چکیده:
طراحی در مهندسی عمران از عدم قطعیت‌های گوناگونی یرخوردار است. بعضی از آنها واضح بوده و بعضی بعلت ناشناخته بودن پنهان باقی می مانند. عدم قطعیت‌ها را در مهندسی عمران میتوان به دو گروه بزرگ تصادفی و عدم قطعیت در شناخت سیستم و اجزای آن تقسیم بندی نمود. گروه اول از ماهیت تصادفی برخوردار بوده در حالی که گروه دوم مربوط به میزان علم و دانش بشری از رفتار کل و اجزای سیستم میباشد. از مهمترین منابع اصلی عدم قطعیت در مهندسی عمران میتوان به محدودیت آماری، محدودیت در مدلسازی از یک سازه یا مساله پیچیده فیزیکی، ناشی از ماهیت ذاتا تصادفی آن پدیده، و در نهایت ناشی از خطای بشری دانست. در صورتی که عمده عدم قطعیت‌ها در مهندسی عمران را میتوان ناشی از عواملی مانند بارگذاری، مقاومت، آنالیز و غیره و در نظر گرفت. پارامترهای مربوط به بارگذاری با توجه به ماهیت طبیعی تصادفی بارها می‌باشند. معمولا مقادیر پیشنهاد شده توسط آیین‌نامه ها جهت این نوع بارها از روشهای آماری به دست آمده است. مقاومت یک سیستم سازه‌ای نیز به عوامل گوناگونی از جمله ابعاد مقطع، سطح وممان اینرسی مقطع، مقاومت تسلیم اعضای سازه، مدول یانگ، و.... بستگی دارد که در هر کدام از موارد ذکر شده نیزعدم قطعیت‌هایی وجود دارد. روشهای آنالیز یک سازه نیز همواره با فرضیات ساده کننده زیادی همراه بوده است. و در نهایت خطای انسانی در هر کدام از مراحل طراحی یا ساخت نیز جزء جدایی ناپذیر از علم مهندسی میباشد. در آیین‌نامه های فعلی معمولا با تعریف ضرایبی برای افزایش بارها وکاهش مقاومت سازه، این نوع عدم از عدم اطمینان ها را در طراحی در نظر می گیرند و در نهایت نسبت مقاومت به بار وارده را با یک ضریب بزرگتر از واحد بنام ضریب اطمینان تعریف می‌شود. از آنجایی که این ضریب به تنهایی نمی‌تواند عدم قطعیت موجود در بارها و مقاومت را منعکس نماید و در مورد میزان احتمال خرابی سازه هیچ گونه اطلاعاتی ارائه نمی‌دهد لذا در این پایان نامه سعی شده تا با مدل سازی یک سازه بتنی با سیستم قاب خمشی بتن مسلح به بررسی عدم قطعیت های موجود در روند تعیین پاسخ سازه پرداخته و با انجام آنالیز های احتمالاتی برروی متغیرهای بار و مقاومت، میزان بیشترین حساسیت پاسخ سازه نسبت به این پارامترها تعیین گردد. لازم به ذکر است که در این تحقیق برای آنالیز سازه مورد نظر از تحلیل دینامیکی غیرخطی استفاده شده است. نتایج تحقیق حاکی از این میباشد که بیشترین حساسیت سازه مربوط به بار انفجار میباشد. همچنین بررسی انجام شده نشان میدهد که حساسیت پاسخ سازه نسبت به بار مرده بیشتر از بار زنده می باشد. اما بررسی های میدانی محققین و نتایج حاصله آن نشان می دهد پارامتر تصادفی بار زنده به مراتب ماهیت تصادفی تری نسبت به بار مرده دارا میباشد. لازم است این نکته بیان شودکه عدم قطعیت های موجود در بار زنده به مراتب از بار مرده بیشتر میباشد. توجه شود که بار مرده وزن اجزای سازه ای و غیر سازه ای می باشد،مقادیری که میتوان در طول عمر سازه تا حدودی پیش بینی نمود، اما این مقدار برای بار زنده غیرقابل پیش بینی می باشد.
در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، مقدار اسمی بار مرده وارده بر سازه‌ها بیشتر از بار زنده وارد برآنها منظور می‌شود، (DL=600Kg/m2و(LL=200Kg/m2 علاوه بر این حضور بار مرده در ترکیبات بارهای وارده پیشنهادی به مراتب بیشتر از بار زنده میباشد و به عبارت دیگر درصد مشارکت بار مرده بیشتر از بار زنده میباشد. لذا خارج از انتظار نیست که حساسیت پاسخ سازه نسبت به بار مرده بیشتر از بار زنده باشد.
ودر حالت کلی الویت حساسیت پاسخ سازه نسبت به متغیرها به ترتیب عبارت است بار انفجار، بار مرده، بار زنده، مدول الاستیسیته بتن ومدول الاستیسته فولاد
کلمات کلیدی: بارگذاری انفجار، سازه بتنی، تحلیل دینامیکی غیرخطی، اصول عدم قطعیت‌ها، منابع عدم قطعیت‌ها، تحلیل احتمالاتی، آنالیز حساسیت.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه........................................................................................... 1
1-1 تاریخچه....................................................................................................... 2
1-2- ضرورت انجام تحقیق........................................................................... 3
1-3- بیان مسئله............................................................................................. 4
1-4- اهداف تحقیق.......................................................................................... 5
1-5- فرضیات تحقیق........................................................................................ 5
1-6-روش انجام تحقیق................................................................................... 6
1-7- ساختار پایان نامه......................................................................... 6
فصل دوم: بارگذاری انفجار وتاثیرات آن بر روی سازه .........................................................................8
مقدمه..................................................................................................................... 9
2-2- مروری بر تحقیقات گذشته............................................................... 9
2-3- پدیده انفجار...................................................................................... 11
2-3-1- انفجار سطحی.................................................................................... 12
2-4-بمب‌ها و مواد منفجره...................................................................... 15
2-5- بارهای انفجاری چگونه متفاوت از بارهای لرزه‌ای می‌باشند؟ 16
2-6- بار انفجار........................................................................................... 17
2-6-1- قوانین مقیاس بندی موج انفجار......................................... 19
2-6-2- پیش‌بینی فشار انفجار................................................................ 21
2-6- پاسخ سازه‌ای به بارگذاری انفجار......................................... 24
2-6-1- سیستم انعطاف پذیر..................................................................... 24
2-6-2- سیستم SDOF الاستو- پلاستیک................................................... 26
2-7- وضعیت مواد در نرخ کرنش بالا................................................... 27
2-7-1- ویژگی‌های دینامیکی بتن درنسبت های کرنش بالا......... 28
2-7-2- ویژگی‌های دینامیکی فولاد تقویت کننده درنرخ های کرنش بالا 29
وضعیت رفتار سازه‌ای بتن مسلح در برابر بارگذاری انفجار30
2-8-1- رفتار شکل پذیر اعضای بتنی همبندار............................. 30
2-8-2- رفتار شکل پذیر اعضای بتنی بدون همبند..................... 31
فصل سوم: بررسی عدم قطعیت ها ومدل های احتمالاتی ..............................................................32
3-1- مقدمه....................................................................................................... 33
3-1-1- عدمقطعیت‌هایموجوددرسازهوتاریخچهآن........................ 33
3-2- قابلیتاعتمادولزومبررسیآن................................................... 35
3-3- عدمقطعیتدربارها........................................................................... 36
3-3-1- بارهایثقلی..................................................................................... 36
3-3-1-1- بارمرد........................................................................................... 37
3-3-1-2- بارزنده........................................................................................ 38
3-3-1-2-1- بارزندهماندگار) متعارف(............................................... 38
3-3-1-2-2بارزندهگذرا )غیرمتعارف(.................................................. 39
3-3-2-1-3- ماکزیممبارزنده................................................................. 40
3-4- عدمقطعیتدرمقاومت......................................................................... 42
3-5- راههای کاهش عدم قطعیت در مهندسی عمران....................... 43
3-6- شبیه‌سازیمونتکارلو....................................................................... 43
3-7- تولیداعدادمتغیرهایتصادفی..................................................... 44
3-7-1- تولیداعدادمتغیرتصادفینرمال.......................................... 44
3-7-2- تولیداعدادمتغیرتصادفیلوگنرمال.................................. 46
فصل چهارم: روند انجام مدل سازی سازه مورد مطالعه ومطالعات انجام شده..................47
4-1- مقدمه....................................................................................................... 48
4-2-نمونه مورد مطالعه............................................................................ 48
4-2-1- مشخصات هندسی ومصالح سیستم مورد تحلیل..................... 48
4-2-2- بارگذاری چرخه ای مطابق الگوی ATC-24.......................... 50
4-2-3- منحنی های هیسترزیس.................................................................. 50
4-2-4- نتایج مدل سازی............................................................................ 51
4-2-5- نتیجه حاصل از صحت سنجی........................................................ 52
4-3- مدل سازه و شیوه مدلسازی آن:................................................ 53
4-3-1- مقدمه:................................................................................................ 53
4-4- فرضیات مطالعه................................................................................... 54
4-5- ویژگی ها و خواص مصالح............................................................... 55
4-6 - بارگذاری انفجاری......................................................................... 57
4-7- انتخاب فاصله مقیاس شده برای انفجار............................... 58
4-8- بررسی پاسخ سازه به بار انفجار 200کیلوگرم TNT در فاصله 10متری از سازه..................................................................................................................... 58
4-8-1- جابجایی سازه دراثر انفجار 200کیلوگرم TNT در فاصله 10متری از سازه............................................................................................................................... 58
4-8- 2- بررسی تنش اصلی در سازه مورد نظر............................... 59
5-9-3- بررسی برش پایه ناشی از از انفجار بر سازه در فاصله 10متری60
فصل پنجم: نتایج بررسی احتمالاتی سازه نسبت به بار انفجار.....................................................61
5-1- مقدمه....................................................................................................... 62
5-2- پارامترهای به کار گرفته شده در مدلسازی بارهای وارده 62
5-2-1- بارمرده.............................................................................................. 62
5-2-2- بار زنده........................................................................................... 63
5-3- پارامترهای به کار گرفته در مدلسازی مقاومت............. 64
5-3-1- بتن و فولاد...................................................................................... 65
5-4- بررسی احتمالاتی پاسخ سازه........................................................ 65
5-5- پارامتر تصادفی بار....................................................................... 66
5-5-1- پارامترهای تصادفی بار مرده.............................................. 66
5-5-2- متغیر تصادفی بار زنده........................................................... 67
5-5-3- پارامتر تصادفی بار انفجار................................................. 69
5-6- پارامتر تصادفی مقاومت............................................................... 70
5-6-1- متغیر تصادفی مدل الاستیسیته بتن.................................... 71
5-6-2- متغیر تصادفی مدل الاستیسیته فولاد.................................. 72
5-7- بررسی ضریب تغییرات پارامترهای تصادفی.......................... 74
فصل ششم: نتیجه گیری وپیشنهادات..........................................................................................................75
6-1- نتیجه‌گیری............................................................................................. 76
6-2- پیشنهادات برای مطالعات آتی................................................... 77
مراجع:............................................................................................................... 79
- ۹۶/۰۸/۰۱