پایاننامه مهندسی عمران منحنی شکست سازههای فولادی قاب خمشی

۱۵۵ هزار تومان ۱۱۵ هزار تومان
افزودن به سبد خرید

جهت خرید و دانلود پایاننامه مهندسی عمران منحنی شکست سازههای فولادی قاب خمشی روی آیکون افزودن به سبد خرید یا با ایمیل زیر در ارتباط باشید.

sellthesis@gmail.com


پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران سازه بررسی منحنی شکست سازه های فولادی با قاب خمشی متوسط در اثر خرابی پیش رونده حین زلزله


پایاننامه مهندسی عمران منحنی شکست سازههای فولادی قاب خمشی


چکیده

امروزه ارزیابی عملکرد سازه ها در برابر زلزله، به یکی از بحث هاي رایج در بین محققین تبدیل شده است. یکی از ابزارهاي کلیدي در ارزیابی آسیب پذیری لرزه اي سازه ها، توابع شکنندگی است که احتمال فراگذشت سرویس سازه از یک سطح سرویس مشخص را براي چندین سطح خطر از جنبش هاي لرزه اي زمین بیان می نماید. هدف از این مطالعه، تعیین منحنی شکنندگی آسیب پذیری لرزه ای سیستم ساختمانی قاب خمشی متوسط فولادی طراحی شده بر اساس آیین نامه ی طراحیASCE7-10/IBC2012 بر روی خاک نوع D در منطقه ای با خطر لرزه ای زیاد می باشد. مدل های مورد نظر، ساختمان 6 طبقه ی قاب خمشی متوسط فولادی با دو حالت، یکی با اجرای صحیح اتصالات و دیگری دارای 10% خطا در اتصالات می-باشند. مدلسازی این ساختمان ها با در نظر گرفتن 10 نوع زلزله ی حوزه ی نزدیک در نرم افزار OpenSeeS انجام شده و تحلیل تاریخچه ی زمانی غیرخطی افزایشی برروی مدل ها انجام گرفته است. در این بررسی، تغییر مکان جانبی نسبی سازه ها به عنوان شاخص خرابی در نظر گرفته شده است. حدود تعیین شده برای تغییر مکان جانبی نسبی برای حالات فرو گذشت مختلف از آیین نامه ی ASCE41-06 استفاده شده است که این حالات فروگذشت عبارتند از: Immediate Operation(IO)، Life Safety(LS) و Collapse Pervision(CP) سپس منحنی شکست سازه ها برای دو حالت یاد شده ترسیم گردیده و با حذف تک ستون بحرانی در همان آنالیز برای تمامی مقادیر افزایشی هر زلزله، DCR ستون های باقی مانده از هر ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از مقایسه ی دو ساختمان با دو منحنی شکست متفاوت نشان می دهد که سطح سرویس LS برای ساختمانی که با 10% خطای اجرایی مدل شده است از لحاظ DCR ، 21/21%و برای سطح سرویس CP، 52/9% بیشتر از ساختمانی که به طور صحیح مدل شده، می باشند.


فهرست

عناوين       صفحه

1 ‌مقدمه 1
1-1- خرابی پیشرونده 1
1-1-1- شرح مسئله 3
1-2- منحنی شکست 4
1-3- اهداف و ضرورت تحقیق 6
1-4- روش اجراي طرح و مدلهای مورد بررسی 6
1-5- ساختار پایاننامه 6
2 مروري بر مطالعات گذشته 8
2-1- منحنیهاي شکنندگی لرزهاي 8
2-1-1- منحنی های شکنندگی تجربی 9
2-1-2- منحنیهای شکنندگی بر اساس قضاوت مهندسی 10
2-1-3- منحنیهای شکنندگی تحلیلی 10
2-1-4- منحنی شکنندگی ترکیبی 12
2-2- توابع شکنندگی 13
2-3- حالات خرابی در دستورالعمل HAZUS 14
2-4- دستورالعمل HAZUS 14
2-4-1- پیشینهی تحقیق 16
2-4-1-1- پژوهش جوزف کارلو مارانو و همکاران 39 17
2-4-1-2- مطالعات روییزگارسیا و همکاران (2010) 62 20
2-4-1-3- مطالعات شکنندگی در تایوان برای زلزلهی چیچی 22
2-4-1-4- مطالعات میشاییل تانتالا و جورج دوداتیس (2002) 57  23
2-4-1-5- مطالعات اربریک و الناشی22 26
2-4-1-6- سایر مطالعات 28
2-5- زلزله و خرابی پیشرونده 37
2-5-1- بررسی موردي پدیده خرابی پیشرونده 40
2-5-2- تاثیر جزئیات قاب خمشی ویژه بر خرابی پیشرونده 42
2-6- اثرات نزدیک گسل 43
2-6-1- تحقیقات در زمینه مشخصات وپارامترهای رکوردهای نزدیک گسل 44
2-6-2- تحقیقات مربوط به بررسی رفتار سازه ها تحت رکوردهای نزدیک گسل 45
2-6-3- اثرات نزدیکی به گسل درطراحی لرزه ای سازه ها 47
3 روش تحقیق 52
3-1- شرح کلی کار پایان نامه 52
3-2- مشخصات مدل 52
3-3- نحوه ی ترسیم منحنی شکنندگی 53
3-4- نحوه ی انتخاب شتاب نگاشت 54
3-5- بررسي روش تحليل ديناميكي افزايشي (IDA) 56
3-5-1- تحليل ديناميكي افزايشي (IDA) 56
3-5-2- ورودي ها و خروجي هاي تحليل ديناميكي غير خطي افزايشي 57
3-5-2-1- تحليل ديناميكي افزايشي تك ركورده 58
3-5-2-2- تحليل ديناميكي افزايشي چند ركورده 60
3-6- مدل‌سازي سيستم قاب خمشی متوسط در اثر حذف تک ستون بعد از وقوع زلزله 60
3-6-1- معرفي اجمالي نرم افزار OpenSees 61
3-6-2- مدلسازي تيرها و ستون ها : 62
3-6-3- روند کلی انجام آنالیز 63
3-7- بررسی خرابی پیش رونده 64
3-7-1- روش بررسی تخریب پیشرونده: 65
3-7-2- بررسی استانداردهای مرتبط با تخریب پیشرونده 65
3-7-2-1- روش طراحی مدیریت خدمات عمومی ( GSA ) 65
3-7-2-2- روش تحلیل مسیر جایگزین GSA 66
3-7-2-3- روش طراحی وزارت دفاع ( DOD ) 68
3-7-2-4- ملزومات DOD برای عملکرد کلافی 68
3-7-2-5- تحلیل مسیر جایگزین در DOD 70
4 نتایج 72
4-1- رسم نمودار های IDA 72
4-2- رسم نمو دار منحنی شکنندگی 79
4-3- مقایسه دو سطح سرویس IO در دو حالت مورد بررسی 80
4-4- مقایسه دو سطح سرویس LS در دو حالت مورد بررسی 80
4-5- مقایسه دو سطح سرویس CP در دو حالت مورد بررسی 81
4-6- بررسی خرابی پس از زلزله ناشی از حذف تک ستون 81
5 جمع بندی و نتیجه گیری 86
5-1- نتیجه گیری 86
5-2- پیشنهاد ها 89
منابع و مراجع 90
پيوست‌ها 95
پیوست-1 .95
پیوست-2 114
پیوست 3 132


منحنی هاي شکنندگی لرزه اي

منحنی شکنندگی، احتمال خرابی متناظر با یک حالت خرابی معین را در چندین سطح از جنبش هاي لرزه اي زمین بیان می کند. در واقع منحنی شکنندگی، نسبت بین شدت زمین لرزه و سطح خرابی لرزه اي محتمل را توصیف می کند. جهت تعیین دقیق چنین نسبتی انتخاب صحیح شدت زلزله در منطقه ی سازه ي تحت بررسی مهم می باشد. از شاخص هایی که شدت زلزله را بطور مناسب جهت تحلیل شکنندگی معرفی می-نمایند می توان از بیشینه شتاب زمین PGA، بیشینه سرعت زمین PGV، بیشینه تغییر مکان زمین PGDنام برد. این منحنی ها را می توان از تحلیل رگرسیون منطقی اطلاعات خرابی واقعی یا شبیه سازي شده و یا روش هاي حل عددي بدست آورد.
با توجه به اینکه آسیب پذیری لرزه ای زمانی رخ می دهد که احتمال فراگذشت سازه از سطح خرابی تعریف شده وجود داشته باشد، گسیختگی زمانی رخ می دهد که سازه ی موجود نتواند شرایط لازم برای سطح عملکرد تعریف شده را ارضا کند.

زلزله و خرابی پیشرونده

از مهمترین حوادثی که باعث گردید پدیده خرابی پیشرونده مورد توجه قرار گیرد، انفجار اتفاقی گاز در طبقه 18 ساختمان Ronan Point در سال1968، حمله تروریستی به ساختمانMurrah Federal در سال 1995، و حمله به مرکز تجارت جهانی در سال 2001 می باشد. بنابر این روشهاي رایج ، تحلیل و طراحی براي خرابی پیشرونده، عمدتا بر جلوگیري از این پدیده به علت بارهاي غیر عادي ثقلی و انفجار است و خرابی پیشرونده بعلت بارهاي زلزله کمتر مورد توجه قرار گرفته است در حالی که گزارشات مربوط به خرابی هاي زلزله در زمین لرزه هاي گذشته حاکی از آن است که زلزله می تواند باعث حذف تکیه گاهها (معمولا ستونهاي گوشه)گردد 39،58 و این موضوع منجر به مکانیزم طره اي دوطرفه 1 می شود. بارهاي زلزله می تواند نیروهاي جانبی و واژگونی شدیدي ایجاد کند. اثر این نیروها ممکن است اعضاي سازه را تحت بارهاي بیش از حد قرار دهد و باعث حذف یک یا چند عضو باربر سازه اي گردد که متعاقبا منجر به شکست دیگر اعضاي سازه اي در سیستم، و گسترش خرابی پیشرونده در کل سازه می شود. همچنین برخورد ساختمانهاي مجاور با تراز طبقاتی متفاوت، آتش سوزي و انفجار انشعابات گاز در حین زلزله می تواند باعث بوجود آمدن انهدام موضعی و پدیده خرابی پیشرونده گردد.

پدیده خرابی پیشرونده

براي بررسی پدیده خرابی پیشرونده و لزوم طراحی براي این پدیده و همچنین تاثیر ضوابط لرزه اي در کاهش خرابی پیشرونده، ساختمان Federal Murrah را مورد ارزیابی قرار می دهیم. ساختمان Murrah Federal یک ساختمان 9 طبقه اداري با ارتفاع 35 متر و با مساحت 1400 متر مربع در هر طبقه و مساحت کل 12600 متر مربع بود که شامل یک طبقه ساختمان فرعی بال شرقی و غربی و یک پارکینگ مجاور چند طبقه در جنوب ساختمان اداري بود که قسمتی از آن زیر و قسمتی بالاي سطح زمین قرار داشت.

تاثیر جزئیات قاب خمشی ویژه بر خرابی پیشرونده

پس از جمع آوري اطلاعات و بررسی عملکرد ساختمان Murrah Federal در برابر انفجار، اثر ضوابط قاب خمشی ویژه براي بهبود مقاومت سازه در برابر انفجار و مقابله با خرابی پیشرونده، مورد ارزیابی قرار گرفت. بطور کلی اگر جزئیات قابهاي خمشی ویژه، در زمان انفجار بکار رفته بود، نتایج زیر بدست می آمد:
1- ستونهاي G16 و G24 ، اگر قاب خمشی ویژه بکار رفته بود، مقاومت برشی کافی را براي مکانیزمی بدون وقوع خرابی داشتند و طبعا این ستونها در اثر انفجار نیز دچار شکست نمی شدند.
2- به دلیل فاصله نزدیک ستون G20 به محل انفجار، اگر شرایط قاب خمشی ویژه را نیز دارا بود، احتمالا دچار گسیختگی می گردید. البته بکار بردن ضوابط سنگین آرماتور گذاري ویژه، احتمال مصون ماندن این ستون را افزایش می داد.
3- اگر ستون G20 در اثر انفجار منهدم نمی شد، خرابی ساختمان فقط به قسمتهایی از دال محدود می شد که در اثر انفجار تخریب گشتند که این موضوع می توانست تخریب کف طبقات را تا 85 درصد کاهش دهد.
4- اگر ستون G20 در اثر انفجار منهدم می شد، جزئیات قاب خمشی ویژه، که شامل آرماتور گذاري در شاهتیر طبقه سوم می شد، می توانست احتمال ریزش دال بالاي آن را به مقدار زیادي کاهش دهد و در نتیجه تخریب سازه، به قسمتهایی که در اثر انفجار فرو ریختند محدود می شد. بنابر این استفاده از قاب خمشی ویژه نمی توانست از تخریب کامل بخشهاي مختلف سازه جلوگیري کند بلکه تقریبا تا 80 درصد باعث کاهش آن می شد.

اثرات نزدیک گسل

پس از زلزله ها Northridge 94 و Kobe 95و chi – chi و Duzce99 بسیاری از سازه ها دچار تخریب کلی یا آسیب دیدگی جزئی شدند که پس از تحقیقات فراوان قسمت عمده خرابی های ناشی از این زلزله ها به اثرات زلزله های نزدیک گسل یا حوزه نزدیک نسبت داده شد.از این روتحقیقات بعدی در جهت شناسایی جامع تر این گونه زلزله ها متمرکز گردید.در این راستا تحقیقات انجام گرفته را عمدتا به دو دسته تقسیم بندی می گردد. دسته اول مجموعه تحقیقاتی است که بر روی رکوردهای ثبت شده ناشی از جنبش قوی زمین در نزدیک گسل شامل مشخصات و پارامترهای مختلف مربوط به رکوردهای نزدیک گسل،اطلاعات کامل وقابل استفاده ای جهت بررسی رفتار سازه ها تحت این رکوردهادر اختیار محققین قرار می گیرد.تحقیقاتی که در زمینه تولید رکوردهای نزدیک گسل مصنوعی در شرایط جغرافیایی و توپوگرافی مختلف با استفاده از روش های شبیه سازی صورت می گیرد،در این دسته از تحقیقات،لحاظ می گردد.

مدل‌سازي سيستم قاب خمشی متوسط در اثر حذف تک ستون بعد از وقوع زلزله

در اين مطالعه، براي مدل‌سازي سيستم قاب خمشی از نرم‌افزارOpenSees 54 استفاده شده است. اين نرم افزار توسط زبان برنامه نويسي TCL/TK توليد شده است که قابليت گسترش و توليد انواع مقاطع سازه-اي را داراست. اين نرم افزار، محصول دانشگاه برکلي کاليفرنيا است و هدف از تهيه آن، پيشبرد هر چه بيشتر تحقيقات مي‌باشد که دانشگاه‌هاي جهان روزانه با آن درگير هستند69. توسط زبان برنامه‌نويسي TCL/TK کاربر مي تواند توسط اين روش به اصل سيستم نرم افزاري راه داشته باشد و از اين طريق کاربر مي تواند توسط نوشتار، به تعريف هندسه مدل، بارگذاري، ساختار کمي، مواد استفاده شده و روش تحليل بپردازد. زبان برنامه نويسي TCL از يک سري رشته ها تشکيل شده است که ويژگي هاي زير را مي توان در آن تعريف کرد:
• متغيرها و جايگزيني مقادير آن ها
• انجام محاسبات و نمايش آن ها
• استفاده از روابط شرطي (for each،if،while، for)
• ساختن دستي فايل به صورت نوشتن آن
نرم‌افزار OpenSees قادر به تحليل انواع مدل هاي خطي و غير خطي سازه اي و ژئوتکنيکي مي‌باشد. تحليل-ها به صورت انواع تحليل هاي استاتيکي و ديناميکي در حالت خطي و غير خطي انجام مي‌شود.

مرور

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است .