تحقیق درمورد تاثیر کاهنده، دینامیکی

دانلود پایان نامه ارشد

شکلپذیری و حفظ انسجام سازه، در صورت وقوع زلزلههای مخرب بتواند از فرو ریختن کامل ساختمان جلوگیری کند. لازم به ذکر است که با توجه اهمیت سازه میتوان از شناژهای افقی قویتری نیز استفاده نمود به طوری که ساختمان تقریبا به صورت ساختمانهای شکلپذیر فلزی تبدیل شود.

3-11 خواص سازهای و دینامیکی قابهای مرکب
از مطالب بیان شده در قسمتهای قبل اینگونه بر میآید که ساختمانهای بنایی به دلیل رفتار خاص آنها و عدم شکل پذیری آنها در بارهای لرزهای به شدت آسیب پذیرند و یکی از روشهای بسیار مناسب برای مقاومسازی آنها کلافبندی افقی و قائم میباشد. در صورت کلافبندی، دیوارهای بنایی تبدیل به میانقابهایی میشوند که میتوان از خواص لرزهای آنها در باربری جانبی استفاده نمود. در ادامه مختصری از تئوری قابهای مرکب آمده است.

3-11-1 مقدمه
پولیاکف[33] در اواخر دهه 1940 بر روی قابهای مرکب آزمایشهایی انجام داد و نتیجه گرفت که سختی ساختمانهای 14طبقه در مسکو تا 20برابر بیش از سختی قاب خالی است و پس از آزمایشهای مفصلی سعی کرد اندرکنش قاب و دیوار را تعیین کند. بنجامین و ویلیامز[34] هم در اوایل دهه50 در آمریکا تحقیقات گستردهای درباره قابهای فولادی و بتنی پر شده با دیوارهای آجری و با ابعاد واقعی انجام دادند و به تدریج تحقیقات آزمایشگاهی و نظری در سایر کشورها نظیر انگلیس، ایتالیا، کانادا، یوگسلاوی، یونان و بسیاری کشورهای دیگر انجام شد و نتیجه کلی این تحقیقات این است که میانقابها تاثیر چشمگیری در افزایش مقاومت و سختی دارند و اندرکنش میانقاب و قاب از نوع مرکب است و نمیتواند با جمع ساده خواص قاب و میانقاب به دست آید.

3-11-2 اندر کنش قاب و میانقاب
قاب مرکب را میتوان جمع دو عنصر قاب و دیوار دانست. اگر نمودارهای نیرو – جابجایی را برای قاب خالی و دیوار بدون قاب در یک دستگاه مختصات رسم کرده، با هم جمع میکنیم نمودار حاصل له هیچ وجه بر نمودار مربوط به قاب مرکب منطبق نیست و نمودار قاب مرکب رفتار به مراتب بهتری از مجموع رفتار قاب و دیوار دارد. خاصیت فوق نشان میدهد که بین قاب و دیوار اندر کنش وجود دارد و به همین سبب موجب مجموعه این دو را مرکب مینامیم درست مانند بتن مسلح که خواصش از جمع خواص فولاد و بتن به دست نمیآید بلکه میباید به صورت محیطی مرکب مورد مطالعه قرار گیرد. شکل 3-11 مقایسهای است بین رفتار دیوار، قاب خالی و قاب مرکب.

شکل 3-11 مقایسه خواص قاب مرکب با مجموع خاصههای قاب و میانقاب

3-11-3 تبدیل کنش خمشی به کنش خرپایی [1]
شاید سادهترین توضیحی که برای رفتار قابهای میانپر (نام دیگری برای قاب مرکب) بتوان یافت تبدیل کنش خمشی به کنش خرپایی باشد. در قاب خالی تحت نیروهای جانبی کنش خمشی پدید میآید که به کمک تغییر شکل خمشی اعضای قاب، نیروهای برشی ناشی از زلزله را میگیرد به هنگام تغییر شکل خمشی قاب نقطههای B و D به هم نزدیک و A و C از هم دور میشوند (شکل 3-13- الف) و هیچ مانعی در راه دور شدن و نزدیک شدن این نقاط وجود ندارد. از سوی دیگر دیوار بدون قاب تحت نیروهای جانبی همانند تیر طرهای خم میشود و خط AB در شکل 3-12 بلندتر میشود، سرانجام چون مقاومت کششی آجرچینی ناچیز است دیوار در نقطه A ترک خورده و مقاومت خود را از دست میدهد.

شکل 3-12 دیوار تحت بار جانبی خمیده شده، در نقطه A ترک میخورد

حال اگر دیوار را در داخل قاب قرار دهیم وجود دیوار مانع نزدیک شدن نقطه B به D میشود و مانند قیدی فشاری عمل میکند. در این حالت جابجایی افقی بسیار کمتر از سابق شده، اعضای قاب مجالی برای کنش خمشی نمییابد و بخش عمده انرژی کشسان به صورت تغییر شکل محوری اعضای قاب و قید فشاری یعنی دیوار ذخیره میشود. بنابراین رفتار قاب مرکب از این نظر بسیار مشابه رفتار خرپای شکل 3-13- ب است و به همین سبب این نوع رفتار را کنش خرپایی مینامیم.

شکل 3-13 قاب مرکب با کنش خرپایی در قابل نیروهای جانبی مقاومت میکند

باید توجه داشت که اگر چه به سبب صلبیت، اتصالهای قاب به شکل 3-14-الف است اما به سادگی میتوان از مدل 3-14-ب استفاده کرد، زیرا به دلیل کوچکی جابجایی افقی عملا تغییر شکل خمشی اعضا قابل اغماض است از سوی دیگر وجود قاب سبب میشود که نقطههای A و B نتوانند از هم دور شوند. و در نتیجه جلو ترک کششی دیوار در نقطه A گرفته میشود. پس ملاحظه میشود که وقتی دیوار داخل قاب قرار میگیرد رفتار قاب و دیوار هر دو عوض میشود و بهبود مییابد. به دلیل همین اندر کنش است که خواص قلب میانپر از حالت ساده به مرکب تبدیل شده، بنابراین قاب مرکب نامیده میشود.

3-11-4 حالتهای شکست [1]
هنگامی که یک قاب مرکب تحت نیروی جانبی قرار میگیرد، در محدوده 10 تا 15 درصد مقاومت نهایی قاب، بین قاب و میانقاب در کنجهای کششی ترکهایی ایجاد میگردد که ترک مرزی نام دارند. بروز ترک مرزی با کاهش سختی سازه همراه است. با افزایش نیرو لحظهای میرسد که دیوار در امتداد قطر فشاری ترک میخورد و رفتار دیوار که تا اینجا تقریبا خطی بوده، وارد ناحیه غیر خطی میگردد. این ترک معمولا با صدا همراه است و از امتداد درزهای افقی و قائم به طور زیگزاگ میگذرد. ترک قطری بیانگر شکست برشی میانقاب است. با افزایش نیرو، تمرکز تنش در کنج میانقاب موجب شکست مصالح شده و در تیر و یا ستون، در نزدیکی کنج، لولای خمیری ایجاد میگردد. این حالت شکست را شکست کنج میخوانند. در این حال سازه هنوز به مقاومت نهایی نرسیده و با افزایش نیرو ترکهایی به موازات ترک قطری ظاهر میگردد و نواحی دیگری از دیوار خرد میشوند تا آنکه قاب مرکب به مقاومت نهایی میرسد و مانند سیستمهای ارتجاعی – خمیری وارد ناحیه خمیری
می شود. در شکل 3-14 حالتهای شکست قاب مرکب و در شکل 3-16 رفتار کلی قاب مرکب نشان داده شده است.

شکل 3-14 حالتهای شکست قاب مرکب

شکل 3-15 نمونهای از رفتار نیرو – جابجایی یک قاب مرکب

3-12 مقاومت دیوار کلاف بندی شده (قابمرکب)
3-12-1 مقاومت ترک قطری
برای محاسبه نیرویی که موجب ترک قطری در میانقاب میشود ردینگتن[35] با استفاده از نتایج تحلیل اجزاء محدود، روابط زیر را برای تنش مرکز میانقاب ارائه نمود.
(3-5)
تنش‌ها در مرکزمیانقاب
σ_t=(0∙58H)/(l∙t)
σ_n=(((0∙8h)⁄(l-0∙2))H)/(l∙t)
τ=(1∙43H)/(l∙t)
τ تنش برشی،σ_y تنش محوری در جهت قائم و σ_t تنش کششی اوج در مرکز میانقاب است. t , l , h ارتفاع، طول و ضخامت دیوارند و H نیروی افقی وارد بر قاب است. برای به دست آوردن مقاومت مجاز نظیر شکست قطری، باید تنشهای فوق با مقادیر تنش مجاز آجرچینی مقایسه شوند. آییننامه CPIII انگلستان تنش کششی مجاز آجرچینی را برای محاسبه خمش برابر 7/0 (کگ بر سم مربع) توصیه میکند. اگر این مقدار را بجای σ_n در رابطه بالا قرار دهیم مقاومت مجاز نظیر شکست قطری ناشی از کشش به دست میآید. اما تجربه نشان میدهد که شکست قطری زمانی ناشی از شکست کششی است که برای ساخت میانقاب از مصالح بسیار اعلا استفاده شده باشد وگرنه برای مصالح معمولی، شکست قطری بیشتر ناشی از شکست برشی در مصالح است که از ضابطه کولن پیروی میکند. مقدار تنش برشی مجاز در آییننامه CPIII چنین داده شده است:
(3-6)
تنش برشی مجاز در میان قاب
τ=1+0.1σ_n≤5 kg⁄cm^2
با جایگذاری این رابطه در رابطه بالا مقاومت برشی مجاز میانقاب برابر خواهد شد با
(3-7)
مقاومت مجاز ترک قطری برشی
〖H 〗_dc=100lt/(14∙6-1∙28β)
t , l طول و ضخامت دیوار به متر و τ برابر h⁄l یا l⁄h (هر کدام که کمترند) است. باید دانست که مقاومت واقعی ترک قطری از مقدار مجاز حاصل از رابطه فوق بیشتر است و برای بدست آوردن آن باید بجای تنش برشی مجاز رابطه فوق مقدار تنش برشی نهایی مصالح میانقاب را نهاد که طبق توصیه آییننامه BS5628 انگلستان برابر است با:
(3-8)
تنش برشی شکست آجرچینی با ملات ضعیف (کگ بر سم مربع)
τ_f=1.5+0.6σ_n
در صورت استفاده از ملات قوی، تنش چسبندگی τ_0 در رابطه فوق از 5/1 به 5/3 کگ بر سم مربع افزایش مییابد.

3-12-2 مقاومت شکست کنج [1]
براساس تحقیقات لیا [36] مدلهایی برای محاسبه نیرویی که موجب شکست کنج میانقاب میشود، ارائه داده است. اما تحقیقات نشان میدهد که اندرکنش بین قاب و میانقاب توزیع تنشها را پیچیده ساخته و استفاده از مدلهای ارائه شده توسط لیا [36] برای تعیین مقاومت میانقاب صحیح نمیباشد. بلکه بجای آن بهتر است از روش زیر استفاده شود. [1] در حالت شکست نهایی، کنج میانقاب خرد میشود و بر حسب اینکه تیر قویتر باشد یا ستون، لولاهای خمیری مانند شکل 3-16 در قاب ایجاد میگردد.

شکل 3-16 حالتهای شکست کنج در میانقابها
برای این حالتهای شکست میتوان مقاومت میان قاب را مطابق زیر حساب کرد
(3-9)
V=mf_c th
f_c مقاومت فشاری بتن که برابر است با f_c85/0 در نظر گرفته میشود. H,t ضخامت و ارتفاع میانقاب بوده و m کمترین مقدار حاصل از روابط زیر است.
(3-10)
m=√(2(M_J+M_C )/(f_c th^2 ))
(3-11)
m=1/(tan θ) √(2(M_J+M_b )/(f_c th^2 )) , θ=tan^(-1) h/l
(3-12)
m=〖4M〗_j/(f_c th^2 )+1/6
(3-13)
m=dM_j/(f_c th^2 )+1/(6tan^2 θ) , θ=tan^(-1) h/l
در این روابط f_c برابر f_c 85/00، t ضخامت میانقاب، h ارتفاع میانقاب، M_b و M_Cلنگر نهایی تیر و ستون و M_jلنگر نهایی اتصال است که برای اتصالات مفصلی برابر صفر و اتصالات گیردار برابر کمترین M_b و M_Cاختیار میشود. ملاحظه میشود که مقاومت میانقاب علاوه بر f_c’ به مقاومت قاب نیز بستگی دارد و هر قدر قاب قویتر باشد m و V نیز افزایش مییابند. در رابطه مزبور، تنش مقاوم فشاری f_c برای آجر چینی میانقاب میتواند از طریق آزمایش و یا از مقادیر توصیه شده توسط آییننامهها معین گردد. با توجه به نتایج آزمایش روی نمونههای کوچک آجر چینی، مقدار 50 کگ بر سم مربع برای f_c پیشنهاد شده است[37]. آییننامه 519 ایران مقدار مجاز تنش فشاری را برابر 12 کگ بر سم مربع توصیه مینماید.

3-12-3 مقاومت نهایی [1]
بعد از شکست کنج، با افزایش نیرو به حالت نهایی شکست میرسیم. در این حالت ترکها و خردشدگیها در سرتاسر میانقاب پراکنده میشوند و مقاومت به بیشترین مقدار خود میرسد که آن را V_u مینامیم. پس از اینکه نیرو به V_u رسید ثابت میماند و برای اعمال جابجایی بیشتر، نیاز به نیروی اضافی نیست. تا آنجا که مطالعات نشان میدهد روشی برای محاسبه V_u ارائه نشده است و علاوه بر این بسیار از پژوهشگران از جمله لیا[38] V_u و V را یکی پنداشتهاند. لیکن قدر مسلم این است که V_u از V بزرگتر است.

3-13 تاثیر بازشوها بر قابهای مرکب
پژوهشگران با انجام آزمایش روی نمونههایی با مقیاسهای کوچک تا واقعی و نیز به کارگیری روش اجزاء محدود کوشش کردهاند تا میزان تاثیر بازشوها را روشن سازند. در این قسمت فقط به بیان نتایج تحقیقات پرداخته شده است.

3-13-1 نتیجهگیری در مورد بازشوها [1]
براساس تحقیقاتی که درباره تاثیر بازشوها بر خواص مکانیکی قابهای مرکب انجام شده است. میتوان نتایج زیر را گرفت
موقعیت استقرار بازشو از تاثیر بسزایی برخوردار است. در کنج فشاری بیشترین و در کنج کششی کمترین تاثیر را داراست.
به دلیل متناوب بودن نیروهای زلزله بهتر است بازشو حتی الامکان در وسط قرار گیرد.
هر قدر سطح بازشو بزرگتر باشد تاثیر آن بیشتر است.
اگر بازشو در کنج باشد تاثیرش بر سختی بیش از مقاومت است. برعکس اگر در وسط میانقاب باشد بر سختی تاثیر چندانی ندارد و بیشترین کاهش در مقاومت ترک قطری رخ
میدهد و مقاومت نهایی به میزان کمتری تحت تاثیر قرار میگیرد.
وجود اتصالهای برشی بین قاب و میانقاب میتواند از شدت تاثیر کاهنده بازشو بکاهد.

3-13-2 محاسبه مقاومت و سختی میانقابهای

پایان نامه
Previous Entries تحقیق درمورد دینامیکی Next Entries تحقیق درمورد زمین لرزه، ایمن سازی، ایالات متحده