انتخاب صفحه

فهرست مطالب

چکیده……………………………………………………………………………………………… 1

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول: مقدمه و مفاهیم کلی رفتار ستون‌های پر شده با بتن (CFT)

ستون باکسی مرکب ، پر شده با بتن (CFT) به طور روزافزون بعنوان یک ستون یا تیر ستون در سازه‌های بادبندی شده ویا قاب‌های خمشیمورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از مقاطع سرد نوردشده دایره‌ای یا مستطیلی مربعی در ساختمان‌های مختلف با بتنهای پیش تنیده یا درجا ریخته شده در سراسر جهان مرسوم گردیده است، این سازه‌ها با مقاطعی با ابعاد بالا و درجا ریخته شده در ستون‌های اصلی که باید در برابر نیروهای لرزه‌ای مقاوم باشد در ساختمان‌های چند طبقه بادبندی شده و قاب‌های خمشی استفاده شده است. ستون‌های باکسی پرشده با بتن از پلیت جوش شده به هم درست شده‌اند و در ساختمان‌های بلند جهان با ستون‌های دایره‌ای از لوله‌ها استفاده شده است. در مجموع در ژاپن از این روش برای ستون‌های پل به طور معمول استفاده می‌شود. ]3[
اعضای پرشده با بتن در سازه‌ها یکسری نتایج خوب با مقاطع متعادل ازفولاد، بتن مسلح، و یا فولاد مسلح شده با بتن دارد. وقتی از قاب‌های مرکب از فولاد و بتن شامل مقاطع I شکل در تیرهای اصلی که به صورت مربعی مسطتیلی یا دایره‌ای قاب شده‌اند که این قاب‌ها به طور کامل یا بخشی از آن یا اتصالات آنها گیردار شده‌اند،CFTها باعث یکنواختی عالی و مقاومت زیاد در برابر لرزه در جهت عمود برهم و تناسب خوب برای مقاومت برابر خمش یکطرفه به همراه بار محوری می‌شود.برای طراحی لرزه‌ایCFTها دربخش مقاوم در خمش قاب‌ها نسبت (مقاومت بر وزن) را بسیار بالا می‌برد وبدلیل محبوس‌بودن بتن و بادبندی ممتد، باکس‌های نواری با نسیت بالای (مقاومت بر وزن) از ستون‌های باکسی، باعث تأخیر در کمانش موضعی در آن می‌شود، رفتار استهلاکی تصحیح شده، در مقایسه با قاب‌های فولادی معمولی مشهود می‌باشد و افزایش شکل‌پذیری و سختی فولاد در بیرون محیطی که بطور مؤثر در مقاومت خمشی به خوبی کشش و فشار محوری بطوراجرای عمل می‌کند، قرار می‌گیرد در حالی که فرم‌های‌های بتنی بعنوان یک هسته کمکی بسیار عالی به مقاومت در برابر بارهای فشاری خواهد کرد. باکس‌های فولادی همچون قاب در سازه عمل می‌کنند و اجرای آنها می‌تواند برای سازه‌های چندطبقه ارجع باشد چون در آنها هزینه کارگری و مصالح را کاهش خواهد داد. هزینه تمام شده اعضا کمتر از هزینه فولاد و به سختی با بتن مسلح بر پایه (مقاومت برهزینه)برابری می‌کند. تحقیقات اخیر استفاده از بتن مقاومت بالا و یا فولاد با بتن مقاومت بالا رابا موفقیت بیشتری ا نشان داده است]8-12[. با استفاده از بتن مقاومت بالا، CFTها در هر فوت مربع قویتر از ستون‌های بتنی مسلح معمولی هستند. با این روش قاب‌هایی کوچکتر و سبکتر روی فونداسیون ساخته خواهد شد. در نیروهای لرزه‌ای، پاسخ سیکلی ستون‌های CFT و اتصالات بوجود آمده در آنها یک منحنی هیسترزیس کامل با جذب انرژی قابل توجه را نشان می‌دهد]4-6-13-14[. کاهش قدرت و سختی در این مرحله خصوصاً برای ستون‌های CFT که در آن بتن حکمفرما است، اتفاق می‌افتد]6-15-16[. ترجیح داده می‌شود که این کاهش بصورت تدریجی و متوسط باشد، خصوصاً برای مصالح نرمال این مهم است. به دلیل سودمندی آن، مقداری از پروژه‌های تحقیقی در حال پیشرفت در سراسر جهان شامل رفتار لرزه‌ای ستون‌های CFT در شروع آن از آمریکا و ژاپن در بخش علوم پایه ملی آمریکا و برنامه‌‌های همکاری تحقیقاتی ژاپن، بر روی ساختمان‌های چندگانه و مرکب بوده است. شکل (1-1) پلان یک ساختمان که با قاب‌های CFT در این برنامه تحقیقاتی مرتب شده است. استفاده از ستون‌های CFT در چند دهانه در تمام جهت‌های اصلی از کم به زیاد در سازه باعث افزایش ظرفیت ستون‌های CFT در حین لرزه برای هر دو جهت قاب‌ها می‌شود.

