پایان نامه ارشد: ارزیابی عملکرد مهاربند کمانش ناپذیر و تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای

1-11 ضریب اضافه مقاومت ( )sR

در سازه‌های نامعین استاتیکی، هنگامی که یکی از اعضای سازه به حد تسلیم رسیده و اصطلاحاً در مقطعی از آن مفصل پلاستیک تشکیل شود، مقاومت سازه از دیدگاه طراحی در حالت حدی به پایان می‌رسد ولی در حالت طراحی انهدام، ‌این پدیده به عنوان پایان مقاومت سازه به حساب نمی‌آید. زیرا عضو مورد نظر همچنان می‌تواند با تغییر شکل غیرارتجاعی، انرژی ورودی را جذب کند، یا به مرحله گسیختگی و انهدام برسد. از دید کلی نیز با تشکیل مفصل پلاستیک صرفاً منحنی سازه با کاهش درجه نامعینی کاهش می‌یابد ولی سازه همچنان پایدار است و قادر خواهد بود در مقابل نیروهای خارجی از خود مقاومت نشان دهد. وقتی نیروی خارجی باز هم افزایش یابد، روند تشکیل لولای خمیری نیز ادامه یافته و لولاهای بیشتری در سازه پدید می‌آید تا جایی که سازه از نظر استاتیکی ناپایدار شده و دیگر توان تحمل بار جانبی اضافی را نداشته باشد. مقاومتی که سازه بعد از تشکیل اولین مفصل پلاستیک تا تشکیل مکانیزم (ناپایداری) از خود بروز می‌دهد، مقاومت افزون یا اضافه مقاومت نامیده می شود.

در طراحی لرزه‌ای سازه ها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازه ها را متناسب با مقاومت افزون ان کاهش می‌دهند. برای ‌این منظور، مقدار ضریب رفتار سازه ها متناسب با مقاومت افزون افزایش داده می‌شود تا مقاومت مورد نیاز کاهش یافته، محاسبه گرد. مقاومت افزون سازه در واقع مقدار مقاومتی است که بر اثر عوامل مختلف در سازه ذخیره شده و انهدام سازه را به تأخیر می‌اندازد.[1]

1-11-1 عوامل موثر بر مقاومت افزون

1-11-1-1 مقاومت واقعی مصالح در مقابل مقاومت اسمی

نقطه تسلیم فولاد مورد استفاده در مقاطع سازه‌ای بسته به نوع فولاد مصرفی میتواند کاملا متغیر باشد. همچنین در ازمایشهای مقاومت مصالح، ضعف مقاومت در اعضا فقط برای تعداد کمی از نمونه های ازمایشی مورد قبول است. بنابراین معمولاً میانگین مقاومت تعداد زیادی از آنها بالاتر از مقدار مورد استفاده در طراحی است.

1-11-1-2 بیشتر بودن ابعاد اعضا از مقادیر موردنیاز طراحی

اعمال ضرایب و شرایط بارگذاری­ها سبب مقاومت اندوخته در سازه می­شود. زیرا ابعاد اعضای سازه می­بایست بگونه‌ای طراحی گردد که در برابر همه ترکیبات بارگذاری پاسخگو باشد. همچنین برای اجتناب از تنوع در ابعاد مقاطع، انتخاب قویترین آنها باعث افزایش مقاومت در بقیه اعضا می شود.

1-11-1-3 در نظر نگرفتن اثر مقاومت اجزا غیر سازه‌ای

اجزا غیر سازه‌ای مانند دیوارهای بیرونی و داخلی ساختمانها، دارای مقاومت جانبی قابل ملاحظه‌ای هستند. همچنین مقاومت دال­ها که اثر انها در برابر بارهای جانبی در نظر گرفته نمی­شود، نقش قابل توجهی در مقاومت جانبی سازه دارد.

1-11-1-4 استفاده مدل‌های ساده شده و محافظه کارانه در تحلیلها

در اکثر روابط مربوط به تحلیل طراحی سازه­ها فرضیاتی وجود دارد که همواره در جهت اطمینان عمل می­گردد. به عنوان مثال در طراحی اثر رفتار سه بعدی اعضا صرفنظر می­گردد در صورتیکه ‌این اثر سبب افزایش مقاومت اعضا می­گردد و جاری شدن عضو را به تأخیر می‌اندازد.

 

1-11-1- 5 باز توزیع نیروهای جانبی

باز توزیع نیروهای جانبی به نحو بسیار موثری باعث افزایش مقاومت سازه می­گردد. طی‌این عمل تنش­های اضافی از اعضای تسلیم شده به اعضای تسلیم نشده منتقل شده و میزان تحمل بار سازه را افزایش می­دهند.

1-11-1-6 توزیع بار واقعی در مقابل توزیع بارآیین نامه

مطلب مرتبط :   پایان نامه ارشد رایگان درباره عصاره آبی و پایداری

مقاومت واقعی سازه ها به الگوی بار جانبی اعمال شده وابسته است. حداکثر مقاومت یک سازه برای الگوی بار یکنواخت یا سهموی معمولاً نسبت به توزیع­های بار مثلثی وارد به ‌آیین­نامه­ها، بیشتر خواهد بود. توزیع بار واقعی در یک سازه تحت زمین لرزه بسته به نوع زمین لرزه، سیستم سازه‌ای و مکانیزم شکست می­تواند با الگوی بار پیشنهادی ‌ایین نامه متفاوت باشد. لازم به ذکر است که در حالت کلی و علاوه بر موارد فوق، مقاومت افزون تابع نوع سازه، هندسه سازه، آرایش پلان سازه و ضوابط به کار گرفته شده از آیین نامه طراحی مورد استفاده نیز می باشد.

1-11-2 روش‌های محاسبه ضریب اضافه مقاومت

1-11-2-1 روش محاسبه ضریب اضافه مقاومت با استفاده از انالیز استاتیکی غیر خطی

یکی از متداول‌ترین روش‌های محاسبه ضریب مقاومت افزون استفاده از آنالیز استاتیکی غیرخطی است. در‌این روش کافی است بعد از رسم منحنی[1] spo برای سازه مورد نظر، تعاریفی را از نقاط حدی یعنی نقطه معادل تشکیل اولین مفصل پلاستیک و نقطه نهایی ارائه دهیم. [1]

1-11-2-1-1 نحوه ترسیم منحنیspo

برای ترسیم منحنی spo در یک سازه مورد نظر بارهای ثقلی روی تیرها قرار داده می­شوند، سپس نیروهای جانبی مطابق الگوی بار مورد نظر در تراز طبقات توزیع می‌گردند. برای انجام آنالیز با ثابت نگه داشتن بارهای ثقلی، بارهای استاتیکی جانبی در گامهای مختلف به صورت نسبی از مقادیر اولیه افزایش داده می­شوند. در حقیقت انالیز استاتیکی غیر خطی افزاینده متشکل از چندین انالیز استاتیکی است که در هر یک بارهای جانبی اعمالی،  طی گامهای ثابتی نسبت به گام قبل افزایش می­یابد. با ترسیم مقادیر یک پارامتر مقاومتی در مقابل یک پارامتر تغییر­مکانی طی مراحل افزایشی مذکور یک منحنی spo حاصل می­گردد.

1-11-2-1-2 تعریف نقاط حدی

منظور از نقاط حدی در منحنی spo نقطه اولین جاری شدگی و نقطه نهایی در گام­های افزایشی انالیز می­باشد. در تحقیق حاضر تشکیل اولین مفصل پلاستیک در قابل به عنوان اولین جاری شدگی و ابتدای رفتار غیر خطی تعریف می­شود. در گام­های افزایشی انالیز اولین مفصل پلاستیک تشکیل شده در هر یک از اعضای قاب که باشد برای‌این منظور در نظر گرفته می­شود. برای تعریف نقطه نهایی در انالیز استاتیکی غیرخطی از دو حالت زیر هرکدام که حاکم باشد استفاده می­شود.

حالت اول، تشکیل مکانیزم شکست و ناپایداری قاب و حالت دوم، تجاوز یک پارامتر تغییرمکانی از یک مقدار از پیش تعیین شده می­باشد. هر کدام از گام­های انالیز که زودتر به یکی از دو حالت فوق منجر شود به عنوان نقطه نهایی در نظر گرفته می‌شود. پارامتر تغییرمکانی در نظر گرفته شده، اغلب حداکثر تغییرمکان نسبی بین طبقه‌ای بوده که محدوده مجاز آن از آیین نامه مورد استفاده استخراج می­گردد.

حال با مشخص شدن مقادیر مقاومت تسلیم و نهایی قاب ضریب اضافه مقاومت قاب را میتوان از تقسیم مقاومت نهایی به مقاومت تسلیم بدست آورد. [1]

1-12 روش استاتیکی افزایشی غیر خطی

در این روش برای محاسبه ضریب رفتار از تحلیل استاتیکی افزایشی غیر خطی استفاده می شود. تحلیل اساتیکی افزایشی غیر خطی یک شیوه ی متداول و مطلوب جهت ارزیابی رفتار لرزه­ای سازه­های مختلف می­باشد. در طی این تحلیل فرض می شود که یک مود ارتعاشی بر رفتار کل سازه حاکم بوده و شکل این مود در طول تاریخچه زمانی ثابت می ماند. اما انتظار می رود که این آنالیز اطلاعاتی درباره ی بسیاری از خصوصیات پاسخ فراهم کند که آنالیز های خطی استاتیکی یا دینامیکی قادر به دست آوردن آنها نباشد. برای نمونه پاره ای از این موارد در ذیل ارائه می شود [12].

مطلب مرتبط :   دانشگاه علوم پزشکی و فعالیت فیزیکی

1.تخمین تغییر شکل در اعضایی که به طور غیر الاستیک تغییر شکل دهند تا انرژی اعمالی زمین لرزه را تلف کنند.

2.پیامد های از بین رفتن مقاومت اعضا در رفتار سیستم.

3.شناسایی نواحی بحرانی که تغییر شکل زیاد برای آنها پیش بینی می شود.

4.شناسایی ناپیوستگی منحنی در پلان یا ارتفاع.

لازم به تاکید است که آنالیز استاتیکی افزایشی غیر خطی دارای طبیعت تقریبی و یک آنالیز استاتیکی است بنابراین چنین آنالیز نمی تواند با درجه بالایی از دقت بیانگر پدیده دینامیکی باشد. بعلاوه شاید قادر به نمایش تمام مودهای انهدام در سازه نباشد. لیکن تحت شرایطی می توان با استفاده از آنالیزهای استاتیکی افزایشی غیرخطی به تقریب های بسیار خوبی از رفتار و نیازهای سازه ای دست یافت. از مهمترین عوامل در دقت این آنالیز می توان به تعیین تغییر مکان هدف و الگوی بار جانبی اشاره کرد. که به توضیح این دو عامل می پردازیم [12].

1-12-1تغییرمکان هدف

تغییرمکان هدف عبارت اند از، تغییرمکان مورد انتظارگره کنترل سازه (معمولاً مرکز ثقل بام) تحت زمین لرزه سطح طراحی می باشد. در این نقطه ظرفیت سازه به تقاضای زلزله طرح معادل می­شود. تخمین دقیق این مقدار این نقطه تاثیر قابل توجهی بر پیش بینی­های حاصل از آنالیز استاتیکی افزایشی غیرخطی خواهد داشت. بر اساس روش آنالیز استاتیکی افزایشی غیرخطی حداکثر تغییرمکان سیستم چند درجه آزادی (با فرض غالب بودن مورد اول) بدون توجه به اثرات مودهای بالاتر کنترل می شود. مطالعات انجام شده نشان می دهد که برای سازه هایی که پریود اول آنها نسبتا کم است، این فرض مناسب می باشد. اما این فرض در محدوده­ی پریودهای بزرگ نمی­تواند قابل توصیه باشد و تغییرمکانی که با استفاده از روش­های غیرخطی استاتیکی بدست می اید برای مواردی نظیر کاهش سختی و افت مقاومت اصلاح می گردند. روش های مختلفی برای تعیین نقطه ی هدف وجود دارد که از جمله ی آنها می توان به آنالیز تاریخچه ی زمانی غیرخطی ارتجاعی و استفاده از روش ضرایب جابجایی اشاره کرد. آیین نامه های مختلف نیز توصیه هایی در این رابطه داشته اند و ضوابطی را برای تغییرمکان نقطه ی هدف ارائه نموده اند. در این پایان نامه از روش آیین نامه FEMA 360 استفاده شده است که در ذیل به توضیح این روش می پردازیم.

1-12-1-1تعیین تغییر مکان هدف

تغییرمکان هدف برای سازه با دیافراگم صلب باید با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی سازه براورد شود به عنوان یک روش مناسب آیین نامهFEMA 360  روش زیر را برای محاسبه تغییرمکان هدف پیشنهاد کرده است.[24]

[1] Static Push over

لینک جزییات بیشتر و دانلود این پایان نامه :

 

پایان نامه ارشد: ارزیابی عملکرد مهاربند کمانش ناپذیر و تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای مورد استفاده استاندارد 2800 ایران