پایان نامه بررسی ضریب رفتار قاب­های خمشی فولادی مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی

 

 

دانلود متن کامل پایان نامه رشته عمران با فرمت ورد :بررسی ضریب رفتار قاب­های خمشی فولادی مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی

1         فصل اول

مقدمه

(کلیات تحقیق)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

امروزه مبنای طراحی لرزه­ای سازه­ها به گونه­ای است که سازه مقداری امکان تغییر شکل پلاستیک داشته باشد(مثلاً به کمک ایجاد مفاصل پلاستیکدر تیرها و سپس در ستون ها). این عمل باعث اتلاف مقدار زیادی از انرژی ورودی به سازه شده و در نهایت ایمنی مورد نیاز را تامین می کند. اعمال این خصوصیت برای سازه­ها علاوه­بر غیراقتصادی بودن میزان صدمات سازه­ای و غیرسازه­ای را افزایش می­دهد. به جهت از­ بین­ بردن و کاهش خسارت وارده به اعضاء اصلی سازه(تیرهاوستون­ها)دستگاه­های خاصی باداشتن قابلیت­هایی نظیر استهلاک انرژی ورودی سازه، تغییرشکل پلاستیک و … درمکان­های معینی نصب می­شوند. یکی از این نوع دستگاه­ها، سیستم­های اصطکاکی می­باشند که به دلیل پتانسیل بالا در جذب و اتلاف انرژی وارده بر سازه و همچنین هزینه پایین در نصب و نگهداری آنها امروزه کاربردهای متنوع­ای در مهندسی عمران بخصوص سازه مورد استفاده قرار گرفته اند.

باتوجه به گرایش بیشتر طراحان به سمت تحلیل و طراحی سازه ها به روش استاتیکی معادل به­دلیل سهولت و کم­هزینه بودن آن، بیشتر آیین­نامه­های کنونی نیز این روش را مبنای طراحی قرار داده­اند. هر چند که در آیین­نامه­های کنونی بخصوص استاندارد 2800 ایران نگاهی اجمالی به روش طراحی غیرخطی شده و می­خواهند کاربران را به سوی طراحیغیرخطی راهنمایی کنند. به­هرحال مبنای طراحی لرزه­ای کنونی برای سازه­های متعارف قبل از تحلیل­های غیرخطی، تحلیل الاستیک می باشد.

در طراحی الاستیک  نیروی طراحی خطی ساختمان را از یک طیف خطی که وابسته به پریود طبیعی ساختمان و شرایط خاک محل احداث ساختمان است، بدست می­آورند و برای ملحوظ کردن اثر غیرخطی و اتلاف انرژی در اثر رفتار هیسترتیک، میرایی و اثر مقاومت­افزون سازه، این نیروی خطی را بوسیله ضریب اصلاح رفتار سازه(ضریب رفتار) به نیروی طراحی تبدیل می کنند.

1-1. ضرورت تحقیق

در آیین­نامه­های کنونی که بر مبنای تحلیل خطی استوارند(مانند استاندارد 2800 ایران) ضریب رفتار برای انواع ساختمان­های متعارف ارائه شده است اما به ضریب رفتار سایر سیستم­های سازه­ای بالاخص سازه­های موضوع این تحقیق (سازه­های مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی) اشاره­ای نشده است. شاید دلیل این امر این است که اصول طراحی چنین سازه­هایی با­توجه­به کاربردشان متفاوت می­باشد. مثلاً میراگرهای اصطکاکی، با افزایش میرایی و اتلاف انرژی ورودی به سازه، منجر به کاهش نیاز سازه می­شوند. همچنین با افزایش سختی جانبی آن موجب افزایش ظرفیت سازه می­گردند. به همین دلیل روش طراحیسازه­های مجهز به این میراگرها معمولا به روش طیف ظرفیت و روش­های غیرخطی انجام می­شود. البته به کمک طراحی الاستیک، با تعیین سختی موثر میراگر با یک آزمون سعی و خطا نیز می­توان این چنین سازه­هایی را طراحی نمود.بنابراین به نظر می رسد با داشتن معیار اولیه­ای همچون ضریب رفتار، به طراح این امکان را فراهم می­کند تا بتواند ارزیابی سریع و اولیه­ای از سازه­های جدیدالاحداث مجهز به میراگر، برای تعیین مقاطع اولیه آن داشته باشد. همچنین در بحث مقاوم­سازی ساختمان­های موجود نیز به منظور کنترل تاثیر میراگر بر ظرفیت مقاطع داشتن چنین معیاری کاربردی به نظر می رسد.

 

 

1-2. اهداف

همانطور که در بالا اشاره شد، در آیین­نامه­ها و تحقیقات کنونی ضریب رفتاری برای سازه­های مورد بحث ارائه نشده است.هرچند که ضرایب رفتار پیشنهاد شده برای سازه­های متداول نیز از دقت کافی برخوردار نمی باشد. مسئله مهم در این بحث پس از محاسبه و تخمین مقادیر شکل­پذیری و مقاومت­افزون (به­عنوان پارامترهای مهم ضریب رفتار) و همچنین ضریب رفتار سازه­های مجهز به میراگر اصطکاکی دورانی، مقایسه آن با مقادیر ضرایب بدست آمده برای قاب­های اولیه می­باشد. به­طور کلی نمی­توان برای یک نوع سازه و برای تمام محدوده­های پریودی آن یک ضریب مقاومت­افزون و شکل­پذیری یکسان درنظر گرفت. این مقادیر به نوع سازه و خصوصیات قاب آن بستگی دارد.

در سازه­های مجهز به وسایل اتلاف انرژی به­دلیل اینکه از میراگرها با ظرفیت­های مختلفی باتوجه به نیاز آنها در ساختمان استفاده می­گردد، تاثیر آنها بر میرایی و جذب و اتلاف انرژی و رفتار هیسترتیک سازه نیز متغیر بوده و در نتیجه مقادیر ضرایب شکل­پذیری و مقاومت­افزون متغیری نیز بدست می­دهند.

در این تحقیق سعی شده ضریب رفتار قاب­های خمشی فولادی با شکل پذیری متوسط مجهز به این میراگرهای اصطکاکی دورانی با ظرفیت متعارف(توصیه شده آیین­نامه­ها) محاسبه شده و با ضریب رفتار سازه­های اولیه مقایسه و تاثیر این میراگرها بر پارامترهای حاکم بر ضریب رفتار سنجیده شود.

 

1-3. فرضیات

بررسی ضرایب شکل­پذیری، مقاومت­افزون و به­طورکل ضریب رفتار سازه در این تحقیق بر روی قاب­های خمشی فولادی با شکل پذیری متوسط با و بدون میراگرهای اصطکاکی دورانی و در فضای دوبعدی بدون اثر پیچش، صورت­گرفته است. محل احداث ساختمان در منطقه با سطح خطر لرزه­ای بالا و بر روی خاک نوع 4 در نظر گرفته شد. برای اعضای سازه از مقاطع استاندار BOX (برای ستون ها) و IPE (برای تیرها) استفاده گردید. برای مهاربندها از مقاطع توپر دایره­ای استفاده شده است.

مدل­سازی در نرم­افزار Sap2000(V-15) به صورت ماکرو می­باشد. به این صورت که تیرها و ستون­ها و پلیت­های میراگر به کمک المان­های خطی مدل­سازی شدند. برای مدل­سازی سختی پیچشی میراگر از لینک غیرخطی موجود در این نرم­افزار استفاده شد. در نهایت جهت تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیرخطی، جهت معرفی مفاصل پلاستیک اعضا از مفاصل پلاستیک خودکار نرم­افزار Sap2000 استفاده شده است.

1-4. روش تحقیق

درخصوص تاریخچه میراگرهای اصطکاکی و نحوه عملکرد آن­ها در فصل دوم بحث شده است. سپس به معرفی میراگرهای اصطکاکی دورانی از جمله متعلقات و مکانیسم رفتاری آنها پرداخته شده و در نهایت به تحقیقات مهمی که در این زمینه صورت گرفته، اشاره شده است.

در فصل سوم مبانی تعیین ضریب رفتار و اهمیت استفاده از آن در سازه مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهای موثر بر این ضریب همچون ضرایب کاهش نیرو براثر شکل­پذیری و مقاومت­افزون معرفی شده و در پایان فصل به تحقیقات مشابه­ای که درخصوص تعیین ضریب رفتار قاب­های مجهز به میراگرهای الحاقی صورت­گرفته، اشاره شده است.

فصل چهارم به معرفی قاب­های مورد مطالعه و فرضیات طراحی سازه­ها در این تحقیق می­پردازد. همچنین چگونگی مدل­سازی میراگرهای اصطکاکی دورانی از جمله تعیین ظرفیت و رفتار ممان-زاویه آن­ها به تفضیل بیان شده است. مبانی تحلیل­های استاتیکی و دینامیکی غیرخطی و وضعیت نهایی عملکرد سازه­ها از دیگر موارد مورد بحث است.

فصل پنجم شامل چگونگی محاسبه ضریب رفتار و پارامترهای آن(ضریب کاهش نیرو براثر شکل­پذیری و ضریب مقاومت­افزون) به روش­های استاتیکی و دینامیکی غیرخطی در این تحقیق می­باشد.

در فصل ششم ضرایب رفتار محاسبه شده برای قاب­های مورد نظر(قاب­های اولیه و مجهز به میراگر) و مقادیر ضرایب کاهش نیرو براثر شکل­پذیری و مقاومت­افزون هر یک از آنها ارائه و با یکدیگر مقایسه شده­اند. پس از بررسی نتایج، جهت مقایسه ضرایب رفتار قاب­های اولیه محاسبه شده در این تحقیق و مقدار عنوان شده آن در آیین­نامه، ضریب اصلاح مدل عددی معرفی گردید. به کمک این پارامتر، ضرایب رفتار بدست آمده برای قاب­های اولیه اصلاح و با مقدار متناظر آیین نامه­ای آن مقایسه شدند.