این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد

چکیده

مقایسه شاخص آسیب قاب­های بتن­آرمه و اعضای آن با استفاده از شبیه­سازی عددی

به کوشش

ناهید پوریوسف

روش طراحی آیین­نامه­های موجود بر اساس طراحی مقاطع و اعضا می­باشد و آیین­نامه­ها در مورد بررسی ظرفیت کل قاب و یا طبقات آن اجباری برای طراحان قرار نداده­اند. در این پژوهش با بررسی مود زوال قاب­های منظم سه طبقه و سه دهانه بتن­آرمه تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون در محیط نرم­افزار OpenSees، نشان داده شده است که در بعضی موارد زوال طبقه یا کل قاب (مود زوال سیستمی سازه) می­تواند حاکم باشد. به این صورت که قبل از زوال یکی از مفصل­های پلاستیک، ظرفیت کل قاب یا یکی از طبقات آن به میزان قابل توجهی افت کرده و کاربری خود را از دست می­دهد. علاوه بر این تأثیر پارامترهای مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری قاب مانند درصد میلگردهای طولی و عرضی مقاطع، نسبت برش پایه قاب به وزن کل آن در لحظه زوال (Plastic g-Factor)، g-Factor کاربردی، شکل­پذیری نهایی، دوره تناوب مود اول و متوسط شاخص­های آسیب مقاطع بر مودهای زوال قاب­ها مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت مؤثرترین معیارهایی که بدون نیاز به انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون طراح را قادر به شناسایی امکان وقوع مود زوال سیستمی سازه می­نماید به صورت پارامتر g-Factor کاربردی و نیز ترکیب نسبت درصد میلگرد طولی به میلگرد عرضی ستون و دوره تناوب مود اول سازه تشخیص داده شد. معیارهایی که از طریق انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون محاسبه و در تفکیک قاب­های با مود زوال مفصل پلاستیک از سایر قاب­ها مؤثر هستند نیز به صورت پارامتر Plastic g-Factor و ترکیب پارامتر g-Factor کاربردی و متوسط شاخص­های آسیب مقاطع معرفی شده­اند.

کلید واژه­ها: قاب­های دوبعدی بتن­آرمه، تحلیل استاتیکی غیرخطی بار­افزون، مود زوال قاب­های بتن­آرمه، مود زوال سیستمی سازه، شاخص آسیب، نرم­افزار OpenSees

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                     صفحه

فصل اول: مقدمه                                                                                                              1

1-1- پیش­گفتار.. 2

1-2-  طراحی لرزه­اي.. 3

1-3- مهندسی لرزه­ای بر مبناي سطح عملکرد.. 4

1-3-1-  چارچوب کلی طراحی لرزه­اي بر مبناي سطح عملکرد.. 7

1-3-2-  شکل­پذیری (Ductility).. 10

1-3-3- شاخص آسیب.. 11

1-4- سیستم باربر لرزه­اي.. 14

1-5- روش­های مختلف تحلیل غیر ارتجاعی.. 15

1-5-1- تحلیل دینامیکی غیرخطی.. 16

1-5-2- تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون.. 17

1-5-2-1- توصیف تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون.. 17

1-5-2-2-  برخی از روش­های تحلیل استاتیکی غیرخطی.. 19

1-5-2-3- شکل توزیع بار جانبی در ارتفاع ساختمان.. 21

1-6- معیارهای زوال (Failure Criteria).. 25

1-7- بیان مسئله و هدف تحقیق.. 26

1-8- روند دستیابی به هدف تحقیق.. 26

1-9- خلاصه.. 28

عنوان                                                                                                     صفحه

فصل دوم: تاریخچه تحقیقات گذشته                                                                                            30

2-1- پیش­گفتار.. 31

2-2- شاخص آسیب.. 33

2-2-1- شاخص­های آسیب موضعی.. 33

2-2-2- شاخص­های آسیب کلی.. 36

2-2-3- بررسی مقایسه­ای چند شاخص آسیب.. 39

2-3- معرفی روابط مربوط به چند شاخص آسیب شناخته شده   42

2-3-1- شاخص آسیب پارک و انگ.. 42

2-3-2-  شاخص آسیب شکل­پذیری برای مقاطع.. 43

2-3-3-  شاخص آسیب شکل­پذیری برای قاب­ها.. 44

2-3-4- شاخص آسیب انرژی.. 45

2-3-5- شاخص آسیب خستگی Low-Cycle. 46

2-3-6- شاخص آسیب نرم­شدگی بیشینه.. 46

2-4- نحوه مدل­سازی رفتار سازه.. 47

2-5- بررسی مود زوال قاب­های بتن­آرمه.. 48

2-6- خلاصه.. 48

فصل سوم: نحوه مدل­سازی و انجام تحلیل غیرخطی                                                                     51

3-1- پیش­گفتار.. 52

3-2- معرفی نرم­افزار OpenSees. 52

3-3- معرفی و مدل­سازی قاب­های دو بعدی بتن­آرمه مورد مطالعه   54

3-3-1- مشخصات فیزیکی قاب­های دو بعدی انتخابی.. 54

3-3-2- نحوه بارگذاری قاب­ها.. 54

3-3-3- چگونگی مدل­سازی قاب­های دو بعدی بتن­آرمه در نرم­افزار OpenSees  55

3-4- چگونگی انجام تحلیل و پایش پاسخ­های موردنظر سازه   57

3-5- طراحی قاب­ها.. 57

3-6- محاسبه شاخص آسیب.. 71

3-6-1- شاخص آسیب انتخابی.. 71

3-6-2- محاسبه شاخص آسیب شکل­پذیری برای مقاطع بحرانی.. 72

عنوان                                                                                                     صفحه

3-6-3- محاسبه شاخص آسیب شکل­پذیری برای قاب­ها.. 74

3-7- خلاصه.. 74

فصل چهارم: ارائه و بررسی نتایج تحلیل­های غیرخطی قاب­های مورد مطالعه                               77

4-1- پیش­گفتار.. 78

4-2- روند انجام تحلیل غیرخطی قاب­ها و نتایج مربوط به آن   79

4-2-1- دسته­بندی قاب­ها بر اساس مود زوال آن­ها.. 79

4-2-2- توزیع مفصل­های پلاستیک در لحظه زوال قاب­ها.. 82

4-2-3- بررسی تغییرات پارامترهای تعریف شده بر اساس شاخص آسیب مقاطع در طول تحلیل.. 88

4-2-4- بررسی تأثیر پارامترهای مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری در نوع زوال قاب­ها.. 98

4-3- خلاصه.. 114

فصل پنجم: خلاصه، نوآوری و نتیجه­گیری                                                                                   116

5-1- خلاصه تحقیق.. 117

5-2- نوآوری تحقیق.. 119

5-3- نتیجه­گیری.. 119

فهرست منابع و مآخذ                                                                                                                 121

پیوست یک: امكانات نرم­افزار  OpenSees                                                                                   125

پیوست دو: بررسی مدل­های مختلف ارائه شده برای مصالح                                                        130

رفتار بتن محصور شده و محصور نشده.. 131

رفتار میلگردهای فولادی مسلح کننده.. 136

فهرست منابع و مآخذ پیوست دو.. 143

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                            صفحه

شکل 1- 1 نمودار جریانی فرآیند طراحی بر اساس سطح عملکرد   8

شکل 1- 2 نمودار تعیین نقاط لازم برای محاسبه شکل­پذیری.. 11

شکل 1- 3 نمودار جریانی روش تحلیل دینامیکی غیرخطی.. 16

شکل 1- 4 منحنی ظرفیت کلی (بارافزون) یک سازه.. 18

شکل 1- 5 روش طیف ظرفیت و نمودارهای ظرفیت و تقاضا نمونه   20

شکل 1- 6 منحنی نمونه طیف تقاضا برای شکل­پذیری­های ثابت در روش N2  21

شکل 1- 7 شکل­های توزیع بار جانبی در تحلیل بار فزآینده.. 25

شکل 2- 1 مقایسه نتایج ارزیابی آسیب با شاخص آسیب سه­بعدی، شاخص آسیب پارک و انگ، و شاخص آسیب جابجایی نسبی بین­طبقه­ای: (a) بارگذاری تک­محوره، 2D؛ (b) بارگذاری تک­محوره، 3D؛ و (c) بارگذاری دومحوره، 3D 40

شکل 3- 1 ایده­آل سازی منحنی لنگر– انحنا.. 73

شکل 3- 2 ایده­آل سازی منخنی ظرفیت قاب.. 74

شکل 4- 1 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال مفصل پلاستیک)   84

شکل 4- 2 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال طبقه)   85

شکل 4- 3 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال قاب)   86

شکل 4- 4 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال ترکیبی طبقه و مفصل پلاستیک).. 87

عنوان                                                                                            صفحه

شکل 4- 5 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال ترکیبی قاب و مفصل پلاستیک).. 88

شکل 4- 6 بیشینه شاخص­های آسیب نسبت به جابجایی نسبی تراز بام   91

شکل 4- 7 متوسط شاخص­های آسیب نسبت به جابجایی نسبی تراز بام   91

شکل 4- 8 متوسط شاخص­های آسیب تیرها نسبت به جابجایی نسبی تراز بام   92

شکل 4- 9 متوسط شاخص­های آسیب ستون­ها نسبت به جابجایی نسبی تراز بام   92

شکل 4- 10 نسبت متوسط شاخص­های آسیب ستون­ها به متوسط شاخص­های آسیب تیرها نسبت به جابجایی نسبی تراز بام.. 93

شکل 4- 11 متوسط شاخص­های آسیب طبقه اول نسبت به جابجایی نسبی تراز بام   94

شکل 4- 12 متوسط شاخص­های آسیب طبقه دوم نسبت به جابجایی نسبی تراز بام   94

شکل 4- 13 متوسط شاخص­های آسیب طبقه سوم نسبت به جابجایی نسبی تراز بام   95

شکل 4- 14 بیشینه شاخص­های آسیب نسبت به متوسط شاخص­های آسیب   96

شکل 4- 15 متوسط شاخص­های آسیب طبقه سوم نسبت به متوسط کل شاخص­های آسیب مقاطع.. 96

شکل 4- 16 متوسط شاخص­های آسیب ستون­ها نسبت به متوسط شاخص­های آسیب تیرها   97

شکل 4- 17 شاخص آسیب شکل­پذیری قاب­ها نسبت به جابجایی نسبی تراز بام   97

شکل 4- 18 بیشینه شاخص آسیب نسبت به متوسط شاخص آسیب (در لحظه زوال)   103

شکل 4- 19 Plastic g-Factor (در لحظه زوال) نسبت به شکل­پذیری نهایی قاب   104

شکل 4- 20 درصد میلگرد طولی به عرضی، ρl/ρs،  تیر نسبت به ρl/ρs ستون   104

شکل 4- 21 ρ Ratio نسبت به ρl/ρs ستون.. 105

 شکل 4- 22 ρRatio نسبت به ρl/ρs تیر.. 106

شکل 4- 23 ρl/ρs ستون نسبت به دوره تناوب مود اول.. 107

شکل 4- 24 g-Factor کاربردی نسبت به ρl/ρs قاب.. 107

شکل 4- 25 g-Factor کاربردی نسبت به ρl/ρs ستون.. 108

شکل 4- 26  Plastic g-Factor نسبت به ρl/ρs ستون.. 109

شکل 4- 27 شکل­پذیری نهایی نسبت به دوره تناوب مود اول.. 109

شکل 4- 28  ρl/ρs قاب نسبت به شکل­پذیری نهایی.. 110

شکل 4- 29 متوسط شاخص­های آسیب نسبت به g-Factor کاربردی.. 111

شکل 4- 30 متوسط شاخص­های آسیب ستون­ها نسبت به شکل­پذیری نهایی   111

شکل 4- 31 متوسط شاخص­های آسیب نسبت به شکل­پذیری نهایی.. 112

شکل 4- 32 متوسط شاخص­های آسیب تیرها نسبت به متوسط شاخص آسیب ستون­ها   113

شکل پ2- 1 مدل مندر برای بتن.. 131

شکل پ2- 2 مدل هوشیکوما برای بتن.. 135

شکل پ2- 3 رفتار میلگرد مدفون در بتن.. 137

شکل پ2- 4 اثر لغزش پیوند (Bond Slip) در رفتار عنصر.. 140

عنوان                                                                                                      صفحه

شکل پ2- 5 منحنیِ چرخه­ای فولاد.. 140

فهرست جدول­ها

عنوان                                                                                              صفحه

جدول 1- 1 سطوح عملکرد سازه­ای در بعضی از دستورالعمل­های بهسازی لرزه­ای   6

جدول 1- 2 بعضی از شاخص­های آسیب متداول.. 13

جدول 2- 1 شاخص­های آسیب بر پایه مدل­های خطی معادل.. 37

جدول 3- 1 مشخصات فیزیکی مصالح در مدل­های مورد استفاده برای بتن و فولاد   56

جدول 3- 2 مشخصات قاب­های مدل شده.. 60

جدول 4- 1 تعداد قاب­های انتخابی به تفکیک مود زوال.. 82

جدول 4- 2 پارامترهای تعریف شده بر اساس شاخص آسیب مقاطع و فضاهای بررسی شده توسط آن­ها.. 89

جدول 4- 3 پارامترهای موردنظر برای تفکیک قاب­های با مود زوال مفصل پلاستیک و حدود آن­ها.. 99

جدول 4- 4 فضاهای بررسی شده برای تفکیک و میزان خطای آن­ها برای دسته­بندی قاب­ها.. 113