عنوان : مطالعه گسیختگی پیش‌رونده ناشی از خرابی مهاربند در قاب‌های فولادی مهاربندی شده EBF

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه علوم و فنون مازندران

پایان‌نامه مقطع کارشناسی ارشد

رشته: عمران – سازه

عنوان:

مطالعه گسیختگی پیش‌رونده ناشی از خرابی مهاربند در قاب‌های فولادی مهاربندی شده EBF

استاد راهنما:

دکتر مرتضی نقی پور

استاد مشاور:

دکتر مرتضی اسکندری قادی

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)
1-1- تعریف مسأله
همواره در علم مهندسی سازه، کوشش در پیش‌بینی مجموعه رخدادهایی بوده می باشد که در طول عمر مفید سازه، بر کارایی و استقامت آن اثر قابل‌توجهی داشته باشند. این عوامل می‌بایست حین طراحی سازه، مدنظر مهندس طراح قرارگرفته و بتواند پایداری سازه را در روبرو شدن با آن تأمین نماید.
خرابی پیش‌رونده1 از آن دسته از عواملی می باشد که دلیل وقوع آن، عدم پیش‌بینی رخداد آن در زمان طرح سازه بوده می باشد و متأسفانه باعث صدمات و فجایع جدی می گردد.
«خرابی پیش‌رونده را به صورت گسترش خرابی موضعی اولیه از عضوی به عضو دیگر که سرانجام به گسیختگی تمام سازه یا قسمت بزرگی از آن می انجامد تعریف می کنند]8[.»
بطور کلی ساختمان‌ها برای شرایط بارگذاری با احتساب انفجارهای گاز، انفجارهای بمب، برخوردهای وسایل نقلیه، تصادم‌های هواپیما، طوفان، گردباد و از این قبیل بارها طراحی نمی‌شوند. از این رو زمانی که ساختمان‌ها در معرض چنین بارهای غیرمعمولی قرار می‌گیرند، ممکن می باشد متحمل آسیب‌های بزرگ و جبران‌ناپذیری شوند.
می‌توان گفت که تاریخچه مساله فروپاشی پیش‌رونده به عنوان یک معضل مهندسی ریشه در ویرانی معروف ساختمان آپارتمانی رونان پوینت 2 (شکل 1-1) در سال 1968 دارد. این یک نمونه از خرابی پیش‌رونده می باشد که با از دست دادن عضو باربر منجر به خرابی کلی سازه گردید. تکرار این نوع فروپاشی‌های پیش‌رونده باعث گردید تا مهندسین طراح به این‌گونه فروپاشی‌ها، به عنوان یکی از دغدغه‌های طراحی بنگرند و کوشش در لحاظ کردن آن در طریقه طراحی سازه داشته باشند.
در این راستا، تحقیقات وسیعی در جهان توسط محققین سازه انجام‌شده و نتایج آن به صورت دستورالعمل و آیین‌نامه در کشورهای صنعتی ارائه شده می باشد.     
پدیده خرابی پیش‌رونده را می‌توان با روش‌های تحلیلی متنوعی که از آنالیزهای بسیار ساده تا آنالیزهای بسیار پیچیده را شامل می شوند، مورد مطالعه قرارداد که عموماً این تحلیل‌ها با به‌کارگیری نرم‌افزارهای اجزاء محدود رایجی مانند SAP2000 که قابلیت کاملی برای در نظر گرفتن خواص دینامیکی و غیرخطی دارد قابل انجام می باشد.
واضح می باشد که پدیده خرابی پیش‌رونده، به دلیل وقوع آن در یک بازه زمانی بسیار کوتاه و تحمیل شدن تغییر شکل‌های غیرخطی به المان‌ها پیش از گسیختگی، یک پدیده دینامیکی و غیرخطی می‌باشد.
2-1- چالش ها و اهداف
بعد از وقوع حملات تروریستی، خصوصاً در برج‌های دوقلوی تجارت جهانی مسئله ارزیابی و مطالعه پتانسیل وقوع خرابی پیش‌رونده در سازه‌های بااهمیت به یکی از محورهای تحقیقاتی تبدیل شده می باشد. همچنین سازه‌های طراحی‌شده بر اساس آیین‌نامه‌های جاری، در اثر وجود هر گونه اشکال در طراحی و یا اجرای المان‌های سازه‌ای ممکن می باشد باعث به وجود آمدن پدیده خرابی پیش‌رونده در سازه‌ها، حین مواجه‌شدن با بارهای غیرعادی و یا لرزه‌ای گردد که ممکن می باشد خسارات جانی و مالی فاجعه‌آمیز به بار آورد. به همین دلیل در صورت محتمل بودن هر یک از این پارامتر‌ها طراح سازه می‌بایست برنامه‌ای جهت کنترل احتمالی فروپاشی پیش‌رونده در سازه، در نظر داشته باشد.
شاید بتوان گفت که طراح سازه می‌بایست همچون یک کارگردان، ادامه این سناریو را برنامه‌ریزی کرده و برای توقف آن راه‌حلی در نظر داشته باشد.
با مطالعه منابع علمی موجود می‌توان گفت رفتار لرزه‌ای سیستم قاب‌های خمشی و مهاربندی در نتیجه تحقیقات گسترده انجام‌شده طی چند دهه گذشته تا حد مطلوبی درک شده می باشد. با این تفاصیل، رفتار این سیستم‌ها در مواجه با گسیختگی پیش‌رونده هنگام از بین رفتن اعضای مهم به گونه کامل مطالعه نشده می باشد. سازه‌هایی که بر اساس آیین‌نامه‌های زلزله طراحی‌شده‌اند لزوماً در برابر خرابی پیش‌رونده مقاوم نخواهند بود، مگر اینکه این بحث در آن‌ها در نظر گرفته شده باشد. با در نظر داشتن اینکه درایران و همچنین در سایر نقاط دنیا، بهره گیری از این نوع سیستم از جایگاه خاصی برخوردار می‌باشد، پس مطالعه و مطالعه تأثیر این پدیده در سازه‌ها ضروری به نظرمی رسد.
شایان‌ذکر می باشد در این پایان‌نامه روش‌های مختلف آیین‌نامه‌های معتبر جاری در زمینه خرابی پیش‌رونده مورد مطالعه قرارگرفته و دستورالعمل‌های مربوط به کاهش خرابی مورد توجه قرار می‌گیرد. همچنین با بهره گیری از تحلیل دینامیکی غیرخطی مقاومت در برابر گسیختگی پیش‌رونده در قاب‌های خمشی فولادی مهار بندی شده برون محور برای یک نمونه ساختمان 9 طبقه با طراحی مدل‌هایی با جا نمایی متفاوت مهاربند در دهانه‌ها و ارتفاع این ساختمان مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. در اکثر تحقیقات انجام‌شده در زمینه خرابی پیش‌رونده از یک پلان با ارتفاع‌های مختلف بهره گیری شده می باشد اما در این پژوهش با بکار گیری چندین پلان مختلف با ارتفاع یکسان به مطالعه پتانسیل خرابی پیش‌رونده در سازه، پرداخته شده می باشد.
هدف از این پژوهش این بوده که در مرحله اول، اندازه آسیب‌پذیری سازه‌های فولادی قاب خمشی مهار بندی شده که توسط آیین‌نامه‌های ایران طراحی‌شده‌اند و همچنین تأثیر عواملی مانند تغییر جانمایی مهاربندها در دهانه‌ها و ارتفاع سازه، محل حذف عضو (کناری یا میانی) و شماره طبقه‌ای که عضو در آن حذف‌شده، در برابر پدیده خرابی پیش‌رونده مطالعه گردد و پس از تعیین المان‌های آسیب‌پذیر، در مرحله دوم، سازه‌هایی طراحی شوند که در برابر خرابی پیش‌رونده مقاوم باشند. در انتها به مقایسه مقاومت این سازه‌ها در برابر خرابی پیش‌رونده پرداخته خواهد گردید.
3-1- روش پژوهش
به مقصود مطالعه گسیختگی پیش‌رونده در ساختمان فولادی مهاربندی شده، بر اساس مقررات ملی ساختمان ایران، شامل موضوعات ششم و دهم که مربوط به بارهای وارد بر ساختمان]1[ و طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی]2[ می‌باشد، ساختمانی 9 طبقه با سیستم دوگانه قاب خمشی فولادی و مهار بندی برون محور با مدل‌هایی با جا نمایی متفاوت مهار بند در دهانه‌ها و همچنین در ارتفاع ساختمان طراحی گردید.
در طراحی مدل‌ها ملاحظات لرزه‌ای آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد 2800)]3[ در نظر گرفته گردید. طراحی ساختمان مذکور با بهره گیری از نرم‌افزار ETABS صورت پذیرفت. سپس با توجه مقاطع فولادی مربوط به تیرها، ستون‌ها و مهاربندی‌ها، قاب ساختمانی مورد نظر جهت مطالعه نیروهای ایجادشده در اعضای قاب و تغییر مکان گره‌ها به روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی در نرم‌افزار SAP2000 ]4 و 10[مدل گردیده می باشد. با در نظر داشتن بارهای وارده، تحت ترکیب بار ویژه خرابی پیش‌رونده از آیین‌نامه 2009UFC  [11] و مدل اعمال آن‌ها به سازه و همچنین بر حسب موردها تحلیل روش مسیر جایگزین و حذف ناگهانی مهار بند و ستون، پاسخ دینامیکی سیستم تعیین گردیده می باشد.
4-1- ساختار پایان نامه
این پایان‌نامه در 5 فصل تهیه و تنظیم شده می باشد که فصل‌های آن به تبیین زیر می‌باشد:
فصل اول شامل تعریف مسئله، اهداف دنبال شده در این پایان‌نامه و همین گونه شیوه و طریقه پژوهش انجام‌شده می‌باشد.
در فصل دوم آغاز تاریخچه‌ای از وقوع خرابی پیش‌رونده در سازه‌ها و تأثیر آن در تصحیح، تألیف و پیشرفت آیین‌نامه مرتبط با این پدیده مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در ادامه مبانی خرابی پیش‌رونده و مقایسه جامعی از مقررات مربوط به آن، در آئین نامه‌های معتبر بین‌المللی ساختمانی پرداخته می گردد. در انتهای فصل هم اختصار‌ای از مطالعات انجام‌شده در این زمینه ارائه شده می باشد.
فصل سوم به اظهار مفهوم سطح عملکرد و مفاصل پلاستیک، مدل‌سازی سازه و انواع روش‌های تحلیل مورد بهره گیری در آیین‌نامه UFC 2009 می‌پردازد.
در فصل چهارم به چگونگی اعمال بارگذاری در تحلیل دینامیکی غیرخطی و مطالعه نتایج حاصل از این تحلیل پرداخته می گردد.
فصل پنجم نیز به نتیجه‌گیری و بحث پیرامون نتایج و در نهایت ارائه پیشنهاد‌ها جهت تحقیقات آتی می‌پردازد.
در انتهای این مجموعه نیز مراجع و پیوست‌ها ارائه شده می باشد.
فصل دوم: مبانی خرابی پیش‌رونده و مطالعه آیین‌نامه‌های مرتبط
1-2- مقدمه
خرابی پیش‌رونده را می‌توان به عنوان یک واکنش زنجیره‌ای یا انتشار خرابی تعریف نمود که در آن تحت عللی خاص، صدمه موضعی در ناحیه نسبتاً کوچکی از سازه رخ می‌دهد و در شرایطی این صدمه موضعی، به بخش‌های دیگری از سازه گسترش‌یافته و در نهایت به خرابی کلی سازه، منتهی می گردد؛ به بیانی دیگر بعضی مواقع خرابی محلی عضو، به صورت موضعی باقی نمانده و در کل سازه منتشر می گردد]12[.
خطرات احتمالی و بارهای غیرعادی که می‌تواند موجب خرابی پیش‌رونده گردد، شامل این موردها می‌باشند: خطای طراحی یا ساخت، آتش‌سوزی، انفجار گازها، اضافه‌بار تصادفی، تصادف وسایل نقلیه، انفجار بمب‌ها و غیره. زیرا احتمال وقوع این خطرات کم می باشد، در طراحی سازه‌ای آن‌ها را در نظر نمی‌گیرند یا با اندازه‌گیری‌های غیرمستقیم به آن‌ها می‌پردازند. اکثر آن‌ها ویژگی کنش طی مدت زمان نسبتاً کوتاه را دارند و به پاسخ‌های دینامیکی می‌انجامند]13[.
خرابی پیش‌رونده در آغاز توجه محققین را در دهه 70 میلادی، پس از گسیختگی جزئی برجی در رونان پوینت انگلستان به خود جلب نمود. پس از حملات تروریستی مرکز تجارت جهانی در 11 سپتامبر 2001، علاقه مجدد به مطالعه گسیختگی پیش‌رونده ایجاد گردید.
فلسفه فعلی اکثر آیین‌نامه‌های موجود ساختمانی، طراحی سازه‌ها برای بارهای قابل قبولی می باشد که ممکن می باشد در طول عمر سازه بر آن وارد گردد. سازه‌ها را معمولاً برای حوادث غیرطبیعی که می‌توانند موجب خرابی‌های فاجعه‌آمیز شوند طراحی نمی‌کنند. اکثر آیین‌نامه‌های رایج فقط دارای توصیه‌های کلی برای تعدیل تأثیر پیش‌رونده در سازه‌هایی هستند که فراتر از بارهای طراحی‌شان بارگذاری می شوند]14[.
2-2- تاریخچه‌ای از خرابی پیش‌رونده
با در نظر داشتن تاریخچه تخریب ناگهانی سازه‌های مهم و بلندمرتبه در جهان ، نظاره می گردد که عامل فروپاشی بسیاری از آن‌ها، تخریب جزئی قسمتی از سازه بر اثر یک حادثه همچون انفجار، برخورد هواپیما و… و گسترش آن به تمام سازه بوده می باشد. شباهتی که تمام این فروپاشی‌ها باهم داشته این می باشد که جزئی از سازه تحت نوعی بارگذاری قرارگرفته که در مرحله طراحی، توسط طراح سازه قابل پیش‌بینی نبوده می باشد. در ادامه به نمونه‌هایی از خرابی‌های پیش‌رونده که وقوع آن‌ها سبب پیشرفت تصحیح و تألیف آیین‌نامه‌ها و دستورالعمل‌های سازه‌ای زمان خود شده می باشد، تصریح می گردد.
1- تخریب ساختمان رونان پوینت
می‌توان گفت که تاریخچه مساله فروپاشی پیش‌رونده به عنوان یک معضل مهندسی، ریشه در تخریب ساختمان رونان پوینت در سال 1968 دارد.
رونان پوینت یک ساختمان جدید 22 طبقه بود که از پانل‌های باربر پیش‌ساخته‌ای که توسط پیچ به یکدیگر متصل می‌شدند، تشکیل می‌گردید. کمی پس از اسکان ساکنین در ساختمان، در اثر انفجار گاز طبیعی در طبقه 18 تنها یکی از پانل‌های دیوار باربر در آن طبقه تخریب گردید. این تخریب منجر به از دست رفتن تکیه‌گاه سقف بالای آن و متعاقباً باعث ریزش سقف‌های فوقانی بر روی کف طبقات تحتانی در قالب یک تخریب پیش‌رونده گردید و تا تراز پایین ساختمان ادامه پیدا نمود]9[.
در شکل )2-1) پلان این ساختمان و خرابی اتفاق افتاده در آن نظاره می گردد.
این واقعه منجر به ایجاد تغییرات مهمی در قوانین ساختمانی انگلستان گردید. پس از آن طبق مقررات ساختمانی انگلستان، اعضای سازه‌ای می‌بایست به حد کافی به یکدیگر کلاف می‌شدند و اعضایی که در پایداری سازه تأثیر بحرانی داشتند می‌بایست برای مقاومت در برابر فشار مضاعف انفجار ناشی از احتراق گاز طبیعی طراحی می‌گردیدند. این فشار معادل ²N/m 34000 و به صورت استاتیکی فرض می‌گردید]15[.
تعداد صفحه : 109
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار ارشد رشته عمران برنامه ریزی حمل و نقل: مدل ارزیابی فنی و اقتصادی عملکرد سیستم های BRT و LRT

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.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

دسته‌ها: عمران