منبع پایان نامه درباره ضريب، پذيري، طراحي، سيستم

پایان نامه ها و مقالات

کلي سازه
در صورتيکه منحني رفتار کلي سازه را اصطلاحا” به صورت منحني الاستيک – پلاستيک (دو خطي) ايده آل نمائيم، طبق رابطه (2-16) ضريب شکل پذيري کلي سازه که با نمايش داده ميشود محاسبه ميشود:
(2-16)
بهتر است مقدار ضريب شکل پذيري کلي سازه ، که نماينگر ظرفيت استهلاک انرژي اجزا يا کل سازه است، از روشهاي آزمايشگاهي تعيين نمود. رفتار کلي سازه که در شکل (2-1) نشان داده شده است، تنها مربوط به سيستم هايي است که مي توانند انرژي را با يک رفتار پايدار مستهلک کنند، مانند قابهاي مقاوم خمشي شکل پذير ويژه، و براي سيستم هاي ديگر که کاهش شديد سختي و مقاومت دارند، تعريف تغيير مکان تسليم و تغيير مکان حداکثر در رابطه (2-16) مي تواند نادرست باشد. مي توان گفت تعيين ضريب به خصوص براي سازه هاي بلندتر از يک طبقه کار پيچيده اي است. براي محاسبه اين ضريب غالباً از تغيير مکان نسبي طبقه به عنوان معيار تغيير مکان استفاده مي‎شود (شکل 2-1).

2-4-1-2- ضريب کاهش نيرو توسط شکل پذيري
سازه ها توسط رفتار شکل پذير مقدار قابل توجهي از انرژي زلزله را با رفتار هيسترتيک مستهلک مي‎کنند، که مقدار اين استهلاک انرژي، بستگي به مقدار شکل پذيري کلي سازه دارد. مقدار شکل پذيري کلي سازه نبايد از شکل پذيري المانهاي سازه فراتر رود. بدين منظور، هنگام طراحي لازم است حداقل مقاومت لازم سازه که شکل پذيري کلي آن را به حد شکل پذيري مشخص شده از قبل، محدود مي‎کند، مشخص شود .
همان گونه که در قسمتهاي قبل، توضيح داده شد، ضريب کاهش بر اثر شکل پذيري ( ) طبق رابطه (2-17)، با نسبت مقاومت ارتجاعي مورد نياز به مقاومت غير ارتجاعي مورد نياز تعريف مي شود.
(2-17)
که در اين رابطه مقاومت جانبي مورد نياز، براي جلوگيري از تسليم سيستم بر اثر يک زلزله مشخص و مقاومت جانبي تسليم مورد نياز براي محدود کردن ضريب شکل پذيري کلي سازه به مقداري کمتر و يا برابر با ضريب شکل پذيري کلي از پيش تعيين شده (هدف يا ) وقتي که سيستم در معرض همان زلزله قرار گيرد، مي باشد. به طور کلي، در سازه هایي که در هنگام وقوع زلزله رفتار غير ارتجاعي دارند، تغيير شکلهاي غير ارتجاعي با کاهش مقاومت جانبي تسليم سازه (يا با افزايش ضريب )، افزايش ميیابند.
براي يک زلزله مشخص و يک ضريب معين، مشکل اساسي محاسبه حداقل ظرفيت مقاومت جانبي است که بايد در سازه به منظور جلوگيري از به وجود آمدن نيازهاي شکل پذيري بزرگتر از ، تأمين گردد. در نتيجه محاسبه براي هر زمان تناوب و هر شکل پذيري هدف، شامل عملياتي تکراري است. بدين صورت که، مقاومت جانبي تسليم () براي سيستم در نظرگرفته و سيستم تحليل مي‎شود، این ‎کار، تا زمانی ادامه می یابد که ضریب شکل پذیری کلی محاسبه شده ()با يک تولرانس مشخص، برابر ضريب شکل پذيري کلي هدف گردد و آنگاه مقاومت جانبي متناظر با اين ضريب شکل پذيري،ناميده مي‎شود.
براي تعيين ضريب کاهش بر اثر شکل پذيري، روش کار بدين صورت است که مقاومت جانبي ارتجاعي و غير ارتجاعي که براي يک سيستم با زمان تناوب مشخص به دست آمده، اين مقادير به وزن سيستم، نرمال مي‎شوند. این نیرو ها براي زمانهاي تناوب مختلف سازه به دست می آید و با توجه به آن، طيف خطي و طيف غير خطي با ضريب شکل پذيري محاسبه مي‎شود. از از تقسیم طیف خطی به طیف غیر خطی، مقدار ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری براي آن زلزله بخصوص و ضریب شکل پذیری هدف، به دست می آید (شکل 2-3 )

شکل (2-3): طيف ارتجاعي و غير ارتجاعي با شکل پذيري ثابت

يافتن رابطه بين وبراي سيستم هاي يک درجه آزادي موضوع پژوهشهاي فراواني در سالهاي اخير بوده است. از جمله کساني که در اين مورد تحقيق کرده اند، عبارتند از: کراوينکلرو نصر، ميراندو و برترو، نيومارک و هال، لاي و بيگز، ريدل و نيومارک، القادمسي و محرز، ريدل، هيدالگو و کروز، آرياس و هيدالگو، تسو و نائوموسکي، ويديک، فايفر و فيشينگر، فيشينگر و فايفر، تسنيمي و محمودي، لي، هان و اوه، ال سليماني و روست، پنگ و همکاران و نهايتاً تاکدا و همکاران.

2-4-2- مقاومت افزون18
هنگامي که يکي از اعضاي سازه به حد تسليم رسيده و اصطلاحاً در آن لولاي خميري تشکيل شود، مقاومت سازه از ديدگاه طراحي در حالت بهره برداري به پايان مي رسد، ولي در حالت طراحي انهدام، پديده فوق به عنوان پايان مقاومت سازه به حساب نمي آيد، زيرا عضو مورد نظر همچنان مي تواند با تغيير شکل غير ارتجاعي، انرژي ورودي را جذب کند تا به مرحله گسيختگي و انهدام برسد. با تشکيل لولاهاي خميري، به تدريج سختي سازه با کاهش درجه نامعيني استاتيکي کاهش مي يابد، و لي سازه همچنان پايدار است و قادر خواهد بود در مقابل نيروهاي خارجي از خود مقاومت نشان دهد. وقتي که نيروي خارجي باز هم افزايش يابد، روند تشکيل لولاهاي خميري نيز ادامه يافته و لولاهاي بيشتري در سازه پديد مي آيد تا جايي که سازه از نظر استاتيکي ناپايدار شده و ديگر توان تحمل بار جانبي اضافي را نداشته باشد.
مقاومتي که سازه بعد از تشکيل اولين لولاي خميري تا مرحله مکانيزم (ناپايداري) از خود بروز مي دهد، مقاوت افزون ناميده می شود، در طراحی لرزه ای سازه ها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازه را متناسب با مقاومت افزون آنها کاهش مي دهند. براي اين منظور، مقدار ضريب رفتار سازه ها متناسب با مقاومت افزون افزايش داده مي شود تا مقاومت مورد نياز کاهش يافته، محاسبه گردد.
سالهاست که پژوهشگران اهميت مقاومت اف
ز
ون را در جلوگيري از خراب شدن برخي سازه ها به هنگام رخداد زلزله هاي شديد شناخته اند. براي مثال، در زلزله سال 1985 مکزيک، وجود مقاومت افزون عامل بسيار مؤثري در جلوگيري از خرابي برخي ساختمانها بوده است. همچنين زلزله سال 1369 (ه.ش) رودبار و منجيل بسياري از ساختمانهاي 7-8 طبقه در شهر رشت که داراي اتصالات خُرجيني و شکل پذيري ناچيز بودند، بر اثر وجود مقاومت افزون (که عمدتاً به دليل وجود عناصر غير سازه اي، پارتيشن ها و نما ايجاد شده بود) از فرو ريختن کامل جان سالم به در بردند.
در مطالعات انجام شده بر روي ميز لرزان براي ساختمانهاي چند طبقه بتن مسلح و فولادي به وسيله پژوهشگران دانشگاه کاليفرنيا در برکلي در سالهاي 1984 تا 1989 نيز بر اهميت ضريب مقاومت افزون تأکيد شده است.

2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون
مقاومت افزون يک سازه در واقع مقدار مقاومتي است که بر اثر عوامل مختلف در سازه ذخيره شده و انهدام سازه را به تأخير مي اندازد. ذيلاً به پاره اي از عوامل مؤثر در مقاومت افزون اشاره مي شود.
1- بيشتر بودن مقاومت واقعي مصالح از مقاومت اسمي آنها
2- بزرگتر بودن ابعاد اعضا و مقادير ميلگرد از مقادير مورد نياز در طراحي
3- استفاده از مدلهاي رياضي ساده شده و محافظه کارانه در تحليل ها
4- ترکيب هاي مختلف بار
5- مقاومت اعضاي غير سازه اي(نظير ديوارهاي ميانقاب) و اعضاي سازه اي (نظير دالها) که در برآورده ظرفيت مقاومت جانبي به حساب نمي آيند.
6- افزايش مقاومت ناشي از محصور شدگي بتن
7- رعايت حداقل الزامات آيين نامه هاي طراحي در مورد محدود کردن تغيير مکانهاي جانبي، تغيير شکلهاي اعضاء، ابعاد مقاطع، عناصر تسليح و فاصله خاموتها
8- استفاده از روش معادل استاتيکي در تحليل لرزه اي سازه ها
9- باز توزيع نيروهاي داخلي در محدوده غير ارتجاعي بر اثر نامعيني سازه
10- صرف نظر از اثر بعد سوم در تحليل هاي دو بعدي
11- افزايش مقاومت اعضاي بتني بر اثر سرعت بارگذاري (اثر نرخ کرنش)
12- نوع سيستم سازه اي
13- هندسه سازه و آرايش پلان
14- ارتفاع سازه (زمان تناوب ارتعاش)
15- آيين نامه طراحي
16- لرزه خيزي منطقه (نسبت بارهاي جانبي به بارهاي قائم)
17- ملاحظات معماري
18- سطح فرهنگ و تکنولوژي ساخت

2-4-2-2- چگونگي محاسبه مقاومت افزون
به دست آوردن مقادير مقاومت افزون با در نظر گرفتن سهم تمام عوامل ياد شده، بسيار پيچيده بوده و نمي تواند در طراحي سازه اي، قابل اعتماد باشد. از اين رو لازم است پاره اي از عوامل کيفي ثابت در نظر گرفته شود و عوامل کمي نيز دسته بندي شده و به عوامل مهم تر توجه گردد، سهم ساير عوامل نيز در ظرفيت سازه لحاظ شود.
براي تعيين مقدار ضريب مقاومت افزون مي توان علاوه بر روشهاي آزمايشگاهي، از روشهاي تحليلي نيز استفاده نمود. بدين منظور مي توان از روشهاي تحليل استاتيکي غير خطي(مانند روش تحليل پوش آور، يا روش طيف ظرفيت)، استفاده کرد.
براي تعيين مقاومت افزون يک سازه، به اين صورت عمل مي شود که نيروهاي ثقلي بر سازه اعمال شده و مقدار نيروي جانبي سازه با يک الگوي خاص (مثلاً الگوي مثلثي آيين نامه) به طور يکنواخت افزايش داده مي شود و مقادير برش پايه و تغيير مکان بام به طور مداوم ثبت مي گردد. اين عمل تا آنجا که اولين عضو سازه، جاري شده و در آن لولاي خميري به وجود آيد، ادامه مي يابد. افزايش نيرو بعد از اين مرحله باعث باز توزيع نيروها در بقيه اعضا شده و سازه قادر به تحمل نيروي جانبي بيشتر مي شود. نيروي جانبي مجدداً افزايش داده مي شود تا در بقيه اعضا نيز لولاي خميري تشکيل شود و در صورتي تحليل متوقف مي گردد که سازه ناپايدار (مکانيزم) شود يا شکل پذيري محلي يکي از اعضا از حد مجاز تجاوز نمايد(عضو گسيخته شود)، يا معيارهاي تعريف شده ديگري حاکم گردد. در اين حالت، از تقسيم حداکثر نيروي جانبي تحمل شده توسط سازه به نيروي حد جاري شدن اولين عضو در سازه (تشکيل اولين لولاي خميري)، ضريب مقاومت افزون به دست مي آيد (شکل 2-1 ).

2-4-2-3- استفاده از ضريب مقاومت افزون در ترکيبهاي بارگذاري آيين نامهها
مقررات NEHRP مربوط به سالهاي 1997 و 2000، در يکي از ترکيبهاي بار ويژه خود از ضريب مقاومت افزون استفاده ميکند. در اين مورد قيد شده است که هرگاه در اين مقررات تصريح شود که نيروهاي طراحي لرزهاي در اجزاي سازه به آثار مقاومت افزون سازه حساس هستند، بايد ترکيب بار به شرح رابطه هاي (2-18) و (2-19) به ترتيب براي حالتهايي که اين آثار افزاينده يا کاهنده آثار، مورد استفاده قرار گيرد.
(2-18)
(2-19)
در رابطه هاي (2-18) و (2-19):
: اثر نيروهاي افقي و قائم زلزله،: شتاب طيفي طراحي در زمانهاي تناوب کوتاه که از مقررات NEHRP محاسبه ميشود،: اثر بارهاي مرده،: اثر نيروهاي افقي زلزله و: ضريب مقاومت افزون سيستم است. همچنين جمله در رابطههاي فوق، لازم نيست که از حداکثر نيروي به وجود آمده در عضو تحت تحليل خميري يا پاسخ غير خطي، بيشتر باشد. ضمناً استفاده از اين ترکيبات بار ويژه براي طراحي اجزاي سازهاي در گروه لرزهاي A، لازم نميباشد.
آيين نامه UBC-1997، در يکي از ترکيب هاي بارگذاري لرزهاي خود، اثر ضريب مقاومت افزون را وارد کرده است. اين ترکيب بار که در هر يک از جهت هاي افقي بارگذاري لرزهاي بايد اعمال شود، بصورت رابطه (2-20) است :
(2-20)
در رابطه (2-32): برابر حداکثر نيروي زلزله برآورد شده
که در سازه به وجود خواهد آمد، ضريب افزايش نيروي زلزله ناشي از اثر مقاومت افزون و بار زلزله به واسطه برش پايه V است.
پآيين نامه IBC-2000 نيز در يکي از ترکيب هاي بارگذاري لرزهاي خود، اثر ضريب مقاومت افزون را به صورت رابطه (2-33) وارد کرده است:
(2-33)
در رابطه فوق تعريف و مانند تعريف فوق براي آيين نامه UBC بوده، : اثر نيروهاي افقي زلزله، : شتاب طيفي طراحي و: اثر بارهاي مرده است.

2-4-2-3- تاريخچه اعدادي محاسبه شده براي مقاومت افزون
فريمن،ضرايب تقريبي مقاومت افزون را براي قابهاي خمشي بتن مسلح چهار و هفت طبقه به ترتيب برابر با 8/2 و 8/4 برآورد کرده بودند.
يوانگ و معروف در سال 1993، دو ساختماني را که زلزله سال 1989 لوما پريتا تجربه کرده بودند، مورد تحليل قرار دادند: يک ساختمان 13 طبقه با قاب فولادي و يک ساختمان 6 طبقه بتن مسلح با قابهاي خمشي پيراموني. ضرايب مقاومت افزون براي اين دو ساختمان پس از اعمال اصلاحات به منظور منعکس کردن اثر طراحي بر اساس مقاومت، به ترتيب 4 و 9/1 گزارش شد.
هوانگ و شينوزوکا در سال 1994، يک ساختمان بتن مسلح چهار طبقه با قاب خمشي مياني را که در ناحيه لرزه خيزي 2 آيين نامه UBC قرار داشت، مورد مطالعه قرار دادند. برش پايه طراحي براي اين ساختمان W0.09 بود. حداکثر مقاومت جانبي ساختمان W0.62 محاسبه شد که در صورت عدم محدوديت براي آسيب سيستم، ضريب مقاومت افزون 2/2 به دست آمده بود. (اگر سطح عملکرد در طراحي «بدون آسيب» انتخاب شده بود، ضريب مقاومت افزون تقريباً 6/1 مي شد).
برترو و تيلمو در سال 1999 اثر نامعيني و باز توزيع نيرو هاي داخلي را در طراحي مقاوم لرزه اي مورد مطالعه قرار دادند، نتيجه اين مطالعات آن شد که باز توزيع نيرو هاي داخلي مي تواند اثرات مفيدي بر پاسخ سازه در هنگام وقوع زلزه داشته باشد و مسئله مقاومت افزون کاملا وابسته به شکل پذيري مي باشد.
با مقايسه مقادير به دست آمده توسط پژوهشگران مختلف براي سازه هاي متفاوت چنين به نظر مي رسد که پراکندگي در مقادير گزارش شده براي ضريب مقاومت افزون قابل توجه و براي استفاده در طراحي حرفه اي زياد است. بديهي است که براي توسعه ضرايب مقاومت افزون با قابليت اعتماد کافي که بتواند در آيين نامه هاي طراحي لرزه اي به کار رود، به مطالعات ويژه در مورد هر يک از سيستم هاي سازه اي با شرايط مختلف، نياز است.

2-4-3- درجه نامعيني
نامعيني سيستم هاي سازه اي مفهوم مهمي است که از ديرباز مورد توجه مهندسان بوده است. پس از مشاهده تخريب تعداد زيادي از سيستم هاي سازه اي با درجات نامعيني کم، در زلزله هاي 1994 نورتريج و 1995 کوبه، موضوع نامعيني سازه اي، به شکل جدي تري مطرح شد. تاکنون تعريفها و تفسيرهاي متفاوتي از نامعيني سازه اي، که وابسته به عدم قطعيت نيز و ظرفيت سازه هاست، ارائه شده است. از اين رو، استفاده از مفاهيم عدم قطعيت، مبناي يکي از روشهاي مطالعه نا معيني سيستم هاي سازه اي تحت بارهاي لرزه اي است.
در سال 1978، کرنل براي در نظرگرفتن عدم قطعيت در سيستم هاي سازه اي، ضريبي بنام ضريب نامعيني پيشنهاد کرد. اين ضريب به عنوان احتمال شرطي گسيختگي سيستم معرفي و اولين

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *