نوع فایل: word
تعداد صفحات: 135 صفحه
چکیده:
موضوع اين پژوهش معرفي سيستم هاي كابلي، جهت مقاوم سازي ساختمانهاي فولادی در برابر بارهاي جانبي ناشي از زلزله مي باشد. اين سيستمها، شامل كابلهاي پيش تنيده اي هستند كه موجب افزايش سختي جانبي قابها مي شوند.
سيستمهاي كابلي در دو حالت، سيستم كابلي ضربدري و سيستم با كابل يكپارچه بررسي مي شوند. طريقة استفاده از كابلها در سيستم كابلي ضربدري شبيه بادبندهاي فلزي هستند، ولي در سيستم با كابل يكپارچه، كابلها از طبقات مختلف قابها با اتصالات لغزشي عبور مي كنند و در طبقة آخر يا يكي از طبقات مياني مهار مي شوند. در اين حالت برآيند مولفه هاي نيروي كششي كابل در طبقات مجاور كه بدليل شكستگي امتداد آن ايجاد مي شوند، باعث ايجاد مقاومت در برابر تغييرمكانهاي جانبي قاب مي گردند.
هدفاصلي اين تحقيق نشان دادن كارآيي سيستم هاي كابلي در افزايش سختي جانبي سازه مي باشد. براي
رسيدن به اين هدف ابتدا دو قاب سه و شش طبقة بتني در نرم افزار ABAQUSE تحليل شده و سپس با اضافه كردن سيستم هاي كابلي به آنها و تحليل مجدد، مقايسه اي مابين سيستمها از نظر سختي و مقاومت انجام شد. همچنين براي رسيدن به بالاترين حد عملكردي سيستمهاي كابلي، ابتدا محدودة نيروي پيش تنيدگي كابلها و سپس فرم بهينة كابل در سيستم با كابل يكپارچه توسط ايجاد مدلهاي مختلف پيدا شدند.نتايج حاصله نشان مي دهند كه كابلها عليرغم سطح مقطع كوچك، بدليل دارا بودن مقاومت كششي بسيار بالا، موجب افزايش چشمگير سختي جانبي قابها مي شوند.
كليد واژه ها: سيستم هاي مقاوم جانبي، سيستم با كابل يكپارچه، سيستم كابلي ضربدري، بهينه سازي فرم كابل، محدودة پيش تنيدگي كابلها
مقدمه:
زلزله يکی از خطرناكترين پديده های طبيعت است که با خود مرگ و ويرانی به همراه دارد و حاصل تلا ش های يک جامعه متمدن را به نيستی می کشاند. بديهی است که ضايعات وتلفات ناشی از زلزله غالبا" بر اثر تخريب ساختمانها و ابنيه فنی حاصل می گردد. آشنايی و شناخت اين پديده و اثرهای آن و نيز تحقيق و مطالعه در ساخت و ساز صحيح، استفاده از سيستمهای جديد و به کار گرفتن اطلاعات و نتايج حاصل از زلزله های گذشته، می تواند در تقليل اثرهای آن موثر باشد.
همگام با پيشرفت علم مهندسي زلزله و تاكيد بر امر مقاوم سازي سازه ها در مقابل نيروهاي جانبي، استفاده از سيستمهاي مناسب و با عملكرد مطمئن براي مقابله با اين نيروها احساسمي شود. امروزه تمامي محققين علم مهندسي سازه، سعي مي كنند كه با بهينه كردن سيستمهاي مقاوم سازي موجود و يا ارائة سيستمهاي جديد، گامي بسوي پيشبرد اين هدف بردارند.
از ديدگاه يك مهندس سازه، بهترين فرم سازه اي، انتخابي است كه در آن اعضاي اصلي تركيبهاي مختلف بارهاي قائم و افقي را بصورت بهينه تحمل نمايند. ولي در عمل معمولا" ملاحظات غيرسازه اي، تاثيرات بسيار مهمي بر انتخاب فرم سازه دارند و ممكن است تعيين كننده باشند. لازم به ذكر است كه علاوه بر لحاظ نمودن عوامل غير سازه اي و سازه اي، فرم سازه اي انتخاب شده بايستي اقتصادي باشد. براي مقاوم سازي ساختمانهاي فولادی از سيستمهايي نظير قاب خمشي، قابهاي ميان پر، تاوه هاي تخت و قارچي، ديوار برشي بتني، سازه هاي قاب - ديوار، قابهاي محيطي، ديوار برشي فولادي، مهاربندهاي فلزي و ... استفاده مي شود.
با توجه به خواصي كه كابلها دارند، استفاده از آنها در سازه هايي مانند، پلهاي كابلي و معلق، سقفهاي معلق، برجها و دكلهاي مهار شده و … رايج است. كابلها با سطح مقطع كوچك و وزن كم داراي مقاومت كششي بسيار بالايي بوده و مقاومت خوبي در برابر خوردگي، سايش و خستگيدارند.اين مزايا باعث شده اند كه محققين علم سازه اخيرا" به فكر استفاده از آنها در مقاوم سازي ساختمانها بيافتند.
هدف از پژوهش انجام يافته در اين پايان نامه، معرفي سيستم مهاربندي كابلي بعنوان يك سيستم مناسب، جهت مقاوم سازي ساختمانهاي فولادی و نشان دادن كارآيي آن در افزايش سختي جانبي سازه مي باشد.
فهرست مطالب:
مقدمه
فصل اول : پايه هاي نظري و پيشينة پژوهش
1-1معرفي كابلها
1-1-1مقدمه
1-1-2 انواع كابل ها
1-1-2-1 انواع كابلها از نظر جنس مفتول
1-1-2-1-1مفتول فولادي بدون روكش يا غير گالوانيزه
1-1-2-1-2مفتول فولادي گالوانيزه
1-1-2-1-3مفتول فولادي ضد زنگ
1-1-2-2انواع كابلها از نظر تاب گسيختگي مفتول فولادي مصرفي
1-1-2-3انواع كابلها از نظر هستة كابل
1-1-2-4انواع كابلها از نظر نحوة تاب
1-1-2-4-1كابلها با تاب معمولي
1-1-2-4-2كابلها با تاب لنگ
1-1-2-5انواع كابلها از نظر نحوة بافت
1-1-2-5-1بافت سيل
1-1-2-5-2بافت وارينگتن
1-1-2-5-3بافت فيلر
1-1-2-5-4بافت استاندارد
1-1-2-6انواع كابلهاي مورد استفاده در پلهاي كابلي
1-1-2-6-1كابلهاي ميله موازي
1-1-2-6-2كابلهاي سيم موازي
1-1-2-6-3كابلهاي رشته اي
1-1-2-6-4كابلهاي پرس شدة هسته دار
1-1-3پيش شكل دادن كابلها
1-1-4روغن كاري كابلها
1-1-5اندازه گيري قطر كابلها
1-1-6نام گذاري كابلها بر طبق استاندارد BS انگلستان
1-1-7اتصالات مربوط به كابلها
1-1-7-1حلقة انتهايي
1-1-7-1-1پرس دو سر کابل با ایجاد حلقه و اتصال بست گلويي
1-1-7-1-2استفاده از بست هاي U شكل
1-1-7-1-3ایجاد حلقه توسط دست يا گيس بافت كردن كابل
1-1-7-2سوكت هاي باز و بسته
1-1-8خواص كابلها
1-1-9مقاومت كابلها
1-1-10پيش تنيدگي در كابلها
1-1-11محاسبة حداقل بار گسيختگي كابل ها با روابط تجربي
1-1-12محاسبة وزن واحد طول كابلها
1-1-13تعيين بار گسيختگي كابلها از طريق آزمايش
1-1-13-1طول نمونة آزمايش
1-1-13-2سرعت بارگذاري
1-1-14حد بار مجاز حلقه ها بر حسب نوع و نحوة استفاده، طبق استاندارد DIN 3088
1-1-15اثرات رفتاري كابل
1-1-16اثرات حرارتي كابل
1-1-17سازه هاي كششي
1-2سيستمهاي مقاوم جانبي
1-2-1مقدمه
1-2-2انواع سيستمهاي مقاوم سازي
1-2-2-1قاب خمشي
1-2-2-2قابهاي ميان پر
1-2-2-3تاوه هاي تخت و قارچي
1-2-2-4ديوار برشي بتني
1-2-2-5سازه هاي قاب - ديوار
1-2-2-6قابهاي محيطي
1-2-2-7ديوار برشي فولادي
1-2-2-8مهاربندهاي فلزي
1-2-3 موضوع و هدف تحقيق
1-2-4پيشينة پژوهش
1-2-5پيش فرضهاي تحقيق
فصل دوم : مواد و روشها
2-1تحليل كابلها
2-1-1مقدمه
2-1-2رفتار غير خطي كابل
2-1-3مقايسة تير با كابل
2-1-4انواع المان كابلي
2-1-4-1المان كابل محوري
2-1-4-2المان كابل تحليلي
2-1-5المان كابلي دو بعدي
2-1-5-1نظرية عمومي كابلها
2-1-5-2كابل تحت بار گستردة يكنواخت
2-1-5-3نيروي كششي در كابلها تحت بار گستردة يكنواخت در امتداد افق
2-1-5-4طول كابل تحت بار گستردة يكنواخت در واحد طول
2-1-5-5افزايش طول يا اتساع الاستيك كابل
فصل سوم : نتايج و بحث
3-1بهینه سازی تئوریک شکل بادبندهای کابلی
3-2مدلسازی با نرم افزار المان محدودABAQUS
3-2-1 مدلسازی یک قاب یک طبقه به صورت ضربدری
3-2-1-2 پیش فرض ها و نحوه مدلسازی
3-2-2 مدل سازی یک قاب سه طبقه به صورت ضربدری
3-2-2-1 پیش فرض ها و نحوه مدلسازی
3-2-2-2 نتایج بدست آمده از این مدلسازی
3-2-3 مدلسازی یک قاب سه طبقه با حالتهای مختلف
3-3 بهینه سازی فرم کابل در سیستم با کابل یکپارچه به صورت آزمون و خطا
3-3-1 قاب سه طبقه
3-3-1-1 پوشش دو دهانه از قاب
3-3-1-2 پوشش سه دهانه از قاب
3-3-2 قاب شش طبقه
3-4 مقایسه سختی قاب خمشی و قاب خمشی مقاوم سازی شده با سیستم های قابلی
نتیجه گیری
پیشنهادات
منابع مورد استفاده
فهرست جدول ها:
فصل اول : پايه هاي نظري و پيشينة پژوهش
1-1 مقادير تاب گسيختگي مفتولهاي فولادي
1-2 مقاطع و مشخصات كابلهاي مصرفي در پلهاي كابلي
1- 3 انواع سوكتهاي مورد استفاده در اتصالات كابلها
1-4 حداقل بار گسيختگي كابل 19*6 استاندارد با هستة اليافي، مطابق با استاندارد DIN 3060
1-5 حداقل بار گسيختگي كابل 19*6 وارينگتون با هستة فولادي، مطابق با استاندارد DIN 3059
1-6 حداقل بار گسيختگي تعدادي از كابل ها مطابق با استاندارد BS 302 Part 2 : 1987
1-7 مقادير ضرايب تجربي K
1-8 حداقل طول مورد نياز كابل جهت آزمايش طبق استاندارد ISO 3108
1-9 حد بار مجاز حلقه ها مطابق با استاندارد DIN 3088
1- 10حد بار مجاز حلقه ها مطابق با استاندارد DIN 3088
1-11 حد بار مجاز حلقه ها مطابق با استاندارد DIN 3088
1-12 حد بار مجاز حلقه ها مطابق با استاندارد DIN 3088
فصل سوم : نتایج و بحث
3-1 لیست مدلهای ممکن برای سیستم کابلی یکپارچه در قاب سه طبقه با پوشش دو دهانه
3-2 تغییر مکانهای جانبی نسبی در قاب سه طبقه در دو دهانه از قاب
3-3 مختصات نقاط اتصال کابل و طول کابل در طبقات مختلف برای مدلa2b3
3-4 لیست مدلهای ممکن برای سیستم کابلی یکپارچه در قاب سه طبقه با پوشش سه دهانه
3-5 تغییرمکانهای جانبی نسبی در قاب سه طبقه در سه دهانه از قاب
3-6 مختصات نقاط اتصال کابل و طول کابل در طبقات مختلف برای مدلa2b3
3-7 تغییرمکانهای جانبی نسبی طبقات مختلف در قاب شش طبقه
3-8 مختصات نقاط اتصال کابل و طول کابل در طبقات مختلف برای مدل بهینه
3-9 تغییرمکانهای جانبی نسبی طبقات در قاب سه طبقه و درصدهای کاهش مربوطه
3-10 تغییرمکانهای جانبی نسبی طبقات در قاب شش طبقه و درصدهای کاهش مربوطه
فهرست شكل ها:
فصل اول : پايه هاي نظري و پيشينة پژوهش
1-1 كابل و اجزاي تشكيل دهندة آن
1-2كابلهاي راست گرد و چپ گرد با تابهاي معمولي و لنگ
1-3 انواع بافتها در كابلها
1-4نحوة اندازه گيري قطر كابلها
1-5 نام گذاري انواع طناب فولادي طبق استاندارد BS انگلستان
1-6 (الف) سه روش موجود جهت درست كردن حلقه(ب) اجراي صحيح بستهاي U شكل
1-7نمودار تنش - كرنش براي آرماتور ها و كابلها
1-8مقاومت كابل ها در برابر خستگي و فرسايش
1-9 پارامترهاي F ، L و
1-10 شماي كلي سيستم مهاربندي كابلي از نوع سيستم ضربدري
1-11 شماي كلي سيستم با كابل يكپارچه (الف) بصورت داخلي(ب) بصورت خارجي
1-12 استفاده از سيستم با كابل يكپارچه، با چندين جفت كابل در امتداد طولي ساختمان
1-13 ساختمان ساخته شده جهت مقاوم سازي با سيستم كابلي ميرا در پروژة تحقيقاتي SPIDRE
فصل دوم : مواد و روشها
2-1 چند ضلعي تعادل براي كابل آويزان از دو نقطة A و B
2-2 كابل آويزان از دو نقطة A و B، با بارهاي متمركزPو 2P و منحني بار - تغييرشكل مربوطه
فهرست شكل ها
2-3 تير سه مفصلي بعنوان مدل رفتارسازة كابلي
2-4 وزن W كه توسط كابلي آويزان شده و بار جانبي P را تحمل مي كند
2-5 حصول نظرية عمومي كابل
2-6 كابل تحت بار گستردة يكنواخت در امتداد افق
2-7كابل تحت بار گسترده با وتر افقي
فصل سوم : نتایج و بحث
3-1 شکل کلی بادبندهای کابلی در حالت بهینه
3-2 یک قاب ساده مهار شده با بادبند
3-3 حالت کلی قاب بابادبند کابلیدر شکل بهینه
3-4 شکل بهینه بادبندهای کابلی با استفاده از حداکثر مجموع سختی های طبقات
3-5 پیدا کردن شکل بهینه برای بادبند کابلی سه طبقه
3-6 شکل دو سیستم بعد از بارگذاری برشی بر آنها
3-7 مقایسه دو سیستم باهم
3-8 مقایسه دوسیستم باهم تحت بارگذاری چرخه ای
3-9 شکل دوسیستم بعد ازبارگذاری برشی بر آنها
3-10 مقایسه دو سیستم با هم
3-11 مدل سازی سه قاب در حالت های مختلف
3-12 منحنی بار جابجایی سه قاب
3-13 شکل تغییر یافته در اثر بارگذاری و توزیع تنشی در قاب ها
3-14 موقعیت استفاده از سیستم با کابل یکپارچه در دو دهانه از قاب سه طبقه
3-15 فرم بهینه کابل در مدل a2b3ایجاد شده توسط نرم افزار
3-16 موقعیت استفاده از سیستم با کابل یکپارچه در سه دهانه از قاب سه طبقه
3-17 فرم بهینه کابل در مدل a2b3ایجاد شده توسط نرم افزار
3-18 موقعیت استفاده از سیستم با کابل یکپارچه در قاب شش طبقه
3-19 فرم بهینه کابل درمدل a8b16c16d13e8 ایجاد شده توسط نرم افزار
3-20 تغییر مکان های جانبی نسبی برای قاب شش طبقه در دوحالت اولیه و بهینه3-21 تغییر مکان های جانبی نسبی برای قاب سه طبقه در دوحالت اولیه و بهینه
3-22 نمودارهای تغییر مکان جانبی نسبی طبقات در قاب سه طبقه
3-23 نمودارهای تغییر مکان جانبی نسبی طبقات در قاب شش طبقه
3-24 سهم ستونهای طبقات قاب ازبرش طبقه در سیستم های مختلف برای قاب سه طبقه
3-25 سهم ستونهای طبقات قاب ازبرش طبقه در سیستم های مختلف برای قاب شش طبقه
منابع و مأخذ:
[1]- صبوري، سعيد، 1383، سيستم هاي مقاوم در برابر بارهاي جانبي، طرح انديشة استفاده از فولاد نرم، چاپ اول، انتشارات انگيزه.
[2]- عليزاده، رضا، 1383، معيار تعيين حالتهاي كابل در پلهاي كابلي، پاياننامة كارشناسي ارشد، دانشكدة فني، دانشگاه تبريز.
[3]- قاسمي، حسين، 1383، طناب هاي فولادي، پيام ارك، شمارة 11: 3-19.
[4]- علی اکبر آقا کوچک و سیدسهیل مجیدزمانی ، 1380 ، راهنمای استفاده ازویرایش دوم استاندارد 2800 ، کمیته کاهش بلایای طبیعی .
[5]- Barghian, M., 1996, Non-linear static and dynamic analysis of bar element structures, UMIST.
[6]- British Standard, 1987, Specification for wire ropes, encavators and General engineering purposes, BS 302.
[7]- Kashani, K.A., 1983, Development of cable elements and their application in the analysis of cable structures, University of Manchester.
[8]- Maheri, M.R., Kousari, R. and Razazan M., 2003, Pushover tests on steel X-braced and knee-braced RC frames, Engineering Structures, vol. 25, No. 13: 1697-1705.
[9]- Sorace, S. and Terenzi, G., 2003, An advanced seismic protection technology: the damped cable system, Advances in Structures:1185-1191.
[10]- AISC 1997 , Sesmic Provisions for structural steel Buildings , American Institue of steel construction,1997
[11]-Design of Pinned column Base Plate, Journal of the Australian steel Institue, Volume36 Number2, September 2002.
[12]- Dr. B.C Punima & Ashok Kumar Jain & Arun Kumar jain , Design of steel structure, Laxmi Publications (p), LTD,1998.
[13]- Williamc. Honeck & Dreck westphal, Partical Design and detailing of steel column Base Plate, structural steel Edueational council,1999
[14]- William A.Thornton, Seismic Design of conections in concentrically Breaced frames,Cives Engineering Corporation, 2001.
[15]- William A.Thornton, combined stressec in Gussed plates, Civil Engineering Corporation,2000.
[16]- S.Sorance, G.Terenzi an advanced seismic protection technology : The damped cable system 2003 advances in structures.