پایان‌نامه جهت اخذ درجه كارشناسی ارشد
رشته مهندسی عمران – گرایش سازه
موضوع:
بررسی ضریب رفتار سازه‌های فولادی
با سیستم دوگانه قاب خمشی و مهاربند زانویی
استاد راهنما:
دكتر مرتضی نقی‌پور
استاد مشاور:
دكتر مرتضی اسكندری
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1- فصل اول: كلیات تحقیق…………………………………………………………………………… 1
1-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………….. 1
1-2- تاریخچه-ضریب رفتار ………………………………………………………………………………………………….. 3
1-3- تاریخچه- بادبند زانویی ……………………………………………………………………………………………….. 4
1-4- طرح لرزه‌ای …………………………………………………………………………………………………………………. 6
1-5- ضریب رفتار …………………………………………………………………………………………………………………. 8
1-6- لزوم انجام تحقیق ………………………………………………………………………………………………………… 8
1-7- روند پیش رو …………………………………………………………………………………………………………… 10
2- فصل دوم: مروری بر ادبیات موضوع ………………………………………………………… 11
2-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………… 11
2-2- رفتار سازه در برابر زلزله ………………………………………………………………………………………….. 11
2-2-1- اثر انواع زوال و کمانش در سازه ………………………………………………………………………… 12
2-2-2- منحنی چرخه هیسترزیس …………………………………………………………………………………. 15
2-2-3- اصول و فلسفه طراحی لرزه‌ای ……………………………………………………………………………. 17
2-3- مفهوم ضریب رفتار …………………………………………………………………………………………………… 19
2-3-1- پارامترهای موثر بر ضریب رفتار …………………………………………………………………………. 21
2-3-1-1- شکل‌پذیری ……………………………………………………………………………………………………… 23
2-3-1-2- ضریب مقاومت افزون(اضافه مقاومت) …………………………………………………………… 27
2-3-1-3- ضریب نامعینی ……………………………………………………………………………………………….. 31
2-3-1-4- ضریب میرایی …………………………………………………………………………………………………. 32
2-4- مروری بر تحقیقات انجام شده ………………………………………………………………………………… 33
2-4-1- نیومارک و هال …………………………………………………………………………………………………….. 33
2-4-2- لایی و بیگس ……………………………………………………………………………………………………….. 35
2-4-3- ریدل و نیومارک ………………………………………………………………………………………………….. 35
2-4-4- القادامسی و محرز ………………………………………………………………………………………………… 36
2-4-5- ریدل، هیدالکو و کروز …………………………………………………………………………………………. 37
2-4-6- آرایز و هیدالگو …………………………………………………………………………………………………….. 37
2-4-7- ناسار و کراوینکلر …………………………………………………………………………………………………. 38
2-4-8- ویدیک، فجفر و فیشینگر ……………………………………………………………………………………. 40
2-4-9- میراندا و برتراوا ……………………………………………………………………………………………………. 41
2-4-10- مروری بر تحقیقات انجام شده بر روی سیستم مهاربند زانویی ……………………. 43
2-5- روش‌های محاسبه ضریب رفتار ………………………………………………………………………………. 44
2-5-1- روش‌های آمریكایی ……………………………………………………………………………………………… 44
2-5-1-1- روش ضریب شكل‌پذیری یوانگ ……………………………………………………………………. 45
2-5-1-1-1- فرمول ضریب شكل‌پذیری سازه …………………………………………………….. 47
2-5-1-1-2- فرمول ضریب كاهش نیرو بر اثر شكل‌پذیری ………………………………. 47
2-5-1-1-3- فرمول ضریب مقاومت افزون …………………………………………………………… 47
2-5-1-1-4- فرمول ضریب تنش مجاز (Y) ………………………………………………………………….. 48
2-5-2- فرمول‌بندی ضریب رفتار …………………………………………………………………………………….. 48
3- اصول و مبانی طراحی لرزه‌ای …………………………………………………………………. 51
3-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………… 51
3-2- تحلیل استاتیكی غیر خطی و آنالیز Pushover (بار افزون) ………………………………….. 52
3-2-1- توزیع بار جانبی در تحلیل استاتیكی غیر خطی ………………………………………………. 53
3-2-1-1- توزیع توانی عمومی ……………………………………………………………………………………….. 54
3-2-1-2- توزیع منطبق بر مودها …………………………………………………………………………………… 55
3-2-1-3- توزیع یكنواخت ………………………………………………………………………………………………. 57
3-2-2- روش FEMA-356 برای تحلیل پوش‌آور ………………………………………………………….. 58
3-3-1- پاسخ نیرو-تغییر مكان سازه ……………………………………………………………………………….. 58
3-3-2- ارزیابی آزمایشگاهی روابط نیرو-تغییر مكان ……………………………………………………… 62
3-4- طراحی بر اساس سطوح عملكرد اجزاء سازه‌ای …………………………………………………….. 63
3-4-1- سطح عملكرد 1 برای اجزاء سازه‌ای-قابلیت استفاده بی‌وقفه …………………………. 64
3-4-2- سطح عملكرد 3 برای اجزای سازه‌ای ایمنی جانی ………………………………………….. 64
3-4-3- سطح عملكرد 5 برای اجزای سازه‌ای-آستانه فرو ریزش ………………………………… 65
3-5- بررسی رفتار لرزه‌ای و غیر خطی مهاربند زانویی ………………………………………………….. 67
3-6- مروری بر سیستم غیر فعال مهاربند زانویی …………………………………………………………… 69
3-7- مقطع و طول المان زانویی تسلیم شونده ……………………………………………………………….. 70
3-8- مبانی طراحی قاب مهاربند زانویی ………………………………………………………………………….. 72
3-9- اندركنش V-M المان‌های زانویی ……………………………………………………………………………. 74
3-10- الزامات المان‌های زانویی ……………………………………………………………………………………….. 76
4- فصل چهارم: مدلسازی، طراحی و محاسبه پارامترهای مورد نیاز ضریب رفتار.. 78
4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….. 78
4-2- معرفی نحوه مدلسازی و مدل‌های مورد بررسی…………………………………………………….. 78
4-2-1- نحوه مدلسازی و محاسبه طول المان زانویی……………………………………………………. 79
4-2-2- نام‌گذاری مدل‌ها…………………………………………………………………………………………………… 80
4-3- تحلیل استاتیكی معادل و طراحی سیستم دوگانه قاب خمشی و مهاربند زانویی.. 82
4-3-1- محاسبه ضریب زلزله…………………………………………………………………………………………….. 83
4-3-1-1- محاسبه ضریب زلزله برای سازه‌های 5 طبقه:………………………………………………. 83
4-3-1-2- محاسبه ضریب زلزله برای سازه‌های 9 طبقه……………………………………………….. 84
4-3-1-3- محاسبه ضریب زلزله برای مدل‌های 13 طبقه…………………………………………….. 84
4-4- ملاحظات تحلیل غیر خطی……………………………………………………………………………………… 85
4-5- تعیین و كنترل ضریب رفتار سیستم دوگانه قاب خمشی و مهاربندی زانویی…….. 86
4-5-1- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-DB-M…………………………………….. 86
4-5-2- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-DB-T……………………………………… 91
4-5-3- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-DB-B……………………………………… 93
4-5-4- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-M…………………………………….. 95
4-5-5- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-T……………………………………… 97
4-5-6- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-B……………………………………… 99
4-5-7- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-DB-M…………………………………. 101
4-5-8- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-DB-T…………………………………… 103
4-5-9- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-DB-B………………………………….. 105
4-5-10- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-XB-M………………………………. 107
4-5-11- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-XB-T………………………………… 109