منحنی رفتار هیسترزیس بار –تغییر مکان ستون CFT

منحنی رفتار هیسترزیس بار –تغییر مکان ستون CFT

1- 1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………3
1-2 رفتار یکنواخت ستون‌های باکسی پرشده با بتن (CFT) (مقاومت محوری و سختی)……5
1-3 مقاومت خمشی و سختی……………………………………………………………………… 7
1-4 مقاومت تیر ستون………………………………………………………………………………. 8
1-5 مقاومت پیچشی و سختی……………………………………………………………………. 9
1-6 خزش و جمع شدگی در CFTها………………………………………………………………. 10
1-7 تنش پسماند در CFTها……………………………………………………………………….. 10
1-8 رفتار چرخهای باکس‌های فولادی پرشده با بتن……………………………………………. 10
1-9 طراحی ستون‌های باکسی فلزی پر شده با بتن…………………………………………… 14

فصل دوم: آزمایشات اعضای CFT و نتایج

در این بخش رفتار قاب‌های مرکب با ستون‌های فلزی مربعی پرشده با بتن به تیرهای فلزی بررسی می‌شود. مدلسازی اجزا محدود برای رسیدن به هدف کمک گرفته شد تا رفتار قاب‌های مرکب تحت یک بار ثابت محوری روی ستون و یک بار چرخه‌ای لرزه‌ای بر روی قاب بررسی شود. ]87[در این تحلیل مصالح دقیق و با هندسه غیرخطی بتنی و فولاد در نظر گرفته شده بود. برنامه ABAQUS برای این روش اجزا محدود انتخاب گردید. با ملاحظه اینکه یک مدل که در حالت پلاستیک خراب شده برای بتن و یک مدل الاستوپلاستیک برای فولاد استفاده شد. استفاده از ستون‌های فلزی باکسی پرشده بتن در ساختمان‌ها بدلیل استاتیک فوق‌العاده و خواص مقاومت در برابر زلزله به دلیل مقاومت فولاد سختی شکل‌ناپذیر بالا و ظرفیت جذب انرژی بسیار بالا، در دنیا زیاد شده است. مطالعات زیادی بر روی اجرای واقعی از ستون‌های فلزی باکسی پرشده با بتن (ستون‌های تکی) انجام شده است. در این مقاله چهار قاب با ستون‌هاCFT و تیرهای H شکل مورد مطالعه قرار گرفته است. در این آزمایشات به ندرت بالای این قاب‌ها که در زیر بار قائم تحت بار جانبی قرار گرفته شده در برابر نیروی زلزله نشان داده شد. در این آزمایشات معلوم گردید در حالت ستون‌های پرنشده و پرشده از بتن افزایش مقاومت در برابر زلزله به اندازه 5/1 برابر شده است. این مقاومت در برابر کمانش محلی نیز معلوم گردید. بجز آزمایش بر روی یک مدل واقعی سه طبقه این آزمایشات بار نرم‌افزار ABAQUS بررسی گردید. در واقع این شهرت و دقت ABAQUS بوده که در چندین آزمایش دیگر برای رسیدن به جواب‌های دقیق و نتایج بسیار درست کمک عالی بوده و باعث شده کسانی که این آزمایشات راانجام داده بودند از این نرم‌افزار در کار فعلی خود استفاده نماید. تأثیرات مقاومت بتنی و بتن محبوس‌شده در این آنالیز موردنظر بوده است. اندرکنشی بین بتن و فولاد باکسی در این کار مدل شد، به اعتبار مدلسازی براساس اجزاء محدود، این مقاله در یک آزمایش جدید رفتار ستون‌های پرشده به بتن را ارائه داده است.

