دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده فنی و مهندسی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ” M.Sc ”

مهندسی(عمران- سازه)

عنوان:

رفتار لرزه‌ای ستون‌های فلزی باکسی پرشده با بتن تحت نیروهای زلزله

برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی گردد

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل ورد 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)
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)
اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود می باشد
چکیده
ستون‌های باکسی پرشده با بتن (CFT)[1] در بسیاری از ساختمان‌ها در جهان بهره گیری شده‌اند. این سازه‌هابا ارتفاعها و وضعیتهای گوناگون در دو موقعیت بدون نیروهای لرزه‌ای ودر مناطقی که خطر لرزه‌ای بالایی دارند اجرا گردیده اند. این بازبینی کوتاه رفتار ستون‌های پرشده از بتن بامقطع دایره و مربع مستطیل به همراه بادبندها، و خصوصاً متمرکزشده بر رفتار آنها در زمان اعمال بارها به گونه لرزه‌ای رفت و برگشتی درنظر گرفته می باشد. این بحث با رفتار ستون‌های پرشده با بتن تحت بارهای محوری و خمش و پیچشی شروع می گردد و چکیده‌ای از اثرات خزش، جمع‌شدگی و عکس‌العمل کلی ستون‌های پرشده با بتن برای تنش‌های پسماند را نشان خواهد داد. مختصری از رفتار یکنواخت براساس بحث‌های متعاقب پژوهش شده بر روی رفتارسیکلی این ستون‌ها دیده می گردد. این مقاله از چندین مقاله که در زمین‌های نیروی غیرلرزه‌ای برای محاسبه و طراحی این ستون‌ها کارشده برگرفته شده می باشد
1-1مقدمه
ستون باکسی مرکب ، پر شده با بتن (CFT) به گونه روزافزون بعنوان یک ستون یا تیر ستون در سازه‌های بادبندی شده ویا قاب‌های خمشیمورد بهره گیری قرار می‌گیرد. با بهره گیری از مقاطع سرد نوردشده دایره‌ای یا مستطیلی مربعی در ساختمان‌های مختلف با بتنهای پیش تنیده یا درجا ریخته شده در سراسر جهان مرسوم گردیده می باشد، این سازه‌ها با مقاطعی با ابعاد بالا و درجا ریخته شده در ستون‌های اصلی که بایستی در برابر نیروهای لرزه‌ای مقاوم باشد در ساختمان‌های چند طبقه بادبندی شده و قاب‌های خمشی بهره گیری شده می باشد. ستون‌های باکسی پرشده با بتن از پلیت جوش شده به هم درست شده‌اند و در ساختمان‌های بلند جهان با ستون‌های دایره‌ای از لوله‌ها بهره گیری شده می باشد. در مجموع در ژاپن از این روش برای ستون‌های پل به گونه معمول بهره گیری می گردد. ]3[
اعضای پرشده با بتن در سازه‌ها یکسری نتایج خوب با مقاطع متعادل ازفولاد، بتن مسلح، و یا فولاد مسلح شده با بتن دارد. وقتی از قاب‌های مرکب از فولاد و بتن شامل مقاطع I شکل در تیرهای اصلی که به صورت مربعی مسطتیلی یا دایره‌ای قاب شده‌اند که این قاب‌ها به گونه کامل یا بخشی از آن یا اتصالات آنها گیردار شده‌اند،CFTها باعث یکنواختی عالی و مقاومت زیاد در برابر لرزه در جهت عمود برهم و تناسب خوب برای مقاومت برابر خمش یکطرفه به همراه بار محوری می گردد.برای طراحی لرزه‌ایCFTها دربخش مقاوم در خمش قاب‌ها نسبت (مقاومت بر وزن) را بسیار بالا می‌برد وبدلیل محبوس‌بودن بتن و بادبندی ممتد، باکس‌های نواری با نسیت بالای (مقاومت بر وزن) از ستون‌های باکسی، باعث تأخیر در کمانش موضعی در آن می گردد، رفتار استهلاکی تصحیح شده، در مقایسه با قاب‌های فولادی معمولی مشهود می‌باشد و افزایش شکل‌پذیری و سختی فولاد در بیرون محیطی که بطور مؤثر در مقاومت خمشی به خوبی کشش و فشار محوری بطوراجرای اقدام می کند، قرار می‌گیرد در حالی که فرم‌های‌های بتنی بعنوان یک هسته کمکی بسیار عالی به مقاومت در برابر بارهای فشاری خواهد نمود.
باکس‌های فولادی همچون قاب در سازه اقدام می‌کنند و اجرای آنها می‌تواند برای سازه‌های چندطبقه ارجع باشد زیرا در آنها هزینه کارگری و مصالح را کاهش خواهد داد. هزینه تمام شده اعضا کمتر از هزینه فولاد و به سختی با بتن مسلح بر پایه (مقاومت برهزینه)برابری می کند.
تحقیقات اخیر بهره گیری از بتن مقاومت بالا و یا فولاد با بتن مقاومت بالا رابا موفقیت بیشتری ا نشان داده می باشد]8-12[. با بهره گیری از بتن مقاومت بالا، CFTها در هر فوت مربع قویتر از ستون‌های بتنی مسلح معمولی هستند. با این روش قاب‌هایی کوچکتر و سبکتر روی فونداسیون ساخته خواهد گردید.
در نیروهای لرزه‌ای، پاسخ سیکلی ستون‌های CFT و اتصالات به وجودآمده در آنها یک منحنی هیسترزیس کامل با جذب انرژی قابل توجه را نشان می‌دهد]4-6-13-14[. کاهش قدرت و سختی در این مرحله خصوصاً برای ستون‌های CFT که در آن بتن حکمفرما می باشد، اتفاق می‌افتد]6-15-16[. ترجیح داده می گردد که این کاهش بصورت تدریجی و متوسط باشد، خصوصاً برای مصالح نرمال این مهم می باشد. به دلیل سودمندی آن، مقداری از پروژه‌های تحقیقی در حال پیشرفت در سراسر جهان شامل رفتار لرزه‌ای ستون‌های CFT در شروع آن از آمریکا و ژاپن در بخش علوم پایه ملی آمریکا و برنامه‌‌های همکاری تحقیقاتی ژاپن، بر روی ساختمان‌های چندگانه و مرکب بوده می باشد. شکل (1-1) پلان یک ساختمان که با قاب‌های CFT در این برنامه تحقیقاتی مرتب شده می باشد. بهره گیری از ستون‌های CFT در چند دهانه در تمام جهت‌های اصلی از کم به زیاد در سازه باعث افزایش ظرفیت ستون‌های CFT در حین لرزه برای هر دو جهت قاب‌ها می گردد.
خرابی CFT‌ها بستگی به نسبت و مقاومت کم یا متوسط بتنی ندارد وبطور عادی در ترکیبی ازجاری‌شدن و کمانش محلی فولاد، شکست بتن، و کمانش خمشی اعضاء همچون یک کمانش کلی اتفاق می‌افتد و این به اندازه کافی مهم می باشد زیرا که رفتار شکل‌‌پذیر بطور کلی از آن منتج می گردد، صرفنظر از آن چیز که مصالح فلزی یا بتنی در آغاز بصورت غیرالاستیک باشد.
خرابی ستون‌های باکسی جداره نازک (CFTها با باکس و داشتن جداره ای که آن بزرگتر از 60 باشد) یا CFT‌هایی با بتنی مقاومت بالا ترجیح به کمانش محلی باکس فولادی ترکیب شده با یک تخریب برشی بتن دارد]8[. در حالیکه باکس فولادی کمک می کند خرابی برشی در بتن تأخیر بیافتد]10[، این مد خرابی ترد تر ازبقیه می‌باشد. براساس ضوابط[1]SSRC،[2]AISC ]21[، و برای طراحی لرزه‌ای،]21[ [3]NEHRP، برای CFT‌ها در سراسر جهان، اخیراً محدوده جاری‌شدن بالای فولاد، حدود380 مگا پاسکال پیشنهاد شده وبتن بامحدوده مقاومت55 مگا پاسکال و محدوده باکس نواری، بطوری که مطمئن باشیم به جاری‌شدن کلی نمی‌رسیم و در ابتداخرابی بصورت کمانش محلی یا خوردشدن بتن صورت بگیرد.
نسبت پواسون اولیه بتن (تقریباً 15/0 تا 25/0) کمتر از فولاد (3/0 تقریبی) می‌باشد]23[. پس در آغاز بتن در ستون CFT محبوس می‌باشد. گسترش خورد شده گی بتن سریعتر از باکس فولادی خواهد بودودر تراز بارگذاری بالاتر بطور بهتری با هم منسجم می شوند. مقاطع دایره‌ای به گونه مؤثری می‌تواند تنش پیرامونی را به فشارهای جانبی اعمال شده روی بتن را پخش کنند]24[، اما طرف صاف مقطع مربع مستطیل، باعث فشار نفوذی کمتری می گردد تا بتن بطور مجدد گسترش کرنشی داشته باشد. در کناره باکس‌های مربع مستطیل پخش بار اصلی باعث محبوس‌بودن بتن می گردد، و تأثیر آن روی مقاومت ناچیز می باشد، اگرچه CFT شکل‌پذیری بالاتری دارد. رفتار CFT بارگذاری شده اغلب متأثر از همین محبوس‌شدگی می باشد ]7[، بارگذاری بتن تنها ترجیحا از بارگذاری با فولاد بتن با هم،تراز بار کمتری دارد.برعکس آن، بارگذاری فولاد، به تنهایی، با اتصال تیرهای اصلی بطور ساده منجر به اصطکاک موضعی گردد. اما بتن محصور تا زمانی که بارهای اصلی اعمال گردد وارد اقدام نمی‌گردد. در یکی از مراجع در همین زمینه‌ که کارکرد یا عملکرد فقط یکی از مصالح، از بارگذاری بحث شده می باشد]8-10-23[.
سختی اولیه ستون باکسی فلزی پرشده با بتن تحت بار فشاری محوری توسط هسته بتنی کاملاً پیچیده شده می باشد و به واکنش بین دو مصالح بستگی دارد. ضوابط ]21 SSRC [یک مدول الاستیک تعریف شده را پیشنهاد می کند که مجموعی از مدول الاستیسیته برای فولاد بتن می‌باشد. روی مدولاولیه بتنجهتبه حساب‌آوردن خزش و شکست کششی یک فاکتور کاهش‌دهنده 4/ 0 اعمال می‌کنیم.این پیشنهاد طراحی تنظیم شده می باشد از طرف مراجعی مانند،]21 AISC [می‌باشد اما بعضی از محققین پیشنهاد جمع مجزا سختی هر مصالح را دارندکه بطور کلی با تجربیات بهتر همخوانی دارد و پس برای سختی محوری اولیه در یک واکاوی خطی به غیرخطی مناسب‌تر می باشد]25[،این رفتار پایدار CFT‌ها در این مرجع بطور مختصر آمده می باشد]26[.
تحقیقات تجربی قابل تبیین بر روی مقاومت محوری CFTها انجام شدهکه در آن از نسبت و مقاومت مصالح و های زیادی بهره گیری شده می باشد. یک نمونه از تست یکنواختی روی CFTهای دایره‌ای ممکن می باشد درپیدا گردد. مقاومت محوری مقاطع مربعی CFTها در مرجع بحث شده می باشد]7-11-23-27-30[.
1-3مقاومت خمشی و سختی
برای ستون باکسی پرشده از بتن تحت خمش و برش، بخش بزرگی از سختی و مقاومت توسط فولاد پیرامون مقطع پخش می گردد، که در کل این مصالح بیشترین تأثیر را می گذارند. تیرهای CFT وقتی در خمش یکنواخت بارگذاری شده باشد بطور عالی نشان‌دهنده شکل‌پذیری اولیه به خرابی می‌باشند.تیرها با ظرفیت نرمال مقاومت مصالح و بطور نسبی باکسی قوی بطور معمولی در یک ترکیب از جاری‌شدن فولاد در کشش، کمانش باکس فولاد در فشار، خوردشدن بتنی در فشار و سرانجام پارگی فولاد باکس در کشش به خرابی می‌رسند. تعداد محدود تست‌های انجام شده روی CFTها در زیر بار خالص خمشی به عنوان یک ستون بوده می باشد.
-5مقاومت پیچشی و سختی
تعداد کمی تست تحت بارگذاری پیچشی انجام شده می باشد. در آزمایشات محدود شده به ستون‌هایی که تحت بار یکنواخت پیچشی بخوبی انجام گرفته گردید. تویب فلزی بتنهایی رفتار نسبتا خوبی در برابر پیچش دارد. خرابی پیچشی در ستون‌های CFTبصورت مشخص و ناگهانی نمی‌باشد، اما توسط یک افزایش بزرگ درچرخش پیچشی طی یکلنگر نسبتا ثابت مشخص گردیده می باشد.
خرابی بدلیل ترکیبی از ترک‌های مارپیچی در بتن و جاری شدن کششی فولاد صورت می‌گیرد.
تأثیر بار محوری بر پیچش بیشترین بخش خسارت به ستون را دارد، اگرچه در صورت افزایش بار محوری به اندازه 1. 5 برابر بار حدی محوری افزایش کوچکی در مقاومت پیچشی عضو ایجاد می گردد. سختی پیچشی اولیه ستون‌های CFTبطور معمول از تیوب فلزی نشئت می‌گیرد. ]47[
1-6خزش و جمع شدگی در CFTها
تستهای قبلی انجام شده توسط فور لانگ نشان می‌دهد که خزش دارای تأثیر بر رفتار طولانی مدت ستون‌های CFTمی‌باشد، اگرچه این تأثیر مختصر توسط باکس فلزی محبوس کننده قابل گذشت می‌باشد. ناکی ضرایب بدست آمده از خزش (نسبت کرنش نهایی به کرنش الاستیک اولیه) را در حدود نصف مقدار بدست آمده از بتن مسطح اعلام کرده می باشد. فورلانگ فهمید که بارگذاری بطور آرام می‌تواند افزایش قدرت را 15% کاهش دهد و جمع‌شدگی در ستون‌ها باعث مقید شدگی مجدد در آن گردد هرچند تأثیر آن بر رفتار نهایی ستون‌های CFT تغییر شکل بعمل آمده می باشد. تری در آزمایشات خود با این موضوع مواجه گردید که خزش و جمع شدگی بر مقاومت ستون‌های CFTتأثیر مخالفی ندارد. هرچند خزش ممکن می باشد باعث تأثیر بر بارگذاری به فولاد و موردها کمانش محلی گردد و جمع شدگی باعث ترک‌های اولیه در بتن گردد. ]50[
1-7تنش پسماند در CFTها
مقدار تراز تنش پسماند در باکس‌های فلزی به مقدار زیادی بستگی به مراحل کارخانه‌ای و شکل مقطع دارد. به مقصود کلی مقاطع سرد فرم داده شده و مراحل جوش شده، باکس‌های سرد فرم داده شده جوش شده ظرفیت بالاتری ازباکس‌های بدون درز برای تنش پسماند دارند و باکس‌های مربعی مستطیلی سرد فرم داده شده تنش پسماند بیشتری نسبت به مقطع دایره‌ای دارند. تنش پسماند طولی در باکس‌های فلزی سرد فرم داده شده به وجودمی‌آید در ضخامت‌های متفاوت بطور تأثیرگذاری منحنی سختی کرنش را گردمی‌کند. ]16-59[
1-8 رفتار چرخه‌ای باکس‌های فولادی پرشده با بتن
این پژوهش در رفتار یکنواخت یک CFT در یک چهارچوب برای یک مقدمه تحقیقات تهیه شده می باشد که رفتار چرخه‌ای یا سیکلی یک ستون توپر، بتنی فولادی را پژوهش می کند. این تحقیقات توسط لیو، گوول]60[ و کاوایو، ماتسنی]61[ (Gool & Liu؛ و (Matsni & Kawaivوبرای مطالعه بر روی چند نمونه ستون تست‌هایی انجام شده با نیروهای محوری و مقایسه کردن آنها،انجام شده می باشد. مهمترین نکاتی که در تستها معلوم شده مقایسه این ستون‌های تو خالی بادبندی شده مربع مستطیلی و پرشده با بتنی بود، آنها نشان دادند که اضافه‌کردن بتن کمانشی محلی را به تأخیر می‌اندازد و تعداد چرخه‌های سیکل برای خرابی را افزایش می دهد و مقدار جذب انرژی افزایش می‌یابد. نیروی کمانش در بتن از طرف تیوپ بیرونی می‌باشد که دو منفعت دارد.

  • وقتی کمانش رخ می دهد، فاصله بین بال بالایی و پایینی از قوطی فلزی بیشتر می گردد تا کمتر گردد (که باعث می گردد مقدار زیادی از مدول مقطع کاسته گردد).
  • بتن مایل به جداسازی کمانش محلی از یک منطقه بزرگ می‌باشد، و کرنش‌های شدید متمرکز را کم می کند که باعث ترک‌خوردگی می گردد. البته در کشش، فقط فولاد بطورمؤثر در برابر نیروی محوری مقاومت می کند.

تعداد صفحه :83
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   مقاله ISI با ترجمه فارسی:مدل خزشی برای خاک های غیراشباع در منطقه رانش در رانش زمین چیان جیانگ پینگ

***

—-

دسته‌ها: عمران

دیدگاهتان را بنویسید