مقدمه

ایجاد بازشو به صورت ردیف قایم در یک دیوار برشی ،دیوار 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 تحلیل دیوارهای برشیکوپله،می توان از تیرپیوند صرفنظر کرده وهر دیوار 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 قایم ناشی از وجود تیرهای اتصالی در دیوار برشیکوپله به ابعاد تیرها ونحوه اتصال آنها بستگی دارد .وجود تیرهای اتصالی باعث افزایش سختی جانبی وکاهش تنشها در دیوار می شود،هرچه سختی تیرهای اتصالی بیشتر باشد ،سهم نیروی محوری دیوارها در تحمل بارهای جانبی اعمالی افزایش می یابد.درصورت عدم اجرای تیر پیوند در تمام طبقات اجرای تیر پیوند درطبقه بهینه باعث کاهش چشمگیری در تغییر شکل وممان وارده به دیوارها خواهد شد. تیرهای پیوند در سه گروه طبقه بندی می شوند : کوتاه ، متوسط و بلند، که این بستگی به خواص هندسی آنها دارد. وقتی که معماری اجازه دهد ، تیرهای پیوند کوتاه که بصورت برشی عمل می کنند استفاده می شود و اگر معماری اجازه ندهد از تیرهای پیوند بلندتر استفاده می شود که مکانیسم جذب انرژی آنها بصورت ایجاد مفاصل خمشی است. مکانیسمی که شامل تغییر شکل برشی تیر پیوند است معمولاً شکل پذیرتر از رفتار خمشی است. عمل پیوند وبه طور ویژه استفاده از تیر پیوند فولادی نتایج زیر را دارد. ١-باعث کاهش لنگر اعمال شده به هر دیوار می شود ودرنتیجه باعث افزایش بازدهی سیستم می شود. ٢-تیر پیوند فولادی با تغییر شکل خمیری زیادی که می تواند تحمل کند انرژی لرزه ای زیادی را اتلاف می کند. ٣- سیستم دیوار برشی کوپله دارای سختی جانبی زیادی نسبت به مجموع سختی دو دیوار بدون تیر پیوند هستند.در مطالعه ارائه شده باتوجه به استفاده تیر پیوند در طبقات متفاوت وبررسی نتایج بدنبال موثرترین طبقه هستیم وآن را طبقه بهینه معرفی می کنیم.سپس به بررسی نتایج استفاده از تیر پیوندبا مشخصات متفاوت در تمامی طبقات می پردازیم.در ادامه برای صحت مدلهای اجزا محدود چند نمونه آزمایشگاهی را مدلسازی ونتایج حاصل از مدلسازی را با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می کنیم. در مرحله بعد سازه ١٢طبقهای را با برنامه ETABS مدلسازی کرده وتغییر مکان هدف را بدست می آوریم،وبا همین برنامه تیرهای پیوند ودیوار برشی را طراحی می کنیم.سپس باتوجه به نیروهای طراحی تیرهای پیوند تیرهای پیوند فولادی راطراحی می کنیم.سپس در دو مدل جداگانه دیوار برشی کوپله با تیر پیوند فولادی ودیوار برشی کوپله باتیر پیوند بتنی را با برنامه ABAQUS مدلسازی می کنیم وتحت آنالیز پوش اور قرار می دهیم ونتایج را بررسی می کنیم. در مرحله بعد تیرپیوند بتنی دیوار برشیکوپله با تیر پیوند بتنی که آزمایش ومدلسازی شده است را تعویض وبه جای آن تیر پیوند فولادی قرار می دهیم وتحت بارگذاری قرار می دهیم درنهایت نتایج را باهم مقایسه می کنیم.که درنتیجه اتلاف انرژی بالا ورفتار بهتری از تیر پیوند فولادی دیده می شود.

فهرست مطالب

چکیده 1

مقدمه 2

فصل اول:کلیات

1-4-2-1-مدل قاب معادل

برای استفاده از این مدل چند قید وجود دارد. برای آنالیز خطی: المان هایی که استفاده می شوند باید برای خمش و سختی برشی برای هر دو المان تیر و دیوار در نظر گرفته شوند. برای آنالیز غیر خطی: المان باید دقیقاً نمایانگر سختی و مقاومت برشی و خمشی بعلاوه ظرفیت تغییر شکل در اعضاء در نظر گرفته شده اشد.بعلاوه روابط اندرکنش بار محوری – ممان (P-M) باید برای المان ها تعریف شده باشد و بتوان تأثیر این اندر کنش را در نظر گرفت.مدل ها همچنین باید نمایانگر رفتار غیر متقارن شکل دیوار با سختی متفاوت، مقاومت و ظرفیت تغییر شکل در راستاهای متفاوت (روابط اندر کنش غیر متقارن P-M) باشند.برای مدل های غیر خطی سیکلیک ، مدل باید همچنین نشانگر افت مقاوت وسختی در بارگذاری های معکوس باشد. دو روش معمول برای مدل رفتار مقطع عرضی عبارتند از: مدل مقطع برآیند و مدل فیبر مقطع روش مدل مقطع برآیند، تعریف مقطع را به طور ضمنی در ترم های ممان –انحناء، بار محوری- کرنش محوری ، و غیره انجام می دهد. در روش مدل فیبر مقطع، مقطع به تعدادی فیبر تجزیه می شود که این نواحی لازم نیست هم اندازه باشند و تنش برروی مقطع انتگرال گیری می شود تا نیرو یا ممان بدست آید.برای بال های دیوار، عرض موثر بال باید برای آنالیز مقاطع تعیین شود.شکل ٧-١ یک مدل جایگزینی برای HCWs را نشان می دهد.در این مدل از المان های تیرو ستون برای تیر پیوند و دیوار استفاده شده است. یک رابط صلب نیز برای نشان دادن ابعاد دیوار 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 آزمایشگاهی مدل می شود.در شکل ۴-٢ نحوه مدلسازی فولاد T12 نشان داده شده است.در این 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 این 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 این نمونه انجام می شود.در شکل زیرتصویر مدل نشان داده شده است.در شکل ۴و۵ مش بندی مدل وآرماتورگذاری دیده می شود.

2-1-آنالیزغیرخطیاجزاءمحدودتیرپیوندعمیق        45

2-2-آنالیز غیرخطی اجزاءمحدود دیوار برشی کوپله بتنی تحت بارهای متناوب 50

2-3-بدست آوردن اتلاف انرژی با آنالیز غیرخطی 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 :آنالیز استاتیکی غیر خطی(pushover analysis)

3-2-1-بدست آوردن تغییر مکان هدف

یکی از روش هایی که برای تعیین تغییر مکان هدف در دیافراگم های صلب به کار می رود روش توضیح داده شده در FEMA-356 است.در این روش ابتدا باید یک تحلیل استاتیکی غیر خطی انجام شود ومنحنی برش پایه در برابر در مقابل جابجایی جانبی نقطه کنترل به دست آورده شود .از روی منحنی پوش آور به دست آمده ویکسری ضرایب دیگر معرفی شده می توان تغییر مکان هدف را به دست آورد. به طور کلی اگر منظور محاسبه تغییر مکان هدف با استفاده از محاسبات دستی باشد،ابتدا باید منحنی پوش آور سازه معین گردد وبرای به دست آوردن منحنی پوش آور لازم است تغییر مکان هدف به برنامه معرفی شود. بنابراین روند فوق تکراری است واحتیاج به چند بار سعی وخطا دارد. ویرایش های جدید SAP2000 قابلیت محاسبه تغییر مکان هدف به صورت اتوماتیک دارند. بر اساس FEMA-356 ودستورالعمل بهسازی تغییر مکان هدف برابر است

3-1-بررسی نسبت پیوندبررویرفتاردیواربرشی کوپله          57

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

3-3-مدلسازیاجزاءمحدود دیوار برشی با تیر پیوند بتنی وتیر پیوند فولادی 72

3-4-مدلسازی دیوار 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 ومقایسه نتایج

نتایج:

 ١-با مقایسه بین تیرپیوند فولادی وتیرپیوند بتنی مشاهده میشودکه اتلاف انرژی تیر پیوند فولادی نسبت به تیر بتنی بیشتر است .

2-بامقایسه بین پاسخ های هیسترزیس تیرپیوند بتنی وفولادی مشاهده می شود،که تیر پیوند فولادی پاسخ های هیسترزیس پایدارتری نسبت به تیر پیوند بتنی دارد

 ٣- بامقایسه بین اتلاف انرژی تیرپیوند بتنی وفولادی مشاهده می شود،که تیر پیوند فولادی اتلاف انرژی بالاتری نسبت به تیر پیوند بتنی دارد.

