پاسخ سازه با در نظرگرفتن رفتار غیرخطی مصالح ورفتار غیرخطی هندسی تحت اثر زلزله‌ی مشخص تعیین می‌شود.
سخت شوندگی کرنش در این مدل ها برابر ۳% در نظر گرفته شده است[۸].
شدت حرکات خاک برای ساختمانها برابر با g35/0 مد نظر قرار گرفت.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
روش انجام تحقیق
این تحقیق بر اساس مراحل ذیل با بهره گرفتن از روش تحلیل دینامیکی فزاینده برای بدست آوردن سطح عملکرد و ارزیابی سطح اطمینان انجام گرفته است.
ساختمان مورد بررسی با کاربری مسکونی، در منطقهای با خطر لرزه‌ای زیاد و بر روی خاک نوع II در نظر گرفته شده است. در این پژوهش بارگذاری ثقلی بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و بارگذاری لرزه‌ای بر اساس آئین نامه ۲۸۰۰ انجام می‌شود.
طراحی سه قاب سه دهانه، پنج، هشت ویازده طبقه با ارتفاع طبقات ۲/۳ و طول دهانه ۵ متر، براساس ضوابط مبحث دهم سال های ۱۳۸۴و ۱۳۸۷ با بهره گرفتن از نرم افزار Etabs[9].
استخراج قاب های دوبعدب (براساس بحرانی بودن).
تحلیل قاب هابر اساس آنالیز دینامیکی غیرخطی فزاینده با بهره گرفتن از نرم افزار OpenSees[10].
محاسبه سطح اطمینان با توجه به مفهوم عملکردی سازه براساس دستور العمل Fema351 و منحنی IDA
ارزیابی و مقایسه سطح اطمینان سیستم های قاب های مهاربندی همگرا طراحی شده با ضوابط مبحث دهم سال ۸۴ و ۸۷٫
سازماندهی مطالب پایان نامه
این پایان نامه در شش فصل تنظیم شده است:
در فصل اول مقدمه بیان می گردد.
در فصل دوم سیستمهای مهاربندی همگرا (با بادبندی ضربدری)و ضوابط آیین‌نامه‌ای این نوع سیستم مورد بررسی قرار میگیرد.
در فصل سوم مفاهیم طراحی بر مبنای سطح عملکرد و تحلیل دینامیکی فزاینده تشریح میگردد.
در فصل چهارم عدم قطعیت و سطح اطمینان سازه‌ها مورد بررسی قرار میگیرد.
در فصل پنجم مدل‌سازی و مقایسه سطح اطمینان قاب‌های فولادی مهاربندی همگرا طراحی شده با ضوابط مبحث دهم (سال‌های ۱۳۸۴ و ۱۳۸۷) مورد بررسی قرار میگیرد.
در فصل ششم نتیجه گیری کلی از مباحث مطرح شده و پیشنهادات جهت تحقیقات آتی ارائه میگردد.
فصل دوم
بررسی سیستمهای مهاربندی همگرا (با بادبندی ضربدری)وضوابط آیین نامه ای
۲-۱- مقدمه
با بررسی اجمالی، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی‌باشد که در مناطق لرزهخیز ودر زلزله‌های معمولی، طراحی ساختمان به گونه‌ای باشد که رفتار سازه، در محدوده الاستیک باقی بماند. در گذشته رفتار سازه‌ها در محدوده الاستیک و بسته به شدت لرزه‌خیزی منطقه و اهمیت سازه طرح می‌شدند ولی اکنون در طراحی لرزه‌ای و مقرون به صرفه بایستی از رفتار جذب کنندگی انرژی با تغییرشکل‌های غیر‌ارتجاعی در مقابل زلزله شدید استفاده شود. طراحی لرزه‌ای سازه‌ها معمولاً بر این اساس صورت میگیرد که اعضایی در سازه باشند که در زلزله‌های شدید، رفتار غیر‌ارتجاعی از خود نشان داده و انرژی لرزه‌ای را جذب نمایند[۱۱].
۲-۲- مرور تاریخچه طراحی بادبندهای CBF و فلسفه طراحی لرزه‌ای
طراحی بر پایه اتلاف انرژی، مستلزم تعیین ضریب رفتار سازهای (ضریب کاهش نیرویی زلزله) از طریق ایده‌السازی طیف پاسخ الاستیک می‌باشد. در طراحی لرزه‌ای که مبتنی بر طرح ظرفیتی است، مودهای شکست برای اعضای سازهای کنترل می‌شود، طوری که سازه شامل مناطق شکل‌پذیر از پیش تعیین شده و ضریب افزایش مقاومت برای سایر اعضای سازهای می‌باشد.
به خاطر هندسه بادبندهای همگرا شکل۲-۱، این نوع سیستم عمل خرپایی را به طور کامل با اعضایی که در محدوده الاستیک و تحت بارهای محوری هستند، ایجاد کرده و با تأمین سختی و مقاومت جانبی زیاد و عملکرد مناسب آن در زلزله‌ها، از متداول‌ترین سیستمهای باربر جانبی است. از مزیت‌های دیگر سیستم بادبندی همگرا، تشکیل یک سیستم باربر جانبی مکمل با عملکرد مناسب به صورت سیستم مختلط می‌توان نام برد[۱۱].
طبق فلسفه طراحی لرزه‌ای، انتظار می‌رود که سیستم مهاربندی همگرا تحت زلزله‌های شدید و کمیاب بتوانند پاسخ غیر‌ارتجاعی پایدار و مداومی از خود نشان دهند. بادبندهای همگرا با شکل پذیری ویژه می‌توانند تغییرشکل‌های پلاستیک را تحمل نموده و انرژی هیسترزیس را با رفتار پایدار و در طی سیکل‌های متوالی با تسلیم کششی و کمانش غیر‌ارتجاعی در فشار جذب نمایند. فلسفه این طراحی به گونه‌ای است که تغییر شکل‌های پلاستیک فقط و فقط در بادبندها اتفاق می افتد و سایر قسمت‌های سازه مثل ستون‌ها و تیرها و اتصالات بدون پذیرفتن خرابی، زلزله‌های شدید را تحمل کرده و باربری ثقلی سازه را حفظ نمایند[۱۱].
شکل۲- ۱٫ اشکال مختلف بادبندهای همگرا
بدین مفهوم که بادبندها به عنوان عضو کنترل شونده توسط تغییر مکان (Displacement Controlled) و سایر اعضای سازهای و اتصالات به عنوان عضو کنترل شونده توسط نیرو (Force Controlled) می‌شوند و در نتیجه رفتار شکل‌پذیر سازه تأمین می‌شود. در مقایسه با قاب‌های خمشی، در قاب‌های مهاربندی شده محدودیت‌هایی در تغییرشکل‌های غیر‌ارتجاعی برگشت‌پذیر وجود دارد و مطلوب است که مکانیسم غیر‌ارتجاعی در نقاط خاصی از سازه باشد. مفصل پلاستیک تا حد امکان در سطوح مختلف سازه پخش شود تا اینکه مقدار تغییرشکل پلاستیک در مکان‌های خاص کاهش یابد. در اولین سطح، بادبندها با کمانش غیر‌ارتجاعی یا تسلیم خود انرژی را جذب می‌نمایند و سایر اعضای سازه تقاضاهای (Demand) ناشی از رفتار غیر‌ارتجاعی بادبندها را تحمل کرده، پایداری آن ها را تأمین می‌نمایند[۱۱].
طراحی موجود که بر اساس روش تنش مجاز است و از آنالیز استاتیکی بهره میگیرد، ابهاماتی در این زمینه دارد. همچنین وجود خسارت‌های زیاد در قاب‌های مهاربندی شده (در زلزله های شدید) سبب می‌شوند تا تحقیقات و مطالعات در زمینه رفتار غیر‌ارتجاعی بادبندها هم به صورت تجربی و هم تئوریک افزایش یابد.
رفتار سیکلی بادبندها شامل پدیده‌های کمانش غیر‌ارتجاعی، تسلیم بادبند، کمانش موضعی، کاهش ظرفیت در رفتار پس از کمانش، اثرات بوشینگر و سخت شدگی کرنش در کشش می‌باشد. این پدیده‌ها تقاضای قابل توجهی در سایر اعضاء و اتصالات بادبندها به وجود می‌آورند.
زلزله‌های شدید گذشته نشان داده‌اند که سیستم بادبندی همگرا، گرچه یک سیستم مناسب در مقابل بار جانبی و زلزله می‌باشد ولی ممکن است عملکرد خوبی نداشته باشند و رفتار ایده‌ال آن ها که قبلاً ذکر شد، حاصل نشود مگر اینکه سایر اعضای قاب و اتصالات آن ها مطابق الزامات لرزه‌ای طرح شده باشد و رفتار پایدار و ایمن آن ها را در برابر مکانیسم‌های شکست طراحی نشده، تثبیت گردد. نمونه‌هایی در زلزله‌های واقعی وجود داشته که در آن تیرها، ستون‌ها، اتصالات جوشی و پیچی دچار خرابی شده‌اند و یا یکی از مکانیسم‌های شکست ترد در خود بادبند اتفاق افتاده است، که در نهایت با چنین رفتار غیرالاستیک کنترل نشده بادبندها، شکست کلی سازه به وجود آمده است(شکل های ۲-۲ ، ۲-۳ ، ۲-۴ و۲-۵) [۱۱].
شکل۲- ۲٫کمانش موضعی در بادبند
شکل ۲-۳٫ شکست مقطع خالص مقطع در پیچ
شکل۲-۴٫ اعوجاج شدید تیر، بدون تکیه گاه جانبی در محل اتصال به بادبندهای شورون
شکل۲- ۵٫گسیختگی اتصالات جوشی بادبندها
عملکرد غیرالاستیک قابل اطمینان بادبندها، نیازمند ایجاد مسیر مناسب و آزاد برای تغییرشکل‌های پس از الاستیک و قابل پیشگویی بودن رفتار کمانشی است. از آنجایی که استراتژی طرح لرزه‌ای در قاب‌های مهاربندی شده، اطمینان یافتن از رفتار غیر‌ارتجاعی فقط در بادبندهاست، زیرا که تغییرشکل غیر‌ارتجاعی پایدار بادبندها، منبع اصلی جذب انرژی زلزله است. برای این کار و برای محافظت سایر اعضای غیر‌شکل پذیر و کنترل شونده به نیرو در سازه مهاربندی شده، باید تخمین واقعی و صحیح از رفتار غیر‌ارتجاعی بادبندها و نیروهای به وجود آمده در آن ها هنگام زلزله‌های شدید، ایجاد گردد.
برای رسیدن به اهدافی که در بالا ذکر شد و نیز رسیدن به پاسخ شکل‌پذیر مورد نیاز باید بر رفتار هیسترزیس و غیر‌ارتجاعی بادبندها شناخت کاملی وجود داشته باشد زیرا با وجود آنکه تلاش‌هایی در جهت مشخص کردن رفتار هیسترزیس بادبندها صورت گرفته ولی در آیین نامه‌های لرزه‌ای نکات مبهم و ناسازگار وجود دارد، برخی از آن ها مطابق معیارهای طراحی اولیه می‌باشد و برخی نیز بر اساس روابط هندسی و محدودیت‌های ابعادی می‌باشد[۱۱].
بنا به دلایلی که ذکر شد و برای پیش بینی رفتار الاستوپلاستیک بادبندها، باید اطلاع دقیقی از روابط تغییر‌مکان- بار بادبندها تحت بارگذاری سیکلی داشت. هر چند که رفتار غیرالاستیک سیکلی بادبند کاملاً پیچیده است.
استفاده از جذب انرژی بادبند فشاری در قاب‌های مهاربندی همگرا، مفهوم جدیدی است که علاوه بر مزیت‌های اقتصادی، می‌تواند عملکرد لرزه‌ای مطمئن‌تری را در زلزله‌های شدید تضمین نماید. با کمانش بادبند، خمش در آن ایجاد می‌شود و در نهایت منجر به تشکیل مفصل پلاستیک در محل لنگر ماکزیمم (در وسط عضو) می‌شود. به وجود آمدن کمانش غیر‌ارتجاعی باعث می‌شود که بادبند فشاری به منبع مهمی برای جذب انرژی لرزه‌ای تبدیل شود. به عبارت دیگر از مهم‌ترین عوامل و پارامترهایی که بر رفتار لرزه‌ای قاب‌های مهاربندی شده تأثیر می‌گذارد، اثر بادبند فشاری است که در بسیاری از موارد نادیده گرفته می‌شود، ولی تعیین منحنی هیسترزیس بادبند فشاری و مقدار جذب انرژی و نیز تأثیر آن بر عملکرد لرزه‌ای می‌تواند در شناخت بهتر و واقعی رفتار هیسترزیس مؤثر باشد[۱۱].
شاید متداول‌ترین نوع بادبندهای همگرا، شکل بادبندی ضربدری یا X شکل است. این نوع شکل بادبند که در حالت‌های مختلف طرح و اجرا می‌شود، نسبت به شکل بادبندی قطری، دارای مزیت‌ها و احتمالاً معایبی باشد که باید به دقت مورد مطالعه قرار گیرد. عمده مزیت بادبندهای X شکل از اتصال وسط دو بادبند به یکدیگر ناشی می‌شود، که بادبند کششی به صورت قید در وسط بادبند فشاری عمل می‌کند و اتکای جانبی قابل توجهی به وجود می‌آورد و در نتیجه رفتار غیر‌ارتجاعی بادبند فشاری و مکانیسم تشکیل مفصل پلاستیک را تحت تأثیر قرار می‌دهد. همچنین با کاهش طول آزاد بادبند در این حالت و افزایش بار بحرانی آن ها در فشار، مقاومت جانبی بادبندهای X شکل نسبت به بادبندهای قطری افزایش چشمگیری می‌کند.
بنا به دلایل معماری و مقاومت جانبی زیاد، محبوبیت بادبندهای X شکل در استفاده بیشتر شده است ولی بیشتر تحقیقات و مطالعات در بررسی رفتار و مدل‌سازی بادبندهای قطری متمرکز شده است و فقط مطالعات تجربی اندکی در رابطه با بادبندهاX شکل تحت بارگذاری سیکلی انجام گرفته است[۱۱].
اطلاعات فنی و مهندسی موجود در آیین نامه‌ها و ادبیات فنی، رفتار لرزه‌ای و پارامترهای غیر‌ارتجاعی (k ضریب کمانش، R ضریب رفتار، Cd ضریب تغییرشکل پلاستیک و … ) بادبندهای X شکل را بر مبنای رفتار و عملکرد مهاربندی قطری قرار می‌دهد. در حالی که این رفتارها و معیارها برای هر دو نوع شکل بادبندی متفاوت از هم بوده و بسته به مقدار سختی انتقالی و سختی خمشی که بادبند مکمل (کششی) برای بادبند فشاری تأمین می‌کند منحنی هیسترزیس جذب انرژی کاملاً تغییر می‌یابد. رفتار سیکلی سیستم بادبندی X شکل، علاوه بر اینکه به رفتار بادبندهای انفرادی بستگی دارد بلکه به طور جدی به اندر‌کنش میان دو عضو بادبندی که به هم متصل‌اند، وابسته است. نوع و مقدار سختی که توسط اتصال وسط فراهم می‌شود، تأثیر مستقیم در رفتار بادبند می‌گذارد.
در بیشتر بررسی‌های صورت گرفته، تنها اثرات نیروهای محوری در شرایط تسلیم بادبندها در نظر گرفته شده ولی به خمش به وجود آمده و تشکیل مفصل پلاستیک ناشی از تغییرشکل غیر‌ارتجاعی، توجه نشده است. نتایج آنالیزهای عددی در رفتار پس از کمانش بادبندهای فلزی نشان می‌دهد که تغییر شکل محوری پلاستیک در مفصل تشکیل شده، نقش اساسی در مشخصات بار- تغییر شکل بادبند دارد و باید اندر کنش پلاستیک برای ترکیب خمش و تغییرشکل محوری در نظر گرفته شود[۱۱].
همان‌طور که ذکر شد، یک سیستم مقاوم لرزه‌ای باید دو خصوصیت کلی زیر را داشته باشد:
