تسلیم، خمشی، مکانیزم، بتنی، زلزله، الاستیک

. هدف اصلی در طراحیPbPd ایجاد ساختمان با عملکرد لرزه ای قابل پیش بینی و کنترل شده می باشد.
برش پایه طراحی برای سطح خطر معین با معادل کردن کار لازم برای هل دادن مونوتونیک سازه تا جابه جایی هدف با انرژی مورد نیاز(Demand) در سیستم یک درجه آزاد الاستوپلاستیک معادل آن سازه برای رسیدن به وضعیت مشابه محاسبه می گردد.
همچنین در این روش توزیع نیروی جانبی در ارتفاع بر اساس توزیع نسبت برش های طبقه ماکزیمم به دست آمده از نتایج پاسخ تحلیلی دینامیکی غیر الاستیک می باشد.
این توزیع بار، وقتی سازه ها در حال پاسخ به زلزله های شدید و تغییر شکل های غیر الاستیک هستند تخمین بسیار خوبی از نیاز ممان ماکزیمم ستون می دهد و اثرات مودهای بالاتر به خوبی در توزیع بار جانبی منعکس می شود.
طراحی اعضاء و اتصالات نیز با استفاده از طراحی پلاستیک، برای رسیدن به رفتار و مکانیزم تسلیم مورد نظر انجام می گردد. در طراحی ستون ها به جای در نظر گرفتن یک گره کل درخت ستون در نظر گرفته می شود.
در این روش در طراحی اعضاء قاب هدف دستیابی به ستون های قوی و تیرهای ضعیف می باشد. در واقع تیرها بعنوان اعضای تسلیم شونده و ستون ها بعنوان اعضای تسلیم نشدنی می باشند که الاستیک باقی می مانند این نوع طراحی باعث اتلاف انرژی بیشتری در سازه می شود.
در کل با مقایسه های صورت گرفته بین ساختمان طرح شده به روش های مرسوم و طرح شده با روشpbpd نتیجه مطلوب تری حاصل شده که با توجه به سعی و خطا که در این روش و عدم بکارگیری برخی از پارامترها مانند R ،I، Cd واضح است که این روش پاسخ دقیق تری را به همراه دارد.
امروزه یکی از روش های ارزیابی عملکرد لرزه ای ساختمان ها از طریق بررسی سطح عملکرد و انجام تحلیل استاتیکی غیر خطی (pushover analysis) می باشد ، که معیار بسیار مناسبی برای بررسی رفتار سازه و میزان جابجایی سازه تحت الگوی بارگذاری جانبی مورد نظر می باشد.
همچنین برای ارزیابی قاب مورد نظر از ساختمان با تعداد طبقات مختلف استفاده می شود که اثرات ارتفاع هم بررسی شود.
بدین صورت از میان قاب های خمشی موجود قاب خمشی بتنی ویژه را برای طراحی انتخاب می کنم که عملکرد بهتری را به هنگام زلزله از خود نشان می دهد و برای ارزیابی روش PBPD بر روی ساختمان با قاب خمشی ویژه بتنی (PBPD RC SMF) سطح عملکرد آن را تحت زلزله با سطوح خطر مختلف (زلزله بهره برداری سطح خطر 1 و زلزله با سطح خطر 2) بر روی ساختمان های 4 ، 8 ، 12 و20 طبقه بررسی می کنیم.
1-2 هدف از انجام تحقیق
هدف اصلی از انجام این تحقیق ارزیابی عملکرد لرزه ای ساختمان ها با قاب خمشی بتنی ویژه طرح شده بر اساس عملکرد پلاستیک می باشد، این روش طراحی منجر به عملکرد مناسب و قابل پیش بینی سازه می شود.
روش طراحی بر اساس عملکرد پلاستیک برای محدوده غیر الاستیک سازه می باشد.
تحقیقات پیشین بر روی قاب خمشی فولادی (SMF) ، قاب های مهار بندی شده کمانش ناپذیر( BRBFs)، قاب با مهاربندی خارج از محور (EBF) ، و قاب خمشی با خرپای ویژه (STMFs)و قاب خمشی بتنی ویژه (RC SMF) نشان دهنده برتری این روش نسبت به روش های طراحی مرسوم می باشد در این تحقیق بر روی ساختمان با قاب خمشی بتنی ویژه کار شده که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است و نیاز به بررسی بیشتر دارد که به همین منظور به ارزیابی عملکرد لرزه ای قاب خمشی بتنی ویژه طرح شده بر اساس عملکرد پلاستیک از طریق تحلیل استاتیکی غیر خطی می پردازیم و به تعیین سطح عملکرد قاب ها می پردازیم.

فصل 2
مروری بر تحقیقات گذشته

2-1طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد (PBPD)
تاکنون روشPBPD بر قاب های خمشی فولادیMFs))، قاب خمشی ویژه بتنی(SMF) قاب های مهار بندی شده ضد کمانش(BRBFs) قاب با مهار بندی برون محور(CBFs) و قاب با خرپای ویژه(STMFs) اعمال شده که همگی نتیجه مطلوبی را در بر داشته اند.
2-1-1 تحقیقات بیات در سال2010 که بر روی طراحی بر اساس عملکرد پلاستیک ساختمان فولادی با مهاربندی محور و همچنین ساختمان های بلند با دیوار برشی کار شده بود که نتایج زیر به همراه داشت:
– در تحقیقات انجام شده نشان داده شد که روشPBPD یک روش طراحی قدرتمند و قابل اعتماد برای انواع سیستم سازه ای فولادی می باشد،که عملکرد لرزه ای عالی از خود نشان داد.
– روشPBPD ظرفیت تطبیق شدن با انواع سیستم ساختمانی را داراست که به لطف تئوری پایه قوی آن است.
– جابجایی هدف و مکانیزم تسلیم که در این روش استفاده می شود برای ساختمان های بلند نیز کاملا” مناسب است.
– نشان داده شد که قاب هایCBF که عملکرد لرزه ای مناسب ندارند و در مقابل حرکات شدید زمین قابل اعتماد نیستند توسط ضوابطPBPD تغییرات شدیدی در عملکرد آنها ایجاد گردید.و می توان انتظار عملکرد مطلوبی را در سطح خطرهای مختلف برای قاب هایCBF با ضوابط PBPDایجاد نمود.[4]
2-1-2تحقیقات ونگ چنگ لیاو که در سال2010 بر روی ساختمان با قاب خمش بتنی ویژه(RCSMF)زیر نظر پروفسور گل انجام شد، نتایج زیر را به همراه داشت:
– روشPbPd به آسانی می تواند، با روش های طراحی در چهارچوبFEMA ترکیب گردد.
– از هنگامی که دو مشخصه کاهش سختی و استحکام بعنوان مشخصات اصلی رفتار هیستریک قاب های خمشی بتنی ویژه شناخته شدند، اثرات کاهش رفتار هیستریک در پیک جابجایی را در خود لحاظ می کند.
– با توجه به اثرات کاهش استحکام در مفاصل پلاستیک درRCSMF، لحاظ کردن اثراتP-Delta مخصوصا” برای ساختمان های بلند الزامی است.
– تشکیل مفصل پلاستیک در ستون طبقه اول به توزیع تغییر شکل بهتر قاب در ارتفاع کمک می کند.
– نتایج آنالیزهایpush over (غیر خطی) و آنالیز دینامیکی نشان دهنده پاسخ خطی بهتری از قاب های طرح شده به روشPbPd نسبت به قاب های مشابه طراحی شده به روش مرسوم می باشد.
– ایجاد ستون های قوی و تیرهای ضعیف(SCWB) برای جلوگیری از مکانیزم موضعی کافی نیست،در مقایسه با آن استفاده از درخت ستون برای رسیدن به ستون های قوی و تیرهای ضعیف در مکانیزم تسلیم نتایج بسیار خوبی را ایجاد نمود.
– روش درخت ستون برای جلوگیری از ایجاد مکانیزم طبقه نرم بسیار مناسب است.
– روشPbPd به موفقیت بر روی قاب خمشی بتنی ویژRC SMF به کار برده شد.
– اثرات مودهای بالاتر به خوبی در توزیع نیروی افقی به روشPbPd لحاظ شد.
2-2روش های طراحی دیگر
روش هایی نظیر؛ روش طیف نقطه تسلیم (Aschheim and black 2000)[5] ؛روش نیروی جانبی اصلاح شده (MLFP) (Englekirk 2003,panagioton 2007)[6] وروش طراحی مستقیم بر اساس جابجایی (DDBD) (Priestley et al.2003)[7]
این روش ها بر توسعه مناسب برش پایه طراحی که اثرات مود های بالاتر را نیز لحاظ کند تمرکز دارند، همچنین جابجایی تسلیم ،سختی موثر ،میرایی ویسکوز ، پریود موثر نیز لحاظ می شود اما طراحی اعضا تسلیم شونده (مانند تیر در قاب های خمشی ) و طراحی ستون همچنان بر اساس طرح الاستیک معمول و طراحی بر اساس ظرفیت می باشد .
2-2-1 روش طیف نقطه تسلیم :
روش طیف نقطه تسلیم از منحنی های ثابت شکل پذیری بوسیله رسم ضریب مقاومت تسلیم Cy ، به عنوان تابع جابجایی تسلیم سیستم استفاده می کند. بنابراین مقاومت لازم برای ارتعاش یک سیستم یک درجه آزادی ، از طریق آن منحنی ها برای شکل پذیری جابجایی، جابجایی تسلیم و پریود داده شده تعیین می شود.(شکل 2-1)

شکل 2-1 نمونه طیف نقطه تسلیم رکورد شده در EL Centero(1940) [8]
برای طراحی ، از طیف نقطه تسلیم ممکن است برای تعیین مقدار کافی مقاومت و سختی برای محدودکردن دریفت استفاده شود .همچنین ضریب مقاومت تسلیم Cy ، از طریق عبارات ساده نشان داده شده نیز بدست می آید:
V=c*w=c*m*g
T=2π* mk=2π* √(Uc*g)
C=4π2*UT2*gT=پریود اولیه
W=وزن نوسانگر
K=سختی اولیه
روش طیف نقطه تسلیم یک روند عملی را به مهندسین ارائه می دهد که می تواند بطور مستقیم بر روی استحکام و سختی سازه کنترل داشته باشد و همچنین یک راه کار معقول برای تعیین نیروی برش پایه برای شکل پذیری با تقاضای مختلف می باشد.
با این حال ،کار طراحی بعدی ، همچنان روش طراحی مرسوم بر اساس مقاومت را به جای روش طراحی سیستماتیک بر اساس عملکرد دنبال می کند.
2-2-2روش طراحی مستقیم بر اساس جابجایی:
طراحی مستقیم بر اساس جابجایی (Direct Displacement Based Design) در سال های اخیر که جابجایی بعنوان شاخص بهتری برای پتانسیل خسارت نسبت به نیرو شناخته شد، مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است.
بر خلاف روش های طراحی بر اساس نیرو ،روش طراحی مستقیم بر اساس جابجایی (DDBD) با انتخاب جابجایی های طراحی شروع می شود ،سپس ساختمان از طریق سختی موثر و میرایی در سطح جابجایی طراحی مورد نظرتوصیف می شود. بنابراین نیروی برش پایه لازم بصورت مستقیم بدست می آید.
لازم به ذکر است هنگامی که سطح میرایی فرض شده جواب گو نباشد ممکن است نیازمند به انجام سعی و خطا بشویم.
در مقایسه با روش های طراحی لرزه ای مرسوم ، روش طراحی مستقیم بر اساس جابجایی تضمین می کند که پاسخ سازه در محدوده جابجایی طراحی می باشد . همچنین این روش نتایج سازگارتری نسبت به روش های طراحی بر اساس نیرو دارد و بطور کلی نیروی طراحی را کاهش می دهد ، اما پیچیدگی این روش یک مانع جدی برای استفاده از این روش می باشد.

فصل 3
مبانی طراحی بر اساس عملکرد پلاستیک(PBPD) برای سازه با قاب خمشی بتنی ویژه(RC SM )و عملکرد لرزه ای

3-1مقدمه
قاب های خمشی بتن مسلح ویژه اخیرا به طور گسترده بعنوان یک سیستم مقاوم در برابر زلزله به کار برده می شود.
با این حال خسارات سازه ای و غیر سازه ای مشاهده شده در ساختمان های بتن مسلح حکایت از شکست مودی نامطلوب دارد (مهل و مهین1991)، پس برای اطمینان از عملکردی مطلوب نیاز به یک روش جایگزین می باشد.
روش طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد یکی از روش های طراحی لرزه ای می باشد که مستقیما رفتار غیر خطی سازه را در نظر می گیرد که بعد از طراحی اولیه نیاز به تکرار (سعی و خطا ) ندارد.
انتخاب مکانیزم تسلیم مطلوب و جابجایی هدف بعنوان کلید عملکرد دارای اهمیت است . این دو پارامتر طراحی مستقیما با میزان و توزیع آسیب های سازه ای مرتبط است.
نیروی برش پایه با برابر قرار دادن کار لازم جهت هل دادن یکنواخت سازه تا رسیدن به دریفت هدف با انرژی مورد نیاز یک سازه یک درجه آزادی الاستو پلاستیک معادل برای رسیدن به حالت مشابه بدست می آید (شکل 3-1).

شکل 3-1 مفهوم PBPD [8]
همچنین ،از یک توزیع بار جانبی جدید استفاده شده است که بر مبنای توزیع نسبی برش های طبقه ماکزیمم ، بدست آمده از نتایج پاسخ دینامیکی غیر الاستیک می باشد. (چاو2007)
این توزیع نیروی جانبی طراحی برای اثرات مود های بالاتر بکار می رود و همچنین رفتار غیر الاستیک بهتری از توزیع نیرو طبق آیین نامه های فعلی دارد. تحلیل دینامیکی غیر خطی بر روی سازه های فولادی مختلف نشان داده که توزیع نیروی جانبی جدید منجر به ایجاد برش طبقه واقع بینانه تری می شود، همچنین باعث جابجایی یکنواخت طبقات در ارتفاع سازه خواهد شد.
سپس طراحی پلاستیک برای تعیین اعضا و اتصالات قاب برای رسیدن به مکانیزم تسلیم مورد نظر انجام می شود.
برای اطمینان از عملکرد خوب قاب خمشی بتنی ویژه (RC SMF) آقای Moehle et al (2008) سه هدف اصلی طراحی را ارائه داد:
دستیابی به ستون قوی و تیر ضعیف که پاسخ غیر الاستیک را در چندین طبقه پخش کند
اجتناب از شکست برشی
ایجاد جزییاتی که در نواحی در حال تسلیم پاسخ خمشی شکل پذیر ایجاد کند
اولین هدف ایجاد ستون قوی و تیر ضعیف، با استفاده از روش PBPD از طریق مکانیزم تسلیم از پیش انتخاب شده و طراحی ستون ها بر اساس ظرفیت و در نظر گرفتن درخت کامل ستون بجای یک گره حاصل می شود. دو هدف دیگر برای رسیدن به ظرفیت شکل پذیری مورد نیاز می باشد.
3-2 مراحل طراحی به روشPBPD
1-انتخاب مکانیزم تسلیم و جابجایی هدف مناسب برای سطح خطر زلزله طراحی
2- محاسبه جابجایی تسلیم yϴ و پریود اصلی T ساختمان و توزیع مناسب نیرو های جانبی طراحی
3- محاسبه شتاب طیف طرح مناسب Sa
4- محاسبه نیروی برش پایه طراحی
5- اصلاح نیروی برش پایه برای قاب های ویژه بتنی(RC SMF
6- استفاده از متد طراحی پلاستیک جهت طراحی اعضای تسلیم شونده مانند تیر، که از آنان توقع اتلاف انرژی زلزله با عملکرد غیر الاستیکشان می رود و استفاده از روش طراحی بر اساس ظرفیت برای اعضای غیر تسلیم شونده مانند ستون.

3-2-1 مکانیزم تسلیم مطلوب و جابجایی هدف
شکل 3-2 مکانیزم تسلیم یک قاب خمشی معمولی را تحت نیروی جانبی طراحی نشان می دهد که تا حد جابجایی هدف پلاستیک هل داده می شود ، تمامی تغییر شکل های غیر الاستیک در اعضای تسلیم شونده محدود می شوند مثل مفصل پلاستیک در تیر ها.
مفاصل پلاستیک در پای ستون ها عموما در زلزله های بزرگ تشکیل می شوند.

شکل 3-2 مکانیزم تسلیم مطلوب قاب خمشی [8]
جابجایی هدف پیشنهادی برای دو سطح خطر توسط گل و چاو (2008) :
%2 جابجایی نسبی ماکزیمم طبقات برای زلزله با احتمال وقوع10% در طی 50 سال
(زلزله سطح خطر 1 –DBE)
%3 جابجایی نسبی ماکزیمم طبقات برای زلزله با احتمال وقوع %2 در طی 50 سال
(زلزله سطح خطر 2 –MCE)
3-2-2 تعیین پریود اصلی
پریود اصلی برای سازه بتن آرمه با قاب خمشی ویژه از معادله مقابل بدست می آید.
(3-1)
ASCE 7-05 12.8-1 برابر 1.4 می باشد (جدول SDl > 0.3g ضریب حد بالا که برای Cu)
hn ارتفاع سازه بر حسب feet
Ct وx برای قاب خمشی بتنی برابر با 0.016 و 0.9 می باشند.
( جدول ASCE 7-05 12.8-2)
3-2-3 برش پایه طراحی
در این روش برش پایه طراحی بوسیله هل دادن یکنواخت سازه تا جابجایی هدف و شکل گیری مکانیزم تسلیم از پیش انتخاب شده تعیین می شود .
فرض شده که مقدار کار مورد نیاز ɣ برابر انرژی وارده الاستیک برای یک سیستم یک درجه آزادی الاستوپلاستیک معادل است (هاسنر،1960).
رابطه کار– انرژی به صورت زیر نوشته می شود:

(3-2)
که Ep و Ee به ترتیب مولفه های پلاستیک و

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *