پایان نامه با کلید واژه های انعطاف پذیری، دینامیکی، مقررات ملی

سازه های فولادی 4 طبقه قرار گرفته بر روی خاک با عمق 10 متر در اثر تغییر در انعطاف پذیری خاک 108
نمودار (4-7)- مقایسه مقادیر دریفت بین طبقه ای سازه های فولادی 4 طبقه قرار گرفته بر روی خاک با عمق 40 متر در اثر تغییر در انعطاف پذیری خاک 109
نمودار (4-8)- مقایسه مقادیر دریفت بین طبقه ای سازه های فولادی 8 طبقه قرار گرفته بر روی خاک با عمق 10 متر در اثر تغییر در انعطاف پذیری خاک 109
نمودار (4-9)- مقایسه مقادیر دریفت بین طبقه ای سازه های فولادی8 طبقه قرار گرفته بر روی خاک با عمق 40 متر در اثر تغییر در انعطاف پذیری خاک 110
نمودار (4-10)- مقایسه حداکثر مقادبر برش پایه(بر حسب کیلو نیوتن) در اثر تغییر در ارتفاع سازه 114
نمودار (4-11)- مقایسه مقادیر ضریب زمین ساختگاه بدست آمده از نرم افزار Abaqus با آئین نامه 2800 116
نمودار (4-12)- نسبت تغییر شکل سازه4 طبقه با تکیه گاه انعطاف پذیر(خاک رسی با عمق 10 متر) به تکیه گاه صلب 118
نمودار (4-13)- نسبت تغییر شکل سازه4 طبقه با تکیه گاه انعطاف پذیر(خاک رسی با عمق 40 متر) به تکیه گاه صلب 118
نمودار (4-14)- نسبت تغییر شکل سازه4 طبقه با تکیه گاه انعطاف پذیر(خاک ماسه ای با عمق 10 متر) به تکیه گاه صلب 118
نمودار (4-15)- نسبت تغییر شکل سازه4 طبقه با تکیه گاه انعطاف پذیر(خاک ماسه ای با عمق 40 متر) به تکیه گاه صلب 119
نمودار (4-16)- نسبت تغییر شکل سازه 8 طبقه با تکیه گاه انعطاف پذیر(خاک رسی با عمق 10 متر) به تکیه گاه صلب 119
نمودار (4-17)- نسبت تغییر شکل سازه 8 طبقه با تکیه گاه انعطاف پذیر(خاک رسی با عمق 40 متر) به تکیه گاه صلب 119
نمودار (4-18)- نسبت تغییر شکل سازه 8 طبقه با تکیه گاه انعطاف پذیر(خاک ماسه ای با عمق 10 متر) به تکیه گاه صلب 120
نمودار (4-19)- نسبت تغییر شکل سازه 8 طبقه با تکیه گاه انعطاف پذیر(خاک ماسه ای با عمق 40 متر) به تکیه گاه صلب 120

فهرست اشکال
عنوان صفحه

شکل (2-1)- رفتار ساده شده یک سازه در برابر زلزله 11
شکل (2- 2)- بیان شماتیکی از نیروهای زلزله 12
شکل (2- 3)- مدل ساده شده‌ی اندرکنش خاک – سازه 20
شکل (2-4)- تغییرات پریود و میرایی سازه تک درجه با پی دایره ای صلب روی نیم فضای ویسکو الاستیک 22
شکل (2-5)- تغییرات شتاب نسبت به زمان تناوب 23
شکل (2-6)- تغییر مکان جانبی سازه بر اثرحرکات افقی و گهواره اي پی 24
شکل (2- 7)- سهم حرکات افقی و گهواره اي پی در حرکت جانبی سقف بام سازه 24
شکل (2- 8)- مشخصه هاي اصلی یک سیستم ساده سازه اي 25
شکل (2- 9)- اثر اندرکنش در مدلسازي نوسانگر ساده 26
شکل (2-10)- مدل اجزا محدود سه بعدي خاك- سازه با مرزهاي ویسکوز 28
شكل (2-11)- جداسازی زيرسازه ها به منظور ساده کردن محاسبات 30
شکل (2-12)- مراحل تحلیل اندرکنش یک سازه زیر زمینی با روش کوپل المانهاي محدود – المانهاي نامحدود 32
شکل (2-13) – قلمرو دور و نزدیک در روش کوپل المانهاي محدود – المانهاي نامحدود 32
شکل (2-14)- روش HYBRID 37
شکل (2-15)- مدل چند درجه آزادی برای سیستم خاک – سازه 47
شکل (3-1)- پلان ساختمان‌های مورد بررسی 65
شکل (3-2)- لغزش خاک در امتداد صفحه‌ی گسیختگی 74
شکل (3-3)- پوش گسیختگی موهر- کولمب 75
شکل (3-4)- دوایر موهر ممکن و غیر ممکن 76
شکل (3-5)- وضعیت گسیختگی 76
شکل (3-6)- المان بندی خاک با ارتفاع 10متر 79
شکل (3-7)- المان بندی خاک با ارتفاع40 متر 79
شکل (3- 8)- رابطه ی فشار تماسی- فاصله برای تماس سخت 84

چکیده
همان‌طور که می‌دانیم اکثر طراحان به هنگام تحلیل دینامیکی سازه، زمین بستر آن را صلب فرض می‌کنند و از انعطاف پذیری آن صرف‌نظر می‌کنند. و یا این‌که تحریک ثبت شده در میدان آزاد1 ساختگاه را به پای سازه اعمال می‌کنند. در صورتی که در هنگام وقوع زلزله، رفتار غیر خطی خاک زیرین و وقوع پدیده اندرکنش خاک- سازه2، تغییرات غیر قابل چشم پوشی را در عملکرد لرزه ای سازه به وجود می‌آورند. از این رو تصمیم گرفته شده در این پایان نامه با در نظر گرفتن خاک زیر سازه و مدل کردن آن همراه با سازه در نرم افزار آباکوس3 و با در نظر گرفتن اندرکنش خاک- سازه و رفتار غیر خطی مصالح خاک و فولاد به بررسی عملکرد لرزه‌ای سازه‌های فولادی بر روی خاک‌های انعطاف پذیر پرداخته شود. برای این منظور دو مدل قاب خمشی فولادی (طراحی شده بر اساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران و آیین‌نامه‌ی 2800) بر روی دو نوع خاک به روش مستقیم و با بهره‌گیری از روش المان محدود و اعمال رکورد زلزله نورث‌ریج تحلیل شده و تغییرات ایجاد شده در عملکرد لرزه‌ای آن‌ها با تمرکز بر پارامترهای تغییر مکان جانبی نسبی طبقات و برش پایه به دست می‌آید. در ادامه بستر سازه‌های مورد نظر را به صورت صلب فرض کرده و با بدست آوردن پارامترهای ضریب بستر و تغییر شکل سازه، اهمیت در نظر گرفتن انعطاف پذیری خاک زیر سازه و اندرکنش خاک- سازه به هنگام تحلیل دینامیکی سازه‌ها نشان داده می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهد که در خاک‌‌های انعطاف پذیر با افزایش ارتفاع سازه مقدار برش پایه افزایش می‌یابد و با افزایش عمق خاک زیر سازه، مقدار برش پایه و مقدار تغییر مکان جانبی نسبی طبقات افزایش می‌یابد. از طرفی با کاهش انعطاف پذیری خاک زیرسازه، از مقدار برش پایه کاسته می‌شود و مقدار تغییر مکان جانبی نسبی طبقات در سازه‌‌های قرار گرفته بر روی خاک کم عمق افزایش یافته و در سازه‌‌های قرار گرفته بر روی خاک عمیق با کاهش همراه است. همچنین نتایج تحقیقات بیانگر اهمیت در نظر گرفتن اندرکنش خاک- سازه و انعطاف پذیری خاک زیر سازه به هنگام تحلیل دینامیکی سازه‌ها می‌باشد.
کلید واژه‌ها : انعطاف پذیری خاک، اندرکنش خاک – سازه، رفتار غیر خطی خاک، تحلیل دینامیکی، تحلیل فرکانسی، نرم افزار آباکوس، قاب خمشی فولادی

فصل اول
« طرح مسئله »

1-1- بیان مسئله
توجه به اثر خاک در عملکرد سازه حین زلزله موضوعی است که در دهه‌های اخیر مورد توجه تحقیقات بسیاری قرار گرفته است. خاک عاملی است که می‌تواند به طرز چشم گیری بر عملکرد سازه تأثیر‌گذار باشد. مطالعات انجام شده در مورد اثر خاک در عملکرد سازه‌ها بیشتر در حوزه‌ی اثر ساختگاه4 انجام گرفته و به پدیده‌ی اندرکنش خاک – سازه کمتر توجه شده است.
اعمال رکورد زلزله به پای سازه با فرض قرار گیری آن بر بستر صلب روشی است که معمولاً برای ارزیابی پاسخ سازه و بررسی عملکرد آن به کار می‌رود. گرچه فرض صلبیت خاک، تغییر عمده‌ای در عملکرد سازه‌های واقع بر بستر سنگی ایجاد نمی‌کند، ولی با افزایش انعطاف پذیری خاک، تغییرات غیر قابل چشم‌پوشی در اثر اندرکنش خاک- سازه و رفتار غیر خطی خاک، در این رفتار حاصل می‌گردد.
در واقع اندرکنش خاک و سازه باعث دو تغییر مهم در عوامل مؤثر بر رفتار سازه در زلزله می‌گردد. اولین آن‌ها مربوط به تغییر در تحریک مؤثر اعمالی به پای سازه است، بدین معنی که تحریکی که سازه تجربه می‌کند، متفاوت از تحریکی است که در سطح خاک عاری از سازه و پی (خاک دست نخورده) ثبت شده‌است. این اثر، اندرکنش سینماتیکی5 نام دارد.
و دومین اثر اندرکنش اینرسی نام دارد که این اثر از مهم‌ترین اثرات اندرکنش خاک- سازه محسوب می‌گردد و ناشی از انعطاف پذیری خاک زیر پی و انتشار امواج ناشی از حرکت سازه و پی دارای جرم به سمت بی‌نهایت خاک است. که در مورد اندرکنش خاک و سازه و اثرات و روش‌های در نظر گرفتن آن در سیستم خاک- سازه در فصل آینده به طور مفصل توضیحاتی داده شده است.
لذا همان‌طور که اشاره شد توجه به انعطاف پذیر بودن خاک یا همان تکیه‌گاه سازه، یکی از عوامل بسیار مؤثر در تعیین پاسخ سیستم می‌باشد که قصد داریم در این تحقیق با ورود اطلاعات و داده‌هایی همچون نوع خاک و ارتفاع آن از سنگ بستر، ارتفاع سازه و اعمال رکورد زلزله، طیف وسیعی از حالت‌های گوناگون را پوشش دهیم تا به این مهم دست پیدا کنیم.

1-2- اهداف تحقیق
هدف از این تحقیق بررسی اثرات انعظاف پذیری خاک بر روی سازه‌های فولادی با سیستم قاب خمشی می‌باشد. بدین منظور اهداف این پایان نامه به صورت زیر شرح داده می‌شود:
1) مطالعه و بررسی پیشینه مبحث اندرکنش خاک و سازه، مطالعات انجام گرفته، تجارب زلزله‌های گذشته و اثرات آن و روش‌های محاسبه.
2) انتخاب نرم افزار المان محدود مناسب که کلیه‌ی جوانب این مطالعه همچون مدل‌سازی، شرایط مرزی، مش بندی، توان انجام تحلیل‌ها به روش‌های گوناگون و غیره را بتواند پوشش دهد و دارای توانایی بالای گرافیکی، ارائه‌ی انواع نتایج به صورت جدول و نمودار و توانایی بالای برنامه نویسی با چندین زبان مختلف را داشته باشد. بدین منظور در این پایان نامه از نرم‌افزار المان محدود Abaqas v.6.12 که کلیه‌ی خصوصیات ذکر شده را دارا می‌باشد، استفاده شده است.
3) بررسی و مشاهده ی تغییرات ایجاد شده در عملکرد لرزه‌ای قاب‌های فولادی 4 و 5 طبقه قرار گرفته بر روی خاک نوع NC (رس پیش تحکیم یافته معمولی که یک خاک انعطاف‌پذیر می‌باشد)، با تمرکز بر پارامترهای تغییر مکان جانبی نسبی طبقات و برش پایه.
4) بررسی و مشاهده ‌ی تغییرات ایجاد شده در عملکرد لرزه‌ای قاب‌های فولادی 4 و 8 طبقه‌ی قرار گرفته بر روی خاک نوع DS (ماسه‌ی متراکم که یک خاک سخت می‌باشد)، با تمرکز بر پارامترهای تغییر مکان جانبی نسبی طبقات و برش پایه.
5) بررسی و مشاهده‌ی تغییرات ایجاد شده در عملکرد لرزه‌ای قاب‌های فولادی 4 و 8 طبقه بدون در نظر گرفتن خاک زیر سازه و صلب فرض کردن بستر آن و مقایسه‌ی نتایج آن‌ با دو مورد 3 و 4 با تمرکز بر پارامترهای ضریب بستر و تغییر شکل سازه، جهت نمایش اهمیت در نظر گرفتن اندرکنش خاک- سازه و انعطاف پذیری خاک زیر سازه هنگام تحلیل دینامیکی سازه ها.

فصل دوم
« مروری بر تاثیر انعطاف پذیری خاک بر عملکرد لرزه ای سازه »

2-1- مقدمه
با توجه به این‌که رفتار زمین در رابطه با تأسیسات مهم و سازه‌های بلند و به طور کلی ابنیه‌ی فنی از ارکان اساسی هر طرح به شمار می‌آید، شناخت هرچه دقیق‌تر و کامل‌تر و مطالعه‌ و بررسی مسائل جنبی آن از ملزومات پایه‌ای بود، و ابزار انگار ناپذیر طراحی و ساخت اطمینان‌بخش و اقتصادی آن می‌باشد.
با توجه به پیشرفت‌های شگرف در زمینه‌های مختلف زمین شناسی مهندسی و لرزه‌شناسی در سال‌های اخیر، دسترسی به شناخت صحیح‌تر و مناسب‌تر زمین هموار گردیده‌است، لذا آگاهی از چگونگی رفتار زمین در رابطه با سازه‌ها در دراز مدت، نقش حیاتی در طراحی پروژه‌های عمرانی ایفا می‌نماید و هرچه این سازه‌ها از اهمیت و پیچیدگی بیشتری برخوردار باشند الزاماً دامنه‌ی کاوش و تحقیقات برای شناخت دقیق‌ رفتار زمین گسترش می‌یابد.
اصولاً بررسی‌های زمین شناسی نه تنها از نظر شناخت محل کلیه‌‌ی طرح‌های بزرگ، ضروری می‌باشد، بلکه در مورد طرح‌های با مقیاس کوچک نیز نتایج مطلوبی در بر دارد. این بررسی‌ها می‌بایست از نخستین مراحل شناسایی محل اجرای طرح‌ها شروع شده و هم‌زمان با سایر مطالعات و آزمایش‌های مربوط به ژئوفیزیک، حفر گمانه‌ها، چاه‌ها، گالریها، مکانیک سنگ و … ادامه یابد.
پس از اشاره‌ی مختصر به اهمیت مسأله‌ی زمین‌شناسی و اهمیت پروژه‌ی طرح سازه در برابر زلزله، به جزئیات این مسأله از نقطه نظر فنی پرداخته می‌شود.
2-2- تأثیر زمین بر واکنش سازه در زمان زلزله
زمین به دو طریق کلی بر رفتار و نحوه‌ی انهدام سازه در مقابل زلزله مؤثر می‌باشد]9[:
1) زمین به عنوان تکیه‌گاه، ممکن است در حین وقوع زلزله پایداری و مقاومت اولیه‌ی خود را از دست بدهد.
2) زمین بر خصوصیات نیروی زلزله وارد بر سازه اثر می‌گذارد.
حالت اول:
با توجه به جنس لایه‌های موجود در زیر سازه، ممکن است در اثر زلزله خرابی‌های ذیل به وجود آید:
نشس