مقایسه شاخص آسیب قاب¬های بتن-آرمه و اعضای آن با استفاده از شبیه¬سازی عددی

توضیحات

مقایسه شاخص آسیب قاب¬های بتن-آرمه و اعضای آن با استفاده از شبیه¬سازی عددیاین 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