پایان نامه : ارزیابی عملکرد مهاربند کمانش ناپذیر – تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای مورد استفاده استاندارد 2800 ایران

شکل 1-27 جزئیات بادبند مقید در برابر کمانش را با یک غشا که از چهار قسمت پلی­اتیلنی ساخته شده و هر قسمت mm 2 ضخامت دارد پوشانیده شده، نشان می­دهد. هسته ورق عریض گشته و در هر دو انتها سخت شده است. ورق فولادی عریض شده همچنین در انتهای بالایی لوله جهت جلوگیری از لغزش نسبت به ورق فولادی در مکانیزم کمانش مقید شده، جوش داده شده است. دو میلگرد شماره 3 در هر بادبند جهت جلوگیری از ترک خوردگی ملات در طی ساختن اعضای بادبند استفاده شده است.

شکل1-29- پاسخ­های هیسترتیک اندازه­گیری شده: a) پاسخ کلی b) پاسخ مقطع دایره­ای توخالی غلافدار[15]

شکل (1-a29) پاسخ هیسترزیس پایدار را نشان می­دهد. Vو  Δبه ترتیب بارهای جانبی و دریفت طبقه را نشان می­دهند، و زیر نویس Y به مقادیر تسلیم ارجاء داده می­شود.

سختی پیش­تسلیم بین 10 تا15 درصد سختی الاستیک تغییر می­کند. Tremblay و دیگران اظهار نظر کردند که سختی­های بزرگ پیش­تسلیم برای توزیع تغییر شکل غیرالاستیک در سازه­های بلند مطلوب می­باشد. شکل (1-b29) بر اساس قرائت کرنش­سنج­ها پاسخ بادبند چپ را که بار محوری بزرگ فشاری در HSS تقریبا 15 درصد از PY ورق فولادی می­رسد، نشان می­دهد [16]. با توجه به مطالب و نمودارهای هیسترزیس ارائه شده می­توان نتیجه­گیری کرد که قاب­های مهاربندی شده­ی مقید شده در برابر کمانش (BRBF) یک رده­ی خاص از قاب­های مهاربندی شده­ی هم­مرکز هستند. تقاطع محورهای اعضای BRBF در یک نقطه اتصال، یک سیستم خرپایی عمودی که نیروهای جانبی را تحمل می­کند، تشکیل می­دهد. BRBF دارای شکل­پذیری و جذب انرژی بالایی می­باشد، زیرا از کمانش کلی مهاربند و کاهش مقاومت مربوط به آن و تغییر­شکل­های مربوط به جابه­جایی نسبی طرح در طبقه­ها جلوگیری می­شود [16].

هسته فولادی در المان مهاربندی، منبع اولیه جذب انرژی در طی یک زلزله­ی متوسط تا شدید است، انتظار می­رود هسته­ی فولادی متحمل تغییرشکل­های غیر الاستیک قابل ملاحظه­ای شود. BRBF می­تواند سختی الاستیک ایجاد و رفتار هیستریک پایدار و متقارنی تحت نیروهای کششی و فشاری در طی تغییرشکل­های غیر الاستیک ارائه دهند. در نتیجه رفتار هیستریک پایدار و متقارن مهاربندهای BRBF تحت نیروهای کششی و فشاری در طی تغییرشکل­های غیرالاستیک مطلوب می­باشد [16].

 

1-5- ضریب رفتار سازه

ضریب رفتار سازه­ها ضریبی است که عملکرد غیر ارتجاعی سازه را در بر داشته و نشانگر مقاومت و شکل­پذیری سازه در مرحله غیر ارتجاعی است. بر این اساس مقاومت مورد نیاز سازه در طراحی از تقسیم مقاومت مورد نیاز سازه در حالت کاملاً ارتجاعی بر ضریب فوق به دست می آید.

در سازه­ها ظرفیت تغییر­شکل ارتجاعی به کمک ضریب شکل پذیری  بیان می­گردد که عبارت است از نسبت تغییرشکل نهایی سازه به تغییرشکل لحظه تسلیم آن. نحوه ارتباط  به عوامل مختلفی بستگی دارد، در سیستم­های یک درجه آزادی، نوع مصالح­، زمان تناوب، میرایی سیستم، نوع سازه، عامل  وضعیت تکیه­گاه و در سیستم چند درجه آزادی علاوه بر عوامل فوق عواملی نظیر مشارکت مدهای بالاتر و نوع سیستم مقاوم سازه­ای نیرو در این امر دخالت دارند، که در ذیل به توضیح آنها پرداخته می­شود.

1-5-1- ضریب کاهش در اثر شکل‌پذیری

سازه‌ها در اثر وجود شکل‌پذیری مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را بصورت هیسترزیس تلف می‌کنند و مقدار این اتلاف بستگی به مقدار شکل‌پذیری کلی سازه دارد. این شکل‌پذیری باید به گونه‌ای باشد که شکل‌پذیری کلی اعضاء از مقدار مجاز خود بیشتر نشود. بدین منظور در مواقع طراحی لازم است که حداقل مقاومت لازم سازه که شکل‌پذیری کلی آن را به حد شکل‌پذیری تعیین شده از قبل محدود می‌کند، مشخص شود. [17]

1-6- عوامل مؤثر بر  در سیستم‌های یک درجه آزادی

1-6-1- نوع مصالح

نوع مصالح به لحاظ تفاوت در میزان مقاومت، مدول ارتجاعی، شکل‌پذیری و رابطه تنش – کرنش بر نیاز لرزه‌ای سازه مؤثر می‌باشد.

1-6-2- زمان تناوب سیستم

زمان تناوب یکی از عوامل بسیار مهم و تأثیرگذار در رابطه  می‌باشد. برای سازه‌های انعطاف‌پذیر که دارای زمان تناوب بالایی هستند تغییرمکان‌های ماکزیمم سازه در دو حالت ارتجاعی و غیر ارتجاعی در برابر یک زلزله مشخص تقریباً با هم برابر هستند اما در سازه‌های سخت (زمان تناوب پایین) تغییرمکان‌های ماکزیمم در حالت غیر ارتجاعی بزرگتر از تغییرمکان‌های ماکزیمم در حالت ارتجاعی است و همین مسأله باعث می‌شود تا نیاز شکل‌پذیری در حالت دوم بسیار بزرگتر از حالت اول گردد و در نتیجه با فرض یکسان بودن ظرفیت شکل‌پذیری دو سیستم ضریب رفتار سیستم‌های سخت همواره کوچکتر از ضریب رفتار سیستم‌های نرم نظیر آنها می‌باشد.

مطلب مشابه :  ، ساختارهای، شغل، کارکنان، مکانیکی، خلاق

1-6-3- میرایی

میرایی یکی از خصوصیات دینامیکی مهم هر سیستم سازه‌ای در حرکت ارتعاشی است که به عنوان یک مکانیزم اتلاف انرژی در سازه محسوب می‌شود. با این وجود تأثیر آن بر ضریب رفتار و شکل‌پذیری قابل ملاحظه نیست.

1-6-4 – بارگذاری

نیروی رفت و برگشتی زلزله قابل پیش‌بینی نیست و همین موضوع مشکل بزرگی را برای تشخیص دقیق پاسخ سازه در برابر زلزله آتی به وجود می‌آورد. در تعیین پاسخ سازه، رکوردهای ثبت شده شتاب – زمان دارای بیشترین کاربرد است. رکوردهای فوق دارای مشخصه‌هایی هستند که باعث تمایز آنها از یکدیگر می‌گردد و تغییرات در آنها باعث تغییرات در پاسخ سازه می‌شود. این مشخصه عبارتند از: بزرگی دامنه شتاب، مدت تداوم، تعداد سیکل‌های رفت و برگشتی، محتوای فرکانسی و میزان انرژی ورودی آنها.

اعمال ویژگی‌ مذکور در رابطه  بسیار مشکل می‌باشد. در بعضی از تحقیقات انجام شده به منظور پرهیز از اعمال بارگذاری در تبین رابطه از میانگین نتایج حاصل از چندین زلزله استفاده گردیده است.

 

1-6-5- اثر

اثر  به عنوان عاملی جهت تشدید لنگرهای خشمی ناشی از بارهای ثقلی بر روی سازه‌های دارای تغییر مکان جانبی نقش مهمی در افزایش نیاز شکل‌پذیری دارد. هر چه تغییر مکان جانبی سازه بیشتر باشد تأثیر این عامل بیشتر خواهد بود. معمولاً اثر  در شکل پذیری‌های بالاتر محسوس است.

1-6-6- مدل نیرو تغییر شکل

واکنش هر سیستم در برابر نیروهای رفت و برگشتی در محدوده غیر ارتجاعی، ارتباط مستقیم با رفتار لرزه‌ای مصالح تشکیل دهنده آن دارد. مصالح مختلف دارای رفتارهای لرزه‌ای مختلف می‌باشند. که به آن حلقه نیرو – تغییر شکل و یا حلقه هیسترزیس گفته می‌شود.

برای پیش‌بینی دقیق واکنش یک سیستم در برابر بارهای لرزه‌ای، شناخت کافی از حلقه بار – تغییر شکل آن ضروری است. به دلیل پیچیدن بودن رفتار واقعی مصالح از مدل‌هایی که تا حتی­الامکان بیان کننده رفتار مصالح باشد استفاده می‌گردد. مدل انتخابی باید حتی‌الامکان دارای شرایط زیر باشد:

  • ساده و مختصر باشد.
  • از دقت قابل قبولی برخوردار باشد.
  • دارای انعطاف‌پذیری و سازگاری باشد.
  • تعداد پارامترهای مورد استفاده حداقل باشد.

1-6-7-  خاک منطقه

سازه‌ها بر روی زمین بنا می‌گردند و نیروی زلزله از طریق زمین به سیستم اعمال می‌گردد. همین موضوع سبب می‌گردد تا نیروی اعمالی به سازه متأثر از خاک منطقه باشد. در صورتیکه خاک زیر سازه صلب باشد هیچگونه اندرکنشی بین خاک و سازه وجود نخواهد داشت. در غیر اینصورت وجود اندرکنش بین خاک و سازه سبب تغییرات در پاسخ سازه‌ها در مرحله ارتجاعی و غیرارتجاعی خواهد شد. به طور کلی خاک نرم اثر کاهنده بر ضرایب  دارد.

1-7- عوامل مؤثر بر در سیستم‌های چند درجه آزادی

رابطه نیازهای لرزه‌ای – غیرارتجاعی در سیستم‌های چند درجه آزادی علاوه بر عوامل فوق به عوامل دیگری نیز بستگی دارد.

1-7-1 نوع سازه مقاوم

واکنش انواع مختلف سازه‌ها در برابر زلزله متفاوت می‌باشد بعضی از سازه‌ها رفتار برشی و بعضی از آنها رفتار خمشی دارند. همچنین بعضی از سازه‌ها دارای ظرفیت شکل‌پذیری بالایی هستند و بعضی دیگر این قابلیت را ندارند و در عوض سختی خوبی در برابر بارهای جانبی دارند. همین موضوع سبب می‌شود که رابطه  به نوع سازه نیز بستگی داشته باشد.

1-7-2 هندسه سازه

هنگامیکه جرم و یا سختی سازه در پلان و ارتفاع توزیع مناسبی نداشته باشد اثر پیچش ظاهر می‌گردد. وجود پیچش در سازه باعث افزایش نیاز شکل‌پذیری می‌شود. مشخصه‌های اصلی پیچش درسازه عبارتند‌از: خروج از مرکزیت و زمان تناوب پیچشی .

1-7-3 مشارکت مد‌های بالاتر

در قسمت مربوطه به سیستم‌های یک درجه آزادی اشاره گردید که زمان تناوب سیستم اثر قابل ملاحظه‌ای بر نیاز شکل‌پذیری دارد و مشخصه‌ای بسیار مهم برای  می‌باشد. معمولاً در مشابه‌سازی سیستم‌های یک درجه آزادی به چند دجه آزادی فقط از زمان تناوب اصلی آنها استفاده می‌شود. در صورتیکه مودها بعدی و زمان‌های تناوب بالاتر تأثیر قابل توجهی در مقدار واکنش سیستم دارند و می‌بایست بگونه‌ای عمل گردد که اثرات فوق در تعیین واکنش سیستم منظور شده باشد. تأثیر مودهای بالا بصورت افزایش نیاز شکل‌پذیری بروز می‌کند و یا به عبارتی سبب کاهش ضریب رفتار می‌شود [17].

 

1-8- ارزیابی روابط ارائه شده برای

در قسمت قبل عوامل مؤثر بر نیاز لرزه‌ای – غیرارتجاعی سازه شناسایی ارائه گردید. تأثیر بعضی از این عوامل بر رفتار لرزه‌ای سازه‌ها دارای اهمیت بیشتری بوده و صرفنظر کردن از آنها باعث کاهش دقت می‌گردد. در صورتیکه بعضی دیگر اثر قابل توجهی نداشته و حذف آن لطمه به ارزیابی و تحلیل رفتاری سازه وارد نخواهد کرد. تاکنون روابط متعددی برای  پیشنهاد گردیده‌، در هر یک از این روابط سعی شده است حتی‌الامکان از عوامل مؤثر بر نیاز لرزه‌ای – ارتجاعی استفاده گردد و تأثیر آن منظور گردد. [18]

مطلب مشابه :  پایان نامه بررسي رابطه بين نمادهاي منزلتي سبک زندگي با نگرش شهروندان به جرم دربندر عباس

1-9- روابط  برای سیستم‌های یک درجه آزادی

1-9-1 ریدل، هیدالگو و کروز[1]

در این مطالعه طیف‌های پاسخ چهار گروه شتاب نگاشت‌های زلزله را در دو حالت ارتجاعی محاسبه شده و از تقسیم مقادیر طیف مربوط به حالت‌های ارتجاعی و غیرارتجاعی ضریب  برای هر یک از چهار گروه زلزله برحسب زمان تناوب و شکل‌پذیری بدست آمده با استفاده از میانگین‌گیری انجام شده رابطه ساده شده زیر ارائه شد. در این رابطه بدون توجه به نوع زلزله و صرفآً با داشتن زمان و تناوب و شکل‌پذیری ضریب  بدست می‌آید. [19]

(1-1)

ضریبی است مابین 0.1 و 0.4 ثانیه برای شکل‌پذیری 2 تا 10

R* برای شکل‌پذیری 2£m£10 کوچکتر از m می‌باشد.

 

 

جدول 1-1 مقادیر T* و R* در رابطه ریدل، هیدالگو و کروز [25]

m=8 m=7 m=6 m=5 m=4 m=3 m=2 PARAMETER
6.8 6.2 5.6 5.0 4.0 3.0 2.0 R*
0.4 0.4 0.4 0.4 0.3 0.2 0.1 T*

 

1-9-2 اریاس و هیدالگو[2]

اریاس و هیدالگو براساس ضرایب کاهش محاسبه شده به وسیله ریدل، هیدالگو و کروز یک رابطه غیرخطی جهت ضرایب کاهش برای تمامی محدوده زمان تناوب بصورت زیر پیشنهاد کردند [20].

(1-2)                                 

که KT برای گروه‌های مختلف زمین متفاوت است. در پیش‌نویس آیین‌نامه شیلی مقدار k=0.1 توصیه شده است. [25]

 

 

 

 

شکل 4-2:  ضریب کاهش مقاومت در اثر شکل‌پذیری –a ریدل، هیدالگو. کروز –b ریدل و اریاس [20]

 

1-9-3 نصر و گراوینگلر[3]

نصر و همکاران رابطه‌ای برای Rm ارائه کردند که در آن پارامترهای بیشتری دخالت دارد. رابطه پیشنهادی براساس مطالعات آماری با استفاده از 15 شتاب نگاشت زمین‌لرزه‌های شدید بر روی خاک سخت استخراج گردیده است. با استفاده از طیف‌های پاسخ ارتجاعی و غیرارتجاعی برای شکل‌پذیری‌های مشخص، Rm تعیین گردیده و آنگاه به کمک تحلیل غیرخطی رابطه‌ای برای Rm ارائه گردیده تعداد 390000 تحلیل تاریخچه زمانی انجام شده و در آنها از مدل بار – تغییر شکل دوخطی با سخت‌شدگی صفر، دو و ده درصد استفاده گردیده است. در انتخاب نوع سیستم نیز سعی شده است تا دامنه تغییرات زمان تناوب 1/0 تا 4 ثانیه در حال تغییر باشد و نیاز شکل‌پذیری از 1 تا 8 در نوسان  باشد رابطه پیشنهادی به قرار زیر است. [21]

(1-3)                                            

که a درصد سخت‌شوندگی است و پارامترهای a و b براساس درصد سخت‌شوندگی از جدول زیر بدست می‌آید:

جدول 1-2: مقادیر a و b رابطه نصر [21]

B a a
0.42 1
0.37 1 0.02
0.29 0.8 0.1

 

 

1-9-4 رابطه میراندا[4]

در مطالعات میراندا سعی شده است تعداد نسبتاً زیادی از زلزله‌های  ثبت شده به منظور بررسی اثر شرایط خاک مدل بر ضریب Rm در نظر گرفته شود. به همین منظور 124 زلزله ثبت شده در محدوده وسیعی از شرایط خاک در هنگام زلزله‌های گوناگون در نظر گرفته شده براساس شرایط محلی خاک در ایستگاه ثبت‌کننده زلزله‌ها به سه گروه تقسیم شدند. زلزله‌های ثبت شده در سنگ، زلزله‌های ثبت شده در رسوب و زلزله‌های ثبت شده در خاک خیلی نرم که به وسیله سرعت پایین امواج بررسی در آن مشخص می‌شود.

ضرایب Rm برای سیستم‌های یک درجه آزادی دو خطی با 5 درصد میرایی و با ضرایب شکل‌پذیری کلی سازه بین 2 تا 6 محاسبه شدند. سپس متوسط ضرایب Rm برای هر نوع خاک محاسبه شد. علاوه بر نوع قرار گرفت. این تحقیق نشان داد که شرایط خاک محل بر ضرایب Rm تأثیر می‌گذارد (به ویژه برای محل‌هایی که دارای خاک نرم هستند.) اما بزرگی زلزله و فاصله مرکز سطحی زلزله بر ضرایب Rm تأثیر ناچیزی دارد. براساس متوسط ضرایب Rm فرمول‌هایساده شده زیر برای محاسبه این ضرایب ارائه شدند. [17]

[1] Riddel&Hidalgo -Cruze

[2] Arias:&Hidalgo

[3] Nassar & krawinkler

[4] Miranda

لینک جزییات بیشتر و دانلود این پایان نامه :

 

پایان نامه ارشد: ارزیابی عملکرد مهاربند کمانش ناپذیر و تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای مورد استفاده استاندارد 2800 ایران

Author: 92