انتخاب صفحه

چکیده

با توجه به مزایای دیوار برشی فولادی نسبت به دیگر سیستمهای مقاوم در برابر نیروهای جانبی، لازم است مطالعاتی جهت مشخص شدن بهتر عملکرد این نوع سیستم انجام گیرد. در گذشته مطالعات زیادی، چه به صورت تحلیلی و چه به صورت تجربی، روی این دیوارها صورت گرفته که کمتر به رفتار غیرخطی آنها توجه شده است. این در حالی است که در واقعیت، ممکن است قسمتهایی از سیستم وارد ناحیه غیرخطی شود. لذا، لازم است تا رفتار غیر خطی این دیوارها و همچنین قابهای فلزی مجهز به آنها مطالعه شود. این کار، هم به صورت تجربی و هم به صورت عددی، قابل اجرا می باشد. در این پروژه، بوسیله روش عددی اجزا محدود، با مدل سازی این نوع سیستم ها در نرم افزار، رفتار آنها تحت اثر بارهای یک سویه و متناوب مورد بررسی قرار گرفته است. سیستمی که در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته، یک دیوار برشی فولادی، ابداعی استاد راهنمای همین پروژه، می باشد که در ان از سیستم خاصی جهت بهبود عملکرد استفاده شده است. روند کار در این پروژه بدین صورت است که ابتدا نمونه آزمایشگاهی که قبلاً توسط دانشجوی دیگری بر روی آن آزمایش تحت بارگذاری یک سنسویه و متناوب صورت گرفته، به صورت عددی در نرم افزار اجزاء محدود مدل سازی و صحت سنجی گردید. سپس با توجه به پارامترهایی که از مدل سازی نمونه آزمایشگاهی بدست آمد، دیوار برشی ابتکاری در قاب خمشی یک دهانه ی یک – طبقه قرار گرفته و رفتار آن درون قاب، تحت اثر بارهای یک سویه و متناوب، مورد بررسی قرار گرفت و نتایج آن با نتایج قابهای مشابه مجهز به بادبندهای X – شکل و همچنین بدون هر نوع ملحقات (قاب تنها) مقایسه گردید. بعلاوه، مقایسه مشابهی بین سه نوع قاب دو-طبقه با همین تجهیزات (دیوار برشی، بادبند، و قاب خمشی تنها) تحت بارگذاری یک – سویه نیز صورت پذیرفت. نتایج به دست آمده، اولا، حاکی از امکان مدل سازی دقیقی رفتار این نوع دیوارها به کمک نرم افزارهای موجود می باشد. به علاوه، پیش بینی رفتار مجموعه قاب و دیوار، و همچنین مقایسه آن با رفتار سیستم های مشابهی همچون قاب مجهز به مهاربند از نوع X، و قاب خمشی، نشانگر عملکرد مناسب تر قاب مجهز به سیستم دیوار برشی ابداعی، در مقایسه با دو سیستم دیگر، می باشد.

کلمات کلیدی: دیوار برشی فولادی، روش اجزا محدود، رفتار غیرخطی، استهلاک انرژی، بارگذاری یک سویه