4-5-12- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-XB-B……………………………….. 111
4-5-13- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-M………………………………. 113
4-5-14- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 13S-DB-T……………………………… 115
4-5-15- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 13S-DB-B…………………………….. 117
4-5-16- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 13S-XB-M……………………………. 119
4-5-17- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-M………………………………. 121
4-5-18- روند محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-M………………………………. 123
5- جمع‌آوری و نتیجه‌گیری……………………………………………………………………….. 126
5-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………. 126
5-2- ضریب رفتار محاسبه شده……………………………………………………………………………………… 126
5-3- ارائه ضریب رفتار جامع………………………………………………………………………………………….. 127
5-4- ارائه ضریب رفتار مناسب بر اساس عملكرد مناسب مدل…………………………………… 127
5-5- خلاصه نتایج……………………………………………………………………………………………………………. 128
5-6- پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………… 130
* فهرت منابع و مأخذ……………………………………………………………………………………………………….. 131
پیوست‌ها…………………………………………………………………………………………………………………………….. 134
Abstract 140
چكیده:
اساسی‌ترین هدف در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها جلوگیری از فرو ریزش سازه در هنگام زلزله‌های شدید می‌باشد كه پایه تئوری حاكم بر رفتار لرزه‌ای می‌باشد نتیجه بررسی رفتار غیرخطی سازه در هنگام زلزله و مقاومت ناشی از عملكرد غیرخطی سازه در هنگام زلزله و مقاومت ناشی از عملكرد غیرخطی آن در آیین‌نامه‌ها و مقررات طرح لرزه‌ای معرفی عددی تحت عنوان ضریب رفتار جهت تقلیل نیروی طراحی خطی به منظور هدایت سازه به عملكرد غیرخطی بوده است. یكی از سیستم‌های باربر لرزه‌ای كه از لحاظ شكل‌پذیری و اقتصادی بودن مورد توجه قرار گرفته است، سیستم مهاربند زانویی می‌باشد. در سیستم مهاربند زانویی حداقل یك انتهای بادبند قطری به جای اتصال به محل برخورد تیر به ستون به عضو زانویی كه به طور مایل مابین تیر و ستون قرار می‌گیرد وصل می‌شود. عضو قطری تأمین كننده سختی سیستم است در حالیكه شكل‌پذیری تحت اثر بارهای جانبی از طریق جاری شدن خمشی عضو زانویی بدست می‌آید و عضو زانویی مانند یك فیوز شكل‌پذیر عمل می‌كند و مانع از كمانش عضو قطری می‌شود. برای بدست آوردن ضریب رفتار یك مسئله كه برای بهسازی لرزه‌ای مورد مطالعه قرار می‌گیرد باید رفتار خطی و غیرخطی سازه با یكدیگر مقایسه شود. در این تحقیق روش یانگ برای بدست آوردن ضریب رفتار سازه‌ها معرفی و به صورت كامل شرح داده می‌شود. پس از طراحی اولیه سازه، شكل‌پذیری سازه به روش تحلیل استاتیكی غیرخطی(بار افزون-Pushover) مورد بررسی قرار می‌گیرد و زمان تشكیل اولین مفصل پلاستیك و مراحل بعد از آن تا انهدام كلی سازه مشخص می‌شود. با اسفتاده از تحلیل غیرخطی و همچنین نمودار برش پایه – تغییر مكان، پارامترهای مورد نیاز برای محاسبه ضریب رفتار به روش یانگ مانند شكل پذیری و مقاومت افزون و ضریب نسبت تنش مجاز و همچنین میزان تغییر مكان هدف و … قابل محاسبه می‌باشد. نتایج بدست آمده از این تحقیق برای محاسبه ضریب رفتار، نشان‌دهندة مقادیر متفاوت در ترازهای ارتفاعی متفاوت می‌باشد. همچنین مقدار ضریب رفتار در سازه‌های با عملكرد لرزه‌ای نامناسب در یك تراز ارتفاعی می‌تواند كمتر از مقدار میانگین بدست آمده در سایر مدل‌ها باشد.
كلید واژه: ضریب رفتار- مهاربند زانویی- شكل‌پذیری- بهسازی لرزه‌ای- سازه فولادی-روش بار افزون
فصل اول
كلیات تحقیق
1-1- مقدمه:
غالباً سازه‌ها برای زلزله‌های شدید و پذیرش سطوحی از خسارت طراحی می‌شوند و كنترلی از نظر رفتار الاستیك سازه‌ها در محدودة زلزله‌های معتدل كه احتمال وقوع سالیانه آنها زیاد می‌باشد مشخص نمی‌شوند. یعنی اینكه تخمینی برای رفتار الاستیك سازه‌ها در چنین حالتی وجود ندارد. سازه در هنگام وقوع زلزله‌های شدید وارد محدودة غیر خطی می‌گردد و در نتیجه برای طراحی آنها نیاز به یك طراحی غیر خطی می‌باشد ولی به دلیل پیچیده بودن تحلیل غیر خطی همچنین وقت‌گیر و پرهزینه بودن و عدم گستردگی برنامه‌های غیر خطی در مقایسه با تحلیل خطی روش‌های تحلیل و طراحی معمول بر اساس تحلیل خطی سازه منظور می‌گردد.
یكی از پارامترهای مهم و اساسی در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها ضریب رفتار می‌باشد. مقدار این ضریب در برخی آیین نامه‌ها از نتایج آزمایشات انجام شده تعیین شده است و رخداد زلزله بهترین آزمایشگاه برای بررسی رفتار سازه‌ها می‌باشند. برای لحاظ كردن رفتار غیر خطی سازه با یك تحلیل خطی و مشخص كردن میزان اتلاف انرژی در اثر رفتار هیستر زیس، میرایی، اثر اضافه مقاومت سازه و شكل‌پذیری سازه از ضریبی به نام ضریب اصلاح رفتار یا ضریب رفتار استفاده می‌شود.
طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها به این صورت است كه طرح باید به گونه‌ای باشد تا ساختمان‌ها در هنگام وقوع زلزله‌های كوچك در محدوده خطی و بدون خسارت بمانند. در زلزله‌های متوسط، خسارت غیر سازه‌ای ببینند و در هنگام وقوع زلزله‌های شدید و بزرگ خسارت‌های سازه‌ای و غیر سازه‌ای داشته باشند ولی پایداری كلی آنها حفظ شود.
با در نظر گرفتن عملكرد الاستیك سازه در برابر زلزله مقاطع طرح بزرگتر شده و همین امر باعث غیر اقتصادی شدن طرح خواهد بود. لذا با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی سازه می‌توان از خصوصیات جذب انرژی سازه و تغییر شكل‌های خمیری آن بهره گرفت و به اقتصادی شدن طرح كمك كرد. در صورتی می‌توان از این خصوصیات رفتار غیرخطی سازه بهره جست كه سازه تحمل تغییر شكل‌های خمیری را داشته باشد. به عبارت دیگر در طراحی لرزه‌ای سازه باید قادر به اتلاف بخش عمده‌ای از انرژی ورودی از طریق تغییر شكل‌های غیرالاستیك باشد. برای داشتن مقدار منطقی برای مقاومت غیرالاستیك سازه‌ها، صحت میزان كاهش در مقاومت الاستیك امری ضروری می‌باشد.
آیین‌نامه [1] UBC97با آنالیز سازه‌ها بر اساس كفایت آنها، اثرات پاسخ غیر خطی ساختمان، اضافه مقاومت‌ها و شكل‌پذیری عناصر مختلف را مد نظر قرار می‌دهد. بر طبق معیارهای فوق توجه اصلی در برابر زلزله به ایمنی جانبی معطوف است، یعنی جلوگیری از انهدام سازه تحت اثر شدیدترین زلزله‌ای كه در طول عمر مفید سازه محتمل است. پس سازه‌ای كه بر اساس چنین فلسفه‌ای طراحی می‌شود (طراحی لرزه‌ای) تحت نیروهای شدید زلزله وارد محدودة غیر خطی می‌شود. در نتیجه طرح سازه‌ها برای رفتار خطی تحت لرزش‌های ناشی از زلزله‌های بزرگ اساساً اقتصادی نیست. لذا سازه‌ها برای نیروی برشی به مراتب كوچك‌تر از نیروی برشی تسلیم طراحی می‌شوند. كاهش در مقاومت الاستیك سازه‌ها باید با دقت انجام پذیرد. نحوه و مقدار این كاهش در مقاومت می‌تواند در انجام رفتار مورد نظر در سازه بسیار موثر باشد لذا شناسایی پارامترهای دخیل در این زمینه برآورد اهمیت نسبی آنها در ارائه مقدار صحیح كاهش مقاومت الاستیك طراحی سازه‌ها یك مقولة بسیار با اهمیت و ضروری است.
در آیین‌نامه‌های طراحی، سازه‌ها برای مقاومتی كمتر از مقاومت لازم برای رفتار الاستیك در زلزله‌ها طرح می‌شوند كه دلیل این امر توجه به مسائل و هزینه‌های ساخت در مقابل میزان خطر رخداد زلزله در طول عمر مفید سازه است. بنابراین همواره انتظار رفتار غیرخطی برای سازه، یعنی رفتار سازه در تغییر شكل‌های فراتر از حد الاستیك كه به علت نیروهای فراتر از حد الاستیك ایجاد شده‌اند وجود خواهد داشت. همچنین تجربه تأثیر زلزله‌ها بر سازه‌ها نشان می‌دهد كه سازه‌ها در هنگام وقوع زلزله رفتار غیرخطی دارند و به همین جهت مقدار قابل توجهی از انرژی ورودی زلزله را به صورت میرایی و پسماند تلف می‌كنند. بنابراین سازه می‌تواند برای نیروی زلزله بسیار كمتر از نیروی لازم در حالت خطی طراحی گردد.
ضریب رفتاری كه در آیین‌نامه NEHRP, UBC [2] استفاده می‌شود ضریبی ثابت می‌باشد كه بیان كنندة اثر شكل‌پذیری و اضافه مقاومت هر سیستم سازه‌ای می‌باشد. در قسمت تفسیر آیین‌نامه، اعمال قضاوت مهندسی طراحی را در استفاده از آن لازم می‌داند. در اینجا این سوال مطرح است كه اساس قضاوت مهندسی بر چه استوار است و طراح بر چه اصولی مقدار این ضریب را می‌بایست در نظر بگیرد. در این مورد هیچ گونه مطلبی در آیین نامه‌ها ذكر نشده است و این خود بیان كنندة پیچیدگی این ضریب می‌باشد. از این رو به دست آوردن این ضریب برای هر سیستم سازه‌ای متفاوت امری وقت‌گیر و پیچیده برای مهندسین طراح می‌باشد.
مسلماً تنها در یك تحلیل غیر خطی می‌توان با توجه به رفتار خمیری سازه‌ها و بررسی مسائلی نظیر مقاومت و شكل‌پذیری محل مفاصل خمیری را مشخص نمود و بدین ترتیب نقاط ضعف سازه‌ها را مشخص كرد. به منظور در نظر گرفتن عواملی از قبیل شكل‌پذیری سیستم‌های سازه‌ای متفاوت و درجات نامعینی، اضافه مقاومت موجود در سازه‌ها و همچنین قابلیت جذب و استهلاك انرژی در ساختمان، آیین نامه‌های مختلف نیروهای محاسبه شده را با توجه به نوع سیستم سازه‌ای و به كمك ضریبی به نام ضریب رفتار كاهش می‌دهند.
تعداد صفحه : 156
قیمت :14700 تومان
