پایان نامه ارشد رایگان درمورد دینامیکی

دانلود پایان نامه ارشد

ساختمان و میزان شدت زلزله به سطح تسلیم سازه و همچنین شدت حرکت زمین برای خرابی سازه نیاز به مدت زمان طولانی دارد.[3] Sun و همکاران (1973) تاثیر بارهای گرانشی را بر روی رفتار دینامیکی سیستمهای یکدرجه آزادی (SDOF) مطالعه کردند و علاوه بر تاثیر موضوع فوق بر زمان تناوب سازه نشان دادند، حداکثر جابجایی سیستم بدون فروریزش به ضریب پایداری که حاصل جابجایی سیستم است، بستگی دارد. [3]
Jenningsو Takizawa(1980) ظرفیت نهایی قابهای بتنی تحت اثر زلزله را با ارزیابی یک سیستم یکدرجه آزادی (SDOF) با رفتار هیسترتیک 3 خطی بدون کاهندگی بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که با در نظر گرفتن اثر P- ∆ مدت زمان زلزله تاثیر زیادی بر فروریزش سازه دارد. [4] Bernal و همکاران (1986) در مورد ضریب فوق تحقیقات بیشتری انجام داد و فاکتورهای اصلاحی بر اساس شتاب طیفی با و بدون اثرات P- ∆ مشخص نمود. وی سیستمهای یکدرجه آزادی (SDOF) الاستوپلاستیک را با استفاده از همان ضرائب پایداری برای تمام پریودهای که در محدوده مورد نظر قرار داشتند، بررسی نمود که طبق تحقیقات فوق رابطه مهمی میان فاکتورهای اصلاحی و پریود طبیعی سازه وجود نداشت. [3] همچنین Mac Ra (1994) و Williamson (2003) مطالعات بیشتری در مورد نتایج کار Bernal بر رو سازهها با پاسخ هیسترتیک کامل و بررسی اثر P- ∆ انجام دادند و نتایج مشابهی با نتایج Bernal بدست آوردند. [4] Bernal در سالهای 1992 و 1998 قابهای دو بعدی مقاوم را بررسی کرد و نشان داد که حداقل ظرفیت برش پایه جهت مقاومت سازه در مقابل فروریزش به هنگام زلزله بستگی به مکانیزم شکست ساختمان دارد. همچنین متوجه شد که با محدود کردن حداقل تغییر مکان الاستیک طبقات تحت بارهای جانبی نمیتوان از ناپایداری دینامیکی سازه جلوگیری نمود.[3]
Miranda و Akkar (2003) از سیستم یکدرجه آزادی bilinear و P- ∆ تحت یک مجموعه که متشکل از اطلاعات مربوط به 14 عدد از زلزلههای کالیفرنیا استفاده کردند و یک رابطه ساده جهت محاسبه حداقل مقاومت جانبی برای جلوگیری فروریزش سازه بر اثر ناپایداری دینامیکی حاصل از P- ∆ ارائه دادند.[4] ارزیابی تاثیرات گرانش در ناپایداری برای عدم کاهش خیلی زیاد سازه در زمانی که تحت اثر زمینلرزه قرار میگیرد، توسط Adam و همکاران (2004) بررسی شد. روش پیشنهادی بر اساس سیستم یکدرجه آزادی معادل شده با سیستمهای چند درجه آزادی بود که در معرض یک مجموعه رکورد متشکل از 40 عدد زلزله که در سال 2003 توسط Krawinkler و Medina تهیه شده بود، قرار گرفته شد. با توجه به نتایج آنها مشخص شد، که معادل سازی سیستمهای چند درجه آزادی با سیستم یکدرجه آزادی (SDOF) جهت تعیین تاثیر P- ∆ بدون کاهندگی بر روی سیستمهای مذکور مناسب است.[3]

2-2-2. تاثیرات کاهندگی
مطالعات تجربی نشان داده است که رفتار هیسترتیک یک جزء سازهای به پارامترهای متعددی بستگی دارد که تا حد زیادی تحت تاثیر دو ویژگی تغییر شکل و اتلاف انرژی قرار دارد که منجر به توسعه یک طیف گسترده از کاهش مدلها میشود. مدل هیسترتیک bilinear الاستوپلاستیک اولین مدل مورد استفاده بود زیرا بکارگیری آن بسیار ساده بود و نرمی بارگذاری آن توسط Clough و Jonhston (1965) تشریح شد. در این مدل، کاهش سختی آن بر اساس حداکثر تغییر مکان که از مسیر مستقیم بارگذاری انجام میشود صورت میگیرد. این مدل اورجینال توسط Mahin و Bettro (1970) به مقدار کمی اصلاح شد. Takeda (1970) یک مدل 3 خطی را توسعه داد. در این مدل تنزل عدم باربرداری سختی بر اساس حداکثر تغییر مکان سیستم انجام میشد. مدل او برای قابهای بتنی (RC) طراحی شده بود و منحصرا داری 3 خط بود زیرا شامل بخشی برای بتن ترک نخورده بود.[3]
Song و Pincheira (2000) در مورد تاثیر کاهش سختی و مقاومت بر حداکثر جابجایی سیستمهای غیرالاستیک یکدرجه آزادی (SDOF) بدون مدلهای غیرخطی تحقیقاتی انجام دادند. آنها دریافتند که نرخ جابجایی بین کاهندگی و عدمکاهندگی سیستم میتواند خیلی بیشتر از 2 برابر باشد. ( خصوصا در سازههایی با دوره تناوب کوتاه ) که با توجه به نرخ کاهندگی و نوع حرکت زمین متفاوت است. این مدل اساسا یک مدل راسگرا (Peak-Oriented) است که کاهش پارامترها را بر اساس پیچش بررسی میکند. منحنی پوش شامل منحنی منفی پس از راس و شاخه مقاومت باقیمانده است. روش ارزیابی برای سیستمهای سازهای ترکیبی از P- ∆ و کاهندگی اعضا سازه توسط Ibarra و همکاران در سال 2002 و 2005 ارائه شد. پس از ترکیب قوائد سیکل کاهندگی توسط Rahnama و Krawinkler (1993) که در بخش 2-2-1 توضیح داده شد، Ibarra تحلیل جزء مدل را گسترش داد که قادر به گرفتن مقدار مقاومت پایه و کاهش سیکلی باشد. Ibarra ظرفیت فروریزش برای سیستمهای یکدرجه آزادی (SDOF) و قابهای چند درجه آزادی (MDOF) را محاسبه کرد. او پارامترهایی که عمدتا بر فروریزش و ارزیابی حساسیت ظرفیت فروریزش تاثیر دارند را مشخص کرد. [4]

2-3. چاچوب نظری تحقیق
رفتار اجزای یک سازه بر اساس مکانیزم خرابی به دو روش کنترل می شود:
– کنترل شونده توسط تغییر شکل
– کنترل شونده توسط نیرو
چنانچه در اثر اعمال نیرو عضو در حین تحمل و ورود به مرحله ای غیر ارتجاعی (خرابی) از خود تغییر شکل نشان دهد و با اندازه گیری این تغییر شکل بتوان میزان خرابی یا مرحله ای آن را تخمین زد این عضو از اعضای کنترل شونده توسط تغییر شکل در مکانیزم خرابی مورد نظر می باشد. بطور مثال خرابی یک تیر تحت اثر خمش یک مکانیزم خرابی کنترل شونده توسط تغییر شکل است اما چنانچه مکانیزم خرابی یک عضو تحت اثر یک نیروی خاص غیر قابل اندازه گیری به لحاظ تغییر شکل باشد و خرابی بدون اعلام و نمایان شدن تغییر شکل خاصی صورت پذیرد از آنجا که کنترل تغییر شکل امکان پذیر نمیباشد لذا میبایست نیروی عضو را با نیروی خرابی و انهدام مقطع اندازه گیری کرد به این عضوها در مکانیزم خرابی ستون تحت اثر نیروی محوری، یک خرابی کنترل شونده توسط نیرو است. همچنین چنانچه نخواهیم عضوی وارد مرحلة غیر ارتجاعی شود و خرابی نداشته باشد(ارتجاعی باقی بماند) نحوه بررسی رفتار عضو از این دسته خواهد بود. حال برای آنکه اعضای اصلی تحت اثر هر نیرو کنترل شونده توسط تغییر شکل محسوب شوند باید نسبت تغییر شکل متناظر با آستانه زوال مقاومت به تغییر شکل حد خطی یعنی نسبت بزرگتر از دو باشد. ( در شکل زیر)

شکل 2- 7 تقسیم بندی اعضا از نظر شکل پذیری

اما اعضای غیر اصلی رفتاری مطابق شکل قبل داشته باشند یعنی نمودار رفتار دارای همه مراحل باشد با هر نسبت کنترل شونده توسط تغییر شکل محسوب می شوند. در رفتار نیمه شکلپذیر برای آنکه اعضای اصلی یا غیر اصلی با رفتار فوق کنترل شونده توسط تغییرشکل محسوب شوندباید تغییر شکل نظیرآستانه زوال مقاومت بیش از 2 برابر تغییر شکل حد خطی باشدیا به عبارت دیگر 2.
توضیح نقطه A نمودار رفتار در اعضای شکل پذیر و نیمه شکل پذیر نقطه A نمایانگر نقطه جاری شدن ورود به مرحله غیر خطی و پلاستیک است. همچنین Q پارامتر معرف تلاش یا تنش است. ( مثل ممان خمشی).هر دو مکانیزم شکست فوق پس از زوال سختی و مقاومت رخ میدهند. پس از زلزله 1994 نورتریج تلاشهای فراوانی در مدلسازی هیسترتیک اتصالات قابهای خمشی فولادی صورت گرفت. علیرغم تحقیقات وسیع،تعداد مدلهایی که در برگیرنده رفتارهای کاهنده اتصالات باشد، بسیار محدود می باشد. بر اساس مطالعات انجام شده وقوع زوال در این نوع از اتصالات به صورت زوال سختی، مقاومت و پدیده باریک شدگی می باشد.در ادامه به شرح تاثیر هر یک از این عوامل خواهیم پرداخت:

2-3-1. زوال مقاومت (Strength Degredation):
زوال مقاومت در اتصالات قبل نورتریج ناشی از دو مود شکست زیر می باشد:1- شکست ترد اتصال(شکست جوش) 2- کمانش(کمانش موضعی و کمانش پیچشی جانبی تیر).
1- شکست ترد اتصال: پس از زلزله نورتریج و همین طور در آزمایشات انجام شده انواع مختلف شکست در اتصالات Pre-Norhridge (بال تیر به بال ستون جوش شده و جان تیر به ستون پیچ می شود) مشاهده شد که منجر به نتایجی با پراکندگی زیاد شد. شکست از بال پایین شروع شده و تمایل به گسترش در ناحیه گرما داده شده در ستون دارد. در موارد دیگر ممکن است ترک تا بال تیر یا ستون گسترش پیدا کند و حتی چشمه اتصال را تحت تاثیر قرار دهد.[5] همچنین در مواردی شکست بال بالای تیر در اثر دوران پلاستیک زیاد تیر، رخ داده است. با این حال، با گسیختگی اتصال مقاومت آن کاملا از بین نمی رود. مقاومت تا زمانی که بال بالای تیر گسیخته شود وجود دارد و سپس ظرفیت خمشی تیر کاملا از بین می رود. این نوع گسیختگی یک رفتار صلب-پلاستیک با سخت شدگی کرنشی است. افت مقاومت در اتصال تنها در حالتی است که ترک باز است. با بسته شدن ترک بر اثر تغییر علامت بار، مقاومت اولیه تا حدود زیادی قابل بازگشت است.
2- کمانش و ناپایداریهای موضعی:کمانش پیچشی جانبی و کمانش موضعی عوامل اصلی زوال در نواحی غیر الاستیک سازه های فولادی می باشد.به لحاظ رفتاری این دو نوع کمانش اثرات کاهشی یکسانی از خود نشان می دهند. با این تفاوت که در مورد اول سرعت زوال بیشتر از مورد دوم است در مدلسازی اثرات کمانش پیچشی جانبی تلاشهای زیادی صورت گرفته است، اما مدل تحلیلی کاربردی جهت بیان این مود شکست ارائه نشده است.[6] کمانش موضعی در طی چرخه ها باعث کاهش مقاومت بدون تغییر در مقدار سختی پس تسلیم می گردد. مقدار زوال بستگی به نسبت(عرض بال به دو برابر ضخامت آن) دارد. بر خلاف شکست جوش در این مود شکست زوال سریع مقاومت وجود ندارد.

2-3-2. زوال سختی(Stiffness Degredation):
زوال سختی منجر به کاهش در سختی بارگذاری یا باربرداری در طی چرخهها میگردد. در بررسی اثرات ناشی از زوال سختی، نعیم و همکاران در پروژه SAC به مطالعه اثرات زوال در سازه های خمشی فولادی پرداختند.[7] آنها ساختمانهای سه، نه و بیست طبقه SAC را با مدل کاهش سختی مورد ارزیابی قرار دادند. در حالت شدید زوال سختی و رکوردهای شدید لرزه ای، زوال سختی برای ساختمانهای 3 طبقه قابل ملاحظه و برای سایر ساختمانها قابل اغماض بود.البته حالت شدید حالتی است که در موارد عملی کمتر با آن مواجه هستیم. لذا در این تحقیق از پرداختن بیشتر به این موضوع خودداری شده است.

2-3-3. باریک شدگی(Pinching):
این پدیده در اتصالات پیچی و نیمه صلب رخ می دهد. لقی موجود در پیچها سبب وقوع پدیده لغزش(Slip) یا باریک شدگی در اتصالات فولادی می گردد.

2-4. مدل تحلیلی تحقیق
2-4-1. تحليل استاتيکي غيرخطي
در سالهاي گذشته آناليز ارتجاعي، بيشترين کاربرد را جهت تحليل و بررسي رفتار سازهها در مقابل زلزله داشته است، اما عملکرد سازهها در زلزلهها نشان داده است که صرفاً تحليلهاي ارتجاعي براي اين منظور کافي نيستند. آناليز ديناميکي غيرخطي، دقيقترين روش جهت بررسي رفتار سازهها هنگام زلزله است، اما اين روش بسيار وقتگير و پيچيده است. در اين شيوه براي آناليز سازه نياز به مجموعهاي از شتابنگاشتهاي مختلف ميباشد تا بتوان بر اساس نتايج بدست آمده از آناليزهاي انجام شده تصميم مقتضي گرفت، ضمن اينکه تصميمگيري در مورد نتايج بدست آمده نياز به دانش و تخصص کافي در اين زمينه دارد. در پي مشکلات عنوان شده پژوهشگران پيوسته به دنبال روشي بودهاند که بتواند با سرعت بالاتري سازهها را در ناﺣﯿه غيرخطي تحليل کند. در اين راستا ايده تحليل استاتيکي فزاينده غيرخطي در سال 1975 توسط محققين مطرح گرديد و گامهاي اوليه در اين زمينه برداشته شد.
در روش مذکور، موسوم به آناليز پوشاور متداول، سازه تحت الگوي بارگذاري ثابت تا تغيير مکان معيني موسوم به تغيير مکان هدف جلو برده ميشود، مگر اينکه فروريزش سازه زودتر از رسيدن به تغيير مکان هدف رخ دهد. بعد از انجام آناليز قادر به استخراج نتايجي از قبيل منحني ظرفيت سازه، تغيير مکان نسبي طبقات، نيروهاي داخلي اعضاء و ديگر پاسخهاي لرزهاي سازه خواهيم بود . در سالهاي اخير تحليل استاتيكي غيرخطي در مقايسه با تحليلهاي ديناميكي غيرخطي مورد توجه بيشتري قرار گرفته است.

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه ارشد رایگان درمورد دینامیکی، توسعه مدل، قابلیت پیش بینی Next Entries پایان نامه ارشد رایگان درمورد دینامیکی، معادلات همزمان، رابطه غیرخطی