فهرست مطالب

چکیده 2

فصل اول:مقدمه واهداف

۱-۱- مقدمه

روشهای مختلفی برای مقابله با نیروهای جانبی مؤثر بر یک سازه (در اثر باد یا زلزله) وجود دارد. سیستمهای مقاوم در مقابل نیروهای فوق شامل قاب خمشی، قاب مهاربندی، دیوار برشی و یا ترکیبی از آنها می باشند. قاب خمشی به عنوان سیستم مقاوم در مقابل نیروهای جانبی، برای شکل پذیری کافی نیاز به اجرای جزییات زیادی دارد، این جزییات از لحاظ اجرایی غالباً دست و پاگیر بوده و در صورتی می توان از اجرای دقیق آنها مطمئن شد که کیفیت اجرا و نظارت بالا باشد.از نقطه نظر اجرایی، دیوار برشی فولادی سیستمی بسیار ساده بوده و هیچ گونه پیچیدگی خاصی در اجرای آن وجود ندارد. از این رو مهندسان، تکنسین ها و کارگران فنی با داشتن دانش فنی موجود و بدون نیاز به کسب مهارت جدید می توانند آن را اجرا نمایند. دقت انجام کار در حد دقتهای متعارف در اجرای سازههای فولادی بوده و با رعایت آن، ضریب اطمینان اجرایی، به مراتب بالاتر از دیگر انواع سیستم ها میباشد. همچنین با توجه به امکان ساخت قطعات این سیستم در کارخانه و نصب آن در محلی، سرعت اجرای سیستم بالا بوده و از هزینه های اجرایی، تا حدود زیادی کاسته می شود.گزارش اولیه تحقیقات انجام شده در تابستان سال ۲۰۰۰ میلادی در ازمایشگاه سازه دیویس هالی دانشگاه برکلی کالیفرنیا نشان میدهد، ظرفیت دیوارهای برشی فولادی برای مقابله با خطراتی مانند زلزله، طوفان و انفجار در مقایسه با دیگر سیستمها، مثل قابهای ممان گیر ویژه حداقل ۲۵٪ بیشتر می باشد. آزمایش های مذکور نشان می دهد، دیوارهای برشی فولادی دارای شکل پذیری بسیار بالایی هستند. این سیستم از نظر سختی برشی از سختترین سیستمهای مهاربندی که X شکل می باشد، سخت تر بوده و با توجه به ایجاد بازشو در هر نقطه از آن، کارایی همه سیستم های مهاربندی را از این نظر دارا میباشد.همچنین رفتار سیستم در محیط پلاستیک و میزان جذب انرژی آن نسبت به سیستمهای مهاربندی بهتر است. در این سیستم به علت گستردگی مصالح و اتصالات، تعدیل تنش ها به مراتب بهتر از سیستمهای مقاوم دیگر در برابر بارهای جانبی، صورت گرفته و رفتار سیستم بخصوصی در محیط پلاستیک مناسبترمیباشد. علاوه بر موارد فوق به دلیل اینکه میزان جابجایی جانبی این نوع دیوار برشی نسبت به مشابه بتنی خود کمتر است، در ساختمانهای بلند، بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.دیوارهای برشی فولادی با وجود سختی و شکل پذیری مناسب، دارای معایبی چون کمانش در محدودهی ارتجاعی و یا وجود تنش های پسماند در اثر جوشکاری سخت کنندهها می باشند. بنابراین برای کاهش معایب مذکور، مناسب ترین گزینه استفاده از ورقهای موج دار به علت عملکرد مناسب لرزهای آنها میباشد. مطالعاتی که بر روی دیوارهای برشی فولادی تقویت شده صورت گرفته، نشان میدهند که تقویت یک دیوار برشی فولادی بوسیله سخت کنندههای متداول افقی و قائم، باعث بهبود رفتار غیرخطی آن میگردد. لکن استفاده از این سخت کننده ها که عمدتاً برای جلوگیری از کمانش برشی الاستیک ورق پر کننده بکار می روند هزینه بر و وقت گیر می باشد. نتایج آزمایش های انجام شده، نشان میدهند که سخت کننده های قطری باعث افزایش ظرفیت برشی سیستم شده و رفتار هیسترزیس و الاستیک دیوارهای برشی تقویت شده قطری، نسبت به حالت تقویت نشده آنها نیز بهبود یافته اند.

1-1-مقدمه 2

SPW استفاده شده در ساختمان 4 طبهق در سان فرانسیسکو

SPW استفاده شده در ساختمان 4 طبهق در سان فرانسیسکو

فصل دوم:تاریخچه کاربرد دیوار برشی فولادی

۲- ۱- تاریخچه استفاده از دیوار برشی فولادی

در کشورهای مختلف ۱-۱-۲- استفاده در آمریکا عموماً، در غیاب آیین نامهها برای دیوار برشی فولادی (SPW)، مهندسان برای بدست آوردن اندازه و جزییات این دیوارها به اصول مهندسی تکیه می کنند. به عنوان مثال، برای یک ساختمان ۱۶ طبقه که به منظور توسعه بیمارستان MOfTitt در دانشگاه کالیفرنیا صورت گرقت، سیستمهای مختلف سازهای در نظر گرفته شد با او ملاحظه شد که سیستم دیوار برشی فولادی بهترین سیستم برای مقابله با نیروهای لرزهای بزرگ و دارای سختی زیاد می باشد (فرض بر این است که بخش های اساسی بیمارستان دچار خسارت نشوند به طوری که بعد از زلزله نیز بتوانند خدمات رسانی خود را انجام دهند). Poland به WOSSeT در سال ۰۳ – ۲ گزارش کردند که برای مقابله با نیروی زلزله نیاز به دیوار برشی بتنی با ضخامت بیشتر از 1.2 متر می باشد که این مقدار از نظر معماری غیرقابل قبول بود. برای اطمینان از انتخاب سیستم سازهای دیوار برشی فولادی، آنالیز استاتیکی، مودال و اجزاء محدود نیز بر روی سازه انجام گرفت که نتیجتاً دیوار برشی فولادی، مناسب تشخیص داده شد. طراحی این پروژه در سال ۱۹۷۷ به پایان رسید و بعد از ۵ سال ساخت و ساز آن نیز تکمیل شد. دیوار برشی فولادی سخت شونده که در سال ۱۹۷۰ استفاده میشد طوری طراحی می شد که از کمانش ورق دیوار برشی جلوگیری شود. برای مثال دیوار برشی فولادی که برای طراحی اثرات باد بر روی HyattRegeny Hotel در دالاس استفاده شد، در جهت باریک برج از دیوار برشی فولادی استفاده شد، چرا که استفاده از مهاریند، عملکرد فضای داخلی را دچار اختلال می کرد و دیوار برشی بتنی، سرعت ساختوساز را کاهش می داد. از این رو از دیوار برشی فولادی استفاده شد. ابعاد ورقهای فولادی استفاده شده و ضخامت آن ها in 1 می باشد. نیروهای گرانش بوسیله ورقهای با ضخامت in 1 تحمل شده و به همین دلیل اندازه تیر و ستون ها کاهش یافته و باعث صرفهجویی در هزینه گردید.

