مقدمه

ايجاد بازشو به صورت رديف قايم در يک ديوار برشی ،ديوار را به دو یاچند دیوار هوازی تقسیم می نماید که توسط تیرهاییی درتراز طبقات بایکدیگر مرتبط میگردند.چنین دیوارهایی،دیوار برشی کوپله نامیده میشود.اگر به جای استفاده ازتیرهای پیوند بتنی ازتیرپیوند فولادی استفاده شود این سیستم راسیستم دیوارپیوند ترکیبی HCW)) می نامند.برای ساده سازی تحليل ديوارهای برشیکوپله،می توان از تيرپيوند صرفنظر کرده وهر ديوار کوپله رابه صورت دو دیوار کاملا مستقل مورد بررسی قرار داد.دراین صورت نیروهای جانبی به نسبت سختی هرقسمت بین دیوارهای مختلف تشکیل دهنده یک دیوار برشی کوپله تقسیم می گردد.هرچند سقف سازه میتواند بعنوان یک رابط بین دیوارها عمل کند اما درمحاسبات نباید آن را درنظرگرفت.درصورت وجود تیرهای پیوند،حذف این تیرها باعث غیراقتصادی شدن طرح خواهد شد.اندرکنش قايم ناشی از وجود تيرهای اتصالی در ديوار برشیکوپله به ابعاد تيرها ونحوه اتصال آنها بستگی دارد .وجود تيرهای اتصالی باعث افزايش سختی جانبی وکاهش تنشها در ديوار می شود،هرچه سختی تيرهای اتصالی بيشتر باشد ،سهم نيروی محوری ديوارها در تحمل بارهای جانبی اعمالی افزايش می يابد.درصورت عدم اجرای تير پيوند در تمام طبقات اجرای تير پيوند درطبقه بهينه باعث کاهش چشمگيری در تغيير شکل وممان وارده به ديوارها خواهد شد. تيرهای پيوند در سه گروه طبقه بندی می شوند : کوتاه ، متوسط و بلند، که اين بستگی به خواص هندسی آنها دارد. وقتی که معماری اجازه دهد ، تيرهای پيوند کوتاه که بصورت برشی عمل می کنند استفاده می شود و اگر معماری اجازه ندهد از تيرهای پيوند بلندتر استفاده می شود که مکانيسم جذب انرژی آنها بصورت ايجاد مفاصل خمشی است. مکانيسمی که شامل تغيير شکل برشی تير پيوند است معمولاً شکل پذيرتر از رفتار خمشی است. عمل پيوند وبه طور ويژه استفاده از تير پيوند فولادی نتايج زير را دارد. ١-باعث کاهش لنگر اعمال شده به هر ديوار می شود ودرنتيجه باعث افزايش بازدهی سيستم می شود. ٢-تير پيوند فولادی با تغيير شکل خميری زيادی که می تواند تحمل کند انرژی لرزه ای زيادی را اتلاف می کند. ٣- سيستم ديوار برشی کوپله دارای سختی جانبی زيادی نسبت به مجموع سختی دو ديوار بدون تير پيوند هستند.در مطالعه ارائه شده باتوجه به استفاده تير پيوند در طبقات متفاوت وبررسی نتايج بدنبال موثرترين طبقه هستيم وآن را طبقه بهينه معرفی می کنيم.سپس به بررسی نتايج استفاده از تير پيوندبا مشخصات متفاوت در تمامی طبقات می پردازيم.در ادامه برای صحت مدلهای اجزا محدود چند نمونه آزمايشگاهی را مدلسازی ونتايج حاصل از مدلسازی را با نتايج آزمايشگاهی مقايسه می کنيم. در مرحله بعد سازه ١٢طبقهای را با برنامه ETABS مدلسازی کرده وتغيير مکان هدف را بدست می آوريم،وبا همين برنامه تيرهای پيوند وديوار برشی را طراحی می کنيم.سپس باتوجه به نيروهای طراحی تيرهای پيوند تيرهای پيوند فولادی راطراحی می کنيم.سپس در دو مدل جداگانه ديوار برشی کوپله با تير پيوند فولادی وديوار برشی کوپله باتير پيوند بتنی را با برنامه ABAQUS مدلسازی می کنيم وتحت آناليز پوش اور قرار می دهيم ونتايج را بررسی می کنيم. در مرحله بعد تيرپيوند بتنی ديوار برشیکوپله با تير پيوند بتنی که آزمايش ومدلسازی شده است را تعويض وبه جای آن تير پيوند فولادی قرار می دهيم وتحت بارگذاری قرار می دهيم درنهايت نتايج را باهم مقايسه می کنيم.که درنتيجه اتلاف انرژی بالا ورفتار بهتری از تير پيوند فولادی ديده می شود.

فهرست مطالب

چکیده 1

مقدمه 2

فصل اول:کلیات

1-4-2-1-مدل قاب معادل

برای استفاده از اين مدل چند قيد وجود دارد. برای آناليز خطی: المان هايی که استفاده می شوند بايد برای خمش و سختی برشی برای هر دو المان تير و ديوار در نظر گرفته شوند. برای آناليز غير خطی: المان بايد دقيقاً نمايانگر سختی و مقاومت برشی و خمشی بعلاوه ظرفيت تغيير شکل در اعضاء در نظر گرفته شده اشد.بعلاوه روابط اندرکنش بار محوری – ممان (P-M) بايد برای المان ها تعريف شده باشد و بتوان تأثير اين اندر کنش را در نظر گرفت.مدل ها همچنين بايد نمايانگر رفتار غير متقارن شکل ديوار با سختی متفاوت، مقاومت و ظرفيت تغيير شکل در راستاهای متفاوت (روابط اندر کنش غير متقارن P-M) باشند.برای مدل های غير خطی سيکليک ، مدل بايد همچنين نشانگر افت مقاوت وسختی در بارگذاری های معکوس باشد. دو روش معمول برای مدل رفتار مقطع عرضی عبارتند از: مدل مقطع برآيند و مدل فيبر مقطع روش مدل مقطع برآيند، تعريف مقطع را به طور ضمنی در ترم های ممان –انحناء، بار محوری- کرنش محوری ، و غيره انجام می دهد. در روش مدل فيبر مقطع، مقطع به تعدادی فيبر تجزيه می شود که اين نواحی لازم نيست هم اندازه باشند و تنش برروی مقطع انتگرال گيری می شود تا نيرو يا ممان بدست آيد.برای بال های ديوار، عرض موثر بال بايد برای آناليز مقاطع تعيين شود.شکل ٧-١ يک مدل جايگزينی برای HCWs را نشان می دهد.در اين مدل از المان های تيرو ستون برای تير پيوند و ديوار استفاده شده است. يک رابط صلب نيز برای نشان دادن ابعاد ديوار ها استفاده شده است

1-1-هدف    5

1-2-پیشینه تحقیق  5

1-3-روش کار وتحقیق    7

1-4-رفتار سیستم،آنالیز وملاحظات طراحی   8

تاثیرعمل پیوند برروی جابجائی بام

تاثیرعمل پیوند برروی جابجائی بام

فصل  دوم:راستی سنجی مدل های اجزاء محدود

2-2-1-مدلسازی

مدلسازی توسط برنامه ABAQUS انجام می شود .آرماتورها وبتن با توجه به مشخصات ارائه شده از نمونه آزمايشگاهی مدل می شود.در شکل ۴-٢ نحوه مدلسازی فولاد T12 نشان داده شده است.در اين مدلسازی از المان C3D8R که المان هشت گرهای می باشد استفاده شده است.برای مدلسازی آرماتورها از T3DT که المان سه گره ای می باشد،استفاده شده است.در شکل ٨و٩ دونمونه از مدلسازی رفتار بتن در فشار آمده است که تفاوت اين دو شکل در مدلسازی سخت شدگی پس از رفتار خطی بتن می باشد.رفتار کششی بتن به صورت تنش در مقابل بازشدگی ترک مدل شده است.مدلسازی اجزا محدود بر روی اين نمونه انجام می شود.در شکل زيرتصوير مدل نشان داده شده است.در شکل ۴و۵ مش بندی مدل وآرماتورگذاری ديده می شود.