4-1-مدلسازی دیواربرشی با تیر پیوند فولادی  80

4-2-مقایسه نتایج دیوار برشی باتیر پیوند بتنی و تیر پیوند فولادی     88

مدل دیوار برشی کوپله ترکیبی

مدل دیوار برشی کوپله ترکیبی

فصل پنجم: نتیجه گیری وپیشنهادات

5-1-نتیجه گیری نهایی

نتایجی که ازمباحث ذکرشده گرفته میشود عبارتند از: باتوجه به آنالیز پوش اورمشاهده میشود، دیوار برشی با تیر پیوند فولادی نسبت به دیوار برشی با تیر پیوند بتنی بهتر عمل کرده است به طور مثال در برش پایه ٣٠٠٠کیلو نیوتون مقدار جابجایی دیوار با تیر پیوند فولادی تقریبا برابر ۵٠سانتیمتر است در حالی که در همین مقدار برش پایه مقدر جابجایی برای دیوار با تیر پیوند بتنی تا یک متر پیش می رود باتوجه به نمودار در حد ذکر شده دیوار برشی با تیر پیوند بتنی دیگر قابلیت باربرداری ندارد در حالی که در دیوار با تیر پیوند فولادی با توجه به شیب خط هنوز قابلیت باربرداری وجود دارد. استفاده از این سیستم نه تنها موجب سختی بیش از حد نمی شود.بلکه می توان با طراحی مناسب با استفاده از تیر پیوند فولادی ضریب نرمی را افزایش داد. استفاده ازتیر پیوند دردیواربرشی باعث کاهش ممان وارد بردیوارهاو باعث افزایش سختی ودرنتیجه آن کاهش جابجایی طبقات می شود.در این میان استفاده از تیرپیوند فولادی باتوجه به مشخصات اتلاف انرژی بالاترمفید است. از نقطه نظر معماری نیز به دلیل اینکه این تیرها نسبت به تیرهای بتنی از ابعاد کوچکتری برخوردارند می توانند در مکانهایی که از نظر ابعاد نمی توان از تیرهای عمیق بتنی استفاده کرد ،از این تیرها استفاده کرد. برای اینکه سیستم رفتار مناسبی داشته باشد، طراحی به گونه ای باشد که رفتار تیر به صورت برشی باشد. بهتر است که دیوار برشیها راباتیرپیوند به هم متصل کرد واگرهم درتمام طبقات این کارمقدور نیست استفاده ازاین تیر در 55-.6. ارتفاع سازه بهترین مکان برای اجرای تیر پیوند به لحاظ کاهش جابجایی وممان وارد به دیوارها می بلشد.ابعاد تیرپیوند درکاهش جابجایی سازه وممان وارد بردیوارها تاثیر زیادی دارد .با توجه به آنالیز تحت بار متناوب نیز مشاهده شد که رفتار تیر فولادی نسبت به تیر بتنی از لحاظ سختی ،مقاومت واتلاف انرژی بسیار مناسب تر است.وجود سخت کننده ها در تیر فولادی باعث می شود که از مقاومت پس کمانش تیر نیز استفاده شود.وباعث افزیش اتلاف انرژی شود.

5-1-نتیجه گیری نهایی   91

5-2-پیشنهادهایی برای پژوهشهای آینده       92

منابع وماخذ   93

فهرست جدول

1-1–ضرایب ترک خوردگی برای دیوار 14

1-2-جزییات تیر پیوند  20

1-3-خواص بتن  20

1-4-نتایج آزمایش دیوار برشی کوپله بتنی 23

1-4-نیروی توزیع شده بولتها      29

1-5-مشخصات نمونه های آزمایش    35

1-6-مشخصات نمونه های آزمایش  35

2-1-مشخصات بتن    45

2-2-مشخصات آرماتور  46

2-3-مشخصات آرماتورها    53

2-4-مشخصات بتن     53

3-1–توزیع نیروی برشی در طبقات        58

3-2- توزیع نیروی برشی در طبقات        59

3-3- توزیع نیروی برشی در طبقات        60

3-4- توزیع نیروی برشی در طبقات        62

3-5- توزیع نیروی برشی در طبقات        63

3-6- توزیع نیروی برشی در طبقات        64

3-7- توزیع نیروی برشی در طبقات        65

3-8- توزیع نیروی برشی در طبقات        66

3-9- توزیع نیروی برشی در طبقات        67

3-10- مشخصاتمقاطعدیواربرشیوتیرپیوندحاصلازآنالیزبابرنامه ETABSا   71

3-11- -نیروی برشی توزیع شده در طبقات  73

3-12- ابعاد دیوار وتیر پیوند بتنی 82

4-1- مشخصات آرماتورها  82

4-2- مشخصات بتن    82

فهرست شکلها

1-1- تغییر شکل دیواربرشی کوپله تحت اثر بارجانبی    8

1-2- تاثیر عمل پیوند بر روی جابجائی بام 9

1-3- تغییرات جابجایی جانبی دیواربرشی کوپله نسبت به تغییرات   9

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

1-5- تصویر شماتیک دیواربرشی کوپله با نسبتهای پیوند متفاوت  11

1-6- روش هایی برای مدل کردن دیوار برش های HCWا    12

1-7- مدل دیواربرشی کوپله ترکیبی HCWا    13

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

1-11- -پلیت فولادی وجزییات قرارگیری بولتها 21

1-12- نحوه قرار گیری LVDI و گیج ها در نمونه3 CBا    21

1-14- تصویر نحوه آزمایش دیوار برشی کوپله بتنی   22

1-15- تصویر نحوه آزمایش وبارگذاری دیوار برشی کوپله بتنی  23

1-16- پاسخهای هیسترتیک بار –زاویه دوران 24

1-17- اتلاف انرژی  25

1-18- کاهش سختی نسبت به جابجایی  26

1-19- مدهای شکست نمونه ها 27

1-20- نیروهای داخلی مقطع-زاویه دوران 28

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

1-22- مدل بتن برای مدلسازی عددی 31

1-23- چندین نوع از تیرهای پیوند با جزئیات متفاوت   35

1-24- رفتار دیوار برشی کوپله ترکیبی 36

1-25- جزییات تیرهای پیوند واتصال تیر پیوند به دیوار 38

1-26- مشخصات مصالح بتن وفولاد 39

1-27- تصویری شماتیک ازنحوه انجام آزمایش 40

1-28- تاریخچه بارگذاری 40

1-29- منحنی هیسترزیس بار –زاویه دوران 41

1-30- توزیع تنش درناحیه اتصال تیر پیوند به دیوار 44

2-1- تصویر ی شماتیک از نحوه آزمایش   47

2-2- هندسه مدل دیواربرشی کوپله باتیر پیوند عمیق  48

2-3- رفتار بار –تغییر شکل جانبی نمونه آزمایش 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- -نتیجه مدل آزمایشگاهی   51

2-11- نتیجه مدلسازی عددی    5

2-12- تصویر هندسی مدل       52

2-13- مشخصات فولاد 52

2-14- مشخصات بتن  52

2-15- تصویر شماتیک نحوه آزمایش   53

2-16- آرماتور گذاری مدل 53

2-17- مدل مش بندی شده 53

2-18- مدل تحلیلی اجزا محدود 54

2-19- زاویه چرخش در مقابل برش مدل آزمایشگاهی  54

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

2-21- تصویری شماتیک از آزمایش  56

2-22- تاریخچه بارگذاری  56

2-23- مدل مش بندی شده   57

2-24- مدل آرماتور در دیوار 57

2-25- خردشدگی نمونه    57

2-26- انرژی تلف شده بدست آمده از نتایج آزمایشگاهی      58

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

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

3-2- مدل قاب معادل دیواربرشی کوپله 60

3-3- تغییرات جابجایی بام نسبت به نسبت پیوند 70

3-4- تغییرات پریود طبیعی سازه نسبت به نسبت پیوند 70

3-5- -تغییرات لنگر وارد بر دیوار نسبت به نسبت پیوند   70

3-6- تغییرات نیروی محوری وارد بر دیوار نسبت به نسبت پیوند 71

3-8- مشخصات هندسی مدل سازه ١٢ طبقه    72

3-9- توزیع نیروی جانبی درطبقات 75

3-10- مدل تحلیلی دیوار 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 تغییر شکل یافته دیوار با تیر پیوند بتنی 75

3-17- شکل تغییر شکل یافته دیوار با تیر پیوند فولادی   75

3-18- نمودار جابجایی در مقابل برش پایه دیوار با تیر پیوند بتنی 76

3-19- نمودار جابجایی در مقابل برش پایه دیوار با تیر پیوند فولادی 76

3-20- مقایسه رفتار تیر پیوند بتنی وفولادی 76

3-21- تیر پیوند طبقات7-12         78

3-22- تیر پیوند 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- جزییات دیواربرشی 81

4-6- تصویر شماتیکی از آزمایش 86

4-7- تاریخچه بارگذاری 83

4-8- مدل مش بندی شده 83

4-9- مدل آرماتور در دیوار 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- تیر پیوند بدون سخت کننده     87

4-16- تیر پیوند با سخت کننده    87

4-17- رفتار هیسترزیس تیر نمونه1     88

4-18- رفتار هیسترزیس تیر نمونه2      88

4-19- رفتار هیسترزیس تیر نمونه بتنی  88

4-20- انرژی تلف شده نمونه1     89

4-21- انرژی تلف شده نمونه2       89

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

4-23- مقایسه 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