2-1-تاریخچه استفاده از دیوار برشی فولادی درکشورهای مختلف  5

2-1-1-استفاده در آمریکا 5

2-1-2-استفاه در کانادا  5

2-1-3-استفاده ژاپن 11

2-2-مروری بر مطالعات دیگران     18

اتصال لینک برشی بین ستون های با فاصله کم

اتصال لینک برشی بین ستون های با فاصله کم

فصل سوم:نیروهای جانبی وسیستم های مقاوم دربرابر آنها

۳- ۱- نیروهای جانبی

اغلب نیروهای جانبی، نیروهای زندهای هستند که مؤلفه غالب نیرویی آنها در جهت افقی بر روی سازه تأثیر می گذارد. نیروهای جانبی میتواند نیروی زلزله، نیروی باد وارد به نمای ساختمان، فشار خاک وارد بر دیوارهای حایل در جلو ساحلی، یا فشار خاک وارد بر دیوارهای زیرزمین باشد. اغلب نیروهای جانبی وابسته به موقعیت جغرافیایی سازه، مواد سازهای مورد استفاده و ارتفاع و شکل سازه تغییرات شدیدی دارند. اثر نیروی دینامیکی باد و زلزله، معمولاً به صورت بار استاتیکی معادل، در ساختمانهای کوچک و با اندازه متوسط در نظر گرفته می شود. در ساختمانهای دیگر باید از قدرت تکرار کامپیوتر برای تحلیل استفاده کرد. طراحی برای بار باد و زلزله وارد بر ساختمان بسیار پیچیده می باشد. آیین نامه UBC جزییات بیشتری را برای طراحی در مقابل باد، برای بخش های مختلف آمریکا بیان می کند.

3-1-نیروهای جانبی   23

3-1-1-بارباد 23

3-1-2-بار زلزله      24

3-2-انواع دیوار برشی 25

3-2-1-دیوار برشی بتن مسلح  25

3-2-2-دیوارهای برشی مرکب 25

3-2-3-دیوارهای برشی مصالح بنایی   26

3-2-4-دیوارهای برشی فولادی 26

3-3-سیستم های مهاربندی 26

3-3-1-قاب مهار بندی شده هم محور 27

3-3-2-قاب مهاربندی شده برون محور 27

پلان طرح SPW در ساختمان فولادی Nippon

پلان طرح SPW در ساختمان فولادی Nippon

فصل چهارم:دیوارهای برشی

۱-۴- مقدمه

دیوار برشی فولادی، سیستمی مقاوم در برابر بارهای جانبی می باشد که شامل یک ورق فولادی پر کننده میباشد که به تیرها و ستونهای پیرامونی وصل می شود و در ارتفاع ساختمان ممکن است در یک یا چند دهانه نصب شود و یک دیوار طره را تشکیل دهد. دیوارهای برشی فولادی که در معرض تغییرشکل غیرالاستیک سیکلی قرار می گیرند سختی اولیه زیاد، شکل پذیری و اتلاف انرژی زیادی را از خود نشان می دهند. این خصوصیات باعث شده که برای مقاومت در برابر بارهای لرزهای مناسب باشند. دیوار برشی فولادی، نه تنها برای طراحی ساختمانهای جدید به کار میرود، بلکه برای مقاوم سازی ساختمانهای موجود نیز مؤثر می باشد. قبل از اینکه در سال ۱۹۸۰ تحقیقات بر روی دیوارهای برشی انجام شود، حالت حدی طراحی برای دیوار برشی فولادی، کمانش خارج از صفحه ورق فولادی بود. به منظور جلوگیری از کمانش دیوار برشی فولادی، مهندسان دیوارهای برشی فولادی دارای سخت کننده های سنگین را طراحی می کردند.

۴- ۲- مزایای استفاده از سیستم دیوار برشی فولادی نسبت به سایر سیستمهای مقاوم در برابر بارهای جانبی

۱- دارای وزن بسیار کمتری نسبت به دیوار برشی بتنی هستند که نتیجه آن کاهش وزن سازه و به تبع آن کاهش نیروی زلزله میباشد.

۲- با استفاده از دیوارهای پیش ساخته در کارگاه، سرعت ساخت سازه بیشتر شده و در نتیجه باعث کاهش هزینه ها میگردد.

۳- بدلیل ساخت سریع و آسان نسبت به نمونه بتنی خود، در مقاوم سازی سازههای موجود به کار میرود.

۴- به علت ضخامت کمتر نسبت به دیوار برشی بتتی، فضای کمتری را اشغال می کند.

۸-۴- روشهای انالیز ورقها

آنجا که سازههای ورقی در زمینه های مختلف مهندلسی کاربرد دارند، بنابراین ضروری است که رفتار این سازهها مانند، تغییر مکان در اثر بارهای دینامیکی و استاتیکی مختلف، تمایل سازه به پدیده تشدید و روش های تحلیل این نوع سازهها، روش تئوری الاستیسیته و روش های مرسوم می باشد. مهمترین تفاوت بین روش الاستیسیته و روشی های مرسوم این است که در روش تئوری الاستیسیته از هندسه تغییر شکل یافته برای نوشتن معادله تعادل استفاده می شود و ورق به صورت یک جسم سه بعدی در نظر گرفته می شود در حالی که در روش های مرسوم ورق در حالت دوبعدی در نظر گرفته می شود و معادلات تعادل برای حالت تغییر شکل نیافته سازه نوشته می شود. برای مثال در تئوری تیرها بر مبنای فرضیه اولر-برنولی فرضی می شود که سطح مقطع تیر دچار اعوجاج نمی شود در صورتی که در روش تئوری الاستیسیته نیازی به در نظر گرفتن چنین فرضی نمی باشد.روش تئوری الاستیسیته با استفاده از معادله تعادلی، روابط پیوستگی و روابط بین اجزا تشکیل دهنده ماده سازه را تحلیل می کند، به عبارت دیگر تغییر مکان، تنش و کرنش در هر نقطه از جسم را تحت شرایط مختلف تکیه گاهی و بارگذاری های متفاوت بدست می آورد. معادلات اساسی در تئوری الاستیسیته شامل معادلات تعادلی، رابطه کرنشی – تغییر مکان و قوانین تنش-کرنش می باشد. معادلات مذکور برای یک جسم ایزوتروپیک s الاستیک خطی کیے دارای تغییر شکل های کوچک میباشد

4-1-مقدمه   29

4-2-مزایای استفاده از سیستم دیوار برشی فولادی نسبت به سایر سیستم های مقاوم دربرابر بارهای جانبی 29

4-3-معایب دیوارهای برشی فولادی 30

4-4-نیروهایی که به دیوارهای برشی وارد میشوند 31

4-5-پارامترهای موثربررفتار دیوارهای برشی فلزی به هنگام زلزله 32

4-6-آنالیز دیوار برشی فولادی 32

4-6-1-مدل نواری 33

4-7-معرفی ورق ها 35

4-8-روشهای آنالیز ورق ها 37

4-8-1-معادلات تعادل 38

4-8-2-صفحات مستطیل شکل تحت اثر همزمان نیروهای عمود وهم راستا با سطح میانی   39

جزئیات مربوط به اتصال پای ستون ها و ورق دیوار فولادی به پی

جزئیات مربوط به اتصال پای ستون ها و ورق دیوار فولادی به پی

فصل پنجم:مستهلک کننده ای انرژی

5-۱- مقدمه

تحت تحریک زلزله، سازهها متحمل خرابی زیادی می گردند و حتی ممکن است کاملاً فرو بریزند. زلزله های اخیر در ایران، ترکیه و تایوان این مسئله را به خوبی نشان میدهند. ایده مجهز نمودن سازه به وسایل کنترل غیر فعالی، به منظور جذاب مقادیری از انرژی ورودی زلزله، اولین بار توسط کلی و همکارانش ارائه شده است. امروزه انواع مختلفی از وسایل کنترل انرژی در دنیا وجود دارند که با استفاده از مواد مختلف می تواند طیف وسیعی از سختی و میرایی مورد استفاده طراحان سازه را تأمین نمایند.در حقیقت با اعمال این سیستمها به سازه، انرژی وارده به سازه، تحت اثر زلزله به سوی این تجهیزات هدایت می شود تا این انرژی طی مکانیسم هایی، در این تجهیزات مستهلک شود. بدین ترتیب از استهلاک انرژی توسط اعضای سازهای و به تبع آن از تشکیل مفاصل پلاستیک و نهایتا از گسیختگی اعضای سازهای جلوگیری به عمل می آید. صحت این مفهوم با توجه به معادله ( ۴-۱) که رابطه بین انرژی ورودی به سازه و صورت های مختلف آن بعد از ورود به سازه را بیان می کند، به راحتی قابل درک میباشد.

۵ – ۲- ۵- میراگرهای مایع قابل کنترل

 یک نوع بسیار جالب از ابزار نیمه فعالی، سیستمهای سیالی قابل کنترلی هستند که امکان تغییر لزجت مایع در آن ها وجود دارد. یکی از نقاط قوت ابزار مایع قابل کنترل این است که این وسایل شامل قسمتهای متحرک به جز پیستون نبوده و این امر سبب می شود تا ساده و قابل اتکا باشد. دو میراگر از این نوع که در کنترل سازه مورد استفاده قرار گرفتهاند، میراگرهای دارای مایع الکترولئولوژیکال ” (ER) و میراگرهای دارای مایع مگنتورئولوژیکال ” (MR) هستند. این مایعات از ذرات معلق قطبی الکتریکی یا قطبی مغناطیسی در یک روغن معمولی تشکیل شده اند.مشخصه اساسی این مایعات، توانایی آنها در تغییرات رفت و برگشتی از حالت جریان آزاد خطی مایع لزج به یک مایع نیمه جامد با مقاومت تسلیم قابل کنترلی، در چند میلی ثانیه و تحت اثر یک میدان الکتریکی (برای مایع های ER) یا مغناطیسی (برای مایع های MR) است. شکل ۵- ۱۲ ظاهری شماتیک از این وسایل را نشان می دهد.

