بال

پایان نامه بررسی اثرات مدهای بالا در رفتار لرزه ای سازه‌های بتنی مسلح طراحی شده براساس عملکرد و نیرو

 



برای دانلود استارت دانلود و بعد کریت لینک دانلود رو زده

download

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد((M.Sc

مهندسی عمران گرایش مهندسی زلزله

عنوان:

بررسی اثرات مدهای بالا در رفتار لرزه ای سازه‌های بتنی مسلح طراحی شده براساس عملکرد و نیرو

فایل word و قابل ویرایش در 83 صفحه

فهرست

چکیده 1

فصل 1: کلیات 3

1-1- مقدمه 4

1-2- روش مقاومت در طرح لرزه ای 5

1-2-2- نواقص طرح بر مبنای مقاومت 6

1-3- لزوم طراحی لرزه ای براساس عملکرد8

1-3-1 مبانی و مفاهیم در طراحی لرزه ای براساس عملکرد 9

1-4- اثرات مدهای بالا در رفتار لرزه ای 18

1-4-1- مقدمه 18

1-4-2- تاریخچه تحقیقات 19

1-4-3- مشارکت مودهای بالاتر در آیین نامه های ساختمانی22

1-5- بررسی تاثیر مودهای بالاتر 24

فصل 2: مفاهیم طراحی لرزه ای سازه ها 26

2-1- مقدمه 27

2-2- روش به دست آوردن پارامترهای موثر در طراحی لرزه ای با استفاده از منحنی پوش آور 28

2-2-2- ضریب برش پایه طراحی (Cs&w) 30

2-2-3- ضریب برش پایه الاستیک 31

2-2-4- ضریب برش پایه طراحی در روش حالت حدی و ضرایب بار ومقاومت Cs 31

2-2-5- ضریب برش پایه طراحی در روش تنش مجاز Cw 32

2-2-6- نسبت Cs به Cw32

2-2-7- ضریب شکل پذیری () 33

2-2-8- ضریب کاهش شکل پذیری (Rμ)33

2-2-9- ضریب اضافه مقاومت سیستم (Ω0) 34

2-3- پروسه طراحی بر اساس ضریب رفتار 36

2-3-2- ضریب بزرگ نمایی تغییر مکان (C ds &dw) 37

2-4- پارامترهای موثر در طراحی لرزه ای در آیین نامه های مختلف 38

فصل 3: طراحی بر اساس عملکرد 41

3-1- مقدمه 42

3-2- رفتار اعضای سازه ای با توجه به منحنی نیرو – تغییر شکل 42

3-2-2- مشخصات مصالح 45

3-2-3- ضریب آگاهی 47

3-2-4- کاربرد ضریب آگاهی در بهسازی و طراحی بر اساس عملکرد 48

3-2-5- معیارهای پذیرش برای روش های غیر خطی 49

3-2-6- مدل سازی ساختمان : 50

3-2-7- اثرات بارهای ثقلی در تحلیل استاتیکی غیر خطی سازه ها تحت اثر بارهای جانبی 51

3-2-8- توزیع بار جانبی 53

3-2-9- ترکیبات بار مورد استفاده در تحلیل استاتیکی غیر خطی در مودهای بالا 55

3-2-10- معیارهای پذیرش برای سازه های بتن آرمه56

6-2-11- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس Fema-356 56

3-2-12- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس نشریه 360 58

فصل 4: روش تحقیق ، نتایج و تفسیر آنها 59

4-1- مقدمه 60

4-1-1- تحلیل پوش آور( بار افزون) 61

4-1-2- توزیع بار جانبی 63

4-1-3- مشارکت مودهای بالاتر در پاسخ تغییر شکل الاستیک 63

4-2- بررسی و ارزیابی ساز ه های طراحی شده به روش عملکرد و آیین نامه 2800 64

4-3- فرضیات کلی جهت تحلیل های غیرخطی تاریخچه زمانی 65

4-3-2- گزینه های مختلفی که روش تحلیل تاریخچه زمانی را مشخص می سازند عبارتند از : 65

4-3-3- اثرات غیر خطی در سازه ها 66

4-3-4- بارگذاری 66

4-3-5- گام های زمانی 66

4-3-6- میرایی 67

4-3-7- مدل عددی و نحوۀ تحلیل67

4-3-8- تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان جانبی طبقات 67

4-4- بررسی تغییر مکان و نسبت تغییر مکان طبقات درساختمانهای 4، 8، 12 و 16 طبقه 68

4-5- بررسی توزیع نیروی جانبی حداکثر در ارتفاع طبقات 73

4-6- بررسی نیروی برشی پایه حداکثر 75

4-7- بررسی پریودهای سازه های4-8-12-16طبقه 77

4-8- بررسی اقتصادی سازه های طراحی شده با دو روش عملکرد و آیین نامه 2800 80

فصل پنجم: جمع‌بندی و پیشنهادها83

نتیجه گیری 84

منابع 86

پیوست‌ها 90

پیوست الف: 91

الف -2-1- پلان و مشخصات سازه های مورد استفاده در تحلیل 91

الف -2-2- مشخصات سازه های مورد مطالعه : 93

الف -2-3- آیین نامه مورد استفاده در طراحی سازه94

الف -2-4- بارگذاری : 95

فهرست شکل ها

شکل (2-1) سطح زیر منحنی نیرو تغییر مکان در رفتار الاستیک و الاستو پلاستیک Error! Bookmark not defined.

شکل (2-2) تعیین پارامترهای موثر در طراحی لرزهای سازه ها با استفاده از منحنی پوش آور 30

شکل (2-3) پارامترهای تاثیر گذار در مقدار ضریب اضافه مقاومت سازه 35

شکل (3-1) سه نوع منحنی نیرو-تغییر شکل[21] 43

شکل (3-2) منحنی نیرو – تغییر شکل برای اعضای با قابلیت شکل پذیری زیاد Error! Bookmark not defined.

شکل (3-3) منحنی نیرو – تغییر شکل برای اعضای با قابلیت شکل پذیری متوسط Error! Bookmark not defined.

شکل (3-4) منحنی نیرو – تغییر شکل برای اعضای با قابلیت شکل پذیری کم Error! Bookmark not defined.

شکل (3-5) مقاومت مورد انتظار ، اسمی و طراحی در نمودار لنگر - دوران 45

شکل (3-6(معیارهای پذیرش برای اعضای اصلی و اعضای غیر اصلی[21] 50

شکل (3-7) ستون گوشه در مدلسازی سه بعدی 51

شکل (3-8) تیر دو سر گیر دارتحت اثر بارهای ثقلی و جانبی52

شکل (3-9) ستون تحت اثر بارهای ثقلی و جانبی 53

شکل (3-10) شکل الگوهای متفاوت بار جانبی 55

شکل (3-11) نمودار بار جابجایی در المانهای بتنی بر اساس Fema-356 56

شکل (4-1( سهم مشارکت مدهای بالاتر در مد اول] 56.[ 64

شکل (4-2) بررسی نسبت تغییر مکان و تغییر مکان طبقات سازه 4 طبقه طراحی شده با آیین نامه 2800 69

شکل (4-3) بررسی نسبت تغییر مکان و تغییر مکان طبقات سازه 8 طبقه طراحی شده با آیین نامه 2800 70

شکل (4-4) بررسی نسبت تغییر مکان و تغییر مکان طبقات سازه 12 طبقه طراحی شده با آیین نامه 2800 71

شکل (4-5) بررسی نسبت تغییر مکان و تغییر مکان طبقات سازه 16 طبقه طراحی شده با آیین نامه 2800 72

شکل (4-6) بررسی نسبت تغییر مکان طبقات طراحی شده بر اساس روش عملکرد تحت تاثیر 2 مد اول 73

شکل (4-7) بررسی تغییر مکان طبقات طراحی شده بر اساس روش عملکرد تحت تاثیر 2 مد اول 73

شکل (4-8) توزیع نیروی جانبی حداکثر در ارتفاع طبقات بر اساس آیین نامه 2800 75

شکل (4-9) توزیع نیروی جانبی حداکثر در ارتفاع طبقات برای طراحی بر اساس عملکرد 75

شکل (4-10) برش پایه حداکثر برای هر دو روش 76

شکل (4-11) بررسی پریود مود اول سازه های طراحی شده به دو روش آیین نامه 2800 و عملکرد 78

شکل (4-12) برسی زمان تناوب 6 مد اول در طراحی بر اساس ایین نامه 2800 79

شکل (4-13) برسی زمان تناوب 6 مداول در طراحی بر اساس عملکرد79

شکل (4-14) حجم بتن مصرفی در دو روش طراحی ذکر شده در نمودارهابرای تیرها و ستونها 80

شکل (4-15) مقدار شاخه های آرماتور طولی مصرفی در دو روش طراحی ذکر شده در نمودارهابرای تیرها و ستونها 80

شکل (5-1) پلان ساختمان چهار طبقه 91

شکل (5-2) پلان ساختمان 8 طبقه92

شکل (5-3) پلان ساختمان 12 طبقه 92

شکل (5-4) پلان ساختمان 16 طبقه 93

فهرست جدول ها

جدول (1-1) : تعریف عملکرد سازه ای [19]و[23] 12

جدول (1-2) معیارهای پذیرش سطوح عملکرد ایمنی جانی وآستانه فروریزش [21] 13

جدول (1-3) معرفی پارامتر γ در آیین نامه هندوستان[4] 14.

جدول (2-1) ضریب اضافه مقاومت طراحی ، مصالح و سیستم برای انواع سیستم های سازه ای 35

جدول (2-2) پارامترهای طراحی در FEMA 450 [24] 39

جدول (2-3) پارامتر Ω0برای سیستم های سازه ای در مبحث دهم مقررات ملی [35] 39

جدول (2-4) پارامترهای طراحی در NEHRP1997 [19]40

جدول (2-5) پارامترهای طراحی در IBC-2000 [18] 42.

جدول (3-1) تعیین نوع رفتار اعضا با توجه به نوع سیستم سازه‌ای و نیروهای وارده[21] 45

جدول (3-2) جدول ضرایب تبدیل کرانه پایین مقاومت مورد انتظار در FEMA-356[21] 46

جدول (3-3) ضرایب تبدیل کرانه ی پایین مقاومت به مقاومت مورد انتظار در دستورالعمل بهسازی[34] 46

جدول (3-4) تعیینk ضریب بر اساس FEMA-356[21] 47

جدول (3-5) تعیین ضریب k براساس دستورالعمل های بهسازی[34] 48

جدول (3-6) کاربرد ضریبk در محاسبه ظرفیت اعضای کنترل شونده توسط نیرو و تغییرشکل در تحلیل غیر خطی[21] 49

جدول (3-7)معیارهای پذیرش در رفتار تیرهای بتن مسلح در آنالیز غیرخطی استاتیکی براساس FEMA-356 [21]57

جدول (3-8) معیارهای پذیرش برای روش های غیر خطی – تیرهای بتن مسلح[34] 58

جدول (4-1) کلیات روش های طراحی بر اساس نیرو و جابجایی 61

جدول (4-2) الزامات و محدودیت های طراحی روشهای مختلف 62

جدول (5-1) مشخصات مصالح مصرفی: 94

جدول (5-2) جزییات اجرای دیوارهای داخلی به ضخامت 10 سانتی متر به شرح زیر است. 95

جدول (5-3) سطح زیر بنای هر ساختمان در هر طبقه95

جدول (5-4) جزئیات اجرای سقف تیرچه و بلوک طبقات 96

جدول (5-5) جزئیات اجرای سقف تیرچه و بلوک بام 96

جدول (5-6) جزئیات بار مرده راه پله 97

جدول (5-7) جزئیات دیوار جانبی بدون نما : 97

جدول (5-8) جزئیات دیوار جانبی با نما 98

جدول (5-9) جزئیات جان پناه به ارتفاع 80 cm 98

جدول (5-10) خلاصه بارهای ثقلی 99

چکیده

توسعه دانش و رشد روز افزون توان نرم افزاری در زمینه های زلزله شناسی و مهندسی زلزله باعث گشت تا به همراه نمایان شدن ناکارآمدی روشهای موجود، محققان روش های جدیدی را برای طراحی لرزه ای ساختمانها پایه ریزی نمایند. نظر به این مهم که مقاومت لرزه ای سازه مستقیماً متأثر از دو پارامتر شکل پذیری و مقاومت می باشد، گرایش به سوی طراحی سازه ها با توجه به این موارد ، به عنوان جایگزین طراحی به روش مقاومت، مطرح گشت.

زمین لرزه های بزرگ دهه اخیر با خسارات جانی و مالی بی شمار خود باعث رشد توقعات برای بهبود روشهای طراحی لرزه ای شده اند. بی گمان یکی از مهمترین نواقص روش های متداول در آیین نامه های موجود طراحی لرزه ای، عدم توانایی برای پیش بینی رفتار سازه است. همچنین سطح بندی خطر زمین لرزه از جمله مواردی است که پیش از این مورد توجه کمتری بوده است.

امروزه آیین نامه های زلزله به سوی قالب طراحی بر اساس عملکرد سوق داده می شوند. هدف هر روش طرح بر اساس عملکرد، ایجاد سازه ای با عملکرد لرزه ای قابل پیش بینی میباشد. در طرح بر اساس عملکرد، سازه طوری طراحی میشود که تحت سطح خاصی از حرکت زمین، عملکرد سازه در محدوده ای مطلوب باقی بماند .

طراحی سازه ها بر اساس عملکرد، در صورت وجود روشهایی نه چندان پیچیده، به علت دادن دیدی به طراح درباره رفتار واقعی سازه بر اثر زمین لرزه، مناسبتر از روشهای متداول طراحی میباشد. و لذا رویکردهای جدید به طراحی بر اساس عملکرد از یکسو و اهمیت پیش بینی جامع از رفتار سازه ای و غیر سازه ای ساختمان از سوی دیگر ایجاب می کند تا روش های مقاوم سازی از این منظر نیز مورد توجه ویژه قرار گیرند.

هدف اصلی از مهندسی زلزله براساس عملکرد، تهیه روشهایی برای جانمایی، طراحی، ساخت و نگهداری ساختمان می باشد به طوری که این روشها بتواند عملکرد سازه را زمانیکه تحت اثر یک زلزله مشخص قرارمی گیرد، پیش بینی کنند. در این روش با سطح بندی خطر زمین لرزه به کارفرما این اختیار داده می شود تا میزان خطر پذیری را برای طراح سازه انتخاب کند. از سوی دیگر با قابل پیش بینی شدن رفتار سازه با خطر پذیری معین وی می تواند نسبت به سطح کاربری و آسیب پذیری سازه خود پس از زلزله نیز تصمیم گیری نماید.

در این تحقیق به بررسی اثرات مدهای بالا در طراحی سازه های بتنی بر اساس عملکرد که اخیراً توسط محققین پیشنهاد شده مورد بررسی و مطالعه عمیقتر قرار میگیرد .

در این مطالعه سازه های 4-8-12-16 طبقه مورد طراحی قرار گرفته و برای ارزیابی و بررسی روش های طراحی، تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی سازه های مذکور، تحت شتابنگاشت های ناغان ، ‌السنترو ، منجیل ، بم ، تفت ، چی چی تایوان و طبس انجام شده است. وهمچنین آنالیز استاتیکی غیرخطی (پوش آور) برای این سازه ها انجام می شود و در پایان پارامترهای تعیین کننده رفتار لرز های برای هر دو سیستم بدست آمده و نتایج تحلیل غیر خطی، در آنها مورد بررسی قرار می گیرد.

هدف از این مطالعه ارائه راهکارهای طراحی قابل اطمینان با عملکرد مشخص برای این نوع از ساز هها در برابر سطوح لرزه ای مختلف می باشد .

واژه‌های کلیدی: طراحی بر اساس عملکرد- تحلیل غیر خطی- آیین نامه 2800- طرح لرزه ای سازه ها

فصل 4:

روش تحقیق ، نتایج و تفسیر آنها

4-1- مقدمه

بدلیل آنکه تاثیر مودهای بالاتر به نیازهای لرزه ای به محتوای فرکانسی حرکت زمین و نوع سیستم نتیجه گرفتند شکل پذیری اتصال باعث می شود که تناوب های غالب در یک بازه پهنتری از طیف گسترده شده و در نتیجه اهمیت اثر مودهای بالاتر در پاسخ سازه افزایش یابند. آنها همچنین نشان دادند که کاربرد تحلیل طیفی قابهای با اتصال شکل پذیر می تواند خطاهای قابل ملاحضه ای را ایجاد کند و نهایتا نتیجه گردید که انعطاف پذیری اتصال تمایل به طبقه در طبقات بالاتر را نتیجه گرفتند شکل پذیری اتصال باعث می شود که تناوب های غالب در یک بازه پهنتری از طیف گسترده شده و در نتیجه اهمیت اثر مودهای بالاتر در پاسخ سازه افزایش یابند. آنها همچنین نشان دادند که کاربرد تحلیل طیفی قابهای با اتصال شکل پذیر می تواند خطاهای قابل ملاحضه ای را ایجاد کند و نهایتا نتیجه گردید که انعطاف پذیری اتصال تمایل به طبقه در طبقات بالاتر را افزایش می دهد همچنین معیارهای ارزیابی عملکرد ساختمانها به طور رسمی معرفی شدندمشخص در کمیت پاسخ مورد نظر را بررسی کرده و به ارائه فرمول های مختلف پرداخته اند ]6.[

به منظور بررسی عملکرد ساختمانها در هنگام زلزله باید تحلیل غیر خطی صورت گیرد و تغییر نتیجه گرفتند شکل پذیری اتصال باعث می شود که تناوب های غالب در یک بازه پهنتری از طیف گسترده شده و در نتیجه اهمیت اثر مودهای بالاتر در پاسخ سازه افزایش یابند. آنها همچنین نشان دادند که کاربرد تحلیل طیفی قابهای با اتصال شکل پذیر می تواند خطاهای قابل ملاحضه ای را ایجاد کند و نهایتا نتیجه گردید که انعطاف پذیری اتصال تمایل به طبقه در طبقات بالاتر را افزایش می دهد همچنین معیارهای ارزیابی عملکرد ساختمانها به طور رسمی معرفی شدندتخمین نتیجه گرفتند شکل پذیری اتصال باعث می شود که تناوب های غالب در یک بازه پهنتری از طیف گسترده شده و در نتیجه اهمیت اثر مودهای بالاتر در پاسخ سازه افزایش یابند. آنها همچنین نشان دادند که کاربرد تحلیل طیفی قابهای با اتصال شکل پذیر می تواند خطاهای قابل ملاحضه ای را ایجاد کند و نهایتا نتیجه گردید که انعطاف پذیری اتصال تمایل به طبقه در طبقات بالاتر را افزایش می دهد همچنین معیارهای ارزیابی عملکرد ساختمانها به طور رسمی معرفی شدندای بر اساس عملکرد، تخمین پاسخ لرزه ای غیر خطی سازه ها می باشد.

4-1-1- تحلیل پوش آور( بار افزون)

تحلیل غیر خطی بار جانبی افزاینده یا تحلیل مود خرابی(Collapse Mode) یک روش ساده و نتیجه گرفتند شکل پذیری اتصال باعث می شود که تناوب های غالب در یک بازه پهنتری از طیف گسترده شده و در نتیجه اهمیت اثر مودهای بالاتر در پاسخ سازه افزایش یابند. آنها همچنین نشان دادند که کاربرد تحلیل طیفی قابهای با اتصال شکل پذیر می تواند خطاهای قابل ملاحضه ای را ایجاد کند و نهایتا نتیجه گردید که انعطاف پذیری اتصال تمایل به طبقه در طبقات بالاتر را افزایش می دهد همچنین معیارهای ارزیابی عملکرد ساختمانها به طور رسمی معرفی شدندکنترل جابجایی باشد. تحلیل پوش اور معمولاً نیاز به زمان قابل ملاحظه ای داشته و در عمل پیچیده تر از نتیجه گرفتند شکل پذیری اتصال باعث می شود که تناوب های غالب در یک بازه پهنتری از طیف گسترده شده و در نتیجه اهمیت اثر مودهای بالاتر در پاسخ سازه افزایش یابند. آنها همچنین نشان دادند که کاربرد تحلیل طیفی قابهای با اتصال شکل پذیر می تواند خطاهای قابل ملاحضه ای را ایجاد کند و نهایتا نتیجه گردید که انعطاف پذیری اتصال تمایل به طبقه در طبقات بالاتر را افزایش می دهد همچنین معیارهای ارزیابی عملکرد ساختمانها به طور رسمی معرفی شدنددر جدول(4-1) کلیات روش های طراحی بر اساس نیرو و جابجایی آورده شده است.




download