منبع پایان نامه درباره مشاهده عمل

پایان نامه ها و مقالات

ه توسط آيين نامه هاي لرزه اي بر پايه مشاهدات عملکردي سيستم هاي سازه اي مختلف در زلزله هاي اتفاق افتاده و بر اساس قضاوت مهندسي استوار است در جهت رفع نگراني پژوهشگران بابت فقدان ضرائب رفتار معقول و مبتني بر مطالعات تحقيقاتي و پشتوانه محاسباتي در سالهاي اخير آيين نامه ها لرزه اي بر اين اساس مدون گرديده اند که رفتار هاي هيستر تيک، شکل پذيري، مقاومت افزون، ميرايي و ظرفيت سازه در هنگام استهلاک انرژي را جهت محاسبه ضريب رفتار در نظر بگيرند.
در اين فصل به طور کلي تمام اجزاء ضريب رفتار شرح داده مي شود.

2-2- تاريخچه مطالعاتي ضريب رفتار
در اغلب آيين نامه هاي طراحي لرزه اي مقادير ضريب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسي، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله هاي گذشته و چشم پوشي از تراز مقاومت افزون استوار مي باشد. به همين دليل مقادير عددي ضرائب رفتار به کار برده در آيين نامه ها مختلف متفاوت مي باشد به طوري که مي توان گفت محدوده عددي ضريب رفتار براي سازه هاي بتن مسلح با سيستم قاب خمشي در آيين نامه هاي اروپايي مانند EC8 بين عدد هاي 5/1 تا 5 است در صورتيکه براي همين نوع سيستم سازه اي در آيين نامه هاي آمريکايي مقادير ضريب رفتار تا عدد 8 هم بيان گرديده است، از اينرو مي توان گفت سازه هايي که مطابق آيين نامه هاي EC8 طراحي شده اند داراي طراحي هاي سنگين تري نسبت به طراحي هاي که مطابق آيين نامه هاي آمريکايي انجام گرفته است مي باشند. اگر به طور خاص آيين نامه طراحي لرزه اي ايران را مورد مطالعه قرار دهيم، مي توان گفت به دليل آنکه ضرائب رفتار تعين شده بر مبناء قضاوت مهندسي است داراي کاستي هايي به شرح زير مي باشد:
1- براي سيستم هاي سازه اي، از يک نوع با ارتفاع ها و زمان تناوب ارتعاش متفاوت از ضرائب رفتار يکساني استفاده ميشود.
2- در R تاثير شکل پذيري و مقاومت افزون و درجه نامعيني به صراحت نيامده است.
3- اثر لرزه خيزي منطقه در Rلحاظ نشده است.
4- اثر شرائط خاک در R لحاظ نشده است.

2-3- روشهاي محاسبه ضريب رفتار
همانطور که از پيش ذکر شد روشهاي سنتي چگونگي محاسبه ضريب رفتار براي سيستم هاي سازه اي بر اساس قضاوت مهندسي انجام مي شده است، در طي سالهاي اخير روشهاي علمي قابل اعتماد و جديدي توسط تحقيقات نيومارک ارائه گرديده است.
مي توان گفت جديد ترين رابطه هاي ارائه شده براي ضريب رفتار رابطه اي است که سه عامل شکل پذيري، مقاومت افزون و در جه نامعيني را در بر دارد. دو عامل شکل شکل پذيري و مقاومت افزون براي کشور هاي مختلف مي تواند متفاوت مي باشد، زيرا به متغير هاي کيفي و کمي متعددي مانند فرهنگ ساخت و ساز و روشهاي اجرائي، ناحيه لرزه خيزي و آيين نامه بارگذاري و طراحي بستگي دارد.
از اوائل دهه 1980 در انجمن فن آوري کاربردي (ATC) در طي پژوهشهاي فريمن و يوانگ تلاش محققين به سمت تجزيه ضريب رفتار به عوامل تشکيل دهنده آن سوق پيدا نمود.
قابل توجه است که عامل نامعيني ابتدا در آيين نامه هاي ATC-19 و ATC-40 و سپس در آيين نامه UBC-1997 مطرح گرديد.
در سال 1995 محققين براي محاسبه ضريب رفتار رابطه (2-1) را پيش نهاد نمودند.
(2-1)
که در رابطه فوق ضريب کاهش نیرو ناشي از مقاومت افزون و ضريب کاهش نيرو ناشي از شکل پذيري و کاهش نيرو ناشي از نامعيني يا به عبارت ديگر ضريب درجه نامعيني سازه مي باشد.
به طور کلي تقسيم بندي که در مورد روشهاي محاسبه ضريب رفتار مي توان گفت به صورت زير مي باشد:
1- روش هاي آمريکايي
2- روشهاي اروپايي
در طي مطالعات پزوهشگران گذشته روشهاي آمريکايي نسبت به روشها اروپايي از ابتکار عمل ساده تري برخوردار بوده اند، به همين جهت در اين رساله براي به دست آوردن نتايج ضريب رفتار صرفا” از روش هاي آمريکايي استفاده گرديده است.

2-3-1- روشهاي آمريکايي
از بين روشهاي آمريکايي دو روش طيف ظرفيت فريمن و روش يوانگ معتبر تر مي باشند از اينرو در ادامه به صورت جزئي به شرح کامل اين دو روش مي پردازيم.

2-3-1-1- روش طيف ظرفيت فريمن16
در سال 1990 فريمن يک روش تحليلي جهت محاسبه ضريب رفتار تحت تاثير پارامتر هايي مطابق با رابطه زير ارائه نموده است.
(2-2)
به طور کلي هر کدام از پارامتر هاي رابطه فوق به عوامي زير وابسته مي باشد.
1- سيستم سازه اي
2- آرايش قابها
3- ترکيب بار ها
4- درجه نامعيني
5- ميرايي سازه
6- ويژيگي هاي رفتار غير خطي سازه
7- خصوصيات مصالح
8- نسبت ابعاد ساختمان
9- چگونگي مکانيزم خرابي و عوامل ديگر.
با توجه به گستردگي دامنه تاثير گذاري عوامل مختلف بر پارمتر هاي اجزاء ضريب رفتار به ندرت مي توان گفت که دو سازه ضريب رفتار يکساني خواهند داشت.
در ادامه تحقيقات از بين عوامل تاثير گذار بر ضريب رفتار يک سازه دو عامل ظرفيت سازه و نيرو هاي ناشي از زلزه را مي توان از عوامل اصلي نام برد، که فريمن تمام عوامل فوق را به دو عامل اصلي ظرفيت افزايش يافته سازه و احتياجات لرزه اي بسط داده است.
در اين روش ظرفيت افزايش يافته به اصطلاح مقاومت افزون نام دارد و با نمايش داده مي شود. ضريب مقاومت افزون را مي توان از يک تحليل استاتيکي غير خطي با رسم منحني ظرفيت سازه (برش پايه- تغير مکان نقطه بام) از نسبت ضريب برش تسليم کلي سازه به ضريب برش پايه متناظر با تشکيل اولين مفصل پلاستيک در سازه به دست آورد. عوامل مو
ث
ري که در محاسبه اين ضريب نقش دارند به شرح زير مي باشند.
1- ضرائب بار و ضرائب کاهش مقاومت مصالح
2- طراحي دست بالاي اعضاء
3- سختي کرنشي
4- نامعيني سازه
5- شکل پذيري سازه
احتياجات لرزه اي يا به عبارت ديگر ضريب کاهش نيرو در اثر شکل پذيري که با نمايش داده مي شود، مي توان گفت از رفتار غير خطي سازه که منجر به ميرايي و استهلاک انرژي مي شود، به وجود آمده است. فريمن جهت محاسبه ضريب کاهش نيرو روش زير را ارائه گرديده است:
در هنگام وقوع زلزله هر چه رفتار سازه از حد ارتجاعي فراتر رود سختي آن کاهش يافته و ميرايي افزايش مي يابد، در واقع در هنگام زلزله با ايجاد مفاصل پلاستيک در اعضاء سازه، سازه شکل پذير تر مي شود و به تبع افزايش شکل پذيري زمان پريود ارتعاشي سازه و همچنين ميرايي سازه افزايش پيدا خواهد کرد و در نتيجه ي تمام اين فرايند ها، کاهش نيرو هاي وارد بر سازه را خواهيم داشت.
در صورتيکه زمان پريود اوليه سازه که مي تواند زمان پريود محاسباتي يا زمان پريود به دست آمده از آيين نامه باشد را بناميم و زمان پريود ناشي از تغير سختي که سازه وارد مرحله غير خطي شده است را بناميم، مقدار از نسبت مقدار نيروي مورد نياز براي سازه با طيف ظرفيت 5% ميرايي با زمان پريود ارتعاش اوليه به مقدار نيروي مورد نياز در ميرايي غير خطي 20% سازه به دست خواهد آمد.
طبق مطالب فوق توسط روش فريمن ضريب رفتار از رابطه (2-3) محاسبه خواهد شد.
(2-3)
که در رابطه فوق ضريب مقاومت افزون و ضريب کاهش نيرو مي باشد.

2-3-1-2- روش شکل پذيري يوانگ17
در سال 1991 توسط محقق آمريکايي يوانگ با استفاده از نمودار منحني ظرفيت سازه براي محاسبه ضريب رفتار رابطه اي به صورت زير معرفي نمود.
(2-4)
که در رابطه (2-4) کاهش نيرو در اثر شکل پذيري سازه که تسبت به و ضريب مقاومت افزون مي باشد، در ادمه پارامتر هاي معرفي شده را به طور کامل تشريح مي نماييم.
مي توان با در نظر گرفتن رفتار کلي يک سازه متعارف طبق شکل(2-1) مقدار مقاومت ارتجاعي مورد نياز، در صورتيکه سازه کلا” در محدوده ارتجاعي باقي بماند پارامتر تعريف کنيم.

شکل (2-1): نمودار منحني ظرفيت يک سازه متعارف

به طور کلي مي توان گفت طراحي صحيح سازه منجر به شکل پذير تر شدن سازه خواهد شد، در اين وضعيت سازه مي تواند به حداکثر مقاومت خود که با پارامتر معرفي مي شود، برسد. در نتيجه مي توان گفت هرچه از مقاومت حداکثر اعضاء در هنگام آناليز هاي لرزه اي استفاده شود طرحي بهينه تر حادث مي شود.
در شکل(2-1) حداکثر تغير شکل نسبي ايجاد شده در طبقه مي باشد که مي توان گفت محاسبه مقدار با مقاومت حد خميري سازه يا مقاومت نهايي به هنگام ايجاد مکانيزم گسيختگي متناظر بوده و احتياج به تحليل غير خطي دارد به همين علت براي مقدار به صورت مستقيم رابطه اي مشخص نگرديده است از اينرو جهت مقاصد طراحي در برخي از آيين نامه ها مقدار را به مقدار کاهش مي دهند.
نمايشگر تشکيل اولين مفصل پلاستيک در کل سازه مي باشد و مقدار آن ترازي است که در آن پاسخ کلي سازه به گونه قابل توجهي از محدوده ارتجاعي سازه خارج شده است.
اختلاف مقدار نيرو هاي و را اصطلاحا مقاومت افزون () تعريف مي نمايند، طبق رابطه (2-5).
(2-5)
لازم به ذکر است به علّت اينکه در بعضي از آيين نامه هاي طراحي بتني يا فولادي از روشهاي بار مجاز استفاده مي نمايند، از اينرو آيين نامه هاي طراحي لرزه اي مانند آيين نامه هاي 2800 ايران، UBC-1994 و SEAOC-1988 مقدار را به کاهش مي دهد. نسبت ضريب رفتار به دست آمده در آيين نامه هاي UBC-1994 و SEAOC-1988 (که با نمايش داده مي شود) و 2800 ايران (که با R نمايش داده مي شود) به ضريب رفتار به دست آمده در مقررات UBC-1997 يا NEHRP-2000 حدودا” عددي بين 4/1 تا 5/1 مي باشد.
مزيت استفاده روش فوق اين است که طراح، تنها يک تحليل ارتجاعي انجام ميدهد و سپس با استفاده از آيين نامه هاي جاري، ابعاد المانهاي سازه اي را تعين مينمايد.
طي تحقيقات به عمل آمده به علّت استفاده ازبه جاي دو مشکل ايجاد مي شود که عبارتند از:
1- محاسب قادر نخواهد بود مقاومت سازه را تعيين کند، لذا در صورتي که مقدار مقاومتي که به صورت ضمني در آيين نامه هاي زلزله براي مقدار ضريب کاهش فرض شده است (مقاومت افزون) تامين نشود، رفتار سازه در زلزله هاي شديد رضايت بخش نخواهد بود.
2- مقادير تغير مکانهاي غير ارتجاعي را نمي توان باتحليل ارتجاعي خطي محاسبه نمود که آيين نامه ها معمولا” از ضرائب تشديد تغير مکانهاي ارتجاعي () استفاده مي نمايند.
محاسبه رابطه (2-4) در بعضي از آيين نامه ها مثل UBC-1997 ، IBC-2000 ، NEHRP-2000 مطابق با تنش هاي در حالت حد نهايي است ولي مطابق بعضي از آئين نامه هايي چون 2800 ایران، UBC-1988 يا UBC-1994 و…. بايد ضريبي به نام Y براي طراحي بر اساس تنش هاي مجاز در رابطه (2-4) ضرب شود.
ضريب Y بر اساس برخورد آيين نامه هاي مصالح با تنش هاي طراحي (بار مجاز يا بار نهايي) تعين مي شود و مقدار آن نسبت نيرو در هنگام تشکيل اولين مفصل پلاستيک () به نيروي پايه سازه دز هنگام ايجاد تنش هاي مجاز () مي باشد.
(2-6)
طبق نتايج به دست آمده ضريب Y در محدوده 1.4تا 1.5 مي باشد و براي مثال نتايج آيين نامه AISC-ASD1989 مطابق رابطه (2-7) برابر با1.44 مي باشد.
(2-7)
در رابطه (2-7): Z مدول خميري و S مدول ارتجاعي مي باشد و اضافه تنش مجاز به هنگام اثر نيرو هاي زلزله است. مي توان گفت مقدار 4/1 براي در
نظر گرفتن ضريب بار مرده در آيين نامه بتن ACI-318 مشابه ضريب Y در رابطه (2-7) مي باشد.
طبق پارامتر هاي تعريف شده فوق رابطه (2-8) براي محاسبه ضريب رفتار توسط روش يوانگ معرفي گرديده است.
(2-8)

2-3-2- روشهاي اروپايي
در سالهاي اخير، پژوهشگران اروپايي نيز همگام با محققان آمريکايي به تحقيق در مورد برآورد ضرايب رفتار سازهها پرداخته اند. عمدتاً روشهايي که توسط اروپاييها مورد استفاده قرار گرفته به دو گروه تقسيم مي شود: روشهاي متکي بر تئوري شکل پذيري و روشهاي انرژي. در ادامه اين روشها به اختصار معرفي مي شوند.

2-3-2-1- روش تئوري شکل پذيري
اين روش که بر مبناي تئوري شکل پذيري استوار است اولين بار توسط کاسنزا و همکاران در سال 1986 معرفي شده است. در اين روش، ضريب رفتار () با توجه به شکل (2-2)، از رابطه (2-9) بدست مي آيد:
(2-9)
در رابطه (2-9): : ضريب ارتجاعي بحراني براي بارهاي قائم و : پارامتر وابسته به زمان تناوب ارتعاش سازه است و از رابطه (2-10) بدست مي آيد:
(2-10)
با توجه به دو رابطه اخير ميتوان را از رابطه (2-11) بدست آورد:
(2-11)
جهت تکميل روش فوق، در سال 1996، مازولاني با استفاده از نتايج حاصل از پاسخ سيستمهاي يک درجه آزاد، رابطه (2-12) را براي پيشنهاد کرده است.
(2-12)
از اين رو براي زمانهاي تناوب بزرگتر از ثانيه، داراي مقدار ثابت و براي يک تابع خطي از زمان تناوب است.

شکل (2-2): مدل رفتاري ساده شده براي سيستم يک درجه آزاد [25]

2-3-2-2- روش انرژي
روش انرژي بر اين فرض استوار است که حداکثر انرژي جنبشي ناشي از يک زلزله شديد با حداکثر انرژي که يک سازه قادر است جذب نمايد، برابر است. معادله تعادل انرژي در يک سازه بصورت رابطه (2-13) است.
(2-13)
در رابطه (2-13): : حداکثر انرژي جنبشي قابل جذب و استهلاک در سازه، : انرژي ذخيره شده در سازه در مرحله تغيير شکل ارتجاعي، : انرژي ذخيره شده طي تغيير شکلهاي غيرارتجاعي در سازه و کار انجام شده توسط نيروهاي قائم در کل روند تغيير شکل سازه مي باشد.
اگر طيف پاسخ شتاب زمين، در زلزله طراحي و انرژي جنبشي ناشي از آن ناميده شود، معمولاً مي توان با اعمال يک ضريب آن را به شديدترين زلزله طراحي، مرتبط کرد. با توجه به اين موضوع، انرژي جنبشي ناشي از اين زلزله مخرب که با استفاده از حداکثر شبه سرعت برآورده شده از طيف مشخص مي گردد، توسط رابطه (2-14) به مرتبط مي شود:
(2-14)
در نتيجه بنابر اصل تعادل انرژي ها، لازم است رابطه (2-15) برقرار باشد:
(2-15)
روشهاي تحليلي مفصل و پيچيده اي براي حل معادله فوق و استخراج ضرايب رفتار از آن وجود دارد که معروفترين آنها توسط کومو و لاني ارائه شده است. در اينجا به دليل پيچيده و وقت گير بودن اين روشها از ذکر جزئيات آنها پرهيز مي شود.

2-4- تشريح اجزاي ضريب رفتار
2-4-1- شکل پذيري
2-4-1-1- ضريب شکل پذيري

پاسخی بگذارید

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