5-1-مقدمه 46

5-1-1-کنترل غیرفعال 49

5-1-2-جداسازی پایه 50

5-1-3-ابزار جذب انرژی غیرفعال 52

5-2-کنترل نیمه فعال 61

5-2-1-میراگرهای روزنه متغیر 62

5-2-2-ابزار کنترل سختی متغیر 62

5-2-3-میراگر جرمی تنظیم شده نیمه فعال 63

5-2-4-میراگرهای ستون مایع هماهنگ شده قابل تنظیم  63

5-2-5-میراگرهای مایع قابل کنترل 64

5-3-کنترل فعال 65

5-3-1-میراگرهای جرمی فعال 67

5-3-2-سیستم های سختی متغیرفعال   67

5-4-کنترل ترکیبی 68

دیوار برشی فولادی با سخت کننده های افقی

دیوار برشی فولادی با سخت کننده های افقی

فصل ششم:معرفی سیستم ونتایج

۱-۶- معرفی مدل

 مدلی که در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته، یک دیوار برشی فولادی می باشد که در آن از سیستم استهلاک انرژی، به صورت اصطکاکی استفاده شده است. استهلاک انرژی در این مدل به صورت اصطکاک بین اجزای مدل، پیچ با نبشی و نبشی با ورق دیوار برشی فولادی، می باشد. روند کار در این پروژه بدین و مورد بررسی قرار گرفته است در نرمافزار AbaquS مدلسازی شده و ۷erify می شود. سپس با توجه به پارامترهایی که از مدل سازی نمونه آزمایشگاهی بل السعته میآید، دیوار برشی ابتکاری در قاب خمشی قرار Verity 1, گرفته و رفتار آن درون قاب مورد بررسی قرار می گیرد. بنابراین در ابتدا مدل آزمایشگاهی میکنیم. اجزا تشکیل دهنده مدل آزمایشگاهی در شکل ۶-۱ و شکل ۶-۲ نشان داده شده است.

6-1-معرفی مدل 71

6-2-آزمایش بارگذاری 74

6-2-1-نتیجه حاصل از بارگذاری نمونه در آزمایشگاه 74

6-2-2-نتیجه حاصل از مدل سازی نمونه در نرم افزار 74

6-2-3-مقایسه نتایج بارگذاری Monoticic نمونه آزمایشگاهی ومدلسازی 78

6-3-آزمایش بارگذاری  79

6-3-1-نتیجه حاصل از بارگذاری نمونه در آزمایشگاه 79

6-3-2-نتیجه حاصل ازمدلسازی نمونه در نرم افزار 80

6-3-3-مقایسه نتایج بارگذاری نمونه آزمایشگاهی ومدل سازی شده در نرم افزار 81

6-4-بررسی رفتار سیستم دیوار برشی فولادی ومقاسه آن با سیستم های دیگر 81

6-4-1-سیستم های درنظرگرفته برای مقایسه با رفتار دیوار برشی فولادی 82

6-4-2-تاثیر پارامترهای موثر مش بندی برنتایج آنالیز   85

6-5-تعیین منحنی برای سیستم ها ومقایسه آنها 89

6-5-1-منحنی سیستم قاب خمشی    93

6-5-2-منحنی سیستم قاب خمشی با بادبندX شکل 94

6-5-3-منحنی سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی با سوراخ لوبیایی در بالا وپایین ورق فولادی 95

6-5-4-منحنی سیستم قاب خمشی با دیوار برشی  فولادی جوش شده به تیر در بالا وپایین 96

6-5-5-منحنی سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی با سوراخ لوبیایی دربالا وسوراخ دایره ای در پایین ورق  97

6-5-6-منحنی سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی با سوراخ لوبیایی درپاینی وسوراخ دایره ای دربالای ورق 98

6-5-7-منحنی سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی با سوراخ دایره ای دربالا وپایین ورق 99

6-5-8-مقایسه منحنی سیستم های باهم 100

6-6-تعیین منحنی برای سیستم ها ومقایسه آنها 101

6-6-1-بارگذاری اعمالی به سیستم قاب مهاربندی 101

6-6-2-بارگذاری اعمالی به سیستم قاب خمشی  102

6-6-3-منحنی سیستم قاب خمشی 104

6-6-4-منحنی سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی دوطرف سوراخ لوبیایی 105

6-6-5-منحنی سیستم باد بندی 106

6-6-6-مقایسه منحنی سیستم ها با هم 107

6-7-مقایسه منحی های بدست آمده از بارگذاری با بارگذاری 108

6-7-1-سیستم قاب خمشی 108

6-7-2-سیستم قاب خمشی با بادبند 109

6-7-3-سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی 110

6-8-مقایسه رفتار  دیوار برشی فولادی با سایر سیستم ها برای سازه دو طبقه 111

6-8-1-تعیین منحنی نیرو-تغییرمکان برای قاب خمشی دوطبقه 111

6-8-2-تعیین منحنی نیرو-تغییرمکان برای قاب خمشی دو طبقه با بادبند درهرطبقه 112

6-8-3-تعیین منحنی نیرو-تغییمرکان برای قاب خمشی دوطبقه با دیواربرشی فولادی درهر دوطبقه 113

6-8-4-مقایسه منحنی های قاب دو طبقه مجهز به دیوار برشی فولادی با سایر سیستم ها     114

6-9-آلبوم تصاویر تغییر شکل سازه ها بعداز مدل سازی در نرم افزار 115

6-9-1-دیوار برشی نمونه آزمایشگاهی 115

6-9-2-سیستم قاب خمشی 118

6-9-3-سیستم قاب خمشی بادیوار برشی فولادی    120

6-9-4-سیستم قاب خمشی با بادبند 122

6-9-5-قاب خمشی دوطبقه 123

6-9-6-قاب خمشسی دوطبقه با بادبند ودیوار برشی فولادی 123

فصل هفتم:نتیجه گیر وپیشنهادکارهای آتی

۷ – ۱- مقدمه

با توجه به اینکه در فصل قبل این پایان نامه، نتایج حاصل از کارهای انجام شده در این پروژه به صورت کامل و جامع مورد بحث قرار گرفت. در این فصل نتایج حاصله به صورت خلاصه آورده شده است. همچنین با توجه به تجربیات بدست آمده حین انجام این پروژه پیشنهاداتی جهت ادامه کار بر روی این موضوع آورده شده است.

7-1-مقدمه  125

7-2-نتیجه گیری  125

7-3-پیشنهاد برای مطالعات آینده 126

مراجع      127

پیوست1      130

فهرست شکلها

شکل ۲-۱: دیوار برشی استفاده شده در Htatt Regency Hotelا           6

شکل2-2:Htatt Regency Hotelا       6

شکل ۲-۳: نصب دیوار برشی فولادی    8

شکل ۲-۴: ساختمان دو طبقه با دیوار برشی فولادی   10

شکل ۲-۵: SpW استفاده شده در ساختمان ۴ طبقه در سانفرانسیسکو      11

شکل ۲-۶: جزییات مربوط به اتصال پای ستون ها و ورق دیوار فولادی به پی   12

شکل ۲-۷: دیوار برشی فولادی با سخت کنندههای افقی   13

شکل ۲-۸: دیوار برشی فولادی با سخت کنندههای افقی و قائم    13

شکل ۲-۹: اتصال لینک برشی بین ستونهای با فاصله کم       14

شکل ۲-۱۰: نمونهای از کاربرد المان های تسلیم برشی پایین،             15

شکل ۲-۱۱: پلان طرح SpW در ساختمان فولادی            16

شکل12-2: برش از برج kobe City Hallا     17

شکل ۲-۱۳: تشکیل طبقه نرم در ساختمان مجاور ساختمان Kobe CityHall ا    18

شکل ۳-۱: دیوار برشی کامپوزیت  26

شکل ۴-۱: دیوار برشی فولادی بدون سخت کننده و با سخت کننده    31

شکل ۴-۲: دیاگرام آزاد ورق جان، المان های مرزی و دیوار برشی فولادی     33

شکل ۴-۳: عملکرد میدان کششی در یک مدل نواری        34

شکل ۴-۴: تعادلی جز کوچکی از صفحه    39

شکل ۴-۵: نیروهای وارد بر المان     42

شکل ۴-۶: مقطعی از المان      42

شکل ۵-۱: نمودار انرژی جذب شده توسط هیسترزیس و میرایی در حالتی که میرایی اضافه شده باشد           47

شکل ۵-۲: عملکرد جداساز پایه ای هنگام وقوع زلزله    52

شکل ۵-۳: نمونه ای از تکیه گاه الاستومری    52

شکل ۵-۴: یک میراگر اصطکاکی از نوع Pallا     54

شکل ۵-۵: میراگر فلزی از نوع ADASا 55

شکل ۵-۶. میراگر فلزی از نوع TADASا   55

شکل7-5:مهاربند نامقید 56

شکل ۵-۸: میراگر ویسکوالاستیک      58

شکل ۵-۹: میراگر مایع ویسکوز      59

شکل ۵-۱۰: سیستم کنترل نیمه فعال        61

شکل ۵-۱۱: میراگر روزنه متغیر   62

شکل ۵-۱۲: میراگر مایع قابل کنترل         64

شکل ۵-۱۳: میراگر مایع MRا    65

شکل ۵- ۱۴: نمودار عملکردی سازه همراه با کنترل فعال     66

شکل ۵-۱۵: نمودار عملکرد سازه همراه با سیستم کنترل ترکیبی     68

شکل ۵-۱۶: سیستم فعالی – غیرفعالی میراگر جرمی تنظیم شده       69

شکل ۶-۱: اجزای مدل آزمایشگاهی      71

شکل ۶-۲: دیوار برشی فولادی نمونه آزمایشگاهی    72

شکل ۶-۳: نمونه آزمایشگاهی مدل شده     72

شکل ۶-۴: بارگذاری Monotonic نمونه آزمایشگاهی      73

شکل ۶-۵: بارگذاری Cyclic نمونه آزمایشگاهی     73

شکل ۶-۶ منحنی نیرو- جابجایی حاصل از نمونه آزمایشگاهی تحت بارگذاری Monotonic ا      74

شکل ۶-۷: پارامترهای مربوط به رابطه بین نیروی کششی مورد نیاز پیچ ها و مقدار ممان لازمه      75

شکل ۶-۸: منحنی نیرو- جابجایی حاصل از مدلسازی نمونه آزمایشگاهی با مقادیر مفروض مختلف جهت ضریب اصطکاک        77

شکل ۶-۹: مقایسه نتایج حاصل از آزمایش و مدل سازی نمونه آزمایشگاهی در نرمافزار با ضرایب اصطکاک مفروض متفاوت    78

شکل10-6:منحنی نیرو جابجایی بدست آمده از آزمایش برروی نمونه آزمایشگاهی تحت بارگذاری Cyclicا    79

شکل ۶-۱۱: منحنی نیرو- جابجایی حاصل از مدل سازی نمونه آزمایشگاهی تحت بارگذاری Cyclicا  80

شکل ۶-۱۲: مقایسه نتایج حاصل از آزمایش و مدل سازی نمونه آزمایشگاهی در نرم افزار    81

شکل ۶-۱۳: پیج استفاده شده و محل اعمال نیروی پیش تنیدگی      82

شکل ۶-۱۴: قاب خمشی با دیوار برشی فولادی جوش شده به تیرهای بالا و پایین      83

شکل ۶-۱۵: قاب خمشی مدل سازی شده       83

شکل ۶-۱۶: قاب خمشی با بادبند         84

شکل ۶-۱۷: دیوار برشی فولادی با اتصال پیچی و سوراخ لوبیایی در بالا و پایین ورق به صورت اصطکاکی    84

شکل ۶-۱۸: ورق فولادی استفاده شده در سیستم، با سوراخ لوبیایی در بالا و سوراخ دایرهای در پایین    85

شکل ۶-۱۹: ورق فولادی استفاده شده در سیستم، با سوراخ دایرهای در بالا و سوراخ لوبیایی در پایین       85

شکل ۶-۲۰: ورق فولادی استفاده شده در سیستم، با سوراخ دایرهای در بالا و پایین     85

شکل ۶-۲۱: مدل در نظر گرفته شده برای بررسی پارامترهای مش بندی      86

شکل ۶-۲۲: تأثیر اندازه مش بر نتایج        87

شکل ۶-۲۳: مقایسه تأثیر درجه تابع شکل بر نتایج    88

شکل ۶-۲۴: مقایسه تأثیر روش محاسبه بر نتایج  89

شکل ۶-۲۵: بارگذاری اعمالی برای تحلیل پوش آور         92

شکل ۶-۲۶: منحنی Push-Over سیستم قاب خمشی    93

شکل ۶-۲۷: منحنی Push-Over سیستم قاب خمشی با مهاربند Xا  94

شکل ۶-۲۸: منحنی Push-OVer سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی       95

شکل ۶-۲۹: منحنی Push-OVer سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی جوش شده به تیر در بالا و پایین       96

شکل ۶-۳۰: منحنی Push-Over سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی با سوراخ لوبیایی در بالا و سوراخ دایرهای در پایین ورق           98

شکل ۶-۳۱: منحنی Push-Over سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی با سوراخ لوبیایی در پایین و سوراخ دایرهای در بالای ورق      98

شکل ۶-۳۲: منحنی Push-Over سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی با سوراخ دایرهای در بالا و پایین ورق  99

شکل ۶-۳۳: مقایسه منحنی Push-OVer سیستمها با هم    100

شکل ۶-۳۴: بارگذاری Cyclic اعمالی به قاب مهاربندی و سیستم دیوار برشی فولادی  102

شکل ۶-۳۵: بارگذاری Cyclic اعمالی به قاب خمشی      103

شکل ۶-۳۶: منحنی HySteresis سیستم قاب خمشی  104

شکل ۶-۳۷: منحنی HySteresis سیستم قاب خمشی       105

شکل ۶-۳۸: منحنی HySteresis سیستم بادبندی  106

شکل ۶-۳۹: مقایسه منحنی HySteresis سیستمهای مختلف      107

شکل ۶-۴۰: مقایسه منحنی Push-OVer و Hysteresis سیستم قاب خمشی       108

شکل ۶-۴۱: مقایسه منحنی Push-OVer و HySteresis سیستم مهاربندی     109

شکل ۶-۴۲: مقایسه منحنی Push-Over و HySteresis سیستم قاب خمشی با دیوار برشی فولادی      110

شکل ۶-۴۳: نمودار نیرو- تغییر مکان قاب خمشی دو طبقه تحت بارگذاری Monotonic ا  111

شکل ۶-۴۴: نمودار نیرو- تغییر مکان قاب خمشی دو طبقه با بادبند X شکل 112

شکل ۶-۴۵: منحنی نیرو- تغییر مکان برای قاب خمشی دو طبقه با دیوار برشی فولادی در هر دو طبقه تحت بارگذاری    113

شکل ۶-۴۶: مقایسه رفتار دیوار برشی فولادی با سایر سیستمهای مقاوم در سازه دو طبقه     114

شکل ۶-۴۷: تنش فون-میسز در نمونه آزمایشگاهی مدل شده   115

شکل ۶-۴۸: کرنش پلاستیک در نمونه آزمایشگاهی مدل شده  115

شکل ۶-۴۹: تغییر شکل مدل بعد از مدل سازی در نرم افزار       116

شکل ۶-۵۰: کانتور تغییر مکان نمونه آزمایشگاهی بعد از مدل سازی   116

شکل ۶-۵۱: مدل تغییرشکل یافته نمونه ورق فولادی در نرم افزار  117

شکل ۶-۵۲: تنش فون -میسز در قاب خمشی  118

شکل ۶-۵۳: کرنش پلاستیک در قاب خمشی   118

شکل ۶-۵۴: کانتور تغییر مکان سیستم قاب خمشی   1119

شکل ۶-۵۵: کانتور تغییر مکان سیستم قاب خمشی  120

شکل ۶-۵۶: تنش فون -میسز در قاب خمشی با دیوار برشی فولادی 120

شکل ۶-۵۷: کرنش پلاستیک در قاب خمشی با دیوار برشی فولادی     121

شکل ۶-۵۸: تنش فون – میسز در قاب خمشی با مهاربند  122

شکل ۶-۵۹: کانتور تغییر مکان در قاب خمشی با مهاربند   122

شکل ۶-۶۰: تنش فون- میسز قاب خمشی دو طبقه      122

شکل ۶-۶۱: تنش فون -میسز قاب خمشی دو طبقه با دیوار برشی فولادی  123

شکل ۶-۶۲: تنش فون – میسز قاب خمشی دو طبقه با بادبند       123

شکل پ – ۱: محیط برنامه آباکوس   142

شکل پ – ۲: کادر محاورهای Create Sketch ا    143

شکل پ – ۳: اندازه صفحه طرح ابتدایی بر اساس اندازه تقریبی ترسیم  143

شکل بپ-۴: ورق دیوار برشی ترسیم شده در محیط Sketchا   144

شکل پ-۵: تنظیمات صورت گرفته برای مدلسازی ورق فولادی      146

شکل پ -۶: چگالی تعریف شده برای فولاد به عنوان ماده استفاده شده در مدل سازی  147

شکل پ – ۷: تعریف خواص پلاستیک ماده  148

شکل پ-۸: خواص الاستیسیته فولاد استفاده شده   149

شکل پ – ۹: مدل اسمبل شده در نرمافزار    150

شکل پ-۱۰: تنظیمات نوع تحلیل انتخاب شده     152

شکل پ – ۱۱: رابط Join و Slotا   155

شکل پ – ۱۲: بارگذاری مدل     157

شکل پ-۱۳: تنظیمات المان مورد استفاده برای مش بندی پیچ     159

شکل پ – ۱۴: مشخصات المان مورد استفاده برای پیچ    160

شکل پ-۱۵: پیچ مش بندی شده     160

شکل پ-۱۶: مدلی مش بندی شده     161

فهرست جداول

6-1-مشخصات پیچ های استفاده شده در نمونه آزمایشگاهی   76

6-2-ضریب اصطکاک بین دوسطح فولاد  76

6-3-مشصخات پیچ استفاده شده در قاب بادیوار برشی فولادی 82

6-4-اندازه مش درمدل های مختلف 86

6-5-جرم سازه های درنظرگرفته شده 91

6-6-داده های بارگذاری Cyclic برای قاب مهاربندی ودیوار برشی فولادی 101

6-7-داده های بارگذاری Cyclic برای قاب خمشی متوسط و ویژه 102

پ-1-سیستم واحدها  144


Abstract

Regarding the advantages of steel shear walls compared with other lateral loadbearing systems, the need for having better knowledge on their performance becomes more obvious. While much study, either theoretically or experimentally, have been conducted on these systems in the past, less attention has been paid to their nonlinear behaviour. This has happened where in many practical situations some parts of such systems experience nonlinearity. Therefore, it is necessary to study the nonlinear behaviour of such walls either individually or as part of a framing system. In this project, using Finite Elements Methods (FEM), the behaviour of a number of samples of an innovative steel shear wall, devised by the supervisor of this project, in which a particular mechanism was implemented to improve its performance, under monotonic and ‘cyclic loadings were studied. As a first step, the specimens of the system which were already tested by another student were modeled numerically. Following verifications of the FEM results against their experimental counterparts and making proper corrections and calibrations, a single-spanned one-story frame, fitted with the devised steel shear wall, was subjected to monotonic (push-over) and cyclic loadings. Alternatively, the same frame was fitted with X braces and was studied under same loadings. Besides, the “bare’ frame was also subjected to the two loading regimes, monotonic and cyclic. Comparison between the results of these three types of systems shows that while the frame fitted with the shear wall has much improved stiffness and strength compared to its “bare’ counterpart, yet it is not as over-stiff as the X-braced frame. Moreover, phenomena such as buckling of braces which cause a sharp drop in the strength and the stiffness of the frame, does not happen for the combination of the frame and the shear wall – multiple sequential local bucklings of the wall do not cause such sharp drops in the response of the frame and the response still remains non-fluctuating and smooth. Finally, the push-over results of single-spanned two-story frames, again as “bare, X-braced, and also fitted with the shear wall, were obtained and compared with each other.

Keywords: Steel Plate Shear Walls, Finite Element Method. Nonlinear Behavior, Energy Dissipation, Monotonic and Cyclic Loading.


تعداد صفحات فایل : 162

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 و سفارش فایل word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید