انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

کشور ایران از جمله مناطق زلزله¬خیز جهان است که هر چند وقت یک بار زلزله¬های شدیدی در آن به وقوع می¬پیوندد و متأسفانه تاکنون خسارات مالی و جانی زیادی نیز در بر داشته است. تحقیقات در زمینه علم مهندسی زلزله همواره با هدف کاهش خسارات جبران ناپذیر پدیده زلزله ادامه داشته است. با توجه به پیشرفت علوم کاربردی و توان پردازش رایانه¬ها، ایده-ها و دیدگاه¬های مهندسی زلزله نیز ارتقاء قابل توجهی پیدا کرده است. مقاوم¬سازی ساختمان-های موجود در برابر زمین¬لرزه نیز به دلیل تأثیر قابل توجهی که در نجات جان انسان¬ها دارد به صورت چشمگیری در حال گسترش است. بی¬تردید اساسی¬ترین مرحله در طراحی یا مقاوم-سازی سازه¬ها در برابر زمین¬لرزه، تعیین نیروهای لرزه¬ای در سازه¬ها می¬باشد.
یک سازه ایمن و مقاوم در برابر زمین¬لرزه در درجه اول می¬باید امنیت جانی ساکنان را فراهم ساخته و در درجه دوم خسارات مالی و اقتصادی ناشی از زلزله را کمینه سازد. برای رسیدن به این هدف باید اطمینان پیدا کرد که سازه موردنظر با پشت سر گذاشتن زمین لرزه¬هایی با شدت¬های مختلف در شرایط قابل قبولی باقی می¬ماند. بنا به تعریف یک ساختار مقاوم لرزه¬ای ساختاری است که در زلزله¬های خفیف که تقریباً به صورت مداوم به وقوع می-پیوندند بدون خسارت باقی بماند، در زلزله¬های متوسط دچار خسارات سازه¬ای نشود و خسارات غیرسازه¬ای اندکی به آن وارد شود و در زلزله¬های بزرگ که به ندرت به وقوع می¬پیوندد پایدار بماند و دچار خرابی کلی نشود، به طوری که جان ساکنین مورد تهدید قرار نگیرد ]1[. رسیدن به این اهداف نیازمند به¬کارگیری روش¬های نوین طراحی لرزه¬ای و مهندسی زلزله، استفاده از سیستم¬های باربر و مقاوم سازه¬ای و سیستم¬های ایمن غیرسازه¬ای و بهره¬گیری از تکنولوژی¬های اجرای مناسب می¬باشد.
1-2- طراحی لرزه¬ای

یک سازه در طول عمر مفید خود عموماً در معرض بارهای مختلف و ترکیبات آن¬ها قرار می-گیرد. عملکرد بارهای لرزه¬ای معمولاً عامل اساسی در طراحی سازه¬¬ها در نواحی لرزه¬خیز می-باشد. طراحی لرزه¬ای سازه¬ها با هدف تأمین مقادیر ظرفیتی مورد نیاز سازه (از جمله مقاومت، سختی، شکل¬پذیری و …)، در اعضای سازه¬ای و غیرسازه¬ای، به نحوی که با گذراندن سطح مشخصی از خطر زلزله، ساختمان با ضریب اطمینان قابل قبولی در سطح عملکردی مورد انتظار خود باقی بماند، صورت می¬گیرد.
به این ترتیب سه مفهوم اصلی در طراحی لرزه¬ای ساختمان¬ها مطرح می¬شود:
– سطح خطر زلزله
– سطح عملکرد مورد انتظار پس از زلزله
– سطح اطمینان
سطح خطر زلزله به عنوان تنها پارامتر طراحی سال¬هاست که مبنای فلسفه طراحی لرزه¬ای یک سطحی در بسیاری از آئین نامه¬های زلزله بوده است. با وقوع زلزله¬های دهه 1990 از جمله زلزله سال 1994 نورتریج و میزان خسارات بسیار زیاد ناشی از آن¬ها، تفکر طراحی لرزه¬ای بر مبنای سطح عملکرد (PBSD) با انتشار دستورالعمل SEAOC Vision 2000 ]2[ متولد شد. با توجه به طبیعت تصادفی بودن زلزله و رفتار سازه، می¬توان با تعیین حوزه اطمینان برای در نظر گرفتن احتمالات در طراحی، روش طراحی را به طراحی لرزه¬ای احتمالاتی بر مبنای سطح عملکرد تغییر داد ]3[.