1 دتایل قاب‌های تحت آزمایش در نرم افزار آباکوس(مدل تیپ المان محدوداز قاب ترکیبی CFST

1 دتایل قاب‌های تحت آزمایش در نرم افزار آباکوس(مدل تیپ المان محدوداز قاب ترکیبی CFST

2-1 بررسی آزمایشات بر روی ستون‌های CFT و نتایج…………………………………………….. 18.
2-2 نوع المان و مش بندی در محاسبه……………………………………………………………….. 19
2-3 آماده سازی نمونه‌ها ………………………………………………………………………………..20
2-4 تجهیزات اعمال بار سیکلی …………………………………………………………………………22
2-5 مدهای خرابی…………………………………………………………………………………………. 22
2-6 نتایج این آزمایشات…………………………………………………………………………………….. 30

فصل سوم: اثرات پیش بارگذاری روی اعضای CFT

ستون باکسی مرکب پر شده با بتن ( CFST) بطور روز افزون بعنوان یک تیر ستون در سازه‌های بادبندی شده و بدون بادبندی بهمراه مقاطع سرد نورد شده دایره‌ای یا مستطیلی مربعی در ساختمان‌های مختلف با بتنهای پیش تنیدهیا در جا ریخته شده در سراسر جهان مرسوم بوده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. [90]
لوله‌های پرشده با بتن(CFST) دارای برتریهای زیادی نسبت به ستون‌های فولادی یا بتن مسلح می‌باشد زیرا بتن داخل لوله‌ها با تأثیر مهاری و مقاومت بالای فشاری بوجود آمده باعث تاخیر در کمانش موضعی لوله‌هامی‌گردد و بدلیل محدودیت بتن توسط لوله فلزیاستحکام و شکل‌پذیری بیشتری برای بتن فراهم می‌گردد. لوله‌های فلزی بعنوان قالب برای ساختمان‌های چند طبقه استفاده شده وبتن از پایین به بالا و یا از بالا به پایین در قالب ستون ریخته می‌شود.بنابراین CFST برای سازه‌های بلند مرتبه بهتر و مرسوم ترمی‌باشد. [91-92]
در سازه‌های چند طبقه،ستون‌های فولادی، قبل از عمل بتن‌ریزی بارهای تحمیلی ساختمان از جمله وزن خود سازه به آنها وارد می‌شود.معمولا ابتدا ستون‌های فولادی و متعاقب آن تیرهای فولادی و سپس عرشه‌های فولادی سقف‌ها اسکلت سازه را تشکیل می‌دهند وبعد از آن سیستم بادبندی قائم اجرا می‌شود تا پایداری سازه از نظر حرکات جانبی تامین گردد.شکل (3-1) یک ساختمان چند طبقه تیپ با یک هسته دیوارهای داخلی را که مهار جانبی سازه در حین ساخت را بر عهده دارد نشان می‌دهد.در واقع در این بخش بدلیل نوع بررسی برای ستون‌های توپر با بتن و نگاه عددی به محاسبه این نوع مقاطع از این بخش در مقاله استفاده شده است.

2نشان دهنده ستون‌های فولادی لوله ای در اطراف سازه

2نشان دهنده ستون‌های فولادی لوله ای در اطراف سازه

3-1 نگاهی به پیش بارگذاری بر ستون‌های فلزی پر شده با بتن……………………………………… 33
3-2 مطالعات انجام شده بر روی ستون‌های فلزی پرشده بابتن بر اثر پیش بارگذاری……………….. 33
3-3 تحلیل تئوریک ……………………………………………………………………………………………..37
3-4 تحقیقات آزمایشگاهی ………………………………………………………………………………….43
3-5 جزئیات نمونه‌های آزمایش………………………………………………………………………………. 43
3-6 نتایج آزمایش و مشاهدات……………………………………………………………………………… 46
3-7 بررسی نتایج دیگر آزمایشات منتشر شده…………………………………………………………… 56
3-8 تحلیل المان محدود …………………………………………………………………………………….57
3-9 کالیبره کردن و مدلسازی عددی ………………………………………………………………………57
3-10 نتایج عددی…………………………………………………………………………………………… 60
3-11 یک روند گام به گام طراحی…………………………………………………………………………. 61
3-12 نتیجهگیری ………………………………………………………………………………………………62

فصل چهارم: نکات آیین‌نامه‌ای در طراحی اعضای CFT

4-1 نکات آیین‌نامه‌ای در ستون‌های مختلط…………………………………………………………………. 65

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم: نتیجه گیری

با توجه به کاربرد روزافزون ستون‌های قوطی پرشده با بتن در ساختماهای بلند وعملکرد مناسب این ستون‌ها در برابر زلزله از یک طرف و لرزه خیزی اکثر مناطق کشور ازطرف دیگر سعی شده است در این مطالعه رفتار این ستون‌ها در برابر بارگذاری جانبیزلزله بررسی شود. در این مطالعه علاوه بر بررسی رفتار خمشی این ستون‌ها در برابرترکیب بارگذاری ثقلی و جانبی سیکلیک رفتار برشی آنها نیز بررسی شده است. با توجه بهاهمیت شکل‌پذیری و ظرفیت جذب انرژی اعضا سازه ای در برابر زلزله، این مقادیر نیز بهطور مفصل مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با توجه به لزوم پیوستگی و هماهنگیفولاد و بتن در مقاطع مرکب، چسبندگی و پارامترهای مؤثر بر مقاومت چسبندگی درستون‌های مرکب نیز مورد بررسی قرارگرفته است. روشی سازگار با آیین‌نامه‌های معتبربرای طراحی ستون‌های قوطی پرشده با بتن در هر دو حالت ستون کوتاه و ستون لاغر نیزارائه گشته است. نشان داده شده است که ستون که ستون قوطی پرشده با بتن علاوه برمقاومت و رفتار خمشی و برشی مطلوب شکل‌پذیری خوبی داشته و از ظرفیت جذب انرژی قابل توجه ای نیز برخوردار است. به علاوه از روند طراحی ساده ای برخودار بوده و برایطراحی دفتری کاملاً مناسب است. خصوصیات فوق ستون‌های قوطی پرشده با بتن را به صورتاعضا سازه ای بسیار مناسب و ممتاز برای ساختمان‌های بلند در مناطق زلزله خیز معرفیمی‌کند.
رفتار خمشی و شکل‌پذیری و ظرفیت جذب انرژی ستون‌های قوطی پرشده با بتن مورد بررسی قرارگرفته است و نشان داده شده است که این مقادیر بهپارامترهای زیادی منجمله نسبت عرض به ضخامت ورق فولادی، ضریب لاغری ستون، طویل شدگی بتن در ستون، نوع بتن و فولاد، تعداد سیکل بارگذاری، بار محوری، گل میخبرشگیر بر پوسته فولادی بستگی داشته و نحوه ارتباط آنها نیز بررسی شده است.
باتوجه به ضخامت قوطی فولادی در ستون مرکب، این ستون‌ها معمولاً ظرفیت برشی بسیاربالایی از خود نشان داده و عمدتاً در مورد خمشی گسیخته می‌شوند. رفتار برشی ستون‌هایقوطی پرشده با بتن در ستون‌های کوتاه که در آنها برش بیشترین تأثیر را دارد، که حتی در این حالتنیز ستون‌های قوطی پرشده با بتن، از نظر برشی رفتار بسیار مناسب از خودنشان می‌دهند.
با توجه به فرم سازگاری کرنشها در نقاط تماس بتن و فولاد، چسبندگی بینفولاد و بتن در ستون‌های مرکب و نحوه تأثیر پارامترهاییچون سن بتن سایز، دما، شرایط نگهداری بتن و انقباض بر مقاومت چسبندگی مشخص شدهاست.

5-1 نتیجه‌گیری………………………………………………………………………………………………… 72
مراجع……………………………………………………………………………………………………………. 74

فهرست اشکال

شکل 1-1 پلان سازه سه بعدی بادبندی نشده………………………………………………………………… 4
شکل 1-2 دتایل اتصال گیردار تیر ستون ………………………………………………………………………..14
شکل 2-1 دتایل قاب‌های تحت آزمایش در نرم افزار آباکوس………………………………………………… 19
شکل 2-2 قرارگیری و مهاربندی قاب‌ها در حین آزمایش……………………………………………………… 20
شکل 2-3 دتایل قاب مورد آزمایش………………………………………………………………………………. 21
شکل 2-4 مدهای خرابی در قاب………………………………………………………………………………… 22
شکل 2-5تمام نمونه‌های قاب…………………………………………………………………………………… 23
شکل 2-6 منحنی‌های هیسترزیس بار جانبی – تغییر مکان…………………………………………………. 23
شکل 2-7 پوش منحنی‌های بارجانبی – تغییر مکان………………………………………………………….. 24
شکل 2-8 منحنی بار جانبی-تغییر مکان قاب SF-22ا………………………………………………………….25
شکل 2-9 منحنی ایده آل بار-تغییر مکان………………………………………………………………………… 26
شکل 2-10 برآورد ماکزیمم بار حدی جاری شدن قاب………………………………………………………….. 26
شکل 2-11 منحنی ضریب استهلاک هم ارزانباشتگی به تناسب تغییر مکان به تغییر مکان جاری شدن… 27
شکل 2-12 مقایسه پیش‌بینی و نتایج عددی منحنی بار-تغییرمکان………………………………………… 28
شکل 2-13مقایسه منحنی بار جانبی-تغییر مکان پیش‌بینی و نتایج عددی……………………………….. 29
شکل 3-1 یک ساختمان چند طبقه تیپ با یک هسته دیوارهای داخلی…………………………………….. 34
شکل 3-2 نشان‌دهنده ستون‌های فولادی لوله ای در اطراف سازه…………………………………………… 34
شکل 3-3 سازه چند طبقه عمومی‌را که بتن در داخل لوله‌های فولادی توخالی آن………………………… 35
شکل 3-4 یک ستون مرکب متشکل از لوله مربع شکل فولادی……………………………………………….. 40
شکل 3-5 فاکتورکاهش پیش باردرمقابل ضریب لاغری بدون بعد را برای ستون‌های مرکب…………………..41
شکل 3-6 تست فشاری بر اساس طول موثر ستون و دتایل‌های اندازه گیری……………………………….. 44
شکل 3-20 مقایسه نتایج آزمایشات و تحلیل المان محدود…………………………………………………….. 54
شکل 3-21 مقایسه نتایج آزمایشات و تحلیل المان محدود……………………………………………………. 55
شکل 3-22 منحنی‌های ارتباط تنش – کرنش تک محوری برای بتن و فولاد …………………………………..57
شکل 3-23 منحنی‌های ارتباط تنش – کرنش تک محوری برای بتن و فولاد ……………………………………57
شکل 3-24 مش بندی کلی المان محدود برای بتن و فولاد…………………………………………………….. 58
شکل 3-25 کاهش ظرفیت محوری…………………………………………………………………………………. 59
شکل 3-26 بار نهایی از شبیه سازی عددی در مقایسه با اعداد بدست آمده ………………………………..60

فهرست نمودار

نمودار 1-1 مقاومت مقطع ستون پر شده با بتن نرمال شده………………………………………………………. 8
نمودار 1-2 منحنی رفتار هیسترزیس بار –تغییر مکان ستون cftا………………………………………………… 11
نمودار 1-3 مقایسه طراحی مقاوم اندرکنش برای مقاطع دایره‌ای ومربعی وپر شده با بتن……………………. 16
نمودار 2-1 تمام نتایج بارهای جانبی به تغییر مکان………………………………………………………………… 24
نمودار 3-1 لوله دایره ای پر شده با بتن و بخش رنج لاغری ستون …………………………………………………43
نمودار 3-2 نسبت اختلاط بتن …………………………………………………………………………………………….43
نمودار 3-3 مقایسه نتایج آزمایشات و تحلیل المان محدود …………………………………………………………….54
نمودار 3-4 مقایسه نتایج آزمایشات و نتایج پیش بینی شده…………………………………………………………. 55
نمودار 3-5 مقایسه نتایج آزمایشات یکسان سازی…………………………………………………………………… 56
نمودار 3-6 مقایسه نتایج آزمایشات……………………………………………………………………………………..60
نمودار 3-7 یکسان سازی نتایج آزمایشات…………………………………………………………………………….61



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان