نوع فایل: word
تعداد صفحات: 95 صفحه
چکیده:
روش مرسوم طراحي لرزه اي سازه ها مبتني بر افزايش ظرفيت سازه است. در اين رويكرد طراحي لرزه اي، ايجاد ظرفيت باربري جانبي در سازه، با افزايش مقاومت و تامين شكل پذيري آن صورت مي گيرد. در نتيجه اجراي اين روش، ابعاد اعضاي سازه اي و اتصالات افزايش يافته و در سازه، اعضاي مهاربند جانبي همچون بادبند يا ديوار برشي يا ساير اعضاي سخت كننده در نظر گرفته مي شود. اين پژوهش مطالعات تحليلي در ارزيابي قابهاي بتني خمشي را در بر مي گيرد. اين مدلها براي درک بهتر رفتار سازه شامل تسليم، سطوح مختلف خطر، شکل پذيري و خرابي مورد استفاده قرار گرفتند. با پيشرفت دانش فني و تجربه ي زلزله هاي شديد، به مرور تغييراتي در آيين نامه هاي طراحي سازه ها به وجود آمده و ضمن تغيير در فلسفه ي طراحي سازه ها، فناوري هايي همچون كنترل لرزه اي غيرفعال سازه ها به كار گرفته شده است. جداسازي لرزه اي نيز، با هدف كاستن آسيب لرزه اي در طراحي و ساخت ساز ه هاي با اهميت زياد پيشنهاد مي گردد. با استفاده از اين روش، رفتار ديناميكي سازه در حد امكان، در محدوده ي از قبل پيش بيني شده قرار گرفته و ميزان آسيب هاي لرزه اي به اجزاي ساز هاي و غير سازه اي كاهش مي يابد.
بر اساس اين تحقيق، توصيه‌هايي در مورد طراحي، آناليز، مدلسازي و نيز جزئيات سازهاي در سازه‌هاي بتني خمشي پيشنهاد شده است. همچنين، مطالعه ي پارامتري براي پيش بيني پاسخ لرزه اي سازه هاي بتني خمشي 5 طبقه با لحاظ شدن پاسخهاي محدوده ي غير الاستيک بررسي شده است. اين مدلها در معرض مجموعه ا ي از زلزله هاي طبيعي تحت رکورد مربوط به زلزله هاي دور از گسل قرار گرفته و پاسخ بدست آمده با مقادير حداکثر آنها تحت آناليز تاريخچه زماني بدست آمده است. عملکرد سيستم ها با ارزيابي پارامترهاي مهندسي پاسخ اصلي سازه اي همچون جابجايي هاي نسبي داخل طبقه، جابجايي طبقات و برشهاي داخل طبقه انجام گرفته است. يافته ها نشان از كاهش در شتاب هاي سازه و افزايش پريود و جابجايي مي دهند. و اين به مفهوم آنست كه جداساز پايه انرژي را كه بوسيله سازه جذب مي شود و آسيبي كه متحمل مي شود را كاهش مي دهد و بنابراين اندازه ي اعضا نيز و در نتيجه هزينه مي تواند کاهش يابد. همچنين در اين تحقيق اثرات حرکت گهواره اي با استفاده از تحليل هاي ديناميکي غيرخطي مورد ارزيابي و بررسي قرار گرفته است.
واژه‌هاي كليدي: سازه هاي بتني خمشي؛ حرکت گهواره اي؛ جداساز لرزه اي؛ دوره تناوب.
مقدمه:
در مقابل ايده ي طراحي و اجراي ساختمان هاي مقاوم در برابر زلزله، با توجه به آسيب هاي سازهاي و مشكلات بروز كرده براي ساكنان در طي زلزله ها، ايده ي طراحي سازه جداشده از پايه بر اساس كنترل نيروي زمين لرزه از طريق ممانعت از ورود آن به سازه بنا پيشنهاد شده است. اين ايده در سال هاي اخير در موارد بسياري در طراحي و اجراي سازه هاي مهم مورد استفاده قرار گرفته است. مطابق نتايج تحليلي و آزمايشگاهي، سامانه هاي سازه اي مجهز به اين فناوري پاسخ لرزه اي كمتري نسبت به سازه هاي معمول خواهند داشت (Quaranta, Marano et al. 2014).
كاهش شتاب با توجه به رفتار نيرو-تغيير مكان جداسازها انجام مي پذيرد و نياز به كاهش شتاب ممكن است منتهي به سامانه ي جداسازي با سختي كمي گردد كه اين خود احتمال بوجود آمدن تغيير مكانهاي قابل توجه در طي زلزله را افزايش مي دهد(Di Massa, Russo et al. 2013, Huang, Liu et al. 2014). از اينرو ساز و كارهايي به منظور استهلاك انرژي در سامانه ي جداسازي تعبيه مي گردد تا ضمن محدود نمودن تغيير مكان، شتاب سازه نيز كاهش يابد. اين ميرايي همچنين پديده ي تشديد پاسخ ناشي از وجود مولفه هاي با دوره ي تناوب بالا در حركت زمين را كاهش مي دهد. اما در عين حال بايد توجه نمود كه در برداشتن ميرايي زياد در سامانه ي جداساز خود موجب افزايش نيروي منتقل شده به سازه مي گردد و بايد مورد توجه قرار گيرد(Li, Zhao et al. 2012).
بنابراين لازم است يك سامانه ي جداسازي داراي قابليتهاي زير باشد:
1- بتواند نيروهاي قائم ناشي از وزن و پاسخ زلزله در زمان زلزله را تحمل كند؛
2- در جهت افقي انعطاف پذيري لازم را تامين نمايد؛
3- قابليت جذب انرژي داشته باشد.
اين قابليتها مي تواند به طور همزمان در يك وسيله تامين شود يا به كمك چند وسيله آن ها را براي سامانه ي جداسازي فراهم آورد.
در جداسازي لرزه اي كل يا بخشي از سازه براي كاهش پاسخ لرزه اي آن بخش در زمان زلزله از زمين يا قسمت هاي ديگر سازه جدامي شود. اين كار با استفاده از جداسازهايي كه بر اساس مشخصات ديناميكي سازه، اهداف عملكردي مورد نظر طراح و شرايط خطر لرزه اي ساختگاه، طراحي و ساخته شده اند صورت مي گيرد(Luco 2014). وظيفه ي اصلي اين جداسازها ايجاد فاصله بين دوره ي تناوب طبيعي سازه و محدوده ي دوره ي تناوب حاكم در ارتعاش زمين لرزه احتمالي در محل سازه ي مورد نظر است. علاوه بر اين، انرژي ارتعاشي ناشي از زلزله نيز با كمك سازوكارهاي مختلفي جذب شده و از انتقال آن به سازه جلوگيري مي گردد (Ryaboy 2014).
جداساز سامانه اي است كه سازه روي خود را از بخش زيرين خود جدا مي كند. براي اينكه در زمان بروز زلزله هيچ نيرويي به سازه منتقل نشود، لازم است اين سامانه، سازه را به حالت شناور درآورد(Mishra, Roy et al. 2013). اين امر با توجه به نياز به كنترل تغيير مكان هاي نسبي جانبي در زمان تحريك زلزله از نظر اجرايي درست و امكان پذير نيست. دو گروه اصلي از جداسازهاي لرزه اي براي كنترل نيروي منتقل شده به روسازه در ساختمآنها استفاده مي شوند:
الف- استفاده از جداسازهاي لاستيكي براي افزايش دوره ي تناوب طبيعي سازه؛
ب- استفاده از جداسازهاي اصطكاكي و كنترل حداكثر نيروي منتقل شده به روسازه و استهلاك انرژي در محل جداساز.
روش جداسازي لرزه اي در زمينه ي مقاوم سازي و بهسازي لرزه اي سازه هاي موجود نيز قابل كاربرد است. اين روش با توجه به آزادي عملي كه در اختيار طراحان و مجريان قرار مي دهد در بسياري از پروژه هاي بهسازي لرزه اي نيز مورد توجه قرار گرفته است. در اين حال نحوه ي اجراي عمليات بهسازي لرزه اي و نصب جداسازها نياز به برنامه ريزي و دقت كافي دارد.
جداسازها بايد مقاومت لازم براي تحمل وزن سازه روي خود را داشته باشند. در عين حال جداسازهاي لاستيكي بايد در جهت افقي به اندازه ي كافي نرم باشند.در زمان طراحي توجه به اين نكته ضروري است كه با نر متر شدن جداسازها، تغيير مكان نسبي بين زمين و سازه افزايش مي يابد. به اين ترتيب تغيير مكان نسبي تراز جداسازي و پاسخ شتاب سازه همواره با هم نسبت عكس دارند. در اين شرايط با انتخاب سازوكار استهلاك انرژي مناسب در سامانه ي جداسازي لرزه اي مي توان هم به كاهش مورد نياز در شتاب مجموعه دست پيدا كرد و هم ميزان تغيير مكان نسبي ذكر شده را در محدود هي مورد نظر طراحي نگاه داشت. به اين ترتيب، از جداسازها، قابليت تحمل بار، تغيير مكان هاي زياد و بازگشت به محل اوليه پس از پايان يافتن زلزله انتظار مي رود.
در جداسازهاي اصطكاكي ضريب اصطكاك مناسب عامل كنترل نيروي انتقالي به روسازه و همچنين كنترل تغيير مكان جانبي سازه خواهد بود.
از سوي ديگر اين نوع جداسازها ممكن است باعث انتقال ارتعاشات با فركانس هاي نسبتا زياد به سازه گردند. از اين رو استفاده از اين تجهيزات در جداسازي سازه هايي كه ابزار دقيق و حساس به ارتعاش در فركانس هاي بالا در آن ها نصب خواهد شد بايد با مطالعه ي دقيق صورت پذيرد.
مسايل اقتصادي، اجرايي و دوام اين تجهيزات در زمان طراحي و ساخت آن ها بايد مورد توجه قرار گيرد. جداسازي موفق يك سازه خاص، مستلزم انتخاب، طراحي و ساخت سامانه ي جداسازي مناسب براي آن است. علاوه بر تامين انعطا فپذيري جانبي كافي و ميرايي مناسب، همانطور كه قبلا نيز ذكر شد سامانه ي جداسازي بايد قادر باشد تا پس از اتمام ارتعاش زلزله به وضعيت اوليه ي خود بازگردد. اين سامانه ها بايد سختي قائم زيادي براي جلوگيري از تاب خوردن و حركت گهواره اي سازه و سختي اولي هي كافي براي جلوگيري از حركت هاي ناخواسته ي ناشي از وزش باد و لرز ه هاي با دامنه هاي كم داشته باشند.
فهرست مطالب:
چکيده
فصل 1: مقدمه
1-1- مقدمه
1-1-1- کليات
1-1-2- اهداف کلي اين تحقيق
1-1-3- ساختار تحقيق
فصل 2: مروری بر منابع
2-1- مقدمه
2-2-طراحي سيستم هاي جداسازي لرزه اي
2-2-2- طراحي واحدهاي جداساز
2-2-2-1-طراحي جداسازهاي لاستيكي با ميرايي زياد و جداسازهاي لاستيكي با ورقه هاي فولادي
2-2-2-2- طراحي جداسازهاي لاستيكي با هسته ي سربي
2-2-2-3- طراحي جداسازهاي اصطكاكي- پاندولي
2-2-3- حرکت گهواره اي
فصل 3: روش تحقيق
3-1- مقدمه
3-2- علت انتخاب روش
3-3- تشريح كامل روش تحقيق
3-3-1- روش تحقيق تحليلي
3-3-2- روش تحقيق آماري
3-3-3- متغيرهاي مورد ارزيابي
3-3-3-1- اثرات ناشي از تناوب طبيعي سيستم جداساز
3-3-3-2- اثرات ناشي از محتواي فرکانسي تحريک زمين
3-3-3-3- اثرات ناشي از حرکات گهواره اي کلي سازه
3-3-4- روش مدلسازي
3-3-4-1- مدل سازه اي
3-3-4-2- تحريکات زمين لرزه
فصل 4: نتايج و تفسير آنها
4-1- مقدمه
4-1-1-1- اثرات ناشي از تناوب طبيعي سيستم جداساز
4-1-1-2- اثرات ناشي از تناوب طبيعي نيروي جانبي
فصل 5: جمع‌بندی و پيشنهادها
5-1- مقدمه
5-2- جمع بندي
5-3- نتيجه گيري
مراجع
فهرست اشکال
شکل (2-1) مدل هاي مختلف نيرو-تغيير مکان براي جداسازها
شکل (2-2) جداساز لاستيکي با ورقه هاي فولادي
شکل (2-3) عامل هاي A و Af
شکل (2-4) عرفي پارامترهاي
شکل (2-5) پارامترهاي مورد نياز در تعريف چرخش جداساز
شکل (2-6) رفتار غيرخطي جداساز لاستيكي با هسته ي سربي
شکل (2-7) ساختمان جداساز لاستيكي با هسته ي سربي
شکل (2-8) بخش هاي مختلف يك جداساز
شکل (2-9) بخش هاي مختلف يك جداساز اصطكاكي پاندولي
شکل (2-10) مدل شماتيک حالت گهواره اي
شکل (2-11) پديدهي‌آپليفت و تقاضاهاي دوراني افزايش يافتهاي روي اتصالات مجاور
شکل (3-1) طرح شماتيک از مدل سازه
شکل (4-1) نمودار کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف جداساز براي کنترل جابجايي
شکل (4-2) درصد کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي متغير جابجايي
شکل (4-3) نسبت جابجايي سازه جداسازي شده به جداسازي نشده براي متغير جابجايي
شکل (4-4) نمودار کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي جداساز براي کنترل جابجايي
شکل (4-5) درصد کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي متغير جابجايي در حالت مقيد نشدن پايه
شکل (4-6) نسبت جابجايي سازه جداسازي شده به جداسازي نشده براي متغير جابجايي در حالت مقيد نشدن پايه
شکل (4-7) نمودار کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف جداساز براي کنترل دريفت
شکل (4-8) درصد کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي متغير دريفت
شکل (4-9) نسبت دريفت سازه جداسازي شده به جداسازي نشده
شکل (4-10) نمودار کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف جداساز براي کنترل دريفت
شکل (4-11) درصد کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي متغير دريفت در حالت مقيد نشدن پايه
شکل (4-12) نسبت دريفت سازه جداسازي شده به جداسازي نشده در حالت مقيد نشدن پايه
شکل (4-13) نمودار کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي جداساز براي کنترل برش طبقات
شکل (4-14) درصد کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي متغير برش طبقات در حالت مقيد نشدن پايه
شکل (4-15) نسبت برش داخل طبقه سازه جداسازي شده به جداسازي نشده در حالت مقيد نشدن پايه
شکل (4-16) نمودار کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي جداساز براي کنترل برش طبقات
شکل (4-17) درصد کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي متغير برش طبقات در حالت مقيد نشدن پايه
شکل (4-18) نسبت برش طبقات سازه جداسازي شده به جداسازي نشده در حالت مقيد نشدن پايه
شکل (4-19) نمودار کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي جداساز براي کنترل جابجايي
شکل (4-20) درصد کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي متغير جابجايي
شکل (4-21) نسبت جابجايي سازه جداسازي شده به جداسازي نشده براي متغير جابجايي
شکل (4-22) نمودار کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي جداساز براي کنترل برش طبقات
شکل (4-23) درصد کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي متغير برش طبقات
شکل (4-24) نمودار کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي جداساز براي کنترل دريفت
شکل (4-25) درصد کارايي جداسازي با دوره تناوب هاي مختلف براي متغير دريفت
شکل (4-26) نسبت دريفت سازه جداسازي شده به جداسازي نشده
فهرست جداول:
جدول (3-1) مقاطع مورد استفاده در سازه 5 طبقه
جدول (3-2) مشخصات مصالح
جدول (3-3) ويژگي هاي کلي زلزله هاي مورد استفاده
منابع و مأخذ:
Akkar, S. and A. Metin (2007). "Assessment of improved nonlinear static procedures in FEMA-440." Journal of Structural Engineering 133(9): 1237-1246.
Association, P. C. (2008). ACI 318-08 & PCA Notes on 318-08: Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, American Concrete Institute.
Bhuiyan, A., et al. (2009). "A rheology model of high damping rubber bearings for seismic analysis: Identification of nonlinear viscosity." International Journal of Solids and Structures 46(7): 1778-1792.
Bommer, J. J. and A. B. Acevedo (2004). "The use of real earthquake accelerograms as input to dynamic analysis." Journal of Earthquake Engineering 8(spec01): 43-91.
Butterfield, G. and G. Gottardi (1993). Simplifying transformations for the analysis of shallow foundations on sand. Proc. 5th Int. Offshore and Polar Eng Conf.
Butterfield, V., Michael W, et al. (1985). "Multispectral analysis of magnetic resonance images." Radiology 154(1): 221-224.
Di Massa, G., et al. (2013). "System structure identification and adaptive control of a seismic isolator test rig." Mechanical Systems and Signal Processing 40(2): 736-753.
FEMA, A. (2005). "440, Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures." FEMA-440, Redwood City.
Georgiadis, J. and I. Catton (1985). "Free convective motion in an infinite vertical porous slot: the non-Darcian regime." International journal of heat and mass transfer 28(12): 2389-2392.
Georgiadis, M. and R. Butterfield (1988). "Displacements of footings on sand under eccentric and inclined loads." Canadian Geotechnical Journal 25(2): 199-212.
Hamburger, et al. (2003). Performance-based engineering of buildings and infrastructure for extreme loadings. Proceedings, AISC-SINY Symposium on Resisting Blast and Progressive Collapse. American Institute of Steel Construction, New York.
Huang, X., et al. (2014). "Vibration isolation characteristics of a nonlinear isolator using Euler buckled beam as negative stiffness corrector: A theoretical and experimental study." Journal of Sound and Vibration 333(4): 1132-1148.
Huang, X. C., et al. (2014). "Effects of stiffness and load imperfection on the isolation performance of a high-static-low-dynamic-stiffness non-linear isolator under base displacement excitation." International Journal of Non-Linear Mechanics 65: 32-43.
Jennings, P. C., et al. (1968). "Simulated earthquake motions."
Kronseder, H. and W. Wiess (1979). Method and device for cleaning bottle filling machines and the like, Google Patents.
Li, B., et al. (2012). "Modeling and analysis of a multi-dimensional vibration isolator based on the parallel mechanism." Journal of Manufacturing Systems 31(1): 50-58.
López-Menjivar, M. (2004). Verification of a displacement-based Adaptive Pushover method for assessment of 2-D Reinforced Concrete Buildings, PhD Thesis, European School for Advances Studies in Reduction of Seismic Risk (ROSE School), University of Pavia, Italy.
Luco, J. E. (2014). "Effects of soil–structure interaction on seismic base isolation." Soil Dynamics and Earthquake Engineering 66: 167-177.
Marsden, C., et al. (1977). "Electron diffraction study of the molecular structure of bis (trifluoromethyl) peroxide." Journal of Molecular Structure 39(2): 253-262.
Mishra, S. K., et al. (2013). "Reliability-based-design-optimization of base isolated buildings considering stochastic system parameters subjected to random earthquakes." International Journal of Mechanical Sciences 75: 123-133.
Murty, S. N., et al. (2015). "Failure analysis of a vibration isolator used in launch vehicle applications." Case Studies in Engineering Failure Analysis 3: 1-9.
Quaranta, G., et al. (2014). "Parametric identification of seismic isolators using differential evolution and particle swarm optimization." Applied Soft Computing 22: 458-464.
Ryaboy, V. M. (2014). "Static and dynamic stability of pneumatic vibration isolators and systems of isolators." Journal of Sound and Vibration 333(1): 31-51.
Sable, K., et al. (2000). "Comparative Study of Seismic Behavior of Multistory Flat Slab and Conventional Reinforced Concrete Framed Structures." International Journal of Computer Technology and Electronics Engineering (IJCTEE) 2(3): 17-26.
Taylor, J. B. (1981). On the relation between the variability of inflation and the average inflation rate. Carnegie-Rochester Conference Series on Public Policy, Elsevier.
Uriz, M., Patxi, et al. (2008). "Model for cyclic inelastic buckling of steel braces." Journal of Structural Engineering 134(4): 619-628.