پایان نامه با واژه های کلیدی دینامیکی، مدل سازی، تحلیل طیفی

دانلود پایان نامه ارشد

تحلیل دینامیکی طیفی (با استفاده از تحلیل مدها)
در این روش تحلیل دینامیکی با فرض رفتار ارتجاعی خطی سازه و با استفاده از حداکثر بازتاب کلیه مدهاي نوسانی سازه که در بازتاب کل سازه اثر قابل توجهی دارند انجام می گیرد. حداکثر بازتاب در هر مد با توجه به زمان تناوب آن مد از طیف طرح به دست می آید. سپس بازتاب کلی سازه از ترکیب آماري بازتاب هاي حداکثر هر مد تخمین زده می شود.

4-4-1-1- طیف هاي طرح
طیف هاي طرح به یکی از دو روش زیر تعیین می شود:
الف- طیف طرح استاندارد
این طیف، که منعکس کننده اثر حرکت زمین براي زلزله طرح در آئین نامه است، از حاصل ضرب مقدار ضریب بازتاب سازه (B) در مقدار شتاب مبناي طرح (A)، ضریب اهمیت (I) و عکس ضریب رفتار(1/R) بدست می آید. در تعیین این طیف نسبت میرائی 5 درصد در نظر گرفته شده است.
ب- طیف طرح ویژه ساختگاه
این طیف با استفاده از مشخصات زلزله هاي منطقه ساختگاه و با توجه به ویژگی هاي زمین شناسی، تکتونیکی، لرزه شناسی، میزان ریسک و مشخصات خاك در لایه هاي مختلف ساختگاه و با بکارگیري نسبت میرائی 5 درصد تعیین می گردد. در صورتی که نوع پل و سطح زلزله مورد نظر نسبت میرائی متفاوتی را ایجاب کند، می توان آنرا مبناي تهیه طیف قرار داد. مقادیر محاسبه شده این طیف باید در ضریب اهمیت (I) وعکس ضریب رفتار (1/R) ضرب گردد. در هر صورت مقادیر طیف طرح ویژه ساختگاه را نباید کمتر از دو سوم مقادیر طیف طرح استاندارد در نظر گرفت.

4-4-1-2- تعداد مدهاي نوسان
در تحلیل طیفی در هر یک از دو امتداد متعامد، تعداد مدها باید حداقل سه برابر تعداد دهانه هاي پل و حداکثر 25 مد در نظر گرفته شود.

4-4-1-3- ترکیب اثر مدها
در روش تحلیل طیفی از آنجا که حداکثر بازتاب هاي مختلف سازه (نیروها، تلاش ها و یا تغییر مکان ها) براي مدهاي مختلف در یک زلزله بطور هم زمان اتفاق نمی افتد، لذا لازم است با روش هاي آماري، مقدار بیشینه بازتاب هاي کلی در اعضاء مختلف سازه تخمین زده شود. این چنین روش آماري باید براساس ترکیبی از بیشینه بازتاب هاي مدهاي مختلف بوده و اثرات اندرکنش احتمالی بین بازتاب هاي مختلف نزدیک به یکدیگر حاصله از مدهاي مختلف را در بر گیرد. یکی از روش هاي آماري ترکیب مدها با یکدیگر، روش جذر مجموع مربعات یا روش (SRSS) است. در این روش بازتاب کلی، U، در امتداد هر درجه آزادي از رابطه زیر بدست می آید:
U=〖(∑_(n=1)^N▒U_n^2 )〗^(1/2)(4-16)
در ربطه فوق U_n، بازتاب درجه آزادي مورد نظر براي مد n بوده و N جمع تعداد مدهاي تحت بررسی می باشد. از این روش می توان در مواردي استفاده نمود که زمان تناوب مدهاي مختلف با یکدیگر متفاوت بوده و از یکدیگر فاصله کافی داشته باشند به نحوي که رابطه زیر صادق باشد:
r=T_m/T_n ≤0.67 (T_nT_m) (4-17)
در رابطه فوق نسبت میرائی برابر 5 درصد فرض شده وT_n و T_m به ترتیب زمان هاي تناوب طبیعی براي مدهاي n و m می باشند.
در صورتیکه رابطه فوق صادق نباشد، جواب هاي بدست آمده از ترکیب جذر مجموع مربعات قابل اعتماد نبوده و بهتر است از روش دیگري بنام ”ترکیب مربعی کامل“ یا روش (CQC)1، استفاده شود. این روش قابلیت کاربرد عمومی براي اکثر حالات را دارد.
در روش ترکیب مربعی کامل، بازتاب کلی ترکیبی Uاز رابطه زیر بدست می آید:
U=(∑_(n=1)^N▒〖U_(n=1)^2+2∑_(n=1)^(N-1)▒∑_(m=n+1)^N▒〖ρ_nm U_n U_m 〗〗)^(1/2)(4-18)

1- Complete Quadratic Combination
در رابطه فوق مقادیرU_(n ) و U_m حداکثر بازتاب هاي سازه در درجه آزادي مورد نظر به هنگام ارتعاش به ترتیب در مدهايm و nبوده و ρ_nm ضریب بین مودی می باشد که از رابطه زیر محاسبه می گردد. همچنین باید توجه داشت که در محاسبه U طبق رابطه بالا علامت های U_(n ) و U_m باید رعایت شوند.
ρ_mn=(8ξ^2 (1+r)r^(3/2))/(〖(1-r^2)〗^2+4ξ^2 r〖(1+r)〗^2 ) (4-19)

4-4-2- روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی
تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی روشی است تحلیلی براي تعیین بازتاب ها در هر مقطع زمانی (در مدت وقوع زلزله در سازه)، وقتی که سازه پل در تراز پایه تحت تأثیر شتاب هاي ناشی از زلزله (شتاب نگاشت) قرار می گیرد. دراین روش بازتاب هاي دینامیکی سازه بصورت تابعی از زمان محاسبه می گردد. از این روش می توان براي تحلیل خطی ارتجاعی و یا تحلیل غیرخطی سازه ها استفاده نمود.
پاسخ مدل سازه تحت تحریک شتاب زمین براساس حداقل سه شتاب نگاشت محاسبه شود چنانچه کم تر از هفت شتاب نگاشت برای تحلیل انتخاب شود باید بیشینه ی اثر آن ها برای کنترل تغییرشکل ها و نیروهای داخلی منظور شود، چنانچه از هفت شتاب نگاشت یا بیش تر استفاده شود می توان مقدار متوسط اثر آن ها را برای کنترل تغییرشکل ها و نیروهای داخلی در نظر گرفت (دستورالعمل بهسازي لرز ها ي ساختمان هاي موجود،1385).
شتابنگاشت ها باید براساس استاندارد 2800 ایران به روش زیر مقیاس شوند:
1) در صورتیکه شتاب نگاشت ها مربوط به زلزله هاي واقعی اتفاق افتاده در مناطق دیگر باشند، باید حتی المقدور سعی شود ویژگی هاي زمین شناسی، تکتونیکی، لرزه شناسی و بخصوص مشخصات لایه
هاي خاك در محل شتاب نگاشت با محل احداث پل مورد نظر مشابهت داشته باشند.
2) مدت زمان حرکت شدید در شتاب نگاشت ها باید زمانی حداقل برابر 10 ثانیه و یا 3 برابر زمان تناوب اصلی سازه مورد نظر، هر کدام که بیشتر است، باشد.
3) زوج شتاب نگاشت هاي انتخاب شده باید به روش زیر به مقیاس درآورده شوند:
الف-کلیه شتاب نگاشت ها به مقدار حداکثر خود مقیاس شوند. بدین معنی که حداکثر شتاب همه آنها برابر با شتاب ثقل g گردد. عملیات فوق بر روی کلیه شتاب نگاشت های انتخابی توسط نرم افزار Seismo signal انجام می شود.
ب- طیف پاسخ شتاب هریک از زوج شتاب نگاشت هاي مقیاس شده با منظور کردن نسبت میرایی 5 درصد تعیین گردد.
پ- طیف هاي پاسخ هر زوج شتاب نگاشت با استفاده از روش جذر مجموع مربعات با یکدیگر ترکیب شده و یک طیف ترکیبی واحد براي هر زوج ساخته شود.
ت- طیف هاي پاسخ ترکیبی پنج زوج شتاب نگاشت، متوسط گیري شده و در محدوده زمان هاي تناوب 0.2T و1.5T با طیف طرح استاندارد مقایسه می گردد. ضریب مقیاس آنچنان تعیین شود که در این محدوده مقادیر متوسط ها در هیچ حالت کمتر از 4/1برابر مقدار نظیر آن در طیف استاندارد نباشد. T زمان تناوب اصلی سازه می باشد.
ث- ضریب مقیاس تعیین شده، در نسبت شتاب مبنای طرح A=0.3 و همچنین در ضریب اهمیت ساختمان I=1.3 ضرب شود وچون تحلیل خطی باشد در ضریب 1/R ضرب شود و سپس درکلیه شتاب نگاشت هاي مقیاس شده در بند (الف) ضرب شود و در تحلیل دینامیکی مورد استفاده قرار گیرد.
در این پایان نامه سه زوج شتاب نگاشت که مشخصات عمومی آنها در جدول زیر آورده شده است، انتخاب گردیده، که در این شتاب نگاشت ها ضوابط قبل کاملا رعایت شده است. زمین منطقه از نوع IV می باشد.

جدول 4-5: مشخصات شتاب نگاشت های بکار برده شده جهت ارزیابی لرزه ای پل ها.
Duration (sec)
PGA (g)
Magnatude (MS)
station
Date
Earthquae name
82/21
128/0
7/6
Montebello
1994/01/17
Northride, California
90
639/0
6/7
CHY04
1999/09/20
Chi-Chi Taiwan
88/21
093/0
9/6
Rodsar
1990/06/20
Manjil, Iran

در ادامه زوج شتاب نگاشت های عنوان شده در بالا، با معرفی رکورد ها به نرم افزار Seismo Signal ترسیم شده اند.

شکل 4-10: زوج شتاب نگاشت زلزله chi-chi (سطح خطر 1).

شکل 4-11: زوج شتاب نگاشت زلزلهNorthridge (سطح خطر 1).

شکل 4-12: زوج شتاب نگاشت زلزلهManjil (سطح خطر 1).

شکل 4-13: زوج شتاب نگاشت زلزله chi-chi (سطح خطر 2).

شکل 4-14 زوج شتاب نگاشت زلزلهNorthridge (سطح خطر 2).

شکل 4-15: زوج شتاب نگاشت زلزلهManjil (سطح خطر 2).

فصل پنجم
آنالیز مدل و بررسی نتایج

5-1- مقدمه
در این فصل نحوه اعتبارسنجی مدل و مراحل مدل سازی همچنین نتایج حاصل از تحلیل بیان شده و نتایج دو روش دینامیکی و استاتیکی غیر خطی با هم مقایسه شده است، به دلیل تشابه بارها و نتایج برای پایه P3 و P4 نتایج پایه P3 یاداشت شده است.

5-2- مدل سازی در نرم افزار اجزای محدود ABAQUS
با پیشرفت روز افزون امکانات نرم افزاری و سخت افزاری در چند دهه ی اخیر، استفاده از نرم افزارهای اجزاء محدود در حل مسائل علوم مهندسی پیشرفت قابل توجهی پیدا کرده است. از این میان می توان به نرم افزارهای NASTRN, ANSYS, ABAQUS, PLAXIS,… اشاره کرد.
قابلیت نرم افزار ABAQUS نسبت به سایر نرم افزارهای اجزاء محدود مشابه را می توان در دارا بودن مدل های رفتاری پیشرفته و متنوع برای مواد مختلف (فلزات، بتن، خاک، سنگ، سیالات و …)، امکان ایجاد سریع مدل های با هندسه پیچیده و … دانست. به همین دلیل این نرم افزار توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. این نرم افزار در رشته های مهندسی مکانیک، مهندسی عمران و مهندسی مواد کاربرد های زیادی دارد. ماده اصلی تشکیل دهنده پل ها، بتن است و نرم افزارهای اجزاء محدودی که به طور دقیق مدل سازی بتن را انجام می دهند، بسیار محدود هستند. پس از بررسی های زیاد، با توجه به امکانات و محدودیت های نرم افزاری، مشخص شد که تنها 3 نرم افزارIDARC ،ANSYS و ABAQUS برای این کار در دسترس هستند. در این میان نرم افزارABAQUS توانایی بیشتری در مدل کردن رفتار واقعی بتن دارد.

5-2-1- مدل سازی بتن در نرم افزار ABAQUS
با توجه به مدل سازی سه بعدی، به منظور اختصاص المانی که رفتار بتن را در این حالت تامین کند، می توان از المان های سه بعدی هشت گره ای C3D8Rاستفاده نمود. پسوند R برای کاهش نقاط انتگرال گیری استفاده شده تا مدت زمان اجرای برنامه کاهش یابد.

شکل 5-1: نقاط انتگرال گیری در دو حالت کاهش یافته و کاهش نیافته.

از دلایل انتخاب المان شش وجهی می توان به عدم کفایت مدل های سه و چهار وجهی اشاره کرد، که برخی از آنها عبارتند از:
در همگرایی دچار مشکل هستند.
بسیار سخت هستند (سختی بیشتری نسبت به نتایج آزمایشگاهی دارند).
دقت جواب های پائین تری دارند (باید برای دقت بیشتر، ریزتر مش بندی شود).
تنها مزیت این المان ها این است که هر شکل پیچیده ای را می توان با آن مش زد.
المان های چهار ضلعی و شش وجهی مشکل همگرایی کمتری داشته و دقت جواب های مناسبی نیز دارند.
در شکل 5-2 نمونه ای از این المان و بردارهای نرمال آن دیده می شود.

شکل 5-2: المان C3D8 و شماره وجه های محلی آن.
به طور کلی نقاط المان SOLID را می توان برای سه درجه آزادی که شامل (ux ,uy ,uz) می باشد مقید نمود با این قابلیت می توان شرایط تکیه گاهی به نمونه ها اعمال کرد.

5-2-1-1- مدل های موجود برای رفتار بتن
برنامه آباکوس سه مدل برای رفتار بتن در نظر گرفته که در زیر به بررسی هر یک پرداخته شده است.
الف) مدل پخش ترک در بتن
قابلیت ها:
قابلیت مدل سازی بتن در انواع مختلف سیستم های سازه مانند المان تیر، المان خرپایی، المان پوسته و المان سه بعدی .
توانایی استفاده میلگرد در بتن های مسلح.
توانایی استفاده در حالاتی که بتن تحت بارگذاری یکنواخت قرار بگیرد.
قابلیت ارائه رفتار مناسبی برای بتن بعد از گسیختگی

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه با موضوع دانش آموختگان، اضطراب امتحان، عصر اطلاعات Next Entries منابع پایان نامه با موضوع آموزش مادام العمر