به مجموعه¬ای از فرآیندهای طراحی، ارزیابی، ساخت و نگهداری سازه¬های مهندسی به طوری که سازه حاصل بتواند شدت¬های متفاوتی از ارتعاش زمین¬لرزه را با تحمل سطوح محدودی از خسارت پشت سر بگذارد، مهندسی لرزه¬ای بر مبنای سطح عملکرد گفته می¬شود. در واقع مهندسی لرزه¬ای بر مبنای سطح عملکرد شامل انتخاب سیستم سازه¬ای و هندسه مناسب، انتخاب معیارهای مناسب طراحی و ارائه جزئیات اجرایی اجزای سازه¬ای و غیرسازه¬ای، همچنین اعمال نظارت به کیفیت اجرا و عملیات مراقبت و نگهداری سازه در طول زمان است، به گونه¬ای که خسارت ایجاد شده در سازه موردنظر، در سطح مشخصی از ارتعاش پایه با حوزه اطمینان مناسب، از مقدار حدی مجاز تجاوز نکند. طراحی لرزه¬ای بر مبنای سطح عملکرد زیر مجموعه¬ای از مهندسی لرزه¬ای بر مبنای سطح عملکرد می¬باشد که به فرآیند طراحی می-پردازد. به عبارتی مجموعه اقدامات در مرحله طراحی اعم از انتخاب سطوح عملکرد، بررسی و ارزیابی ساختگاه، انتخاب الگوی طراحی، طراحی اولیه و نهایی، کنترل کفایت طرح و … به نام طراحی لرزه¬ای بر مبنای سطح عملکرد خوانده می¬شود ]4 و 3[.
فلسفه طراحی در بسیاری از آیین¬نامه¬های موجود طراحی لرزه¬ای مانند آیین¬نامه 2800 ایران ]1[، بر مبنای طراحی لرزه¬ای یک¬سطحی است. هدف طراحی در این آیین¬نامه¬ها به این صورت است که با ارائه برخی ضوابط و مقررات طراحی، سازه¬ها در برابر سطح خطر زلزله¬های معادل با احتمال وقوع 10% در50 سال، در سطحی از عملکرد که به نام ایمنی جانی شناخته می¬شود باقی بمانند. تأمین هدف عملکردی در این آیین¬نامه¬ها با انجام تحلیل¬های ارتجاعی خطی و با استفاده از روش¬های غیرمستقیمی نظیر طراحی براساس مقاومت، صورت می¬گیرد. مشخصاً این روش¬ها به علت استفاده از ابزارهای نامناسب و تقریب بسیار در فرآیند طراحی لرزه¬ای، از دقت بالایی برخوردار نبوده و اطمینانی از عملکرد مطلوب سازه و یا بهینه بودن طرح وجود ندارد.
طراحی بر مبنای سطح عملکرد تفاوت زیادی با روند طراحی یک سطحی آیین¬نامه¬ها دارد. به این صورت که در فلسفه طراحی بر مبنای سطح عملکرد امکان تنظیم سطوح مختلف عملکرد سازه برای محدوده¬های مختلفی از شدت خطر زمین¬لرزه وجود دارد. سطح عملکرد سازه را می¬توان براساس وضعیت خرابی اجزاء (ترک¬های ایجاد شده، ریخته شدن پوشش در سازه¬های بتنی، کمانش¬های محلی، ایجاد ترک در جوش در سازه¬های فولادی و…)، بر اساس وضعیت کل سازه (پایداری، جابجایی کلی و…)، براساس میزان خدمت¬دهی ساختمان پس از وقوع زلزله هدف و یا براساس میزان خسارت اقتصادی وارده بر ساختمان پس از وقوع زلزله هدف، تعیین کرد. با ترکیب سطح عملکرد مطلوب و شدت خطر زلزله یک هدف عملکرد تعیین می شود.
بروز خسارت¬های اقتصادی زیاد در زلزله¬های دو دهه اخیر، نشان داد که یک روش طراحی دقیق¬تر از روش یک¬سطحی موجود در آیین¬نامه¬های رایج ساختمانی مورد نیاز می¬باشد. میزان خسارت زلزله¬های اواخر قرن بیستم حتی در مناطقی که مقررات و ضوابط لرزه¬ای آیین¬نامه بر ساختمان¬ها حاکم می¬باشد مانند زلزله¬های لوما پرییتا ، نورتریج و کوبه بسیار بیشتر از انتظار عمومی بود و همین مسأله ضعف روش¬های آیین¬نامه¬ای موجود را به اثبات رساند ]4[. در مقابل، فلسفه طراحی لرزه¬ای بر مبنای سطح عملکرد با تعیین اهداف عملکردی برای سازه این امکان را به طراح می¬دهد که ساختمان را به منظور کنترل میزان آسیب و حفظ خدمت¬دهی در سطوح مختلف خطر تنظیم و طراحی کند.

نمودار جریانی روش تحلیل دینامیکی غیرخطی

نمودار جریانی روش تحلیل دینامیکی غیرخطی

1-1- پیش¬گفتار……………………………………………………………………. 2
1-2- طراحی لرزه¬ای……………………………………………………………… 3
1-3- مهندسی لرزه¬ای بر مبنای سطح عملکرد………………………………. 4
1-3-1- چارچوب کلی طراحی لرزه¬ای بر مبنای سطح عملکرد………………. 7
1-3-2- شکل¬پذیری (Ductility)ا………………………………………………. 10
1-3-3- شاخص آسیب…………………………………………………………… 11
1-4- سیستم باربر لرزه¬ای……………………………………………………. 14
1-5- روش¬های مختلف تحلیل غیر ارتجاعی………………………………… 15
1-5-1- تحلیل دینامیکی غیرخطی……………………………………………. 16
1-5-2- تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون…………………………………. 17
1-5-2-1- توصیف تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون……………………… 17
1-5-2-2- برخی از روش¬های تحلیل استاتیکی غیرخطی……………….. 19
1-5-2-3- شکل توزیع بار جانبی در ارتفاع ساختمان ………………………..21
1-6- معیارهای زوال (Failure Criteria)ا………………………………………. 25
1-7- بیان مسئله و هدف تحقیق………………………………………………. 26
1-8- روند دستیابی به هدف تحقیق …………………………………………..26
1-9- خلاصه ……………………………………………………………………….28

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

فصل دوم: تاریخچه تحقیقات گذشته

در حوالی سال 1990، مسئلۀ ارزیابی و تقویت ساختمان¬های موجود در برابر نیروهای لرزه¬ای مطرح شد. آیین¬نامه¬هایی که برای طراحی ساختمان¬های جدید مورد استفاده قرار می¬گرفتند، قادر به حل این مسئله، یعنی ارزیابی سازه¬های موجود نبودند. به این ترتیب ایدۀ طراحی بر اساس سطح عملکرد مطرح گردید و بعضی از پژوهشگران تحقیقات خود را به این سمت هدایت کرده و با به¬کارگیری پژوهش¬های گذشته در رابطه با آسیب¬های لرزه¬ای، تحلیل¬های غیرخطی و مدل¬سازی رفتار سازه¬ها، سعی در ارائه روش¬هایی برای ارزیابی سازه¬های موجود نمودند. در سال 1992، بنیاد مدیریت بحران فدرال آمریکا (FEMA) برای کاهش خطرات ناشی از زلزله در رابطه با سازه¬های موجود، تهیۀ مجموعه¬ای از شیوه¬ها و راهکارها برای طراحی بر اساس سطح عملکرد را در دستور کار خود قرار داد. با انتشار مجموعۀ FEMA 273 ]6[ تحت عنوان «رهنمودهایی برای بهسازی لرزه¬ای ساختمان¬ها» و مجموعۀ مکمل آن FEMA 274 ]5[، این فعالیت به اوج خود رسید. همزمان با فعالیت¬های FEMA، انجمن مهندسان سازه کالیفرنیا نیز با فعالیت در این زمینه، اقدام به انتشار مجموعه Vision 2000 ]2[ تحت عنوان «مهندسی لرزه¬ای بر اساس سطح عملکرد برای ساختمان¬ها» نمود؛ که یک چارچوب طراحی لرزه¬ای بر اساس سطح عملکرد برای طراحی ساختمان¬های جدید را توصیف می¬نمود.
فرآیندهای اولیۀ تولید شده در مجموعه¬های فوق¬الذکر، مفهوم عملکرد را در ترم¬هایی از سطوح عملکردِ تعریف شدۀ مجزا، تحت نام¬هایی که تمایل به جلوگیری از وقوع میزان مشخصی از آسیب را دارند، تعریف نمودند: “عدم فروریزی”، “عدم تلفات جانی”، “بهره-برداری بی درنگ”، و “در حال بهره¬برداری یا فعال”. در این مجموعه¬ها، مفهوم عملکرد هم به آسیب سازه¬ای و هم آسیب غیرسازه¬ای مرتبط شده و اهداف عملکرد به صورت مرتبط کردن این سطوح عملکرد به یک میزان مشخصی از خطر زلزله تعریف شده است. در این مجموعه-ها، روش¬های تحلیلی با سطوح مختلفی از پیچیدگی که بتوان توسط آنها پاسخ سازه را شبیه-سازی نمود، ارائه شده و همچنین مجموعۀ گسترده¬ای از رهنمودها در رابطه با فنون تحلیل غیرخطی و معیارهای پذیرش فراهم آورده شده است.
بعدها FEMA با هدایت بیشتر تحقیقات در راستای بهبود طراحی بر اساس سطح عملکرد، اقدام به انتشار مجموعۀ FEMA 356 ]7[ نمود؛ که نسخۀ بهبود یافته FEMA 273 ]6[ به شمار می رود و در حال حاضر از آن جهت بهسازی لرزه¬ای ساختمان¬های موجود استفاده می-شود. با توسعۀ فرآیندهای طراحی بر اساس سطح عملکرد و آشنایی مهندسان با این مفهوم، طراحی بر اساس سطح عملکرد، اهمیت ویژه¬ای در کارهای عملی مهندسی پیدا نمود و استفاده از روش های تحلیل غیرخطی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت که منجر به انتشار مجموعه FEMA 440 ]11[ شد. در سال 2006، با وجود فعالیت¬های زیادی که در رابطه با طراحی لرزه‌ای بر اساس سطح عملکرد صورت گرفته بود، به علت وجود خلاء هایی که هنوز در رابطه با این روش طراحی وجود دارد، FEMA اقدام به انتشار مجموعه FEMA 445 ]8[ نمود که در آن چشم¬انداز تحقیقات آتی در رابطه با طراحی لرزه¬ای بر اساس سطح عملکرد در قالب یک برنامه مشخص شده است.
ارزیابی عملکرد یک سازه شامل مراحل مختلفی است که هر مرحله به صورت مجزا قابل پژوهش بوده و پژوهشگرانِ زیادی در رابطه با هر مرحله به تحقیق پرداخته¬اند: مهندسی زمین¬شناسی و لرزه¬شناسی ، دینامیک خاک ، دینامیک سازه ، مکانیک مواد و غیره. بعضی از محققان نیز با تلاش برای برقرار کردن ارتباط بین این پژوهش¬های مجزا، سعی در ارائه روش¬هایی برای طراحی بر اساس سطح عملکرد داشته‌اند. بدین ترتیب اگر نظر بر ارائه تحقیقات موجود در همۀ زمینه¬های فوق را باشد، بحث بسیار وسیع و گسترده خواهد بود. لذا در اینجا تنها با اشاره به بعضی پژوهش¬های انجام شده در مراحل مختلف، تحقیقات مرتبط با اهداف این پایان¬نامه دنبال خواهد شد. در مرجع شماره ]21[ تا حدودی تاریخچه پژوهش¬های مجزا در مراحل مختلف و همچنین تاریخچه تحقیقات مرتبط کننده این مراحل، مورد بررسی قرار گرفته است.

2-2- شاخص آسیب

شاخص آسیب از جمله موضوعات مهم در زمینۀ طراحی لرزه¬ای بر اساس سطح عملکرد است که مورد توجه پژوهشگران قرار دارد. این شاخص¬ها در مقالات مختلفی از جمله مقالات کوسنزا و همکارانش (1993) ]22[؛ ویلیامز و سکسمیت (1995) ]23[؛ غباراه و همکارانش (1999) ]24[؛ تران-گیلمور و جیرسا (2005) ]25[ مرور شده¬اند و به طور واضح نیاز به شاخص¬های آسیب بهتر را مورد تأکید قرار می¬دهند. همان¬طور که قبلاً ذکر شد، شاخص¬های آسیب به دو دسته موضعی و کلی تقسیم می¬شوند. در ادامه برخی تحقیقات صورت گرفته روی این دو نوع شاخص به اختصار بررسی می¬شود.

2-1- پیش¬گفتار…………………………………………………………………… 31.
2-2- شاخص آسیب……………………………………………………………….. 33
2-2-1- شاخص¬های آسیب موضعی…………………………………………… 33
2-2-2- شاخص¬های آسیب کلی……………………………………………….. 36
2-2-3- بررسی مقایسه¬ای چند شاخص آسیب………………………………. 39
2-3- معرفی روابط مربوط به چند شاخص آسیب شناخته شده……………….. 42
2-3-1- شاخص آسیب پارک و انگ………………………………………………… 42
2-3-2- شاخص آسیب شکل¬پذیری برای مقاطع……………………………….. 43
2-3-3- شاخص آسیب شکل¬پذیری برای قاب¬ها…………………………….. 44
2-3-4- شاخص آسیب انرژی……………………………………………………….. 45
2-3-5- شاخص آسیب خستگی Low-Cycleا……………………………………. 46
2-3-6- شاخص آسیب نرم¬شدگی بیشینه……………………………………. 46
2-4- نحوه مدل¬سازی رفتار سازه…………………………………………………. 47
2-5- بررسی مود زوال قاب¬های بتن¬آرمه……………………………………….. 48
2-6- خلاصه……………………………………………………………………………. 48

فصل سوم: نحوه مدل¬سازی و انجام تحلیل غیرخطی

در انجام این پژوهش، قاب¬های منظم سه طبقه و سه دهانه بتن¬آرمه مورد بررسی قرار گرفته-اند. مدل¬سازی و انجام تحلیل¬های غیرخطی با استفاده از نرم¬افزار OpenSees صورت گرفته است. از میان روش¬های مختلف تحلیل¬های استاتیکی غیرخطی بارافزون، روش تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون با کنترل جابجایی تا لحظه زوال قاب مورد استفاده قرار گرفته است. توضیحات بیشتر راجع به نحوه انجام این پایان¬نامه در ادامه این فصل ارائه شده است.

3-2- معرفی نرم¬افزار OpenSees

انتخاب نرم¬افزار مناسب جهت انجام محاسبات تحلیل¬های غیرخطیِ استاتیکی و دینامیکیِ قاب¬های بتن¬آرمه از اهمیت خاصی برخوردار است. نرم¬افزاری که با دقت مناسب پاسخ سیستم را تحت اثر بارهای دینامیکی و یا استاتیکی در کمترین زمان ممکن تخمین بزند، نرم¬افزاری که بتوان در آن قاب¬های بتن¬آرمه را به راحتی و به¬طور مناسب مدل نمود. بر این اساس از میان نرم¬افزارهای موجود و قابل دسترس، نرم¬افزار OpenSees انتخاب شده است. در ادامه قسمتی از قابلیت¬های این نرم¬افزار تشریح می¬شود.
نرم¬افزار OpenSees با استفاده از روش اجزاء محدود به تحلیل انواع سازه¬ها می¬پردازد. این نرم¬افزار توسط زبان برنامه¬نویسی C# تولید شده است و زبان برنامه¬نویسی کاربران در آن با زبان TCL/TK است که قابلیت گسترش و تولید انواع مقاطع سازه¬ای و غیرسازه¬ای در خصوص تحلیل را داراست که کاربر می¬تواند توسط این روش به اصل سیستم نرم¬افزاری راه داشته باشد و می¬تواند توسط نوشتار هندسه مدل، بارگذاری، ساختار کمی، مواد استفاده شده و روش آنالیز را تعریف کند. این نرم¬افزار توسط اعضای واحد تحقیقاتی NEES وابسته به دانشگاه برکلی کالیفرنیا تهیه و پخش شده است که در این خصوص هیچ شرکت و کمپانی دخیل نمی¬باشد و این هیأت هیچ ضمانتی در خصوص نتایج حاصل از تحلیل ارائه نداده است. هدف از تهیه نرم-افزار OpenSees پیشبرد هر چه بیشتر تحقیقات می¬باشد که دانشگاه¬های جهان روزانه با آن درگیر هستند. زبان برنامه¬نویسی TCL از یک سری رشته¬ها تشکیل شده است که ویژگی¬های زیر را می¬توان در آن تعریف کرد:
• متغیرها و جایگزینی مقادیر آن¬ها
• انجام محاسبات و نمایش آن¬ها
• استفاده از روابط شرطی (for each, if, while, for)
• روش¬های تحلیل
• ساختن دستی فایل به صورت تایپ آن
در نهایت برای استفاده بهینه از زبان برنامه نویسی TCL ، باید این زبان برنامه¬نویسی با روش اجزاء محدود همگرا شود که طبقه¬بندی زیر پس از این همگرا شدن به دست خواهد آمد:
• مدل¬سازی (modeling): تعریف گره¬ها، تعریف عناصر، تعریف بارگذاری و همسازی-ها.
• تحلیل (analysis): مشخص کردن روش تحلیل
• خروجی¬ها output specification)): انتخاب خروجی¬هایی که لازم است پس از انجام عملیات تحلیل نمایش داده شوند.
در OpenSees واحد خاصی برای تعریف اعداد وجود ندارد، شما واحد را از اول یک مقدار تعیین می¬کنید و مقادیر را بر حسب واحد اختیاری وارد می¬کنید و تا انتها تمامی نتایج بر اساس واحد¬های داده شده خروجی داده می¬شود.
برخی از امکانات موجود در این نرم¬افزار در (پیوست یک) آمده است. جهت اطلاعات بیشتر می¬توان به راهنمای نرم¬افزار مراجعه نمود.

3-3- معرفی و مدل¬سازی قاب¬های دو بعدی بتن¬آرمه مورد مطالعه

در این قسمت قاب¬های انتخابی از نظر هندسه، سیستم باربری، مشخصات مصالح به کار رفته و نوع بارگذاری معرفی شده و نحوه مدل¬سازی آن¬ها در نرم¬افزارOpenSees به طور مختصر توضیح داده می¬شود.

3-3-1- مشخصات فیزیکی قاب¬های دو بعدی انتخابی

قاب¬های مورد مطالعه از نظر هندسه کاملاً یکسان انتخاب شده¬اند. به این صورت که همه آن-ها قاب¬های خمشی منظم سه طبقه و سه دهانه بوده، ارتفاع طبقات 3 متر و عرض دهانه 5 متر در نظر گرفته شده است. در همه مدل¬ها تقارن کاملاً رعایت شده است و در هر مدل مقاطع تیرها با هم و مقاطع ستون¬ها نیز با هم یکسان هستند و این مقاطع به صورت مربعی انتخاب شده¬اند، بار ثقلی طبقات نیز در هر مدل یکسان می¬باشد. تفاوت مدل¬های مختلف در ابعاد مقاطع تیر و ستون¬ها، درصد میلگردهای طولی و عرضی آن¬ها و همین¬طور بار ثقلی طبقات می¬باشد.

3-1- پیش¬گفتار……………………………………………………………………… 52
3-2- معرفی نرم¬افزار OpenSeesا………………………………………………… 52
3-3- معرفی و مدل¬سازی قاب¬های دو بعدی بتن¬آرمه مورد مطالعه………. 54
3-3-1- مشخصات فیزیکی قاب¬های دو بعدی انتخابی………………………….. 54
3-3-2- نحوه بارگذاری قاب¬ها……………………………………………………… 54
3-3-3- چگونگی مدل¬سازی قاب¬های دو بعدی بتن¬آرمه در نرم¬افزار OpenSeesا……………………………………………………………………………… 55
3-4- چگونگی انجام تحلیل و پایش پاسخ¬های موردنظر سازه…………………… 57
3-5- طراحی قاب¬ها …………………………………………………………………….57
3-6- محاسبه شاخص آسیب………………………………………………………….. 71
3-6-1- شاخص آسیب انتخابی………………………………………………………… 71
3-6-2- محاسبه شاخص آسیب شکل¬پذیری برای مقاطع بحرانی………………. 72
3-6-3- محاسبه شاخص آسیب شکل¬پذیری برای قاب¬ها……………………… 74
3-7- خلاصه………………………………………………………………………………. 74

فصل چهارم: ارائه و بررسی نتایج تحلیل¬های غیرخطی قاب¬های مورد مطالعه

در این فصل گزارشی از تحلیل¬های انجام شده و نحوه استخراج نتایج ارائه می¬شود. هدف این پایان¬نامه ایجاب می¬کرد که نتایج تحلیل در سطح مقاطع، طبقات و همین¬طور کل قاب به دقت بررسی شود، لذا معیارهای رفتاری و ظرفیتی در هر سه سطح مذکور استخراج و مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله این معیارها در سطح مقاطع می¬توان به تغییرات لنگر و انحنا تا نقطه زوال اشاره کرد، در سطح طبقات تغییرات برش، نسبت برش هر طبقه به برش پایه، جابجایی و جابجایی نسبی آن¬ها ثبت شده است و برای کل قاب مقدار شکل¬پذیری نهایی، برش پایه قاب، مقادیر جابجایی و جابجایی نسبی در تراز بام، پارامتر Plastic g-Factor (نسبت برش پایه به وزن کل سازه در لحظه زوال سیستم) و سایر پارامترهای مورد نیاز پایش شد که در ادامه گزارش خواهد شد.
مهم¬ترین هدف این تحقیق تشخیص مود زوال در قاب¬های مختلف و به دنبال آن یافتن علت و پارامترهای مؤثر بر آن بود. بدین منظور قاب¬ها در پنج دسته مجزا بر اساس نوع زوالشان قرار گرفته و تأثیر پارامترهای مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری قاب به¬وسیله رسم نمودارهای مختلف بررسی شد. در ادامه این نمودارها و مقدار خطای هر کدام گزارش می¬شود.
در این پایان¬نامه سعی بر این بوده است که برای ارائه نتایج تحلیل¬ها، نمودارهای متنوع به نحوی به¬کار گرفته شوند که روال نتیجه¬گیری از آن¬ها به آسانی امکان¬پذیر باشد.
روش تحلیل در این پژوهش، تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون با کنترل جابجایی با الگوی بار جانبی متناسب با آیین نامه (بار مثلثی) است. محاسبه مقادیر ظرفیتی قاب و تشخیص نوع زوال آن لازمه انجام این تحقیق بوده، بنابراین همه تحلیل¬ها تا لحظه زوال قاب ادامه داشته¬اند و نیازی به محاسبه جابجایی هدف نبوده است.

4-2- روند انجام تحلیل¬ غیرخطی قاب¬ها و نتایج مربوط به آن

برای انجام تحلیل¬ غیرخطی استاتیکی قاب¬های مورد مطالعه از نرم¬افزار OpenSees استفاده شده است. اما برای انجام کلیه عملیات محاسباتی مربوط به بعد از تحلیل که شامل استخراج داده¬های مورد نظر از میان نتایج بدست آمده از نرم¬افزار OpenSees، رسم نمودارهای مورد نیاز و کلیه کنترل¬های کناری می¬باشد نرم¬افزار MATLAB به کار برده شده است. علاوه بر این دو نرم¬افزار، برای بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر مود زوال قاب¬ها و رسم نمودارهای مربوط به آن از محیط Excel نیز استفاده شده است.

4-2-1- دسته¬بندی قاب¬ها بر اساس مود زوال آن¬ها

قاب¬های مورد مطالعه بر اساس نوع زوالشان دسته¬بندی شده¬اند. برای تعریف مود¬های مختلف زوال از ترکیب معیارهای زوال و مقدار بیشینه شاخص آسیب مقاطع در لحظه زوال قاب¬ها استفاده شده است.

4-2-1-1- معیارهای زوال برای مفاصل پلاستیک، طبقات و کل قاب

معیارهای زوالی که در این پژوهش در نظر گرفته شده است به شرح زیر می¬باشد:
در سطح مفصل پلاستیک (مقطع)، چهار نوع زوال بررسی شده است:
1) خرد شدن هسته بتنی مقطع (c > εcuε)
2) پاره شدن میلگرد طولی (s > εsuε)
3) افت مقاومت 15 درصدی در منحنی لنگر–انحنا مربوط به مقطع در طول تحلیل
4) زوال برشی مقطع (Vr < Vu)
مقدار εcu با توجه به رابطه¬ای که توسط پریستلی و همکارانش ]46[ ارائه شد در ترکیب با مقدار بیشینه تنش قابل تحمل بتن محصور شده که از مدل مندر بدست آمد محاسبه شده است. مقدار εsu ثابت و برابر 09/0 در نظر گرفته شده است. در مورد محاسبه ظرفیت برشی مقطع از روابط ارائه شده در ACI-318M-08 ]47[ استفاده شده است که روابط مربوطه توسط معادلات 4-1 تا 4-4 نشان داده شده است:

4-1- پیش¬گفتار……………………………………………………………………….. 78
4-2- روند انجام تحلیل غیرخطی قاب¬ها و نتایج مربوط به آن…………………….. 79
4-2-1- دسته¬بندی قاب¬ها بر اساس مود زوال آن¬ها…………………………… 79
4-2-2- توزیع مفصل¬های پلاستیک در لحظه زوال قاب¬ها……………………….. 82
4-2-3- بررسی تغییرات پارامترهای تعریف شده بر اساس شاخص آسیب مقاطع در طول تحلیل……………………………………………………………………………………… 88
4-2-4- بررسی تأثیر پارامترهای مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری در نوع زوال قاب¬ها…………………………………………………………………………………….. 98
4-3- خلاصه………………………………………………………………………………… 114

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

فصل پنجم: خلاصه، نوآوری و نتیجه¬گیری

معیار طراحی در آیین¬نامه¬های موجود بر اساس طراحی اعضا و مفصل¬های پلاستیک می¬باشد و هنگام طراحی سیستم¬های قابی، معیاری برای بررسی ظرفیت کل قاب یا طبقات مد نظر قرار نمی¬گیرد. هدف از انجام این پایان¬نامه بررسی مود زوال قاب¬های منظم بتن¬آرمه و اثبات این مطلب بود که در برخی مدل¬ها زوال سیستم (قاب یا طبقه) زودتر از زوال مفصل پلاستیک اتفاق می¬افتد، لذا در کنار معیارهایی که برای بررسی زوال هر مفصل پلاستیک یا عضو در نظر گرفته می¬شود لازم است که معیارهایی نیز برای اطلاع از زوال یا عدم زوال کل سیستم مدنظر قرار بگیرد.
برای دستیابی به هدف این پایان¬نامه، قاب¬های منظم سه طبقه و سه دهانه بتن¬آرمه با هندسه یکسان در نظر گرفته شدند. مدل¬سازی و تحلیل قاب¬ها در محیط نرم¬افزار OpenSees انجام شد. مدل کردن قاب¬های دو بعدی بتن¬آرمه در نرم¬افزار OpenSees، به تعریف مصالح مورد استفاده، نوع مقاطع و عناصر مورد نظر و جزئیات مربوط به آن¬ها نیاز دارد. در این پژوهش برای تعریف مصالح بتن و میلگردهای مسلح¬کننده فولادی در نرم¬افزار OpenSees به ترتیب از مصالح Concrete04 با پایه مدل مندر و Steel02 استفاده شده است. عنصر مورد استفاده در مدل¬سازی اعضای تیر و ستون، عنصر nonlinearBeamColumn بوده و مقطع به کار رفته مقطع Fiber می¬باشد. هر عضو با یک عنصر و 5 نقطه انتگرال¬گیری مدل شده است. در مرحله اول 105 قاب طراحی شد. طراحی این قاب¬ها با روش سعی و خطایی و با رعایت محدودیت¬های آیین¬نامه¬ای به صورتی انجام شد که پس از قرار گرفتن آن¬ها تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون با کنترل جابجایی تا لحظه زوال قاب¬ها، تعداد زیادی از آن¬ها دارای مود زوال سیستمی (قاب یا طبقه) باشند. سپس برای تعیین منطقی بودن طراحی، از معیار نسبت ظرفیت لنگر پلاستیک تیر و ستون¬ها استفاده شد، به این صورت که اگر این نسبت بین 5/0 تا 0/2 بود طراحی منطقی و در غیر این صورت طراحی غیر منطقی در نظر گرفته شده است. بدین ترتیب از میان قاب¬های مدل شده تنها 34 قاب که حائز این شرایط بودند برای ادامه پژوهش انتخاب شدند. برای محاسبه ظرفیت لنگر پلاستیک مقاطع و همچنین انحناهای تسلیم و نهایی آن¬ها تمام مقاطع تحت تحلیل لنگر–انحنا قرار گرفتند. در مرحله بعد برای تعیین تشکیل یا عدم تشکیل مفصل پلاستیک در مقاطع بحرانی قاب و نیز مقدار آسیب وارده به آن¬ها شاخص آسیب شکل¬پذیری برای تمام این مقاطع محاسبه شد. بدین وسیله نحوه توزیع مفصل¬های پلاستیک و همین¬طور توزیع آسیب در لحظه زوال برای همه مدل¬ها مشخص شد. پس از محاسبه شاخص آسیب مقاطع بحرانی در لحظه زوال قاب¬ها، با استفاده از ترکیب بیشینه این شاخص¬های آسیب در هر قاب با مود زوال همان قاب (اولین زوالی که در قاب رخ می¬دهد) پنج گروه مختلف برای قاب¬ها تعریف شد و بدین ترتیب قاب¬ها در کلاس¬های خاص دسته¬بندی شدند. مود زوال قاب¬ها به دو دسته کلی و جزئی تقسیم می-شود. زوال جزء در واقع زوال مفصل پلاستیک بوده که به صورت زوال بتن یا فولاد آن تعریف شده است. زوال کلی در دو دسته زوال طبقه و زوال کل قاب طبقه¬بندی می¬شود که هر دو نوع زوال کلی به صورت افت 15 درصدی در منحنی ظرفیت به ترتیب طبقه و کل قاب در نظر گرفته شده است.
در ادامه پژوهش نحوه تغییرات برخی از پارامترهایی که بر اساس شاخص آسیب مقاطع تعریف شده بودند مانند متوسط شاخص¬های آسیب مقاطع تیر و ستون، متوسط شاخص¬های آسیب تیرها (یا ستون¬ها) ، متوسط شاخص¬های آسیب طبقه اول (یا طبقه دوم یا طبقه سوم) و … برای قاب¬های مختلف در طول تحلیل مورد بررسی قرار گرفت. آخرین مرحله از انجام این تحقیق یافتن پارامترهای مؤثر در تفکیک قاب¬های با مود زوال مفصل پلاستیک از سایر قاب¬ها و به نوعی پیش¬بینی حالت¬هایی بود که مود زوال قاب چیزی جز زوال مفصل پلاستیک باشد. بنابراین چند پارامتر مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری شامل درصد میلگردهای طولی و عرضی در مقاطع، دوره تناوب مود اول قاب، شکل¬پذیری نهایی قاب، پارامترهای Plastic g-Factor و g-Factor کاربردی ، متوسط شاخص¬های آسیب مقاطع و… مورد بررسی قرار گرفته و این پارامترها به صورت دو به دو نسبت به هم ترسیم شدند. در این نمودارها شرایط قاب در لحظه زوال آن مد نظر بوده است، بنابراین نمودارهای مربوطه به صورت نقطه¬ای رسم شده¬اند.

5-1- خلاصه تحقیق……………………………………………………………… 117
5-2- نوآوری تحقیق……………………………………………………………… 119
5-3- نتیجه¬گیری……………………………………………………………….. 119
فهرست منابع و مآخذ……………………………………………………………. 121
پیوست یک: امکانات نرم¬افزار OpenSees ا……………………………………125
پیوست دو: بررسی مدل¬های مختلف ارائه شده برای مصالح…………….. 130
رفتار بتن محصور شده و محصور نشده ………………………………………….131
رفتار میلگردهای فولادی مسلح کننده………………………………………….. 136
فهرست منابع و مآخذ پیوست دو………………………………………………..143

 

ABSTRACT

Design procedures of current codes are based on the design of sections and members, and there is no obligation in these codes for investigating the capacity of total frame or stories. Employing OpenSees software, it has been shown that total frame or story failure (structure system failure mode) could happen, prior to failure of any plastic hinges. For this investigation, three-story three-bay regular RC frames were subjected to displacement-controlled pushover loading. Total frame or story failure were defined as the case in which total capacity curves or story capacity curves showed a 15% reduction in strength, which resulted in the loss of serviceability of the system. Throughout this research, the effect of different design, capacity, and behavioral measures such as percentage of longitudinal and transverse reinforcements in the sections, the ratio of base shear to total weight of the frame at failure point (Plastic g-Factor), Practical g-Factor, ultimate ductility, first mode period, and average of section damage indices on the failure modes of RC frames were studied. Among these, the most effective measures that make designer recognize the possibility of structure system failure mode without the necessity of carrying pushover analyses were deduced; these are Practical g-Factor and the twin parameters of the ratio of the percentage of longitudinal to transverse reinforcements of column sections and first mode period. In addition, the effective measures for distinguishing between RC frames susceptible to total frame failure or plastic hinge failure were determined to be, through pushover analyses, Plastic g-Factor, and the twin parameters of the Practical g-Factor and the average of section damage indices.



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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان