پایان‌نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

رشته مهندسی عمران – گرایش سازه

موضوع:

مطالعه ضریب رفتار سازه‌های فولادی

 با سیستم دوگانه قاب خمشی و مهاربند زانویی

استاد راهنما:

دکتر مرتضی نقی‌پور 

استاد مشاور:

دکتر مرتضی اسکندری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب
عنوان                                                                                       صفحه
1- فصل اول: کلیات پژوهش…………………………………………………………………………… 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 پژوهش ………………………………………………………………………………………………………… 8
1-7-  طریقه 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 آمریکایی ……………………………………………………………………………………………… 44
2-5-1-1- روش ضریب شکل‌پذیری یوانگ ……………………………………………………………………. 45
2-5-1-1-1- فرمول ضریب شکل‌پذیری سازه  …………………………………………………….. 47
2-5-1-1-2- فرمول ضریب کاهش نیرو بر اثر شکل‌پذیری  ………………………………. 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 استاتیکی غیر خطی و واکاوی Pushover (بار افزون) ………………………………….. 52
3-2-1- توزیع بار جانبی در تحلیل استاتیکی 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 یکنواخت ………………………………………………………………………………………………. 57
3-2-2- روش FEMA-356 برای تحلیل پوش‌آور ………………………………………………………….. 58
3-3-1- پاسخ نیرو-تغییر مکان سازه ……………………………………………………………………………….. 58
3-3-2- ارزیابی آزمایشگاهی روابط نیرو-تغییر مکان ……………………………………………………… 62
3-4- طراحی بر اساس سطوح عملکرد اجزاء سازه‌ای …………………………………………………….. 63
3-4-1- سطح عملکرد 1 برای اجزاء سازه‌ای-قابلیت بهره گیری بی‌وقفه …………………………. 64
3-4-2- سطح عملکرد 3 برای اجزای سازه‌ای ایمنی جانی ………………………………………….. 64
3-4-3- سطح عملکرد 5 برای اجزای سازه‌ای-آستانه فرو ریزش ………………………………… 65
3-5- مطالعه 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- اندرکنش 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 چگونگی مدل‌سازی و مدل‌های مورد مطالعه…………………………………………………….. 78
4-2-1- چگونگی مدل‌سازی و محاسبه طول المان زانویی……………………………………………………. 79
4-2-2- نام‌گذاری مدل‌ها…………………………………………………………………………………………………… 80
4-3- تحلیل استاتیکی 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 کنترل ضریب رفتار سیستم دوگانه قاب خمشی و مهاربندی زانویی…….. 86
4-5-1- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-DB-M…………………………………….. 86
4-5-2- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-DB-T……………………………………… 91
4-5-3- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-DB-B……………………………………… 93
4-5-4- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-M…………………………………….. 95
4-5-5- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-T……………………………………… 97
4-5-6- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-B……………………………………… 99
4-5-7- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-DB-M…………………………………. 101
4-5-8- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-DB-T…………………………………… 103
4-5-9- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-DB-B………………………………….. 105
4-5-10- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-XB-M………………………………. 107
4-5-11- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-XB-T………………………………… 109
4-5-12- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 9S-XB-B……………………………….. 111
4-5-13- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-M………………………………. 113
4-5-14- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 13S-DB-T……………………………… 115
4-5-15- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 13S-DB-B…………………………….. 117
4-5-16- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 13S-XB-M……………………………. 119
4-5-17- طریقه محاسبه ضریب رفتار سازه برای مدل 5S-XB-M………………………………. 121
4-5-18- طریقه 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 عملکرد مناسب مدل…………………………………… 127
5-5- اختصار نتایج……………………………………………………………………………………………………………. 128
5-6-  پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………… 130
* فهرت منابع و مأخذ……………………………………………………………………………………………………….. 131
پیوست‌ها…………………………………………………………………………………………………………………………….. 134
 Abstract       140
چکیده:
اساسی‌ترین هدف در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها جلوگیری از فرو ریزش سازه در هنگام زلزله‌های شدید می‌باشد که پایه تئوری حاکم بر رفتار لرزه‌ای می‌باشد نتیجه مطالعه رفتار غیرخطی سازه در هنگام زلزله و مقاومت ناشی از عملکرد غیرخطی سازه در هنگام زلزله و مقاومت ناشی از عملکرد غیرخطی آن در آیین‌نامه‌ها و مقررات طرح لرزه‌ای معرفی عددی تحت عنوان ضریب رفتار جهت تقلیل نیروی طراحی خطی به مقصود هدایت سازه به عملکرد غیرخطی بوده می باشد. یکی از سیستم‌های باربر لرزه‌ای که از لحاظ شکل‌پذیری و اقتصادی بودن مورد توجه قرار گرفته می باشد، سیستم مهاربند زانویی می‌باشد. در سیستم مهاربند زانویی حداقل یک انتهای بادبند قطری به جای اتصال به محل برخورد تیر به ستون به عضو زانویی که به گونه مایل مابین تیر و ستون قرار می‌گیرد وصل می گردد. عضو قطری تأمین کننده سختی سیستم می باشد در حالیکه شکل‌پذیری تحت اثر بارهای جانبی از طریق جاری شدن خمشی عضو زانویی بدست می‌آید و عضو زانویی مانند یک فیوز شکل‌پذیر اقدام می کند و مانع از کمانش عضو قطری می گردد. برای بدست آوردن ضریب رفتار یک مسئله که برای بهسازی لرزه‌ای مورد مطالعه قرار می‌گیرد بایستی رفتار خطی و غیرخطی سازه با یکدیگر مقایسه گردد. در این پژوهش روش یانگ برای بدست آوردن ضریب رفتار سازه‌ها معرفی و به صورت کامل تبیین داده می گردد. پس از طراحی اولیه سازه، شکل‌پذیری سازه به روش تحلیل استاتیکی غیرخطی(بار افزون-Pushover) مورد مطالعه قرار می‌گیرد و زمان تشکیل اولین مفصل پلاستیک و مراحل بعد از آن تا انهدام کلی سازه مشخص می گردد. با اسفتاده از تحلیل غیرخطی و همچنین نمودار برش پایه – تغییر مکان، پارامترهای مورد نیاز برای محاسبه ضریب رفتار به روش یانگ مانند شکل پذیری و مقاومت افزون و ضریب نسبت تنش مجاز و همچنین اندازه تغییر مکان هدف و … قابل محاسبه می‌باشد. نتایج بدست آمده از این پژوهش برای محاسبه ضریب رفتار، نشان‌دهنده مقادیر متفاوت در ترازهای ارتفاعی متفاوت می‌باشد. همچنین مقدار ضریب رفتار در سازه‌های با عملکرد لرزه‌ای نامناسب در یک تراز ارتفاعی می‌تواند کمتر از مقدار میانگین بدست آمده در سایر مدل‌ها باشد.
کلید واژه: ضریب رفتار- مهاربند زانویی- شکل‌پذیری- بهسازی لرزه‌ای- سازه فولادی-روش بار افزون
فصل اول
کلیات پژوهش
1-1- مقدمه:
غالباً سازه‌ها برای زلزله‌های شدید و پذیرش سطوحی از خسارت طراحی می شوند و کنترلی از نظر رفتار الاستیک سازه‌ها در محدوده زلزله‌های معتدل که احتمال وقوع سالیانه آن‌ها زیاد می‌باشد مشخص نمی‌شوند. یعنی اینکه تخمینی برای رفتار الاستیک سازه‌ها در چنین حالتی وجود ندارد. سازه در هنگام وقوع زلزله‌های شدید وارد محدوده غیر خطی می گردد و در نتیجه برای طراحی آن‌ها نیاز به یک طراحی غیر خطی می‌باشد اما 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 مقصود می گردد.
یکی از پارامترهای مهم و اساسی در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها ضریب رفتار می‌باشد. مقدار این ضریب در بعضی آیین نامه‌ها از نتایج آزمایشات انجام شده تعیین شده می باشد و رخداد زلزله بهترین آزمایشگاه برای مطالعه رفتار سازه‌ها می‌باشند. برای لحاظ کردن رفتار غیر خطی سازه با یک تحلیل خطی و مشخص کردن اندازه اتلاف انرژی در اثر رفتار هیستر زیس، میرایی، اثر اضافه مقاومت سازه و شکل‌پذیری سازه از ضریبی به نام ضریب اصلاح رفتار یا ضریب رفتار بهره گیری می گردد.
طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها به این شکل می باشد که طرح بایستی به گونه‌ای باشد تا ساختمان‌ها در هنگام وقوع زلزله‌های کوچک 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 اما پایداری کلی آنها حفظ گردد.
با در نظر گرفتن عملکرد الاستیک سازه در برابر زلزله مقاطع طرح  بزرگتر شده و همین امر باعث غیر اقتصادی شدن طرح خواهد بود. پس با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی سازه می‌توان از خصوصیات جذب انرژی سازه و تغییر شکل‌های خمیری آن بهره گرفت و به اقتصادی شدن طرح کمک نمود. در صورتی می‌توان از این خصوصیات رفتار غیرخطی سازه بهره جست که سازه تحمل تغییر شکل‌های خمیری را داشته باشد. به بیانی دیگر در طراحی لرزه‌ای سازه بایستی قادر به اتلاف بخش عمده‌ای از انرژی ورودی از طریق تغییر شکل‌های غیرالاستیک باشد. برای داشتن مقدار منطقی برای مقاومت غیرالاستیک سازه‌ها، صحت اندازه کاهش در مقاومت الاستیک امری ضروری می‌باشد.
آیین‌نامه  [1] UBC97با واکاوی سازه‌ها بر اساس کفایت آن‌ها، اثرات پاسخ غیر خطی ساختمان، اضافه مقاومت‌ها و شکل‌پذیری عناصر مختلف را مد نظر قرار می‌دهد. بر طبق معیارهای فوق توجه اصلی در برابر زلزله به ایمنی جانبی معطوف می باشد، یعنی جلوگیری از انهدام سازه تحت اثر شدیدترین زلزله‌ای که در طول عمر مفید سازه محتمل می باشد. پس سازه‌ای که بر اساس چنین فلسفه‌ای طراحی می گردد (طراحی لرزه‌ای) تحت نیروهای شدید زلزله وارد محدوده غیر خطی می گردد. در نتیجه طرح سازه‌ها برای رفتار خطی تحت لرزش‌های ناشی از زلزله‌های بزرگ اساساً اقتصادی نیست. پس سازه‌ها برای نیروی برشی به مراتب کوچک‌تر از نیروی برشی تسلیم طراحی می شوند. کاهش در مقاومت الاستیک سازه‌ها بایستی با دقت انجام پذیرد. چگونگی و مقدار این کاهش در مقاومت می‌تواند در انجام رفتار مورد نظر در سازه بسیار موثر باشد پس شناسایی پارامترهای دخیل در این زمینه برآورد اهمیت نسبی آن‌ها در ارائه مقدار صحیح کاهش مقاومت الاستیک طراحی سازه‌ها یک مقوله بسیار با اهمیت و ضروری می باشد.
در آیین‌نامه‌های طراحی، سازه‌ها برای مقاومتی کمتر از مقاومت لازم برای رفتار الاستیک در زلزله‌ها طرح می شوند که دلیل این امر در نظر داشتن مسائل و هزینه‌های ساخت پیش روی اندازه خطر رخداد زلزله در طول عمر مفید سازه می باشد. پس همواره انتظار رفتار غیرخطی برای سازه، یعنی رفتار سازه در تغییر شکل‌های فراتر از حد الاستیک که به علت نیروهای فراتر از حد الاستیک ایجاد شده‌اند وجود خواهد داشت. همچنین تجربه تأثیر زلزله‌ها بر سازه‌ها نشان می‌دهد که 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 می‌کنند. پس سازه می‌تواند برای نیروی زلزله بسیار کمتر از نیروی لازم در حالت خطی طراحی گردد.
ضریب رفتاری که در آیین‌نامه NEHRP, UBC [2] بهره گیری می گردد ضریبی ثابت می‌باشد که اظهار کننده اثر شکل‌پذیری و اضافه مقاومت هر سیستم سازه‌ای می‌باشد. در قسمت تفسیر آیین‌نامه،‌ اعمال قضاوت مهندسی طراحی را در بهره گیری از آن لازم می‌داند. در اینجا این سوال مطرح می باشد که اساس قضاوت مهندسی بر چه استوار می باشد و طراح بر چه اصولی مقدار این ضریب را می‌بایست در نظر بگیرد. در این مورد هیچ گونه مطلبی در آیین‌ نامه‌ها ذکر نشده می باشد و این خود اظهار کننده 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 یک تحلیل غیر خطی می‌توان با در نظر داشتن رفتار خمیری سازه‌ها و مطالعه مسائلی نظیر مقاومت و شکل‌پذیری محل مفاصل خمیری را مشخص نمود و بدین ترتیب نقاط اشکال سازه‌ها را مشخص نمود. به مقصود در نظر گرفتن عواملی از قبیل شکل‌پذیری سیستم‌های سازه‌ای متفاوت و درجات نامعینی، اضافه مقاومت موجود در سازه‌ها و همچنین قابلیت جذب و استهلاک انرژی در ساختمان، آیین نامه‌های مختلف نیروهای محاسبه شده را با در نظر داشتن نوع سیستم سازه‌ای و به کمک ضریبی به نام ضریب رفتار کاهش می‌دهند.

تعداد صفحه : 156
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد: بررسی تاثیر جنس مصالح هسته ناتراوای سدهای خاکی در پایداری دینامیکی

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

دسته‌ها: عمران