تحقیق فاصله مورد نیاز ساختمان های با قاب خمشی فولادی، به منظور ج

توجه : فرمت این پایان نامه ورد و قابل ویرایش است

بخشی از متن
یکی از پدیده هایی که در خلال زلزله های شدید قابل رویت است برخورد بین ساختمانهای مجاور هم در نتیجه ارتعاش ناهمگون ساختمان ها می باشد. نیرویی که از برخورد بین ساختمانها بوجود می آید) نیروی تنهای(Pounding)( در طراحی در نظر گرفته نمیشود و در نتیجه منجر به شکل گیری تغییر شکلهای پلاستیک و گسیختگی های موضعی و کلی می گردد. از مهمترین راهکارهای ارائه شده در زمینه حذف نیروی تنه ای می توان به تعبیه درز انقطاع کافی بین دو ساختمان مجاور هم، اشاره کرد. در این تحقیق فاصله مورد نیاز بین سازه های با سیستم قاب خمشی فولادی با تحلیل غیر خطی به روش ارتعاشات پیشا محاسبه شده و اثر پارامتر ها ی دینامیکی (زمان تناوب، میرایی، جرم) روی این فاصله بررسی گردید. همچنین رابطه ای برای محاسبه درز انقطاع مدلهای سازه ای مورد نظر پیشنهاد شده و نتایج حاصل از این رابطه با روابط آیین نامه های IBC2006 و استاندارد 2800 ایران مقایسه گردید.

چکیده
در هنگام زلزله ساختمانهایی که نزدیک هم قرار دارند به علت تفاوت در خصوصیات دینامیکی پاسخهای متفاوتی از خود نشان می دهند و ارتعاش مشابه و هماهنگ نخواهند داشت و در نتیجه احتمال برخورد و انهدام در اثر ضربه برای این ساختمانها وجود دارد.
این پدیده برای اولین بار پس از زلزله سال 1985 مکزیکوسیتی مورد ارزیابی قرار گرفته و به عنوان یکی از عوامل تاثیر گذار بر میزان شدت خرابی های ناشی از نیروی زلزله در نظر گرفته شد. از مهمترین راهکارهای ارائه شده در زمینه کاهش نیروی تنه ای می توان به تعبیه درز انقطاع کافی بین دو ساختمان مجاور هم، اشاره کرد. در این تحقیق فاصله مورد نیاز بین سازه های با سیستم قاب خمشی فولادی با تحلیل غیر خطی به روش ارتعاشات پیشا محاسبه شده و اثر پارامتر ها ی دینامیکی (زمان تناوب، میرایی، جرم) روی این فاصله بررسی می گردد. همچنین رابطه ای برای محاسبه درز انقطاع مدلهای سازه ای مورد نظر پیشنهاد شده و نتایج حاصل از این رابطه با روابط آیین نامه های IBC2006 و استاندارد 2800 ایران مقایسه شده است.
نتایج نشان می دهند که با نزدیک شدن زمان تناوب دو سازه و همچنین افزایش میرایی، فاصله بین سازه ها کاهش می یابد. همچنین درز انقطاع محاسباتی بر اساس استاندارد 2800 ایران برای سازه های تا 7 طبقه، کمتر و برای سازه های بیشتر از 7 طبقه، بیشتر ازمقدار بدست امده بر اساس آیین نامه IBC2006 و روش استفاده شده در این تحقیق می باشد.

1- مقدمه
در هنگام زلزله در اثر حرکات زمین، ساختمانها تحت نیروهای دینامیکی قرار می‌گیرند و به ارتعاش در می‌آیند. در ساخت سازهای شهری به مواردی برخورد می‌کنیم که ساختمانهای مجاور به هم چسبیده و یا با فاصله کم از یکدیگر قرار دارند. این سازه‌ها بدلیل اختلاف خواص دینامیکی در یک جهت معین دارای زمان تناوبهای مساوی نمی‌باشند. تفاوت زمان تناوب در سازه باعث اختلاف در واکنشهای آنها نسبت به شتاب زمین خواهد شد و در نتیجه با توجه به تعییر مکانهای آنها در لحظات مختلف، در طول زلزله دو سازه گاهی به هم نزدیک و گاهی از هم دور خواهد شد. و اگر فاصله دو سازه به اندازه کافی بزرگ نباشد در هنگام زلزله ممکن است با یکدیگر برخورد کرده و ضربه‌ای به همدیگر وارد نمایند برای جلوگیری از این رخداد باید فاصله بین ساختمانهای مجاور قرار داده شود تا از برخورد آنها جلوگیری گردد این فاصله را درز انقطاع گویند.
در بسیاری از زلزله‌های مهم گذشته در اکثر کلان شهرهای موجود در سراسر دنیا، بحث خرابی ناشی از نیروهای تنه‌ای مشاهده شده است. بحث نیروی تنه‌ای (Pounding) یکی از رایجترین و مرسوم ترین پدیده‌های است که در خلال زلزله‌های مهیب قابل رویت است. نیروی تنه‌ای می‌تواند باعث ایجاد خسارتهای سازه‌ای و معماری در ساختمان شده و بعضاً باعث ریزش کلی ساختمان می‌گردد.
در خلال زلزله 1985 مکزیکوسیتی حدود 15% از 330 ساختمان تحت اثر نیروی برخورد (تنه‌ای) تخریب شدند. همچنین در خلال زلزله 1989 لوماپریوتا، تا حدود 200 مورد شکل گیری نیروی تنه‌ای مشاهده گردید. در این میان حدود 79 درصد از ساختمانها دچار تخریب معماری شدند ] [.
در طی زلزله 1964 آلاسکا برج هتل آنچوراگ وستوارد دراثر برخورد با قسمتی از یک سالن رقص سه طبقه مجاور هتل، تخریب شد. همچنین، خرابی های ناشی از نیروی تنه ای در زلزله های 1967 ونزوئلا و 1971سانفرناندو نیز مشاهده گردید] [.

از طرف دیگر برخورد بین عرشه ها وپایه های کناری پلها در طی زلزله 1971 سانفرناندو مشاهده شد. در سال 1995در اثر زلزله هایاکو کن نانبو در ژاپن حرکت طولی المانهای پل هان شین تا 3/0متر نیز رسید. و از این زلزله به بعد تحقیقات اساسی بر روی نیروی تنه‌ای شکل گرفت] [.

از مهم ترین راهکارهای ارائه شده در زمینه کاهش نیروی تنه ای می توان به تعبیه درز انقطاع کافی بین دو ساختمان مجاور هم به منظور جلوگیری از برخورد دو ساختمان، اشاره کرد. این روش از ساده ترین و در عین حال مفیدترین روشهای مرسومی است که امروزه در حیطه آیین نامه های مختلف از طریق مجموعه ضوابط خاص ارائه شده است. به منظور تخمین این فاصله جداساز روش های مختلفی همچون روش تفاضل طیفی، روش ضرایب لاگرانژ و روش ارتعاشات پیشا وجود دارد. محققین مختلف با استفاده از یکی از روش های ذکر شده و با فرض رفتار خطی برای دو ساختمان مجاور هم به تخمین این فاصله پرداخته اند. در این مقاله سعی شده است که درز انقطاع بین دو ساختمان با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی اعضاء دو سازه مجاور هم، محاسبه گردد. روش مورد استفاده در این مقاله روش ارتعاشات پیشا بوده و تاثیر عواملی چون میرایی، دوره تناوب و جرم سازه ها بر درز انقطاع بررسی شده و نتایج حاصل از تحلیل با ضوابط آیین نامه ای استاندارد 2800 ایران و IBC2006 مقایسه شده است.

2- طراحی مدلها
مدل های مورد استفاده در این تحقیق، شامل قاب های با تعداد طبقات 2، 4، 6، 8، 10، 12، 14، 16، 18، 20 می‌باشند که ارتفاع طبقات در همه مدلها 2/3 متر می‌باشد. پلان طبقات تمامی ساختمان ها مشابه می باشد. در انتخاب پلان سعی شده است که طول دهانه‌ها مطابق با ساختمان های معمول باشد. که در این تحقیق مقدار 4 متر انتخاب شده است و همچنین شکل پلان بصورت متقارن انتخاب شده تا بتوان از اثرات پیچش ساختمان در تحلیل و طراحی صرف نظر کرد.
طراحی قابها بر اساس نیروهای حاصل از بارگذاری‌های ثقلی و لرزه‌ای به روش استاتیکی معادل مطابق آیین‌نامه بارگذاری استاندارد 2800 ایران انجام شده است. تحلیل و طراحی مدلها بصورت دو بعدی و با استفاده از نرم‌افزار ETABS ‌‌ صورت گرفته است. برای طراحی این قابها از آیین‌نامه‌های UBC97-ASD و ضوابط لرزه‌ای این آیین‌نامه استفاده شده است. پارامتر‌های بکار رفته جهت محاسبه برش پایه طراحی بصورت زیر می‌باشد:
خطر لرزه‌خیزی بالا برای محل ساختمان ( ( PGA=0.35g، خاک سخت (نوع‌‌III)، ضریب اهمیت متوسط (1‌ I =)، ضریب رفتار 10= R (شکل‌پذیری ویژه) و ضریب اضافه مقاومت8/2=Ω.
از آنجاییکه سیستم اسکلت ساختمان قاب خمشی می باشد. استفاده از مقاطع غیر فشرده (مقاطعی که امکان ایجاد کمانشهای موضعی یا انهدام زود هنگام در آنها وجود دارد) مناسب نمی باشد. لذا در این تحقیق از مقاطع استاندارد جدول اشتال )برای ستونها از مقاطع بال پهن باوزن متوسط ( HE-B) وبرای تیرها از مقاطع (IPE استفاده شده است.

3 -تحلیل مدلها
پس از طراحی مدلهای مورد بررسی در محیط نرم‌افزار ETABS ، برای انجام تحلیل‌های استاتیکی و دینامیکی از نرم‌افزار المان محدود OpenSees OpenSees (نرم افزاری است برای شبیه سازی در مهندسی زلزله با استفاده از مدل های اجزاء محدود و محصول PEER (مرکز تحقیقات مهندسی زلزله آمریکا)) استفاده می‌شود. روند مدلسازی و تحلیل سازه ها به صورت زیر می باشد.
برای مدل کردن رفتار فولاد در این تحقیق درحالت خطی از مصالح الاستیک و در حالت غیر خطی از مصالح steel01 استفاده شده است. شکل(1) منحنی تنش-کرنش فرضی برنامه برای مصالح فوق را نشان می دهد.

فهرست مطالب
فصل 1 معرفی درز انقطاع و پارامترهای موثر بر آن
1-1 مقدمه
1-2 نیروی تنه ای و اهمیت آن

فصل2 مروری بر تحقیقات انجام شده
2-1 سوابق تحقیق
2-1-1 Anagnostopouls 1988
2-1-2 Westermo 1989
2-1-3 Anagnostopouls 1991
2-1-3-1 تاثیر مقاومت سازه ای
2-1-3-2 تاثیر میرایی اعضاء
2-1-3-3 تاثیر بزرگی جرم سازه
2-1-3-4 خلاصه نتایج
2-2-4 Maision,kasai,Jeng 1992
2-1-5 Jeng,Hsiang,Lin 1997
2 -1-6 Lin و Weng 2001
2-1-7 Biego Lopez Garcia 2005
2-1-7-1 مدل خطی
2-1-7-2 مدل غیر خطی
2-1-8 فرزانه حامدی 1374
2-1-9 حسن شفائی 1385
2-1-10 نوید سیاه پلو 1387
2-2 روشهای آیین نامه ای
2-2-1 آیین نامه IBC 2006
2-2-2 آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله (استاندارد2800)
فصل 3 معرفی تئوری ارتعاشات پیشا
3-1 فرایند ها و متغیر های پیشا
3-2 تعریف متغیر پیشای X
3-3 تابع چگالی احتمال
3-4 امید های آماری فرایند راندم (پیشا)
3-4-1 امید آماری مرتبه اول (میانگین) و دوم
3-5-2 واریانس و انحراف معیار فرایندهای راندم
3-5 فرایندهای مانا و ارگادیک
3-5-1 فرایند مانا
3-5-2 فرایند ارگادیک
3-6 همبستگی فرایندهای پیشا
3-7 تابع خود همبستگی
3-8 چگالی طیفی
3-9 فرایند راندم باد باریک و باند پهن
3-10 انتقال ارتعاشات راندم
3-10-1 میانگین پاسخ
3-10-2 تابع خود همبستگی پاسخ
3-10-3 تابع چگالی طیفی
3-10-4 جذر میانگین مربع پاسخ
3-11 روشDavenport

فصل 4 مدلسازی و نتایج تحلیل دینامیکی غیر خطی
4-1 مقدمه
4-2 روش های مدل سازی رفتار غیرخطی
4-3 آنالیز غیرخطی قاب های خمشی
4-4 مشخصات مدل های مورد بررسی
4-4-1 طراحی مدل ها
4-4-2 مدل تحلیلی
4-4-3 مشخصات مصالح
4-4-4 مدل سازی تیر ها و ستون ها
4-4-5 بارگذاری

4-5 روش آنالیز
4- 5-1 معرفی روش آنالیز تاریخچه پاسخ
4-5-1-1 انتخاب شتاب نگاشت ها
4-5-1-2 مقیاس کردن شتاب نگاشت ها
4-5-1-3 استهلاک رایلی
4-5-1-4 روش نیوتن _ رافسون
4-5-1-5 همگرایی
4-5-1-6 محاسبه پاسخ سازه ها
4-6 محاسبه درز انقطاع
4-7 تاثیر زمان تناوب دو سازه
4-8 تاثیر میرایی
4-9 تاثیر تعداد دهانه های قاب خمشی
4-10 تاثیر جرم سازه ها

فصل 5 روش پیشنهادی برای محاسبه درز انقطاع
5-1 مقدمه
5-2 روش محاسبه جابجایی خمیری سازه ها
5-2-1 تحلیل دینامیکی طیفی
5-2-1-1 معرفی طیف بازتاب مورد استفاده در تحلیل
5-2-1-2- بارگذاری طیفی
5-2-1-3- اصلاح مقادیر بازتابها
5-2-1-4 نتایج تحلیل طیفی
5-2-2 آنالیز استاتیکی غیر خطی
5-2-2-1 محاسبه ضریب اضافه مقاومت
5-2-2-2 محاسبه ضریب شکل پذیری ( )
5-2-2-3 محاسبه ضریب کاهش مقاومت در اثر شکل پذیری
5-2-2-4 محاسبه ضریب رفتار
5-2-3 محاسبه تغییر مکان غیر الاستیک
5-2-4 محاسبه ضریب
5-3 محاسبه درز انقطاع
5-4 محاسبه جابجایی خمیری بر حسب ضریب رفتار
فصل6 مقایسه روش های آیین نامه ای
6-1 مقدمه
6-2 آیین نامه (IBC 2006)
6-3 استاندارد 2800 ایران
6-4 مقایسه نتایج آیین نامه ها با روش استفاده شده در این تحقیق