وزارت علوم، تحقیقات و فناوری
موسسه آموزش عالی غیرانتفاعی آبا
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران
گرایش سازه
عنوان
ارزیابی عملکرد مهاربند کمانش ناپذیر و تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای مورد استفاده استاندارد 2800 ایران
استاد راهنما
دکتر محمد امامی
استاد مشاور
دکتر حمید چگینی
(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)
چکیده:
هر چند در طول سالهای متمادی، روش های ساخت و طراحی سازه ها گسترش یافته است اما همچنان اثر زلزله از مهمترین مشکلات طراحی ساختمان ها در مناطق لرزه خیز می باشد. بادبندهای معمولی در مقابل بارهای جانبی زمین لرزه یا نیروی باد دچار تغییرشکل های جانبی زیاد می شوند و در صورتی که این تغییرشکل ها از حد معینی زیادتر شود موجب بروز خرابی سازه ای و غیر سازه ای شده و ایمنی و یکپارچگی سازه به خطر می افتد. برای غلبه بر مشکلات ذکر شده، انواع جدید از بادبندها از حدود 30 سال پیش و برای اولین بار در ژاپن گسترش یافته است. این بادبندها طوری طراحی می شوند که در برابر کمانش مقاوم بوده و در نتیجه دارای منحنی های متقارن تحت بارگذاریهای چرخه ای کششی و فشاری حاصل از تاثیر نیروهای زلزله می باشند، همچنین رفتار سازه را از لحاظ پایداری و قابلیت جذب انرژی بهبود می بخشند.
سازه های مسلح به مهاربندهای کمانش ناپذیر از جمله معدود سازه های مقاوم در برابر زلزله هستند که دو خصوصیت سختی بالا و استهلاک انرژی را به طور همزمان دارند. این سازه ها علاوه بر ساختمان های جدید در بهسازی سازه های فولادی و بتنی موجود نیز کاربرد فراوانی دارند. با توجه به لرزه خیزی کشور و کاربرد روز افزون این سازه ها در جهان، استفاده و بومی سازی این نوع سیستم مهاربندی در ایران اجتناب ناپذیر بوده و زمینه ورود این سیستم باربر جانبی به آئین نامه های طراحی خصوصا آئین نامه زلزله ایران (2800) الزامی است. در این میان تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای از جمله ضریب مقاومت افزون، ضریب شکل پذیری، ضریب کاهش مقاومت وابسته به شکل پذیری و ضریب رفتار این سازه ها به منظور طراحی این سیستم ها امری ضروری می نماید.
کلمات کلیدی: مهاربندهای کمانش تاب، مقاومت نهایی، تغییرمکان نهایی، شکل پذیری، ضریب رفتار
فصل اول: مقدمه
1-2 انواع سیستم های بتن مسلح و رفتار اعضا آنها 3
1-2-1- انواع قاب های خمشی بتن مسلح. 3
1-3-2- مهاربندهای خارج از مركز (EBF ) 6
1-3-2-1 انواع مهاربندهای خارج از مركز. 7
1-3-2-2مهاربندهای دروازه ای (مهاربند ی با اعضا کششی خارج از محور ( OBF )) 8
1-3-2-3 مهاربندهای زانویی (KBF ) 8
1-4 مهاربند های کمانش تاب BRB.. 9
1-4-1- مقدمه و پیشزمینه BRB.. 9
1-4-4- اجزای تشکیل دهنده BRB.. 14
1-4-4-1- بخش جاری شونده محصور شده 14
1-4-4-2- بخش الاستیک محصور شده 14
1-4-4-3- بخش الاستیک محصور نشده 14
1-4-4-4- مصالح جدا کننده و انبساطی. 15
1-4-4-5- مکانیزم محصور شدگی. 16
1-4-5- مزایا ومعایب بادبند BRB.. 16
1-4-6-تقویت لرزهای سازه ها با بادبندهای BRB.. 17
1-4-7-نتایج آزمایش بر روی BRBها با مقیاس بزرگ، در ایالات متحده آمریکا 19
1-4-8-نتایج آزمایشات BRB در تایوان. 21
1-5-1- ضریب كاهش در اثر شكلپذیری …… 21
1-6 عوامل مؤثر بر در سیستمهای یک درجه آزادی.. 26
1-6-5- اثر . 28
1-7 عوامل مؤثر بر در سیستمهای چند درجه آزادی.. 29
1-7-3- مشارکت مد های بالاتر. 29
1-8 ارزیابی روابط ارائه شده برای …. 30
1-9 روابط برای سیستمهای یک درجه آزادی.. 30
1-9-1- ریدل، هیدالگو و کروز 30
1-9-5- رابطه فایر، ویدیک و فیشینگر. 34
1-10 روابط µR برای سیستمهای چند درجه آزادی.. 35
1-10-1- رابطه تاکاوا، هوانگ و شینوزوکا 35
1-11-1- عوامل موثر بر مقاومت افزون. 36
1-11-1-1- مقاومت واقعی مصالح در مقابل مقاومت اسمی. 36
1-11-1-2- بیشتر بودن ابعاد اعضا از مقادیر مورد نیاز طراحی. 36
1-11-1-3- در نظر نگرفتن اثر مقاومت اجزا غیر سازه ای.. 36
1-11-1-4- استفاده از مدل های ساده شده و محافظه کارانه در تحلیل ها 36
1-11-1-5- باز توزیع نیروهای جانبی. 37
1-11-1-6- توزیع بار واقعی در مقابل توزیع بار آئین نامه. 37
1-11-2- روش های محاسبه ضریب اضافه مقاومت.. 37
1-11-2-1- روش محاسبه ضریب اضافه مقاومت با بهره گرفتن از انالیز غیرخطی. 37
1-11-2-1-1- نحوه ترسیم منحنی SPO.. 37
1-11-2-1-2- تعریف نقاط حدی.. 38
1-12 روش استاتیکی افزایشی غیرخطی.. 38
1-12-1-1- تعیین تغییرمکان هدف.. 40
1-12-2- الگوی توزیع بار جانبی. 42
1-12-3- نحوه محاسبه ضریب رفتار 43
1-12-3-1- تحلیل استاتیکی افزایشی غیرخطی مدلها و رسم منحنی ظرفیت.. 43
1-12-3-2- محاسبه مقاومت افزون. 43
1-12-3-3- محاسبه ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیری.. 43
1-12-3-4- محاسبه ضریب تنش مجاز 43
فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته
2-1- پیشینه تحقیق ومروری برکارهای گذشتگان. 48
3-1- معرفی نرم افزار opensees. 54
3-2- امکانات نرم افزار opensees. 55
3-3- مدلسازی رفتار غیر خطی اعضای بتن مسلح.. 55
3-4- انواع المان های اجزای محدود در نرم افزار openSees. 56
3-5- معرفی مصالح فولادی موجود در opensees. 57
3-6- معرفی مصالح بتنی موجود در opensees. 61
3-7- نحوه مدل سازی اعضای سازه ای.. 64
3-7-2- تعریف تیر ها وستون ها 65
فصل چهارم: معرفی مدل ها، محاسبات و ارائه خروجی نتایج
4-2- مشخصات مصالح مورد استفاده 67
4-4 آیین نامه های مورد استفاده 68
4-5 معرفی پارامترهای لرزه ای.. 69
4-7 قاب های مورد استفاده در مدل سازه 69
4-7-3 قاب دوازده طبقه A و E. 71
4-8 مقاطع تیر، ستون و بادبند. 76
4-9- نمودار Push over قاب های بدون مهاربند(قاب خمشی متوسط) 80
4-9-2 نمودار Push over قاب های شش طبقهA,E و 1,5 بدون مهاربند BRB.. 81
4-9-3 نمودار Push over قاب های دوازده طبقهA,E و 1,5 بدون مهاربند BRB.. 82
4-10- نتایج حاصل ازتحلیل مدل قاب ها با تغییر در مشخصات هندسی بادبند. 83
4-10-1- نمودار پوش آور قابهای دارای مهاربند کمانش ناپذیر باسطح مقطع A.. 83
4-10-1-1- قاب های سه طبقه با مهاربند (3X1 و 3Y1) 84
4-10-1-2- قاب های شش طبقه با مهاربند (6X1 و 6Y1) 85
4-10-1-3- قاب های دوازده طبقه با مهاربند (12X1 و 12Y1) 87
4-10-1-4 نتایج و مقایسه نمودارها 88
4-10-2- نمودار Push over قاب های دارای مهاربند کمانش ناپذیر باسطح مقطع B.. 91
4-10-2-1- قاب های سه طبقه با مهاربند (3X2 و 3Y2) 91
4-10-2-2- قاب های شش طبقه با مهاربند (6X2 و 6Y2) 92
4-10-2-3- قاب های دوازده طبقه با مهاربند (12X2 و 12Y2) 94
4-10-2-4 نتایج و مقایسه نمودار ها 95
4-10-3- مقایسه نمودار Push over قابهای با بادبندهای دارای مقطع A و با مقطعB.. 98
4-11- نتایج حاصل ازتحلیل مدل قابها با تغییر در مشخصات مکانیکی بادبند BRB. 100
4-11-1- نمودار Push over قاب های شش طبقهA,E و 1,5. 101
4-11-2- نمودار Push over قاب های شش طبقهA,E و 1,5. 102
4-11-3- نمودار Push over قاب های دوازده طبقهA,E و 1,5. 104
4-12-1- محاسبه ضریب کاهش نیرو بر اثر شکل پذیری 106
4-12-2 محاسبه ضریب مقاومت افزون. 106
4-12-3- جدول ضریب رفتار سازه 107
4-12-3-1- جدول مقادیر ضریب رفتار برای قاب A و E. 107
4-12-3-2- جدول مقادیر ضریب رفتار برای قاب 1 و 5. 108
4-12-3-3- جدول مقادیر ضریب رفتار برای قاب A و E با مقطع B.. 109
4-12-3-4- جدول مقادیر ضریب رفتار برای قاب 1 و 5 با مقطع B.. 109
4-12-3-5- جدول مقادیر ضریب رفتار برای قاب A و E برای بادبند با Fy=3200. 111
4-12-3-6- جدول مقادیر ضریب رفتار برای قاب 1 و 5 برای بادبند با Fy=3200. 111
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
مقدمه
زلزله یکی از پدیدههای مخرب طبیعی است که تنها طی نیم قرن اخیر خسارات جانی و مالی زیادی را به جا گذاشته است و با توجه به زلزله خیز بودن کشور ما و قرارگیری آن بر روی کمربند الپ-هیمالیا ضروری است که ما بیش از این به روشهای مقابله با این پدیده از جمله مقاومسازی سازهها در برابر زلزله بپردازیم. از این رو ارزیابی لرزهای سازهها و مقاومسازی ساختمانهای موجود به عنوان یک ضرورت مطرح میگردد. در سازه هایی که طراحی براساس نیروی زلزله است همواره باید برای مقابله با نیروی جانبی زلزله که بر سازه وارد می شود سیستم مقاومی را طراحی نمود که ازجمله این سیستمها استفاده از انواع مهاربندهای فلزی میباشد اما نقص عمده در بادبندهای متعارف اختلاف بین ظرفیت کششی و فشاری این مهاربندها و زوال مقاومت آنها در بارگزاریهای چرخهای میباشد بنابراین برای رسیدن به یک رفتار الاستوپلاستیک ایدهال و جلوگیری از کمانش فشاری مهاربندها باید از مکانیزم مناسبی استفاده نمود. روشی که مد نظر قرار گرفته عبارت است از محصورسازی یک هسته فلزی شکل پذیر در میان حجمی از بتن که خود توسط یک قشاء فلزی در بر گرفته شده است که اصطلاحاً بادبند کمانش تاب (BRB) نامیده می شود و از یک المان باربر و یک المان نگهدارنده جانبی تشکیل شده است. المان باربر، بارهای محوری را در هر یک از دو حالت کششی و فشاری، که به BRB انتقال پیدا می کند، حمل می کند. المانهای نگهدارنده تکیهگاههای جانبی را برای المانهای باربر فراهم میکنند تا از کمانش BRB وقتی که BRB تحت فشار بارگذاری شده است جلوگیری کند و BRB قادر خواهد بود تا مقاومت، شکل پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی را در المانهای فولادی که برای باربری ساخته شده اند افزایش دهد.
ما دراین تحقیق بنا داریم بادبندهای فوق را که ترکیبی از فولاد و بتن می باشند، طوری به کار ببریم که مسئله کمانش بادبندهای معمولی را حل نماید. عملکرد این گونه بادبندها را در سازههای بتن مسلح در سه حالت ارتفاعی مختلف (3 و 6 و12 طبقه) مورد بررسی قرار می دهیم. طراحی اولیه تمامی سازههای مزبور با بهره گرفتن از نرم افزار Etabs صورت گرفته و سپس با مدلسازی در نرم افزار OpenSees تحلیل غیرخطی مدلها انجام پذیرفت.
پارامترهای مورد بررسی عبارت بودند از بار نهایی (برش پایه حداکثر)، تغییرمکان حداکثر، انرژی جذب شده و شکل پذیری که با تغییر در مشخصات سازه از جمله هندسه مانند طول دهانهها و ارتفاع سازه مورد ارزیابی قرار گرفتند.
1-2- انواع سیستم های بتن مسلح و رفتار اعضا آنها
1-2-1 انواع قاب های خمشی بتن مسلح
ساختار قاب خمشی شامل ستونها وشاهتیرهایی که به وسیله اتصالات صلب به یکدیگر متصل شده اند میباشد که در آن سختی جانبی قاب به سختی ستونها و تیر و اتصالات آن بستگی دارد. از لحاظ رفتاری این سیستم نسبتاً شکلپذیر میباشد و قابلیت بالایی برای اتلاف انرژی از خود نشان میدهد، ولی سختی این سیستم نسبتاً کم بوده و در برابر بارهای جانبی دچار ضعف سختی می شود به همین دلیل در این نوع سیستمها از اعضای مقاوم در برابر بار جانبی مثل مهاربندها استفاده می شود. در زیر تعاریفی از انواع سیستم قاب خمشی به بیان آیین نامه آمده است.
1-2-1-1 قاب خمشی معمولی
قابهای خمشی معمولی همان قابهای دارای شکل پذیری کم هستند که در آیین نامه بتن ایران (آبا) به آن پرداخته شده است که در مناطق با لرزه خیزی زیاد وخیلی زیاد نمیتوان از آن استفاده نمود وباید در انتخاب این نوع سیستم برای مناطق مختلف دقت بیشتری نمود [1].
1-2-1-2 قاب خمشی متوسط
قابهای خمشی متوسط همان قابهای دارای شکلپذیری متوسط هستند که در آیین نامه بتن ایران (آبا) به آن پرداخته شده است که استفاده از آن برای ساختمانهای با اهمیت متوسط ومناطق لرزهای مختلف مجاز بوده مشروط بر انکه شرایط ارتفاع ومنظمی سازه کنترل شود [1].
1-2-1-3 قاب خمشی ویژه
قابهای خمشی ویژه همان قابهای دارای شکلپذیری زیاد هستند که در آیین نامه بتن ایران (آبا) به آن پرداخته شده است که در مناطق با لرزه خیزی زیاد و خیلی زیاد و ساختگاهای مختلف و سازههای خاص مورد استفاده قرار میگیرد [1].
1-3 انواع مهاربندی
مهاربند، سیستمی اقتصادی و پربازده برای مقابله با بار جانبی در سازههای قابی میباشد. مهاربندها اغلب مانعی برای طرح معماری سازه به حساب میآیند، لذا معمولاً آنها را در دهانههایی قرار می دهند كه حداقل ممانعت ایجاد شود و ضمناً شرایط سازهای مهاربند در عمل نیروهای برشی و پیچی ساختمان ارضاء گردد. در بسیاری از اوقات نوع مهاربندی بر اساس فضا و بازشوی موجود تعیین میگردد بطور كلی مهاربندها به دو دسته تقسیم می شوند [2]
- مهاربندهای هم مركز ( همگرا )
- مهاربندهای خارج از مركز ( واگرا )
در چند سال اخیر علاوه بر دو گروه فوق سیستم های مهاربندی جدیدی (مهاربندهای دروازه ای، زانویی و كمانش تاب) نیز توسعه یافته اند كه هر كدام را به اختصار توضیح میدهیم .
1-3-1- مهاربندهای هم مركز[1]
این سیستمها در مسیر تكمیل سیستمهای سازهای فولادی در جهت مقابله با نیروهای باد ابداع گردیدند. در این نوع مهاربندها فرض می شود كه محورهای خنثی در اعضای مختلف، نظیر ستونها، تیرها و اعضای مهاربندی در یک نقطه مشترك در هر اتصال با هم تلاقی میكنند. در قابهای با مهاربندی هم مركز مقاومت جانبی سازه توسط اعضای قطری كه با تیرهای قاب تشكیل یک سیستم خرپایی را می دهند تأمین می شود. انواع مهاربندهای هم مركز عبارتند از ضربدری، قطری، شورن V، v معكوس و k كه در شكل 1-1 نمایش داده شده است. به علت پیكربندی خرپا گونه، صلبیت جانبی این سیستمها بسیار زیاد است بطوریكه یک سیستم قاب فولادی با مهاربندهای هم مركز از نوع ضربدری در مقایسه با سیستم قاب خمشی نظیر آن می تواند تا 10 برابر سخت تر باشد [ 3 ].
الف-قطری ب-ضربدری پ-K د-شورنVمعكوس ه-شورنV
شکل 1-1 انواع مهاربندهای هم مركز [3]
از مشكلات عمده این سیستمها شكلپذیری و جذب انرژی كم، عمدتاً به دلیل كمانش موضعی یا كلی عضو فشاری مهاربند و تا حدی هم ضعف و عملكرد نامناسب اتصالات آن میباشد. در زیر به اشكالات عمده هر كدام از انواع بادبندهای فوق به روایت AISC می پردازیم [4].
الف- بادبندهای ضربدری: در هنگام زلزله در هر سیكل یكی از بادبندها به فشار و دیگری به كشش كار میكنند. مهاربندی كه نیروی فشاری را تحمل مینماید، كمانش كرده و از سیستم باربری جانبی خارج میگردد. در سیكل بعدی نیز این اتفاق برای مهاربند دیگر میافتد و بعد از چند سیكل هر دو مهاربند از سیستم باربری جانبی خارج میشوند. همانطور كه در شكل 1-2 مشاهده می شود حلقه های هیسترزیس قاب فولادی با بادبندهای ضربدری بسیار ناپایدار و نامنظم هستند .
شکل 1-2 منحنی هیسترزیس مهاربندی های هم محور [4]
ب- بابندهای قطری: این بادبندها كه به صورت تك و قطری بكار میروند، حداقل باید در دو دهانه یک قاب ساختمانی به كار گرفته شوند و در حالت كلی مشكلات بادبند ضربدری را دارند .
پ- بادبندهای شورنV و V معكوس: در این بادبندها یكی از اعضاء در كشش و دیگری در فشار قرار دارد و احتمال كمانش عضو فشاری وجود دارد. تا قبل از كمانش عضو مهاری یک نیروی متعادل به تیر وارد می شود كه به محض كمانش موضعی یكی از مهاربندها، نیروی متعادل مذكور به یک نیروی نامتعادل تبدیل می شود، كه باعث می شود تیر طبقه تغییر شكل زیادی بدهد ( شكل 1- 2).
الف – بعد كمانش ب- قبل از كمانش
شكل 1-3 نحوه عملكرد بادبندهای شورن [4]
آیین نامه AISC برای جلوگیری از مشكلات فوق دو روش زیر را پیشنهاد كرده است [4].
- استفاده از ستون های دوخت( شكل 1- 4 )
- استفاده از بادبندهای شورن بصورت X برای طبقات ( شكل 1-5 )
ت- بادبند K: استفاده از این بادبند فقط در ساختمان ها تا دو طبقه اجازه داده شده است و مشكل اساسی این بادبند وارد كردن نیروی نامتعادل شرح داده شده در بادبندهای شورن به ستون است كه باعث ایجاد یک تغییرمكانی جانبی در وسط ستون می شود این امر می تواند باعث بروز كمانش در ستون و در نتیجه فروریزی كل ساختمان میگردد .
شكل 1-4 استفاده از ستون دوخت [4] شكل1-5 استفاده از پیكربندی X [4]
1-3-2- مهاربندهای خارج از مركز[2] (EBF )
این بادبندها بعد از مقایسه رفتار هیستریس بادبندهای هم مركز و قاب خمشی و تركیب آنها توسط پوپوف و همكارانش در دهه 70 شكل گرفت. بادبندهایی كه در آنها بین انتهای اعضای مهاربند تا تیر و ستون فاصله ایجاد شده باشد، بادبندهای واگرا نامیده میشوند. فاصله ایجاد شده، تیر پیوند (طول لینك) نامیده شد و با e نمایش داده می شود. تیر پیوند مانند فیوز شكلپذیر عمل میكند و مقدار زیادی از انرژی ناشی از زلزله را جذب میكند در این سیستم هر دو عامل شكلپذیری و سختی با هم تركیب میشوند. شكلپذیری شاخصه مهم قابهای خمشی میباشد و سختی نیز شاخصه اصلی قابهای مهاربندی هم محور میباشد.[5]
مزایای سیستم مهاربندی واگرا به شرح زیر می باشد:[3]
- كاهش تغییر مكانی جانبی در مقایسه با قابهای خمشی.
- استفاده از قابهای مهاربندی هم محور در ساختمان های با ارتفاع زیاد مجاز نمی باشد.
- كاهش نیروهای تكیهگاه و لنگر ( در مقایسه با سیستم قاب خمشی ) به منظور كاهش ابعاد پی.
- امكان استفاده از این سیستم برای تغییر سختی سازه در ارتفاع برای جیران نامنظمی در توزیع ارتفاعی جرم سازه با تغییر اندازه اعضاء و طول پیوند وجود دارد . با تغییر طول تیر پیوند می توان سختی قاب مهاربندی واگرا را تغییر داد.
تعداد صفحه : 134
قیمت :14700 تومان
بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت : * serderehi@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
14,700 تومانافزودن به سبد خرید