دانشگاه شیراز

دانشکده مهندسی

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته‌ی مهندسی عمران- سازه

 مطالعه واکاوی های پوش اور مودال و جابه جایی محور جهت تخمین ظرفیت قاب‌های دوبعدی بتن مسلح

 استاد راهنما

دکتر محمود رضا بنان

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)


چکیده
به مقصود تخمین ظرفیت ساختمان­ها، بهره گیری از روش های استاتیکی بجای روش دینامیکی افزاینده بسیار راحت تر و کم هزینه تر خواهد بود. روش دینامیکی افزاینده هر چند جواب های دقیق تر و نزدیک تری به رفتار واقعی سازه می دهد، پر هزینه بودن و زمان مند بودن میل به بهره گیری از روش های استاتیکی را برای تخمین ظرفیت افزایش داده می باشد. در روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی، مبنای روش بر این اساس می باشد که رفتار سازه توسط مود اول کنترل می­گردد و نیز شکل سازه پس از تسلیم ثابت باقی می­ماند که هر دو این فرض ها تقریبی می­باشند، روش MPA (ترکیب مودها)، با بهره گیری از تئوری دینامیک سازه ها، اثر مودهای بالاتر را در نظر می­گیرد. تحقیقات گذشته حاکی از این می باشد که این روش در قیاس با روش های دیگر مانند روش های FEMA-440، نتایج بهتری ارایه می دهد. از دیگر روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی، روش جابجایی – محور(DPA) می باشد که اساس آن بر فرض بارگذاری توسط جابجایی استوار می باشد. این روش نیز بدلیل بهره گیری از مود های بالاتر در ناحیه پس از تسلیم همپوشانی خوبی با روش دینامیکی افزاینده دارد.
هدف از این پژوهش ارزیابی دقت روش MPA و DPA در تخمین ظرفیت لرزه ای سازه های منظم و مقایسه نتایج با مقادیر حاصل از تحلیل دینامیکی افزاینده غیر خطی می باشد. برای این مقصود تعدادی قاب بتنی منظم ، مورد تحلیل استاتیکی غیر خطی معادل(MPA)  و (DPA) و تحلیل دینامیکی افزاینده قرار گرفتند. در طی انجام این تحلیل ها، پاسخ های کلی و موضعی سازه ها حاصل از تحلیل های استاتیکی غیر خطی معادل و تحلیل دینامیکی افزاینده باهم مقایسه می­شوند. پاسخ ها شامل جابجایی بام، جابجایی نسبی طبقات، برش پایه، محل تشکیل مفصل پلاستیک و شاخص آسیب قاب می باشند. پس از انجام تحلیل ها، دسته بندی و ارایه نتایج آماری برای پارامتر های مختلف پاسخ سازه ها، کنترل تطابق یا عدم تطابق پاسخ تحلیل ها و تحلیل نتایج مانند کارهایی می باشد که برای رسیدن به نتیجه گیری انجام شده می باشد. با در نظر داشتن پاسخ های هر یک از روش ها، می توان به این نتیجه رسید که روش مودال در پاسخ های جابجایی دقت و همبستگی بالاتری دارند حال آنکه روش جابجایی – محور در پاسخ های نیرو نتایج مطلوب تری دارد. هر دو روش در تعیین اندازه خرابی و آسیب قاب با خطاهای قابل ملاحظه ای همراه می باشد.
عنوان                                          صفحه
 فصل اول.. 1
نگاهی کلی به روش های واکاوی غیر خطی و مروری بر تحقیقات انجام شده 2
1-1-پیشگفتار 2
1-2-نگاه کلی به روشهای تحلیل غیر خطی سازه ها 4
1-2-1: مدل سازی.. 6
1-2-2:مشخصات زمین لرزه 8
1-2-3: گزینه های تحلیل غیر الاستیک… 8
1-2-3-1: تحلیل دینامیکی غیر خطی.. 9
1-2-3-2: تحلیل دینامیکی مدل ساده شده به چند درجه آزادی معادل (MDOF) 10
1-2-3-3: تحلیل دینامیکی با مدل ساده شده به یک درجه آزادی معادل (SDOF) 10
1-2-3-4: تحلیل استاتیکی غیرخطی معادل(ENSP) 11
1-2-4: تاریخچه روش های استاتیکی غیر خطی و دینامیکی افزاینده 12
1-2-4-1:تحقیقات انجام شده بر روی روش مودال.. 13
1-2-4-2: تحقیقات انجام شده بر روی روش جا بجایی- محور 18
1-2-4-3:تحقیقات انجام شده بر روی روش واکاوی دینامیکی افزاینده 23
1-2-4-4:تحقیقات انجام شده بر روی واکاوی ظرفیت… 34
1-2-4-5: روش طیف ظرفیت (Capacity Spectrum Method) 39
1-2-4-6: روش ضرایب… 40
1-2-4-7: روش N2. 40
1-2-4-8: شکل توزیع بار جانبی در ارتفاع ساختمان.. 41
1-2-5: مطالعه کلی آیین نامه های مختلف… 44
1-2-5-1: آیین نامه FEMA356 [10] 44
1-2-5-2: آیین نامه Eurocode 8 [12] 45
1-2-5-3: آیین نامه ATC 40 [4] 45
1-2-5-4: آیین نامه BSL 2000 [29] 45
1-3: اظهار مسأله و هدف پژوهش.. 46
1-4: طریقه دستیابی به هدف پژوهش.. 47
1- 5 : اختصار فصل.. 49
فصل دوم. 51
تحلیل استاتیکی غیرخطی معادل ودینامیکی افزاینده 52
2-1: پیشگفتار 52
2-2: تبیین روش تحلیل استاتیکی غیرخطی معادل.. 53
2-3: روش ترکیب مودها و مبانی تئوری مسئله[15] 57
2-3-1: مبانی تئوری مسئله. 57
2-3-2: اختصار روش تحلیل ترکیب مودها 58
2-4:روش بارافزون بر اساس جا بجایی.. 60
2-4-1:اختصار روش جابجایی-محور 61
2-6:  IDA و واکاوی استاتیکی غیرخطی.. 69
2-7:روش انجام واکاوی های ظرفیت… 71
2-8 : اختصار فصل.. 76
فصل سوم. 77
مشخصات قاب های انتخاب شده برای تحلیلهای غیرخطی.. 78
3-1: پیشگفتار 78
3-2: رفتار قابهای خمشی.. 78
3-3: مفصل پلاستیک در قاب های خمشی.. 80
3-4: معرفی قابها 81
3-4-1: سیستمهای باربر. 81
3-4-2: مشخصات فیزیکی و مکانیکی مصالح.. 81
3-5: بارگذاری.. 82
3-6: معرفی قاب ها 83
4-6-1: ابعاد قاب ها و درصد آرماتور بهره گیری شده در آن ها 83
3-7: معرفی زمین لرزه های انتخاب شده، مقیاس کردن آنها و طیف فرکانس شتابنگاشتها 84
3-7-1: تاریخچه زمانی شتاب و شتابنگاشتها 84
3-8: نرم افزار مناسب جهت تحلیل غیر خطیِ قاب های بتن آرمه. 83
3-8-1:آشنایی با نرم افزار OpenSees : 83
3-8-2 :امکانات نرم افزار OpenSees: 84
المان تیر ستون غیر خطی (Nonlinear Beam Column) 86
المان تیر با مفصل (Beam With Hinges Element) 86
مقطع Fiber (Fiber Section) 86
3-9 : اختصار فصل.. 87
فصل چهارم. 88
ارائه نتایج حاصل از واکاوی های مودال و جابجایی-محور و مقایسه با نتایج انالیز دینامیکی افزاینده 89
4-1: پیشگفتار 89
4-2: طریقه انجام تحلیل‌ها و بدست آوردن نتایج.. 89
4-2-1: طریقه محاسبه جابجایی هدف در روش ترکیب مودها 90
4-3: مطالعه نتایج جابجایی  بام. 93
4-3-1: ضریب همبستگی نتایج.. 96
4-3-2: تعریف خطاها 98
4-4:مطالعه نتایج نسبت جابجایی نسبی حداکثر. 100
4-5: مطالعه نتایج برش پایه: 105
4-6 : محل تشکیل مفصل های پلاستیک… 110
4-7 : شاخص آسیب قاب… 113
4-8 : اختصار فصل.. 119
فصل پنجم.. 121
نوآوری پژوهش،اختصار و نتیجه گیری.. 122
5-1: پیشگفتار 122
5-2 : نوآوری پژوهش.. 122
5-3: اختصار مطالب… 123
5-4 : نتیجه گیری.. 128
فهرست منابع و مآخذ. 131
پیشگفتار
 به مقصود طراحی ساختمان ها و یا ارزیابی لرزه ای ساختمان ها و سازه های موجود در برابر بار زمین­لرزه، بطور عمده از تحلیل غیر خطی برای تخمین رفتار سازه در اثر اعمال نیروی زمین لرزه احتمالی در آینده بهره گیری می­گردد. در تحلیل های غیرخطی، دو مساله اصلی؛ چگونگی مدل کردن سازه و طریقه اعمال بار زمین لرزه به مدل سازه، ازاهمیت زیادی برخوردار هستند. با در نظر داشتن شرایط و اهمیت سازه و نیز هدفی که از تحلیل هست، مهندسان محاسب، با این مسایل مواجه می باشند.
تحلیل های غیر خطی با در نظر داشتن ویژگی مواد سازنده اعضای سازه و نیز طریقه اعمال بار زمین لرزه به دو دسته دینامیکی و استاتیکی و از جهت درجات آزادی مدل سازه به مدل با درجات آزادی زیاد، چند درجه آزادی و یک درجه آزادی تقسیم می شوند. بسیار روشن می باشد، چنانچه مدلی داشته باشیم که خصوصیات غیرخطی اعضای آن در نظر گرفته شده باشد و بار زمین لرزه بدون تغییر و بصورت دینامیکی اعمال گردد و نیز در مدل کردن سازه بیشترین درجات آزادی ممکن در نظر گرفته گردد، نتایج تحلیل بیشترین دقت را خواهند داشت و هر چه در فرضیات تحلیل، ساده سازی گردد، نتایج دقت کمتری خواهند داشت. اما پاره ای معضلات هست که طراحان را وادار می کند، کمتر از روش های دینامیکی غیرخطی برای تحلیل بهره گیری کنند. پیچیدگی، وقت­گیر بودن و هزینه بالای این نوع تحلیل و علاوه بر آن مشکلاتی که در توجیه و تفسیر نتایج حاصله ممکن می باشد ظاهر گردد، کاربرد این نوع تحلیل را به پروژه‌های تحقیقاتی و موردها خاص محدود می­کند.
پس روش های طراحی سازه های مقاوم در برابر بار زمین لرزه در سال های اخیر در حال تغییر و بازبینی بوده اند و محققان در سالهای اخیر در کوشش بوده اند، روش جایگزینی بیابند که، مطمئن، با دقت کافی و در عین حال ساده باشد. عمده فعالیت ها در جهت روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی بوده می باشد و تاکنون روش های متنوعی ارایه شده اند که قادرند، پاسخ های سازه را بخوبی تخمین بزنند. مانند این روش ها می توان به روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی که در آیین نامه های جدید مثل FEMA ATC ، معرفی شده اند، تصریح نمود. و یا روشهایی که توسط محققانی همانند، Elnashai [1]، Aschhei [2] وغیره ارایه شده اند. البته هر کدام از این روش ها دارای نقاط قوت و اشکال هایی می­باشند. با این تفاصیل، تحقیقات در این زمینه بطور گسترده ای در حال انجام می باشد.
از زمینه های پژوهشی مرتبط با تحلیل غیرخطی، مسایلی می باشد که در ارتباط با تحلیل سازه های نامنظم می­باشد. تحقیقات نشان داده می باشد که اغلب روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی در تخمین نتایج سازه های منظم، دقت کافی نداشته اند. پس مطالعه روش­های جدید در ارتباط با سازه های منظم، می تواند به عنوان یکی از مسیر های پژوهشی قرار گیرد.
مطالعات گذشته نشان می دهد، روش ترکیب مودها (Modal Pushover Analysis) چوپرا[3] که از روش های اخیر تحلیل استاتیکی غیر خطی می باشد، برای قاب های منظم نتایج بسیار خوبی ارایه می کند. بدین ترتیب، هدف از این پژوهش را مطالعه این روش در پیش بینی پاسخ های قاب های خمشی نامنظم قرار دادیم.
در این متن کوشش شده می باشد، مطالب مرتبط با مسیر پژوهش به نحو مناسبی گنجانده گردد. به این مقصود در ادامه همین فصل، کلیاتی در ارتباط با تحلیل غیرخطی سازه ها و انواع آن اظهار می گردد.
 در فصل بعدی، مروری بر تحقیقات گذشته در مورد تحلیل استاتیکی غیر خطی و تحلیل سازه های منظم خواهیم داشت. در فصل سوم، کلیات تحلیل استاتیکی غیر­خطی و انواع روش های آن مورد مطالعه قرار می گیرد. برای آشنایی با مدل های مورد مطالعه و نیز خصوصیات زمین لرزه های انتخاب شده، آنها را در فصل چهارم آورده ایم.
 
1-2-نگاه کلی به روشهای تحلیل غیر خطی سازه ها
توجه طراحی در دو دهه اخیر از طراحی بر اساس مقاومت بدلیل مشکلاتی که در این نوع طراحی هست به سمت طراحی بر مبنای عملکرد(Performance based Design(PBD))، در حال تغییر می باشد، در حال حاضر از این روش بیشتر در بهسازی و بازسازی ساختمان ها و سازه های موجود بهره گرفته می گردد.
مانند معضلات روش طراحی بر اساس مقاومت می توان به موردها زیر تصریح نمود:

  • بهره گیری از ضرایب کاهش نیرو و یا ضرایب شکل­پذیری در طراحی سازه­ها منجر به اندازه ریسک یا خطرپذیری غیریکنواخت در آن­ها می­گردد. از این روی شکل­پذیری مشخصه ضعیفی جهت نشان دادن پتانسیل آسیب­دیدگی خواهد بود. به عبارت روشن­تر اگر دو ساختمان متفاوت، بر اساس آیین­نامه­ای واحد و با ضرایب کاهش نیرو و یا ضرایب شکل­پذیری یکسان طراحی شوند، ممکن می باشد تحت اثر زمین لرزه­ای معین، سطوح آسیب دیدگی غیر مشابهی در آنها به وجود آید.
  • در اکثر ساختمان­ها ( به خصوص در ساختمان­های بلند ) محدودیت­های تغییر مکان نسبی طبقات، بر طرح لرزه­ای حاکم خواهند بود. این موضوع علاوه بر مسأله عدم قطعیت در تعیین تغییرمکان­های نهایی، بر پیچیدگی طراحی نیز خواهد افزود زیرا که فرآیند طراحی را به یک طریقه تکرار شونده تبدیل می­نماید.
  • مسأله آسیب دیدگی برای اعضای سازه­ای و غیر سازه­ای وابسته به کرنش و تغییر مکان­های نسبی می باشد. واضح می باشد که در طراحی بر اساس نیرو، هیچ ارتباط­ای بین مقاومت موجود و آسیب­دیدگی متناظر با آن وجود ندارد.

برای طراحی سازه ها، ارزیابی و نیز بهسازی سازه های موجود بر مبنای روش PBD، بیشترین کاربرد را روشهای تحلیل غیر خطی دارند[5،4]. هدف از این تحلیل پیش بینی پاسخ سازه تحت لرزش زمین لرزه ای می باشد که در آینده رخ خواهد داد. این مساله اهمیت و ارزش زیادی در طراحی بر اساس عملکرد، به عنوان روشی برای طراحی و ارزیابی زمین لرزه ای پیدا کرده می باشد. در روش PBD از پیش بینی عملکرد سازه در زمین لرزه برای تصمیم گیری در ارتباط با ایمنی آن در زمین لرزه بهره گیری می­کند. برای این هدف، PBD، مشخصات عملکردی اولیه را بصورت آسیب های پیش بینی شده در اعضای سازه ای و غیر سازه ای اظهار می کند. آسیب های سازه ای دلیل بر رفتار غیر الاستیک هستند، پس شیوه های تحلیل و طراحی سنتی که از روش های الاستیک خطی بهره گیری می کنند تنها قادر به پیش بینی ضمنی رفتار سازه هستند، از طرف دیگر هدف روش های تحلیل غیر خطی سازه های تحت اثر نیروهای ناشی از زمین­لرزه تخمین مستقیم مقدار تغییر شکل های غیر الاستیک می باشد. طریقه معمولی تحلیل غیر الاستیک شبیه شیوه های خطی رایج می باشد که مدل سازه در معرض تعدادی زمین لرزه قرار می گیرد، شکل (1-1).
شکل1-1: روش تحلیل غیر خطی برای تخمین نیروها وتغییر شکل های غیر الاستیک [4]
 نتایج تحلیل، تخمین پاسخ های تقاضای مهندسی  (Engineering Demand)از مدل سازه‌ای می باشد که این نتایج متعاقباً در قیاس با معیار های قابل قبول برای تعیین عملکرد سازه بهره گیری می شوند. پارامتر های تقاضای مهندسی شامل تغییر مکان هدف (roof displacement) جابجایی نسبی طبقه، برش طبقه، نیرو و تغییر شکل اعضای می­گردد. چندین روش تحلیل غیر­الاستیک مبنای وجود دارند که بر اساس نوع مدل سازه و اهمیت آن روش تحلیل تعیین می­شوند. در ادامه مشخصات تحلیل غیر الاستیک و روش های متنوع آن اظهار می گردد.
1-2-1: مدل سازی
اولین مساله در تحلیل غیر خطی چگونگی مدل کردن آن می باشد. مدل کردن سازه در تحلیل غیر الاستیک شبیه مدل کردن در تحلیل الاستیک خطی اجزای محدود می باشد، تفاوت اولیه در مشخصات همه یا تعدادی از اعضای مدل، شامل مشخصات تغییر شکل و نیرویی پس از مرحله الاستیک علاوه بر ویژگی های الاستیک می باشد که می بایستی مشخص شده باشد. بطور معمول تقریب هایی هست که از نتایج آزمایشات اعضای خاص یا تحلیل های تئوری بدست آمده می باشد. در بیشتر مواقع بهره گیری از پارامترهای مربوط به مشخصات ژئوتکنیکی و شالوده نیز در مدل از اهمیت برخوردار می باشد.
شکل 1-2: جزییات شماتیک از مدل غیر الاستیک سه بعدی سازه [1]
 در جزییات مدل ها به ناچار تقریب ها و عدم قطعیت هایی اعمال می شوند. و نیز برای نتایج بدست آمده یک تخمین حد وسط و یا میانگینی زده می گردد که بستگی زیادی به برداشت و تفسیر مهندسی دارد. در بعضی اوقات مهندسان مدل سازه 3 بعدی را با یک مدل چند درجه آزادی، معادل می کنند. این امر می تواند با یکسان فرض کردن ویژگی ها انجام گردد که مدل“Fishbone” نامیده می گردد، شکل (1-3-a). در بعضی موردها مدل بازهم ساده تر می­گردد، که مدل میله ای“stick”نامیده می گردد، برای مثال در صورتی که لنگر چرخشی در امتداد اعضای خمشی مثل دیوار برشی طره و یا قاب مهار بندی شده، نادیده گرفته گردد، از مدل میله ای تیر خمشی شکل (1-3-b) بهره گیری شده می باشد. و یا نیز زمانی که فقط رفتار و مکانیسم های برشی طبقه در نظر گرفته گردد ( تیر قوی و ستون ضعیف)، تیر برشی، شکل (1-3-c)می تواند به عنوان مدل مناسبی به کارگرفته گردد.
تعداد صفحه :159
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار کارشناسی ارشدرشته مهندسی عمران : ارزیابی و بررسی نقش مواد مضاف در اصلاح معایب و بهبود مشخصات مخلوط های آسفالتی گرم

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