پیشینه­ای از چگونگی تولد روش طراحی لرزه­ای بر مبنای سطح عملکرد
در حوالی سال ۱۹۹۰و در پی عدم توانایی آیین­ نامه­ های مربوط به طراحی ساختمان­های جدید در ارزیابی و تقویت ساختمان­های موجود، ایدۀ طراحی بر اساس سطح عملکرد مطرح شد و بعضی از پژوهشگران تحقیقات خود را به این سمت هدایت کردند. در همین راستا بنیاد مدیریت بحران فدرال آمریکا (FEMA) برای کاهش خطرات ناشی از زلزله در رابطه با سازه­های موجود، تهیۀ مجموعه ­ای از شیوه ­ها و راهکارها برای طراحی بر اساس سطح عملکرد را در دستور کار خود قرار داد که در نتیجه آن چندین دستورالعمل را در همین زمینه منتشر ساخت. همزمان با فعالیت­های FEMA، انجمن مهندسان سازه کالیفرنیا نیز با فعالیت در این زمینه، اقدام به انتشار مجموعه Vision 2000 ]2[ تحت عنوان «مهندسی لرزه­ای بر اساس سطح عملکرد برای ساختمان­ها» نمود؛ که یک چارچوب طراحی لرزه­ای بر اساس سطح عملکرد برای طراحی ساختمان­های جدید را توصیف می­نمود.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شاخص آسیب
شاخص آسیب از جمله موضوعات مهم در زمینۀ طراحی لرزه­ای بر اساس سطح عملکرد است که مورد توجه پژوهشگران قرار دارد. این شاخص به دو صورت کلی شاخص­ های آسیب موضعی که در مقیاس مفصل­های پلاستیک و اعضای سازه­ای کاربرد دارد و شاخص­ های آسیب کلی که به بررسی آسیب در کل قاب یا زیرمجموعه­های آن مانند طبقات می ­پردازد ارائه شده است. در این فصل شاخص­ های آسیب موضعی و کلی ارائه شده از زمان­های گذشته تا کنون به صورت اجمالی مورد بررسی قرار گرفت و روابط مربوط به چند شاخص آسیب شناخته­شده­تر معرفی شد. علاوه بر این سه نوع از شاخص­ های آسیب به صورت مقایسه­ ای بررسی شدند.
نحوه مدل­سازی رفتار سازه­
نحوۀ مدل­سازی رفتار سازه جهت تحلیل­های غیر­خطی از جمله مباحث مهم در ارزیابی عملکرد سازه است که ارزیابی عملکرد سازه به نوبه خود یکی از مراحل مهم در رویکرد طراحی لرزه­ای بر اساس سطح عملکرد می­باشد. این مسئله بخصوص در رابطه با سازه­های بتن­آرمه به علت پیچیدگی رفتار و منابع متعدد غیر­خطی اهمیت ویژه­ای پیدا می­ کند. چند روش­ مختلف مدل­سازی اعضای تیر و ستون در قاب­های خمشی بتن­آرمه و نحوه در نظر گرفتن اثرات غیرخطی ناشی از مصالح در عناصر تیری در این فصل معرفی شد.
بررسی مود زوال قاب­های بتن­آرمه
در طراحی سازه­ها برای حالت حدی مقاومت در برابر زمین­لرزه، تحلیل مود زوال در محاسبه قابلیت اعتماد سیستم ساز­ه­ای مفید و اجتناب­ناپذیر می­باشد. چندین مود زوال می ­تواند برای سازه­ها مطرح شود که تنها مود زوال لرزه­ای غالب در احتمال زوال سیستم شرکت می­ کند در حالی­که احتمال وقوع سایر مودها بسیار اندک است. مسئله اصلاح مود زوال لرزه­ای سازه­ها موضوع مهمی است که در این بخش مورد بررسی قرار گرفت.
فصل سوم
۳- نحوه مدل­سازی و انجام تحلیل غیرخطی
۳-۱- پیش­گفتار
در انجام این پژوهش، قاب­های منظم سه طبقه و سه دهانه بتن­آرمه مورد بررسی قرار گرفته­اند. مدل­سازی و انجام تحلیل­های غیرخطی با بهره گرفتن از نرم­افزار OpenSees صورت گرفته است. از میان روش­های مختلف تحلیل­های استاتیکی غیرخطی بارافزون، روش تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون با کنترل جابجایی تا لحظه زوال قاب مورد استفاده قرار گرفته است. توضیحات بیشتر راجع به نحوه انجام این پایان نامه در ادامه این فصل ارائه شده است.
۳-۲- معرفی نرم­افزار OpenSees
انتخاب نرم­افزار مناسب جهت انجام محاسبات تحلیل­های غیرخطیِ استاتیکی و دینامیکیِ قاب­های بتن­آرمه از اهمیت خاصی برخوردار است. نرم­افزاری که با دقت مناسب پاسخ سیستم را تحت اثر بارهای دینامیکی و یا استاتیکی در کمترین زمان ممکن تخمین بزند، نرم­افزاری که بتوان در آن قاب­های بتن­آرمه را به راحتی و به­ طور مناسب مدل نمود. بر این اساس از میان نرم­افزارهای موجود و قابل دسترس، نرم­افزار [۸۸]OpenSees انتخاب شده است. در ادامه قسمتی از قابلیت ­های این نرم­افزار تشریح می­ شود.
نرم­افزار OpenSees با بهره گرفتن از روش اجزاء محدود به تحلیل انواع سازه­ها می ­پردازد. این نرم­افزار توسط زبان برنامه­نویسی C# تولید شده است و زبان برنامه­نویسی کاربران در آن با زبان TCL/TK است که قابلیت گسترش و تولید انواع مقاطع سازه­ای و غیرسازه­ای در خصوص تحلیل را داراست که کاربر می ­تواند توسط این روش به اصل سیستم نرم­افزاری راه داشته باشد و می ­تواند توسط نوشتار هندسه مدل، بارگذاری، ساختار کمی، مواد استفاده شده و روش آنالیز را تعریف کند. این نرم­افزار توسط اعضای واحد تحقیقاتی NEES وابسته به دانشگاه برکلی کالیفرنیا تهیه و پخش شده است که در این خصوص هیچ شرکت و کمپانی دخیل نمی ­باشد و این هیأت هیچ ضمانتی در خصوص نتایج حاصل از تحلیل ارائه نداده است. هدف از تهیه نرم­افزار OpenSees پیشبرد هر چه بیشتر تحقیقات می­باشد که دانشگاه­ های جهان روزانه با آن درگیر هستند. زبان برنامه­نویسی TCL از یک سری رشته­ها تشکیل شده است که ویژگی­های زیر را می­توان در آن تعریف کرد:
متغیرها و جایگزینی مقادیر آن­ها
انجام محاسبات و نمایش آن­ها
استفاده از روابط شرطی (for each, if, while, for)
روش­های تحلیل
ساختن دستی فایل به صورت تایپ آن
در نهایت برای استفاده بهینه از زبان برنامه نویسی TCL ، باید این زبان برنامه­نویسی با روش اجزاء محدود همگرا شود که طبقه ­بندی زیر پس از این همگرا شدن به دست خواهد آمد:
مدل­سازی (modeling): تعریف گره­ها، تعریف عناصر، تعریف بارگذاری و همسازی­ها.
تحلیل (analysis): مشخص کردن روش تحلیل
خروجی­ها output specification)): انتخاب خروجی­هایی که لازم است پس از انجام عملیات تحلیل نمایش داده شوند.
در OpenSees واحد خاصی برای تعریف اعداد وجود ندارد، شما واحد را از اول یک مقدار تعیین می­کنید و مقادیر را بر حسب واحد اختیاری وارد می­کنید و تا انتها تمامی نتایج بر اساس واحد­های داده شده خروجی داده می­ شود.
برخی از امکانات موجود در این نرم­افزار در (پیوست یک) آمده است. جهت اطلاعات بیشتر می­توان به راهنمای نرم­افزار مراجعه نمود.
۳-۳- معرفی و مدل­سازی قاب­های دو بعدی بتن­آرمه مورد مطالعه
در این قسمت قاب­های انتخابی از نظر هندسه، سیستم باربری، مشخصات مصالح به کار رفته و نوع بارگذاری معرفی شده و نحوه مدل­سازی آن­ها در نرم­افزارOpenSees به طور مختصر توضیح داده می­ شود.
۳-۳-۱- مشخصات فیزیکی قاب­های دو بعدی انتخابی
قاب­های مورد مطالعه از نظر هندسه کاملاً یکسان انتخاب شده ­اند. به این صورت که همه آن­ها قاب­های خمشی منظم سه طبقه و سه دهانه بوده، ارتفاع طبقات ۳ متر و عرض دهانه ۵ متر در نظر گرفته شده است. در همه مدل­ها تقارن کاملاً رعایت شده است و در هر مدل مقاطع تیرها با هم و مقاطع ستون­ها نیز با هم یکسان هستند و این مقاطع به صورت مربعی انتخاب شده ­اند، بار ثقلی طبقات نیز در هر مدل یکسان می­باشد. تفاوت مدل­های مختلف در ابعاد مقاطع تیر و ستون­ها، درصد میلگردهای طولی و عرضی آن­ها و همین­طور بار ثقلی طبقات می­باشد.
۳-۳-۲- نحوه بارگذاری قاب­ها
از آنجا که در این تحقیق بررسی اثر P-∆ نیز مدنظر بوده است، بار ثقلی به عنوان یکی از پارامترهای متغیر در نظر گرفته شد. مقدار این پارامتر برای هر طبقه از ۳۰۰ تا ۱۲۰۰ کیلونیوتن تغییر کرده است. البته این محدوده برای بررسی اولیه قاب­ها بود، در قاب­های انتخابی نهایی این مقدار بین ۵۰۰ تا حدود ۹۰۰ کیلونیوتن می­باشد (غیر از دو مدل که در آن­ها وزن طبقه ۳۰۰ کیلونیوتن در نظر گرفته شده است).
در مورد بارگذاری جانبی، در این تحقیق از الگوی بار جانبی آیین­ نامه­ای یعنی توزیع مثلثی معکوس استفاده شده است.
۳-۳-۳- چگونگی مدل­سازی قاب­های دو بعدی بتن­آرمه در نرم­افزار OpenSees
مدل کردن قاب­های دو بعدی بتن­آرمه در نرم­افزار OpenSees، به تعریف مصالح مورد استفاده، نوع مقاطع و عناصر مورد نظر و جزئیات مربوط به آن­ها نیاز دارد. در این پژوهش برای تعریف مصالح بتن و میلگردهای مسلح­کننده فولادی در نرم­افزار OpenSees به ترتیب از مصالح Concrete04 و Steel02 استفاده شده است. استفاده از مصالح Concrete04 برای بتن مستلزم داشتن اطلاعاتی از قبیل بیشینه مقاومت مشخصه فشاری بتن، کرنش متناظر با مقاومت فشاری بیشینه، کرنش پوسته شدن[۸۹] بتن و سختی اولیه بتن می­باشد. همه این اطلاعات برای بتن محصور نشده[۹۰] (پوشش بتنی مقطع) به استثنای سختی اولیه بتن که از طریق رابطه­ای به مقاومت مشخصه فشاری بتن مرتبط می­ شود به صورت عدد ثابت به برنامه معرفی شده که مقادیر آن در جدول ۳-۱ ارائه شده است. اما محاسبه این اطلاعات در مورد بتن محصور شده[۹۱] هسته[۹۲] مقطع نیاز به استفاده از یک مدل شناخته شده برای بتن دارد. در این پژوهش از میان مدل­های ارائه شده برای بتن محصور شده و غیر محصور از مدل مندر[۹۳] استفاده شده است. توضیحات کامل راجع به این مدل و چند مدل دیگر شناخته شده برای بتن و فولاد در (پیوست دو) ارائه شده است.
اطلاعات لازم برای استفاده از مصالح Steel02 شامل تنش تسلیم فولاد، مدول الاستیسیته آن، نرخ سخت­شدگی کرنش[۹۴] و تعدادی پارامتر ثابت می­باشد که برای کنترل انتقال منحنی تنش-کرنش فولاد از شاخه ارتجاعی به شاخه پلاستیک آن به کار می­رود. همه این مقادیر در جدول ۳-۱ ارائه شده است.
لازم به ذکر است که تصمیم ­گیری برای استفاده از این مصالح و نیز تعیین پارامترهای ثابت مورد نیاز پس از انجام تنظیم کردن نرم­افزار از طریق مقایسه نتایج حاصل از تحلیل غیرخطی یک ستون طره در نرم­افزار OpenSees و نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته است.
در رابطه با نوع عنصر و مقاطع مورد استفاده در مدل­سازی اعضای تیر و ستون، پس از انجام تحلیل حساسیت نتایج بدست آمده حاکی از این بود که از عنصر nonlinearBeamColumn و مقطع Fiber برای تیرها و ستون­ها استفاده شده و هر عضو با یک عنصر و ۵ نقطه انتگرال­گیری مدل شود.
از آنجا که اثرات P-∆ تأثیر قابل توجهی در افزایش تغییر مکان­های جانبی دارند، لحاظ کردن این اثر در تحلیل قاب­های خمشی کاملاً تأکید شده است. در این پژوهش نیز اثر P-∆ در تمامی مدل­های ساخته شده لحاظ شده است.
جدول ۳- ۱ مشخصات فیزیکی مصالح در مدل­های مورد استفاده برای بتن و فولاد

مقاومت مشخصه فشاری بتن محصور نشده

f’c = ۲۸ MPa

کرنش متناظر با مقاومت فشاری بیشینه بتن محصور نشده

εc = ۰.۰۰۲

کرنش پوسته شدن بتن محصور نشده

cs = ۰.۰۰۵ε

سختی اولیه بتن ( )

Ec = ۵۰۰۰√۲۸ MPa

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...