پیوسته نیم بینهایت مدل شده است.
در مورد مدل رفتار خاک باید اشاره شود که رفتار خاک حتی به ازاء کرنشهای کوچک هم الاستیک و برگشت پذیر نمی باشد. لیکن در خاک های سخت می توان رفتار خاک را جهت سادگی بصورت خطی )و نه لزوما برگشت پذیر( در نظر گرفت. در این پژوهش رفتار خاک بصورت خطی در نظر گرفته شده است.
-2-3-1مطالعه وانتخاب مدل اندر کنشی خاک و سازه
در سازه هایی که اثر اندرکنش خاک و سازه در نظر گرفته می شود پریود سازه نیز به لحاظ در نظر گیری این اندرکنش افزایش می یابد. یزدچی و خلیلی] [1تاثیر دامنه خاک را در جابجایی سازه مطابق شکل مورد بررسی قرار داده اند. هدف این قسمت از مقاله )یزدچی و خلیلی( تاثیر دامنه متفاوت خاک در جابجایی سازه در تحلیل دینامیکی اندرکنش خاک و سازه می باشد. برای این منظور, قسمت half-planسازه شکل2-1
با سه پی متفاوت تقریب زده شده است:
-1پی صلب
-2دامنه متوسط 88×40متر با 160المان)شبکه بندی A2-B2در شکل (1-1
-3دامنه بزرگ 152×72متر با 136المان در پی)شبکه بندی A3-B3در شکل (1-1
اشکال 3-1و 4-1پاسخ گذرای نقطه Aدر شکل 2-1را به بارگذاری ناگهانی نشان می دهند. دیده می شود که فقط دامنه بزرگ با تعداد 336المان در پی در مقایسه با روشهای BEو FE-BEنتایج منطقی را بدست می دهند. از این رو جهت مینیمم نمودن خطاها مدل FEمورد استفاده بایستی دارای دامنه بزرگ و تعداد زیادی المان باشد که این امر باعث افزایش هزینه محاسباتی خصوصا در تحلیل غیر خطی خواهد شد.

Esteban Saezبه بررسی تاثیر دینامیکی غیر الاستیک اندرکنش خاک و سازه در ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای سازه ها پرداخته است. در این مقاله مدل غیر الاستیک متشکل از سازه و خاک مطابق شکل -15تشریح شده است.سازه و خاک توسط المان واسط Σbsاز همدیگر مجزا شده اند. مدل FEسیستم

-3-3-1انتخاب برنامه کامپیوتری مناسب جهت تحلیل
در این تحقیق مدل سازی سیستم اندرکنش خاک و سازه به روش اجزا محدود و بـا اسـتفاده از نـرم افـزار
ANSYSانجام گرفته است.این نرم افزار در سال 1971توسط شرکت آمریکایی Swansonبـه عنـوان یکـی از پیشگامان نرم افزار های اجزا محدود ساخته شده است. ANSYSیک برنامه کـامپیوتری المـان محـدود کامـل است که شامل بیش از 100000دستورالعمل می باشد. از مهمترین دلایل انتخاب ایـن برنامـه در ایـن تحقیـق, توانایی برنامه در مدل سازی انواع سیستم های مهندسی و توانایی تحلیـل اسـتاتیکی و دینـامیکی مـدل بـا رفتـار های خطی و غیر خطی می باشد.
-4-1حدود تحقیق
این تحقیق تاثیر اندرکنش خاک و سازه رادر تحلیل استاتیکی و دینامیکی پی و سازه بررسی می کند. این
تحقیق بر مبنای فرض های زیر انجام می گیرد.
-1نوع سازه در این تحقیق، قاب خمشی بتن آرمه دو بعدی میباشد.
-2تحلیل و طراحی به صورت الاستیک صورت میگیرد.
-3در تحلیل استاتیکی, بارگذاری زلزله به روش معادل استاتیکی صورت میگیرد.
-4در تعیین نیروهای ناشی از زلزله وزن کل ساختمان ثابت فرض شده و از تغییـرات وزن سـاختمان ناشـی از تغییرات سطح مقطع اعضاء صرفنظر میشود.
-5تحلیل سیستم)خاک + روسازه( تحت بارهـای قـائم و بارهـای جـانبی، بصـورت اسـتاتیکی و بصـورت دوبعدی انجام میشود.
-6خاک زیر پی, به صورت محیط پیوسته با فرض رفتار خطی به مدل وارد می شود.
-7مبنای طراحی اعضای بتنی به روش تنش مجاز مبحث 9مقـررات ملـی سـاختمان ایـران )مقـررات ملـی ساختمانی ایران، مبحث (9بوده] [3و برای بارگذاری زلزله از آیین نامۀ 2800ایـران )آئـین نامـۀ طـرح ساختمانها در برابر زلزله ، استاندارد (1387 ،2800استفاده شده است
-8در تحلیل دینامیکی, بارگذاری زلزله بصورت شتاب تاریخچـه زمـانی مربـوط بـه زلزلـه کوبـه و السـنترو اعمال شده است.

-5-1خلاصه فصول پایان نامه
در فصل اول پایان نامه، مسائل و سوالات تحقیق معرفی و علت انجام تحقیق و ضرورت آن بیان گردیده است. همچنین روش تحقیق به اختصار تشریح و مبانی پایان نامه پی ریزی شده است. درفصل دوم تاریخچه تحقیقات انجام گرفته در مورد اندرکنش خاک و سازه بررسی شده است. در فصل سوم به تحلیل استاتیکی مدل های سازه پایه گیردار و مدل های سازه همراه خاک پرداخته شده و نتایج حاصل مورد بررسی قرار گرفته است.
در فصل چهارم به تحلیل دینامیکی مدل های سازه پایه گیردار و مدل های سازه همراه خاک پرداخته شده و نتایج حاصل مورد بررسی قرار گرفته است.
در فصل پنجم مهمترین نتایج بدست آمده در بخشهای مختلف جمع بندی شده وپیشنهاداتی برای انجام تحقیقات آتی ارائه گردیده است.
– 6-1خلاصه فصل اول
در این فصل مبانی پایان نامه پی ریزی می شود. مسائل و سوالات تحقیق معرفـی شـده و سـپس و ضـرورت انجام تحقیق بیان گردید. روش تحقیق به اختصار تشریح گشته و خلاصه فصول پایان نامـه بیـان شـد. همچنـین محدودیت های تحقیق ارائه گردید.
فصل دوم
مروری بر مطالعات قبلی
12مقدمه
در فصل قبل، زمینه تحقیق، ضرورت تحقیق، سوالات اصلی تحقیـق و در نهایـت شـیوه انجـام و حـدود تحقیق مطرح شدند. در این فصل تاریخچه تحقیقات انجام شده در زمینه تحقیق حاضر بررسـی شـده اسـت. همچنین با استفاده از ادبیات فنی، به برخی از سوالات موجود در این پژوهش پاسخ داده شده است. در فصـل حاضر تحقیقات انجام شده در مورد مدل تحلیلی خاک بررسی شده است. در این قسمت مدلهای مختلف کـه توسط محققین برای مدل نمودن محیط خاک و رفتار خاک مورد استفاده قرار گرفتـه انـد، مطـرح شـده و از بین آنها مدل مناسب انتخاب شده است. سپس تحقیقات انجام شده در مورد مدل اندرکنشـی خـاک و سـازه آورده شده و نحوه در نظر گیری اندر کنش میان خاک و سازه در تحقیق حاضر بیان شده است.

22کلیات
گرچه در محاسبات نیروی اعمالی زلزله بر سازه، معمولا تکیه گاه آن صلب و تغییر شکل ناپذیر فرض می گردد و از انعطاف پذیری خاک زیر سازه صرفنظر می شود، ولی مشاهدات و تجربیات گذشته، بیانگر این واقعیت است که عامل تغییر شکل پذیری خاک، علاوه بر تغییر خصوصیات حرکت آزاد زمین در سطح، ممکن است به علت اندرکنش با سازه، تغییرات قابل ملاحظه ای در واکنش سازه درمقابل زلزله نیز ایجاد نماید. اندرکنش سازه و خاک را می توان بصورت عامل تغییر حرکت آزاد زمین توسط سازه و خاک اطراف پی دانست که در مقایسه با حالتی که پی صلب فرض گردد دارای اثرات ذیل می باشد:
الف: شکل مودها و تواترهای سازه راتغییر می دهد.
ب: قسمت اعظم انرژی ارتعاشی ، توسط میرایی هندسی یا تشعشعی و میرایی داخلی یا مصالح مربوط به خاک زیر پی ,زایل می گردد.
تاثیر پدیده اندرکنش بر روی واکنش سازه ممکن است در مقایسه با واکنش سازه واقع بر تکیه گاه صلب ,بسته به خصوصیات سازه و خاک، بصورت کاهنده و تقلیل دهنده و یا بصورت افزاینده و تقویت کننده ) (amplificationباشد.موارد اشاره شده در فوق بیانگر این واقعیت است که بررسی و تعیین رفتار سازه در مقابل زلزله با صرف نظر نمودن از پدیده اندر کنش سازه و خاک کاری عبث و بی نتیجه می باشد. مثالهای زیر اهمیت تاثیر خاک بر رفتار سازه، رابطه بین زمان تناوب طبیعی سازه و خاک که یکی از عوامل موثر در پدیده اندرکنش می باشد و در رفتار سازه تاثیر بسزایی دارد را نشان می دهند.
در زلزله Gediz 1970در ترکیه ، قسمتی از یک کارخانه که در شـهری بـه فاصـله 135کیلـومتری از کانون زلزله قرار داشت و در آن هیچ ساختمانی منهدم نشده بود ,خراب گردید بررسی های انجام شده نشـان داد که زمان تناوب اصلی کارخانه تقریبا با زمان تنـاوب خـاک زیـر آن همـاهنگی و همگـامی داشـته اسـت.
همچنین در زلزله 1967کاراکاس در ونزوئلا , شکل خرابی سازه ارتباط مستقیمی با عمق لایه آبرفتی داشـته است.عمده خرابی وارد بر ساختمانهای با ارتفاع متوسط ( 5-9طبقه) در نواحی اتفاق افتاد که سنگ بستر در عمقی کمتر از 100متر قرار داشت .در حالیکه در نواحی با عمق بیشتر از 150متر، خرابی عمده , مربوط بـه ساختمان های بلندتر بوده است (بیش از 14طبقه( .
تحلیل پدیده اندرکنش خاک –سازه در زمان وقوع زلزله از ضروریات مهندسی زلزله می باشد. ولی بطور کلی در انجام این تحلیل دو مشکل وجود دارد که باید قبل از تحلیل بررسی گردند. اولین آنها مربوط به انتخاب مدل مناسب برای خاک است که با توجه به دقت مورد نیاز و هزینه آن , یکی از روشهای ذکر شده در مقدمه پس از بررسی، بعنوان مدل خاک انتخاب می شود.
دومین مشکل، تعیین حرکت مناسب زمین با تکیه بر خصوصیات زمین شناسی محل و حد پذیرش خطر)ریسک)می باشد

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