پایان نامه ارشد رایگان درمورد دینامیکی، توسعه مدل، قابلیت پیش بینی

دانلود پایان نامه ارشد

ا دستیابی به محدوده تغییر شکل در هر کدام از اجزای سازهای بررسی میشود. البته باید توجه کرد که برای توسعه یک روش سیستماتیک، تمام منابع فروریزش کلی میبایست ادغام شوند. در این روش میبایست شامل تاثیر کاهش مقاومت و تاثیرات P- ∆ در فروریزش سازه باشد.

1-3. اهميت و ضرورت تحقيق
در هنگام بروز زلزله های مختلف یک سازه رفتارهای گوناگونی از خود نشان میدهند و با توجه به شدت زلزله سازه میتواند در حوضه رفتار خطی بماند و یا اینکه وارد حوضه رفتار غیرخطی شود. با توجه به اینکه فروریزش سازه در محدوده رفتار غیرخطی صورت میگیرد بنابراین این موضوع که فروریزش در چه ناحیهای از رفتار صورت بگیرد، مهم است. ضمن اینکه حداکثر شدت زلزلهای که یک سازه پایداری دینامیکی خود را در آن حفظ میکند برای ما مشخص میشود. هر چه میزان پایداری دینامیکی سازه در حوضه رفتار غیرخطی بیشتر باشد فروریزش آن سازه دیرتر صورت میگیرد و این بدین معنی است که سازه شدت زلزلهی بیشتری را میتواند تحمل کند. قابلیت پیش بینی فروریزش سازهها با افزایش اطلاعات در مورد خصوصیات و ویژگیهای اجزا بتنی و فولادی سازهها بیشتر خواهد شد.
البته مهمترین علت بررسی فروریزش سازهها کاهش صدمات جانی پس از زلزله است، چرا که پس از زلزله چنانچه سازههایی با ظرفیت فروریزش بالا داشته باشیم تلفات پس از زلزله نیز کاهش پیدا میکند ولی در صورت پایین بودن ظرفیت فروریزش تلفات افزایش پیدا میکند، از طرفی کاهش فروریزش سازهها خسارات مادی نیز کاهش پیدا میکند.

1-4. اهداف تحقیق
هدف اصلی این پایان نامه توسعه روش برای ارزیابی فروریزش کلی سازه در قابهای خمشی ویژه فولادی میباشد. در این پژوهش میزان تاثیر کاهش مقاومت اعضای سازه با عدم کاهش مقاومت اجزا سازه بر ظرفیت فروریزش مورد بررسی قرار میگیرند. ارزیابی فروریزش بر اساس اندازهگیری روابط شدت که میزان شدت نسبی حرکت زمین به پارامترهای مقاومت سازهای است، انجام میشود که شدت نسبی در فروریزش به ظرفیت فروریزش گفته میشود. در این بین در مدلسازی و استفاده از مواد مورد استفاده در مدلسازی ابهامات زیادی وجود دارد، هرچند روابطی آماری جهت مشخص کردن این ابهامات وجود دارد که از آنان بعنوان پایهای برای مدلسازی و مواد بکار رفته استفاده میشود. حال چنانچه با وجود این ابهامات تحلیل درستی از پیش بینی فروریزش کلی تحت اثر کاهش مقاومت اجزاء سازه بدست بیاوریم، اما هنوز هم موانع زیادی برای یک تحلیل کاملا واقعی بر سر راه ما در مورد چگونگی پیش بینی ظرفیت فروریزش سیستمهای سازهای وجود خواهد داشت که صرفا با گذشت زمان و انجام آزمایشهای بیشتر بر روی مدلهایی که نزدیکی بیشتری به ساختمانهای واقعی داشته باشند، میتوان این مشکلات و ابهامات را کمتر نمود. اجزای روش بکار رفته در این پژوهش عبارتند از:
– توسعه مدلهای سازهای دارای کاهش مقاومت و عدم کاهش مقاومت اعضا با ترکیب تمام فاکتورهای مهم که در فروریزش کلی موثر هستند.
– محاسبه ظرفیت فروریزش برای مجموعهای از مدلهای سازهای.
– ارزیابی اندازهگیری آماری ظرفیت فروریزش و تاثیر ابهامات در مدلها و حرکات زمین و پارامترهای سازهای در این اندازهگیری آماری.
– ارزیابی ظرفیت فروریزش مدلها در دو حالت با و بدون کاهندگی اعضا

فصل دوم
مفاهیم پایه و کلیات

2-1. بررسي نظريه‌هاي پيرامون موضوع تحقيق
همانگونه که در فصل قبل ذکر شد، فروریزش در دو نوع کلی و جزئی صورت میگیرد که در این پایاننامه تحقیق در مورد فروریزش تحت بارگذاری سیکلی همراه با و بدون کاهش مقاومت و سختی اعضا انجام میگیرد. ارزیابی این حالت از فروریزش بر اساس مدلهای هیسترتیک که مستقیما وابسته به کاهش سختی و مقاومت میباشد، صورت میپذیرد. شیوه کاهش این دو پارامتر بستگی به نوع بارگذاری انجام شده دارد. اولین حالت بارگذاری مونوتونیک و دومین حالت بارگذاری سیکلی میباشد. نتایج آزمایش برای دو نمونه مشابه تحت بارگذاری مونوتونیک و سیکلی در شکل (2-1) نشان میدهد که در بارگذاری مونوتونیک، مقاومت پس از رسیدن به نقطه حداکثر با منحنی مماس منفی دنبال شده است که این به معنی لزوم لحاظ شاخه با شیب منفی در منحنی پوش هیسترتیک (back-bone) میباشد. علاوه بر آن
1. در بارگذاری سیکلی مقاومت با تعداد و دامنه سیکلها زوال مییابد حتی اگر به تغییر شکل متناظر با نقطه حداکثر هم نرسیده باشد.
2. زوال مقاومت بعد از رسیدن به نقطه حداکثر هم ادامه دارد.
3. سختی بار برداری هم کاهش مییابد.
4. سختی بارگذاری دوباره هم با سرعت کاهش مییابد.[1]

شکل 2-1 منحنی نیرو تغییر مکان بدست آمده از بارگذاری مونوتونیک و سیکلی [1]

از چهار حالت مشاهده شده فوق به عنوان چهار مود کاهنده غالب در فتار غیرخطی سیکلی یاد میشود. در این بین مدلهای زیادی ارائه شده است که ما در بین به مدل زیر که در سالهای اخیر بصورت گسترده از آن استفاده شده است میپردازیم.

2-1-1. مدل ایبارا-کراوینکلر (Ibarra-Krawinkler)
این مدل اولین بار در سال 1993 توسط Krawinkler و Rahnama [2] مطرح و به طور گستردهای در طی 10 سال اخیر اصلاح و استفاده شد تا اینکه نسخه تکمیلی آن در سال 2005 توسط ایبارا-کراوینکلر (Ibarra-Krawinkler) ارائه شد؛ جزئیات به طور کامل در منبع [1] تشریح شده است. سه جزء اصلی این مدل به قرار زیر است:
1. منحنی پوش هیسترتیک (back-bone) که رفتار اولیه یک سیستم بدون کاهندگی سیکلی را به وسیله تعیین حدود مقاومت و تغییر شکل تعریف میکند.
2. یک مجموعه قوانین مشخص که مدل هیسترتیک را بین حدود تعیین شده توسط منحنی پوش هیسترتیک (back-bone) تعریف میکند.
3. مجموعه قوانینی که چهار مود کاهندگی را با توجه به حدود منحنی پوش هیسترتیک (back-bone) تعریف میکند.
منحنی پوش هیسترتیک (back-bone) که رفتار هیسترتیک اعضای سازه به آن محدود میشود در آن برای سادهسازی هرچه بیشتر از متوسط سختشدگی سیکلی استفاده شده است شکل (2-2).

شکل2-2 منحنی پوش هیسترتیک (back-bone) برای مدلهای هیسترتیک [1].

در این مدل پارامترهای اصلی سختی اولیه، مقاومت تسلیم و سختی شاخه سخت شدگی که به ترتیب با Ks = αsKe,Fy,Ke نشان داده میشوند به همراه مقاومت Fc تغییر مکان متناظر با آن cδ سختی بعد از نقطه ماکزیمم Ks = αcKe، مقاومت پس ماند Fr و نسبت شکلپذیری (δ_c/δ_y ) به عنوان مقادیر تعریف کننده (ورودی) منحنی میباشند (شکل 2-2).یک مجموعه قوانین مشخصی که مدل هیسترتیک را تعریف میکند: منحنی پوش هیسترتیک را میتوان به همراه هرکدام از مدلهای هیسترتیک دو خطی (bilinear)، راسگرا (Peak-Oriented) و چلانده (Pinching) استفاده شود.
– مدل دو خطی (bilinear): این مدل بر پایه قوانین هیسترتیک دو خطی (bilinear) و سخت شوندگی کرنشی سینماتیک میباشد. این قوانین با اضافه شدن شاخههای با شیب منفی و مقاومت پسماند منحنی پوش به مدل اصلی، هیچ تغییر نمیکنند و تنها با تعریف حد مقاومت میتوان شاخه با شیب منفی و مقاومت پس ماند را به مدل اصلی (منحنی پوش) اضافه کرد شکل (2-3). در این شکل مطابق با قوانین سینماتیکی شاخه بارگذاری از نقطه (5) باید تا نقطه (6) ادامه پیدا کند اما به علت تعریف حد مقاومت از نقطه (6) به سمت نقطه (3) که کوچکترین مقاومت لحاظ شده در سیکلهای اولیه است تغییر جهت میدهد.

شکل 2-3 منحنی bilinear با تعریف حد مقاومت [1].

– مدل راسگرا (Peak-Oriented) در این مدل اضافه کردن با شیب منفی و پس ماند منحنی پوش به مدل اصلی قوانین پایهای که در آن وجود دارد را تغییر نخواهد داد. شکل (2-4)، زوال سختی باربرداری هنگامی که با محور افقی قطع میشود (نقاط 3-7-11) را نشان میدهد و مسیر بارگذاری دوباره در این مدل همواره به سمت حداکثر تغییر شکل تجربه شده در قبل میباشد.

شکل 2-4 قوانین پایه مدل هیسترتیک راسگرا (Peak-Oriented) [19]
– مدل چلانده (Pinching): این مدل کاملاً شبیه به مدل راسگرا (Peak-Oriented) میباشد با این تفاوت که در آن، مسیر مربوط به بارگذاری دوباره از دو بخش تشکیل شده است ابتدا شاخه بارگذاری دوباره به سمت نقطه شکست که به صورت تابعی از حداکثر مقاومت و تغییر شکل تجربه شده تعریف میشود، حرکت میکند و بعد از آن به سمت نقطهای با بیشترین تغییر شکل در سیکلهای اولیه در جهت بارگذاری متمایل میشود. شکل (2-5).

شکل 2-5 قوانین پایه مدل هیسترتیک چلانده (Pinching) [1].

قوانین نرخ زوال سیکلی بر پایه انرژی تلف شده در عضو تحت بارگذاری سیکلی میباشد. چرا که فرض شده هر عضو سازه دارای یک ظرفیت اتلاف انرژی هیسترتیک میباشد که به صورت مضربی (γ) از مقاومت تسلیم در تغییر شکل تسلیم میباشد. و زوال سیکلی در چرخه (i) با رابطه زیر نشان داده میشود [2].
(2-1) β_i=[E_i/(E_i-∑_(j=1)^(i-1)▒E_j )]
1β: پارامتر زوال سیکلی در چرخه i
E1: انرژی هیسترتیک تلف شده در چرخه i
(2-2) E_t=γF_y δ_y
Et: ظرفیت اتلاف انرژی پایه در هر عضو
C: نرخ زوال سیکلی که تا هم اکنون در تحقیقات برابر یک فرض شده است.
پارامتر 1β میتواند برای در نظر گرفتن هریک از چهار مود اساسی زوال بکار رود که در ادامه به آنها اشاره میشود در شکل (2-6) هریک از چهار مود اساسی زوال بکار میرود که در ادامه به آنها اشاره میشود در شکل (2-6) هریک از چهار مود کاهندگی در مدل راسگرا (Peak-Oriented) به صورت جداگانه مشخص شده است.

شکل 2-6 نمایش چهار مود کاهندگی به صورت جداگانه بر روی مدل راسگرا (Peak-Oriented): a) زوال مقاومت پایه، b) زوال مقاومت پس از تسلیم، c) زوال سختی باربرداری و d) زوال سختی بارگذاری دوباره [1].

زوال مقاومت پایه: این مود زوال با انتقال شاخه سخت شوندگی به سمت مبدا با کاهش مقاومت تسلیم لحاظ میشود:
(2-3) F_i^(+l-)=(1-β_(s,i) ) F_(i-1)^(+1-)
F+/-: مقاومت تسلیم زوال یافته در جهت مثبت یا منفی بعد از چرخه (i)
Fi-1+/-: مقاومت تسلیم زوال یافته در جهت مثبت یا منفی پیش از چرخه (i)
βs,i: بر مبنای γ مربوطه محاسبه میشود.
زوال مقاومت بعد از تسلیم: که با انتقال شاخه پس از تسلیم به سمت مبدأ و همراه با کاهش مقاومت حداکثر از تسلیم میباشد:
(2-4) F_(ret.i)^(+/-)=(l-B_(c,t) ) F_(ref,i-t)^(+/-)
βc,i: بر اساس γ مربوط میباشد.
زوال سختی بار برداری: این مود زوال با کاهش سختی ku مطابق با رابطه زیر در نظر گرفته میشود.
(2-5) k_(u,i)=(1- β_(u,i))k_(u,i-1)
که βu,i بر اساس γ مربوطه میباشد.
زوال سختی بارگذاری دوباره: بوسیله انتقال تغییر شکل هدف δ_(r,i) (که تنها در مدلهای راسگرا (Peak-Oriented) و چلانده (Pinching) تعریف میشود) در امتداد منحنی پوش هیسترتیک (back-bone) به سمت تغییر مکان زیر لحاظ میشود.
(2-6) δ_(r,i)^(+/-)=(1+β_(α,i))δ_(r,i-l)^(+/-)
شایان ذکر است که با فرض C برابر یک نشان داده شده که استفاده از یک مقدار γ برای هر چهار مود تاثیر زیادی در نتایج نخواهد داشت [1].

2-2. بررسي تحقيق‌هاي انجام شده
در سالهای گذشته ارتقاء در روشهای ارزیابی فروریزش در چندین بخش انجام شده است. پژوهشگران بطور مستقل در مورد تاثیر کمیت P- ∆ و همچنین توسعه مدلهای غیرخطی که میتوانند نتایج تجربی را افزایش دهند، مطالعه کردهاند. بعلاوه برخی تاثیرات ناشی از کامل کردن فاکتورهای کاهندگی که در فروریزش یک سازه موثر هستند را مورد پژوهش قرار دادهاند.

2-2-1. تاثیرات P- ∆
مطالعات در مورد فروریزش کلی شامل تاثیرات P- ∆ بر پاسخ لرزهای میباشد. بدین معنی که حتی با وجود کاهندگی زیاد مدلهای هیسترتیک فروریزش اتفاق نیفتد، با اینحال نهایتا تانژانت سختی سازه تحت اثر P- ∆ منفی میشود و سرانجام منجر به فروریزش سازه میشود. Jennings و Husid (1968) از یک قاب یک طبقه تک دهنه با فنرهای خطی برای مواد غیرخطی در انتهای ستونها با استفاده از مدل هیسترتیک bilinear استفاده کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که پارامترهای مهم در فروریزش ساختمان عبارتند از : ارتفاع

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه ارشد رایگان درمورد دینامیکی، ارزیابی عملکرد، عدم قطعیت Next Entries پایان نامه ارشد رایگان درمورد دینامیکی