2-1-آناليزغيرخطیاجزاءمحدودتيرپيوندعميق        45

2-2-آناليز غيرخطی اجزاءمحدود ديوار برشی کوپله بتنی تحت بارهای متناوب 50

2-3-بدست آوردن اتلاف انرژی با آناليز غيرخطی اجزاءمحدود تحت بارهای متناوب 53

تصویر شماتیک دیوار برشی کوپله با نسبت های پیوند متفاوت

تصویر شماتیک دیوار برشی کوپله با نسبت های پیوند متفاوت

فصل سوم :آناليز استاتيکی غير خطی(pushover analysis)

3-2-1-بدست آوردن تغيير مکان هدف

يکی از روش هايی که برای تعيين تغيير مکان هدف در ديافراگم های صلب به کار می رود روش توضيح داده شده در FEMA-356 است.در اين روش ابتدا بايد يک تحليل استاتيکی غير خطی انجام شود ومنحنی برش پايه در برابر در مقابل جابجايی جانبی نقطه کنترل به دست آورده شود .از روی منحنی پوش آور به دست آمده ويکسری ضرايب ديگر معرفی شده می توان تغيير مکان هدف را به دست آورد. به طور کلی اگر منظور محاسبه تغيير مکان هدف با استفاده از محاسبات دستی باشد،ابتدا بايد منحنی پوش آور سازه معين گردد وبرای به دست آوردن منحنی پوش آور لازم است تغيير مکان هدف به برنامه معرفی شود. بنابراين روند فوق تکراری است واحتياج به چند بار سعی وخطا دارد. ويرايش های جديد SAP2000 قابليت محاسبه تغيير مکان هدف به صورت اتوماتيک دارند. بر اساس FEMA-356 ودستورالعمل بهسازی تغيير مکان هدف برابر است

3-1-بررسی نسبت پيوندبررویرفتارديواربرشی کوپله          57

3-2-مدلسازی سازه ١٢ طبقه بابرنامهETABSوبدست آوردن تغيير مکان هدف     70

3-3-مدلسازیاجزاءمحدود ديوار برشی با تير پيوند بتنی وتير پيوند فولادی 72

3-4-مدلسازی ديوار برشی کوپله بروش قاب معادل   77

تغییرات جابجایی جانبی دیوار برشی کوپله نسبت به تغییرات CR

تغییرات جابجایی جانبی دیوار برشی کوپله نسبت به تغییرات CR

فصل چهارم :مدلسازی ومقايسه نتايج

نتايج:

 ١-با مقايسه بين تيرپيوند فولادی وتيرپيوند بتنی مشاهده میشودکه اتلاف انرژی تير پيوند فولادی نسبت به تير بتنی بيشتر است .

2-بامقايسه بين پاسخ های هيسترزيس تيرپيوند بتنی وفولادی مشاهده می شود،که تير پيوند فولادی پاسخ های هيسترزيس پايدارتری نسبت به تير پيوند بتنی دارد

 ٣- بامقايسه بين اتلاف انرژی تيرپيوند بتنی وفولادی مشاهده می شود،که تير پيوند فولادی اتلاف انرژی بالاتری نسبت به تير پيوند بتنی دارد.

4-1-مدلسازی ديواربرشی با تير پيوند فولادی  80

4-2-مقايسه نتايج ديوار برشی باتير پيوند بتنی و تير پيوند فولادی     88

مدل دیوار برشی کوپله ترکیبی

مدل دیوار برشی کوپله ترکیبی

فصل پنجم: نتيجه گيری وپيشنهادات

5-1-نتیجه گیری نهایی

نتايجی که ازمباحث ذکرشده گرفته میشود عبارتند از: باتوجه به آناليز پوش اورمشاهده میشود، ديوار برشی با تير پيوند فولادی نسبت به ديوار برشی با تير پيوند بتنی بهتر عمل کرده است به طور مثال در برش پايه ٣٠٠٠کيلو نيوتون مقدار جابجايی ديوار با تير پيوند فولادی تقريبا برابر ٥٠سانتيمتر است در حالی که در همين مقدار برش پايه مقدر جابجايی برای ديوار با تير پيوند بتنی تا يک متر پيش می رود باتوجه به نمودار در حد ذکر شده ديوار برشی با تير پيوند بتنی ديگر قابليت باربرداری ندارد در حالی که در ديوار با تير پيوند فولادی با توجه به شيب خط هنوز قابليت باربرداری وجود دارد. استفاده از اين سيستم نه تنها موجب سختی بيش از حد نمی شود.بلکه می توان با طراحی مناسب با استفاده از تير پيوند فولادی ضريب نرمی را افزايش داد. استفاده ازتير پيوند درديواربرشی باعث کاهش ممان وارد برديوارهاو باعث افزايش سختی ودرنتيجه آن کاهش جابجايی طبقات می شود.در اين ميان استفاده از تيرپيوند فولادی باتوجه به مشخصات اتلاف انرژی بالاترمفيد است. از نقطه نظر معماری نيز به دليل اينکه اين تيرها نسبت به تيرهای بتنی از ابعاد کوچکتری برخوردارند می توانند در مکانهايی که از نظر ابعاد نمی توان از تيرهای عميق بتنی استفاده کرد ،از اين تيرها استفاده کرد. برای اينکه سيستم رفتار مناسبی داشته باشد، طراحی به گونه ای باشد که رفتار تير به صورت برشی باشد. بهتر است که ديوار برشیها راباتيرپيوند به هم متصل کرد واگرهم درتمام طبقات اين کارمقدور نيست استفاده ازاين تير در 55-.6. ارتفاع سازه بهترين مکان برای اجرای تير پيوند به لحاظ کاهش جابجايی وممان وارد به ديوارها می بلشد.ابعاد تيرپيوند درکاهش جابجايی سازه وممان وارد برديوارها تاثير زيادی دارد .با توجه به آناليز تحت بار متناوب نيز مشاهده شد که رفتار تير فولادی نسبت به تير بتنی از لحاظ سختی ،مقاومت واتلاف انرژی بسيار مناسب تر است.وجود سخت کننده ها در تير فولادی باعث می شود که از مقاومت پس کمانش تير نيز استفاده شود.وباعث افزيش اتلاف انرژی شود.

5-1-نتيجه گيری نهايی   91

5-2-پيشنهادهايی برای پژوهشهای آينده       92

منابع وماخذ   93

فهرست جدول

1-1–ضرايب ترک خوردگی برای ديوار 14

1-2-جزييات تير پيوند  20

1-3-خواص بتن  20

1-4-نتايج آزمايش ديوار برشی کوپله بتنی 23

1-4-نيروی توزيع شده بولتها      29

1-5-مشخصات نمونه های آزمايش    35

1-6-مشخصات نمونه های آزمايش  35

2-1-مشخصات بتن    45

2-2-مشخصات آرماتور  46

2-3-مشخصات آرماتورها    53

2-4-مشخصات بتن     53

3-1–توزيع نيروی برشی در طبقات        58

3-2- توزيع نيروی برشی در طبقات        59

3-3- توزيع نيروی برشی در طبقات        60

3-4- توزيع نيروی برشی در طبقات        62

3-5- توزيع نيروی برشی در طبقات        63

3-6- توزيع نيروی برشی در طبقات        64

3-7- توزيع نيروی برشی در طبقات        65

3-8- توزيع نيروی برشی در طبقات        66

3-9- توزيع نيروی برشی در طبقات        67

3-10- مشخصاتمقاطعديواربرشیوتيرپيوندحاصلازآناليزبابرنامه ETABSا   71

3-11- -نيروی برشی توزيع شده در طبقات  73

3-12- ابعاد ديوار وتير پيوند بتنی 82

4-1- مشخصات آرماتورها  82

4-2- مشخصات بتن    82

فهرست شکلها

1-1- تغيير شکل ديواربرشی کوپله تحت اثر بارجانبی    8

1-2- تاثير عمل پيوند بر روی جابجائی بام 9

1-3- تغييرات جابجايی جانبی ديواربرشی کوپله نسبت به تغييرات   9

1-4- وزن فولاد و بتن مورد نياز بصورت تابعی از CR برای يک سازه ١٢ طبقه     10

1-5- تصوير شماتيک ديواربرشی کوپله با نسبتهای پيوند متفاوت  11

1-6- روش هايی برای مدل کردن ديوار برش های HCWا    12

1-7- مدل ديواربرشی کوپله ترکيبی HCWا    13

1-10- جزييات آرماتورگذاری برای نمونه2 CB1,CBا     20

1-11- -پليت فولادی وجزييات قرارگيری بولتها 21

1-12- نحوه قرار گيری LVDI و گيج ها در نمونه3 CBا    21

1-14- تصوير نحوه آزمايش ديوار برشی کوپله بتنی   22

1-15- تصوير نحوه آزمايش وبارگذاری ديوار برشی کوپله بتنی  23

1-16- پاسخهای هيسترتيک بار –زاويه دوران 24

1-17- اتلاف انرژی  25

1-18- کاهش سختی نسبت به جابجايی  26

1-19- مدهای شکست نمونه ها 27

1-20- نيروهای داخلی مقطع-زاويه دوران 28

1-21- مدهای کمانش موضعی پليت فولادی خارجی در2 CB3,CBا     29

1-22- مدل بتن برای مدلسازی عددی 31

1-23- چندين نوع از تيرهای پيوند با جزئيات متفاوت   35

1-24- رفتار ديوار برشی کوپله ترکيبی 36

1-25- جزييات تيرهای پيوند واتصال تير پيوند به ديوار 38

1-26- مشخصات مصالح بتن وفولاد 39

1-27- تصويری شماتيک ازنحوه انجام آزمايش 40

1-28- تاريخچه بارگذاری 40

1-29- منحنی هيسترزيس بار –زاويه دوران 41

1-30- توزيع تنش درناحيه اتصال تير پيوند به ديوار 44

2-1- تصوير ی شماتيک از نحوه آزمايش   47

2-2- هندسه مدل ديواربرشی کوپله باتير پيوند عميق  48

2-3- رفتار بار –تغيير شکل جانبی نمونه آزمايش 49

2-4- نحوه مدلسازی فولاد12 Tا       49

2-5- نحوه مدلسازی رفتار فشاری بتن   50

2-6- مدل رفتار فشاری بتن   50

2-7- مدل رفتار کششی بتن    50

2-8- -آرماتور گذاری مدل    51

2-9- مدل مش بندی شده 51

2-10- -نتيجه مدل آزمايشگاهی   51

2-11- نتيجه مدلسازی عددی    5

2-12- تصوير هندسی مدل       52

2-13- مشخصات فولاد 52

2-14- مشخصات بتن  52

2-15- تصوير شماتيک نحوه آزمايش   53

2-16- آرماتور گذاری مدل 53

2-17- مدل مش بندی شده 53

2-18- مدل تحليلی اجزا محدود 54

2-19- زاويه چرخش در مقابل برش مدل آزمايشگاهی  54

2-20- زاويه چرخش در مقابل برش نمونه مدلسازی شده  55

2-21- تصويری شماتيک از آزمايش  56

2-22- تاريخچه بارگذاری  56

2-23- مدل مش بندی شده   57

2-24- مدل آرماتور در ديوار 57

2-25- خردشدگی نمونه    57

2-26- انرژی تلف شده بدست آمده از نتايج آزمايشگاهی      58

2-27- انرژی تلف شده بدست آمده از نتايج مدلسازی عددی  58

3-1- سازه ١٢ طبقه مدل شده با ETABSا      60

3-2- مدل قاب معادل ديواربرشی کوپله 60

3-3- تغييرات جابجايی بام نسبت به نسبت پيوند 70

3-4- تغييرات پريود طبيعی سازه نسبت به نسبت پيوند 70

3-5- -تغييرات لنگر وارد بر ديوار نسبت به نسبت پيوند   70

3-6- تغييرات نيروی محوری وارد بر ديوار نسبت به نسبت پيوند 71

3-8- مشخصات هندسی مدل سازه ١٢ طبقه    72

3-9- توزيع نيروی جانبی درطبقات 75

3-10- مدل تحليلی ديوار برشی 75

3-11- نمودار رفتار آرماتور 76

3-12- نمودار رفتار فولاد 76

3-13- نحوه معرفی رفتار فشاری بتن  77

3-14- مدل رفتار کشش بتن  74

3-15- مدل رفتار فشاری بتن    74

3-16- شکل تغيير شکل يافته ديوار با تير پيوند بتنی 75

3-17- شکل تغيير شکل يافته ديوار با تير پيوند فولادی   75

3-18- نمودار جابجايی در مقابل برش پايه ديوار با تير پيوند بتنی 76

3-19- نمودار جابجايی در مقابل برش پايه ديوار با تير پيوند فولادی 76

3-20- مقايسه رفتار تير پيوند بتنی وفولادی 76

3-21- تير پيوند طبقات7-12         78

3-22- تير پيوند طبقات 1-6      78

4-1- نمودار رفتار آرماتور   80

4-2- نمودار رفتار فولاد 80

4-3- معرفی رفتار فشاری بتن  81

4-4- نمودارهای رفتاری بتن در کشش 81

4-5- جزييات ديواربرشی 81

4-6- تصوير شماتيکی از آزمايش 86

4-7- تاريخچه بارگذاری 83

4-8- مدل مش بندی شده 83

4-9- مدل آرماتور در ديوار 83

4-10- خرد شدگی بتن     84

4-11-نمونه1      85

4-12-نمونه2           85

4-13- مدل مش بندی شده نمونه1       86

4-14- مدل مش بندی شده نمونه2       86

4-15- تير پيوند بدون سخت کننده     87

4-16- تير پيوند با سخت کننده    87

4-17- رفتار هيسترزيس تير نمونه1     88

4-18- رفتار هيسترزيس تير نمونه2      88

4-19- رفتار هيسترزيس تير نمونه بتنی  88

4-20- انرژی تلف شده نمونه1     89

4-21- انرژی تلف شده نمونه2       89

4-22- مقايسه انرژی تلف شده در دو نمونه 89

4-23- مقايسه انرژی تلف شده در دو نمونه فولادی ونمونه بتنی 90


ABSTRACT

 In this study, at first a pre-designed concrete link beam of a coupled shear walls system, tested previously under cyclic loading, has been analyzed by Finite Element Modeling (FEM). Then it has been substituted by a steel link beam, and the analyses have been repeated, to find out the differences between the hysteretic behavior of the concrete link beam with that of the steel link beam, designed with the same loading. In FEM (verified by analyzing some test samples) 8-node elastoplastic solid elements have been used. For the concrete link beams the material has been of ‘concrete damage plasticity’ type, and for the steel link beams the multi-linear elastoplastic material model has been used. The steel reinforcement bars in concrete elements have been modeled as ‘truss’ element. The steel link beams have been considered once without stiffeners and once with them to see how they improve its behavior. The embedded length of the steel link beams in the concrete walls has been considered long enough to be able to assume that no sliding occurs between the steel beam and its surrounding concrete. Numerical results show that in case of steel link beams the hysteretic loops does not show any pinching effect, and therefore these link beams are better in seismic energy absorption. The amount of energy absorption can be more than 3 times in comparison with the concrete link beams


مقطع : کارشناسی ارشد

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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf وسفارش word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید