نوع فایل: word
تعداد صفحات: 130 صفحه
چکیده:
با توجه به لرزه خیزی کشور ایران و آسیب های وارده بر ساختمانهای مختلف در زلزله های گذشته لزوم توجه به آسیب پذیری ساختمانها با توجه به پیشرفت های صورت گرفته در مهندسی زلزله امری حیاتی است.
نظريه استفاده روز افزون از ساختمانهای فولادی در ایران، در این پایان نامه سیستم قاب خمشی فولادی انتخاب و مورد تجزیه و تحلیل لرزه ای قرار خواهد گرفت. مدل های مختلف سازه ای پس از طراحی در برنامه 2000Sap براساس مقررات ملی مبحث دهم واستاندارد 2800ایران توسط نرم افزار Openseesبا قابلیت انجام تحلیل دینامیکی غیر خطی مدل سازیخواهد شد.
سپس با انتخاب شتاب نگاشت های معتبر و قابل اعتمادکه از نوع نزدیگ گسل هستند بر روی مدل های تهیه شده تحلیل دینامیکی غیر خطی صورت گرفته، ضمن بررسی رفتار لرزه ای حاصل،تغییر مکان طبقات آخر در این سازه ها با ویژگی های مهم زلزله های انتخابی در دو حالت با میراگرویسکو الاستیک و بدون میراگرویسکوالاستیک مورد بررسی قرار خواهدگرفت. ازجمله ویژگیهای مهم زلزله ها می توان به ماکزیمم شتاب زمین، ماکزیمم سرعت زمین، ماکزیمم جابجایی زمین اشاره نمود.
مقدمه:
1-1- لزوم مطالعه آسیب پذیری ساختمان ها در مقابل زلزله :
در طی سالهای اخیر اهمیت پدیده زلزله و اثری که بر جوامع بشری دارد بصورت تصاعدی بالا رفته است. چرا که آسیب پذیری جهان در مقابل عوامل مخرب زمین شناسی (زلزله و آتشفشان) در حال افزایش است.این افزایش می تواند چند دلیل داشته باشد:
1) همه گیر بودن خطر زلزله در سطح جهانی
2) افزایش جمعیت جهان و تأسیس شهرهای بزرگ
3) بالارفتن درجه اهمیت ساختمانها و تأسیسات شهری
4) جابجایی اقتصادی بعلت خسارات مالی زلزله و اثرآن بر اقتصاد جهانی
تلاش دانش مهندسی برای مقابله با اثرات مخرب زلزله چشمگیر و نتایج آن بسیار امیدوارکننده است. تجربیات زلزله های گذشته نشان می دهد که در شهرهایی که مقررات طرح و محاسبه ساختمان در مقابل زلزله وجود نداشته و یا نحوه اجرای ساختمان ها بر اساس مقررات و محاسبات پیش بینی شده انجام نپذیرفته است حتی زلزله های متوسط تلفات و صدمات بزرگی بوجود آورده اند.
با تأمل بر این مسئله که ایران از نقاط لرزه خیز جهان می باشد و سالی چند بار گوشه و کنار آن دستخوش لرزش شدید زمین قرار می گیرد، اهمیت در نظر گرفتن پژوهش های لرزه شناسی برای تعیین پارامترهای طراحی مقاوم در برابر زمین لرزه نمود بیشتری پیدا می کند.
این پژوهش ها باید به صورت تفصیلی انجام شود تا بتواند ایده واقع بینانه ای از نیروهای زمین ساخت بدست آورد، دو نوع سازه متداول مقاوم در برابر زلزله سازه های فلزی و بتن آرمه هستند.
تجربه زلزلههای گذشته و آزمون های آزمایشگاهی نشان داده است که سازه های فلزی اگر با توجه به شرایط شکل پذیری طرح و محاسبه شوند و در تهیه نقشه های اجرایی دقت ویژه ای مراعات شود، در برابر زلزله مقاوم خواهند بود. از طرفی تحقیقات و تجربه ها نشان می دهد مهندسی سازه با وجود پیروی قدم به قدم از آئین نامه ها نمی تواند سازه ای بوجود آورد که در وقوع زلزله بطور مطلق نتایج رضایت بخشی از خود نشان دهد که این حاکی از وجود ابعاد مختلف در مورد علل وقوع زلزله و رفتار لرزه ای ساختمانها می باشد ]1[.
افزایش صنعت ساخت و ساز در کشور ایران و استفاده از ساختمان های فلزی در ایران لزوم بررسی آسیب پذیری ساختمان های فلزی را آشکارتر می کند. واقع بودن اکثر شهرهای ایران در پهنه بندی لرزه ای زیاد و خیلی زیاد و گرایش به ساختمان سازی با طبقات بالا و توجه به اینکه یکی از بهترین راه حل ها برای احداث ساختمان های مقاوم در برابر زلزله در مناطق مذکور استفاده از سیستم های قاب های خمشی با مهاربند می باشد، بکار بردن مهاربند در قابهای خمشی اهمیت قابل توجهی می یابد، از طرفی ناشناخته بودن آسیب های احتمالی وارد بر سازه و تاثیر مشخصه های زلزله بر روی آن لزوم بررسی تغییر مکانرا در سازه های فوق ضروری می نماید.
ارزیابی مقدار تغییر مکان در سازه در تصمیم گیری آینده در طراحی اینگونه سازه ها کمک فراوانی خواهد نمود.
فهرست مطالب:
فصل 1: مقدمه
1-1- لزوم مطالعه آسیب پذیری ساختمان ها در مقابل زلزله
1-2- انواع زلزله ها از لحاظ آسیب پذیری
1-3- زلزله های نزدیک گسل وروش های مقابله با آن
1-4- میراگرهای ویسکو الاستیک
1-5- روند ارائه پايان نامه
فصل 2: زلزله های نزدیک گسل و میراگرهای ویسکو الاستیک
مقدمه
2-1- خصوصیات زلزله های نزدیک گسل
2-2- مولفه افقی عمود بر گسل
2-3- مولفه قائم بر سطح زمین
2-4- برش پایه
2-5- مقایسه طیف پاسخ مولفه افقی عمود بر گسل با مولفه موازی گسل در حوزه نزدیک
2-6- تاثیر بزرگای زلزله
2-7- مقاوم سازی سازه هاتحت زلزله های حوزه نزدیک
2-8- وسايل كنترل غير فعال (passive control)
2-8-1- جداساز پي (Base Isolation)
2-8-2- ميراگرها
2-8-2-1- ميراگرهاي تسليم شونده (Metallic Yield Dampers)
2-8-2-1-1- شرح ميراگرهاي تسليم شونده
2-8-2-1-2- مشخصات ميراگرهاي تسليم شونده
2-8-2-1-3- مشخصات كلي منحني هيسترزيس
2-8-2-2- ميراگرهاي اصطكاكي (Friction Damper)
2-8-2-2-1- شرح ميراگرهاي اصطكاكي
2-8-2-2-2- روشهاي مدلسازي ميراگر اصطكاكي
2-8-2-2-3- مشخصات ميراگرهاي اصطكاكي
2-8-2-3- ميراگرهاي ويسكوز(Viscous Fluid Damper VF)
2-8-2-3-1- شرح ميراگرهاي ويسكوز
2-9- میراگرهای ویسکو الاستیک
2-9-1- مشخصات ميراگرهاي ويسكوالاستيك
2-9-2- تعيين نسبت ميرايي حاصل از الحاق ميراگر ويسكوالاستيك
2-10-تمهیدات طراحی و موارد بکارگیری
2-11- راهکارهای جاگذاری برای میراگرهای ویسکو الاستیک
2-12- توزیع بهینه در ارتفاع
فصل3: مطالعات انجام شده بر روي زلزله هاي نزديك گسل و ميراگرهاي ويسكوالاستيك، و نحوه ي قرار گيري آنها در سازه
مقدمه
3-1- مطالعات انجام شده بر روي زلزله هاي نزديك گسل
3-2-طراحی لرزه ای ساختمانهای فولادی بلند بااستفاده از جاذبهای انرژی ویسکوالاستیک
3-3- مطالعات تجربی میراگرهای ویسکو الاستیک در سازه ها
3-4- ملاحظات معماری ميراگرهاي ويسكوالاستيك
3-5- بکارگیری سازه ای ميراگر هاي ويسكو الاستيك
فصل 4: تهيه شتابنگاشت ها و مدل هاي تحليلي
مقدمه
4-1- ماهیت زمین لرزه های مورد استفاده در حوزه نزدیک
4-2- مقياس سازي بروش آيين نامه 2800
4-3-مشخصات ساختمان های مورد مطالعه
فصل 5: آناليز مدل ها و نتايج
مقدمه
5-1- مقایسه پریود های محاسباتی در نرم افزارها
5-2- معرفي نرم افزار OpenSees و مشخصات اعضاي سازه اي
5-3- امكانات نرم افزار OpenSees
5-4- بررسي اثر ميراگر ويسكوالاستيك در تغيير مكان سازه ها
5-5- بررسي اثر ميراگر ويسكوالاستيك در برش پايه سازه ها
فصل ششم: نتيجه گيري و پيشنهادات
6-1- نتيجه گيري
6-2- پيشنهادات تحقیقات آینده
منابع
فهرست شکل ها:
شکل1-1- نمونه ای از میراگر ویسکوالاستیک
شکل 2-1 نمودارهای شتاب-جابجایی-سرعت زمان شتابنگاشتهای مورد استفاده در پایان نامه
شكل2-2- اثر نوع پي در پاسخ سازه در برابر حركت زمين: الف- پي ثابت ب- پي غلطكي
پ- پي انعطاف پذير
شكل 2-3- اثر تناوب ساختمان بر نيروي برشي پايه و جابجايي
شكل2-4- اثرات ميرايي در كاهش جابجايي و نيروي وارد بر سازه
شكل 2-5- تكيه گاه الاستومريك با هسته سربي
شكل 2-6-چگونگي قرارگيري تكيه گاه الاستومريك روي پي
شكل -7-2نمونه هايي از ميراگرهاي تسليم شونده جهت نصب در بادبند
شكل -8-2 نمونه هايي از ميراگرهاي تسليم شونده در قاب هاي صلب خمشي: الف- از نوع ماهيچه ب- از نوع بال تير
شكل 2-9- منحني هيسترزيس ميراگر تسليم شونده
شكل 2-10- نمايش گروهي از منحني ها را بر حسب تابعي از f و g
شكل 2-11- ميراگرهاي اصطكاكي پال
شكل2-12- نوع ديگري از ميراگرهاي اصطكاكي
شكل 2-13-ميراگر سوميتومو
شكل 2-14- رابطه نيرو و جابجايي در ميراگر اصطكاكي
شكل 2-15- مدل رفتاري پال براي ميراگر اصطكاكي
شكل 2-16-مدل دقيق رفتار ميراگر اصطكاكي
شكل 2-17-منحني هيسترزيس ميراگر اصطكاكي
شكل 2-18- الف ) نيروي سازه نيروي اصطكاكي ميراگر
شكل 2-19-ميراگر مايع ويسكوز الف- ساختمان ميراگر ب- نمونه واقعي
شكل 2-20-ميراگر ويسكو الاستيك
شکل 2-21- نمونه یک میراگر ویسکوالاستیک
شکل2-22- نمودار تنش-کرنش یک ماده ویسکو الاستیک
شکل2- 23- نوعی از میراگر ویسکو الاستیک با لایه های ویسکو الاستیک
شکل2-24- میراگر ویسکوالاستیک مورد استفاده در یک آزمایش
شكل 2-25- مدل تحليلي كلوين براي مواد ويسكوالاستيك
شكل 2-26-رابطه نيرو- جابجايي براي ميراگر ويسكوالاستيك
شكل 2-27-مدل تحليلي سازه مجهز به ميراگر ويسكوالاستيك الف- مدل بادبندصلب
ب- مدل بادبند انعطاف پذي
شكل 2-28- مدول ذخيره برشي ميراگر ويسكوالاستيك در دما 26-21 درجه
شكل 2-29- مدول اتلاف برشي ميراگر ويسكوالاستيك در دما 26-21 درجه
شكل 2-30- تاثير حرارت در ميراگر ويسكوالاستيك
شكل 2-31-وابستگي كرنشي در ميراگر ويسكوالاستيك
شكل 2-32- وابستگي به فركانس در ميراگر ويسكوالاستيك
شکل2-33- نمودار طراحی میراگر ویسکو الاستیک
شکل3- 1 الف) فرکانس طبیعی اندازه گیری شده ب) نسبت میرائی اندازه گیری شده
شکل3-2- تاریخچه زمانی جابجایی بام
شکل3-3- تاریخچه زمانی جابجایی بام
شکل3-4- پوش های پاسخ: با میراگر، بدون میراگر
شکل 3-5- تاریخچه زمانی جابجایی بام الف) تجربی ب) تحلیلی
شکل3-6- گزینه های نصب میراگر ویسکوالاستیک
شکل3-7- نصب میراگر در مرکز تجارت جهانی، نیویورک
شکل3-8- نصب میراگر در ساختمان Columbia sea first، شهر سیاتل
شکل3-9- نصب میراگر در ساختمان Union square، شهر سیاتل
شکل3-10- ساختمان بخش Santa clara در شهر San jose کالیفرنیا
شكل3-11- محل ميراگرهاي ويسكوالاستيك (بر گرفته از Crosby Group)
شکل3-12- پیکر بندی میراگر
شکل3-13- ساختمان شماره 116، تاسیسات نگهداری تجهیزات دریایی، San Diego
شكل 3-14- پلان و برش ساختمان شماره 116
شکل3-15- پیکربندی میراگر
شكل4-1- طیف طرح حاصل از رکوردها و طیف طرح استاندارد(از 0 تا 4 ثانیه)محور افقیTومحور عمودی Saمی باشد
شکل 4-2- سازه فولادی 7 طبقه 5 دهانه
شکل 4-3-سازه فولادی 10 طبقه 3 دهانه
شکل 4-4- سازه فولادی 15 طبقه 3 دهانه
شکل 4-5- سازه فولادی 17 طبقه 5 دهانه
شکل 4-6- سازه فولادی 19 طبقه 6 دهانه
شكل 5-1- مدل پارامتريك از رفتار الاستيك مصالح
شكل -2-5 مدل پارامتريك از رفتار الاستوپلاستيك مصالح
شكل -3-5مدل پارامتريك از رفتار مصالح به صورت موازي
شكل 5-4-مدل پارامتريك از رفتار مصالح به صورت سري
شكل 5-5-مدل پارامتريك از رفتار مصالح steel 01
شكل 5-6-رفتار هيسترزيس از مدل با سخت شدگي كرنشي
شكل 5-7- نمودار تغيير مكان سازه 17 طبقه تحت ركورد Imperial Vally 2
شكل 5-8- نمودار تغيير مكان سازه 17 طبقه تحت ركورد Capa Mendonico
شكل 5-9- نمودار تغيير مكان سازه 17 طبقه تحت ركورد Loma Prieta
شكل 5-10- نمودار تغيير مكان سازه 17 طبقه تحت ركورد Imperial Vally 2
شكل 5-11- نمودار تغيير مكان سازه 17 طبقه تحت ركورد Erizcan(Turky)
شكل 5-12- نمودار تغيير مكان سازه 17 طبقه تحت ركورد1 Northridge
شكل 5-13- نمودار تغيير مكان سازه 17 طبقه تحت ركورد2 Northridge
شكل 5-14- نمودار كاهش برش پايه سازه پانزده طبقه تحت ركوردهاي مختلف (ميرايي 5- 25 درصد)
شكل 5-15- نمودار كاهش تغييرمكان سازه هفت طبقه تحت ركوردهاي مختلف (ميرايي 5- 25 درصد)
شكل 5-16- نمودار كاهش تغييرمكان سازه هفده طبقه تحت ركوردهاي مختلف (ميرايي 5- 25 درصد)
فهرست جدول ها:
جدول3-1- خلاصه ی درصد کاهش پاسخ دینامیکی تحت تحریک نوفه سفید با g12/
جدول3-2-خلاصه پاسخ دینامیکی تحت دو زمینلرزه Elcentroباg6/و Hachinohe
جدول4-1- مشخصات رکوردهای حوزه نزدیک مورد استفاده در پایان نامه
جدول5-1- مقایسه پریودهای به دست آمده محاسباتی
جدول 5-2- مقادير تغيير مكان بدست آمده براي سازه 7 طبقه 5 دهانه در حالتهاي بدون ميرايي و با ميرايي ويسكوالاستيك
جدول 5-3- مقادير تغيير مكان بدست آمده براي سازه 10 طبقه 3 دهانه در حالتهاي بدون ميرايي و با ميرايي ويسكوالاستيك
جدول 5-4- مقادير تغيير مكان بدست آمده براي سازه 15 طبقه 3 دهانه در حالتهاي بدون ميرايي و با ميرايي ويسكوالاستيك
جدول 5-5- مقادير تغيير مكان بدست آمده براي سازه 17 طبقه 5 دهانه در حالتهاي بدون ميرايي و با ميرايي ويسكوالاستيك
جدول 5-6- مقادير تغيير مكان بدست آمده براي سازه 19 طبقه 6 دهانه در حالتهاي بدون ميرايي و با ميرايي ويسكوالاستيك
جدول 5-7- مقادير برش بدست آمده براي سازه 7 طبقه 5 دهانه در حالتهاي بدون ميرايي و با ميرايي ويسكوالاستيك
جدول 5-8- مقادير برش بدست آمده براي سازه 10 طبقه 3 دهانه در حالتهاي بدون ميرايي و با ميرايي ويسكوالاستيك
جدول 5-9- مقادير برش بدست آمده براي سازه 15 طبقه 3 دهانه در حالتهاي بدون ميرايي
جدول 5-10- مقادير برش بدست آمده براي سازه 19 طبقه 6 دهانه در حالتهاي بدون ميرايي و با ميرايي ويسكوالاستيك
جدول5-11- ميانگين درصد كاهش تغييرمكان براي قاب ها در ميرايي هاي مختلف
جدول 5-12-ميانگين كل درصد كاهش تغيير مكان در قاب ها
جدول 5-13- درصد كاهش برش پايه در قابها
جدول 5-14- مشخصات ميراگرهاي ويسكوالاستيك استفاده شده در پايان نامه
جدول 5-15- مقادير برش پايه بدست آمده در حالت بدون ميرايي و با ميرايي
منابع و مأخذ:
1- آرك مگردچيان، زلزله وشكل پذيري سازه ها، معاونت فني و دفتر تحقيقات و معيارهاي فني سازمان برنامه و بودجه، 1369
2- رضا زينالي سيناب، سيد مهدي زهرائي، مجيد صادق آذر، بررسي كاهش پاسخ لرزه اي سازه هاي قابي با ميراگرهاي ويسكوالاستيك
3- تي. تي. سونگ. جي. اف. دارگوش، سيستم هاي اتلاف انرژي غير فعال در مهندسي سازه، پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله
4-حبيب شاه نظري، حسن نگهدار، ايمان نوري دلاور، بررسي اثرات زلزله هاي نزديك گسل بر روي سازه هاي مهندسي، چهارمين كنگره بين المللي عمران، دانشگاه تهران، ارديبهشت 87
5-دكتر محسن گرامي، دكتر اكبر واثقي، داود عبدالله زاده، بررسي رفتار سازه ها تحت زلزله هاي نزديك گسل، چهارمين كنگره بين المللي عمران، دانشگاه تهران، ارديبهشت 87
6-رضا مهرابيان، حامد صفاري، مقايسه روشهاي مختلف مقياس سازي شتابنگاشت ها چهارمين كنگره بين المللي عمران، دانشگاه تهران، ارديبهشت 87
7-مهدي جمارانيان، (1374)، بررسي اثر شرايط ساختگاهي بر بيشينه شتاب سطح زمين در حوزه نزديك گسل، پايان نامه كارشناسي ارشد،دانشگاه تهران
8-BenioffH., "Mechanism and Strain Characteristics of the White Wolf Fault as Indicated by the Aftershock sequence , Earthquake in Kern County, California, During1995
9-K.Galal,AGhobarah,Effect of near.. fault earthquakNorth American nuclear design spectra, Nuclear Engineering and Design. Elsevier, February 2006
10-Jonathan P. Stewart, Shyh-Jeng Chiou, Jonathan D. Bray, Robert W. Graves, Paul GSomerville, and Norman A. Abrahamson, Ground Motion Evaluation Procedures fo Performance-Based Design
11-In-Kil Choi, Min Kyu Kim, Young-Sun Choun, and Jeong-Moon Seo, Shaking table test of steel frame structures subjected to scenario earthquakes, Journal of the Nuclear Engineering and Technology, Vol.37 No.2 April 2005
12- John F. Hall, Seismic response of steel frame buildings to near-fault ground motions, A report of the California institute of Technology, Report NO.EER97-05 Pasadena California 1997
13-Douglas A. Foutch and Scung-Yul Yun, ModeIing of steel moment frames for seismic loads Journal of Constructional Steel Research58 2002
14-Naeim F., "The Seismic Design Handbook", nd edition, Kluwer Academic Publishers,2001Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER)," PEER Strong Motion Database"-51
Internet Website: http:// peer. berkeley. Edulsmcat 2004
16- MaIhotra P.K., "Response of Building to Nearfield Pulse Like Ground Motion".Earthquake Eng. " (jjstruct. Dyn )
17-CHAl J., TENG T., LIAO"Numerical Simulation of Near-field Ground Motions and Induct
Structural Responses
WStewart, J.P., Chiou, S.J., Bray, J.D., Graves, RW., Somerville,P.G.,Abrahamson,N.A. -18
procedures for performance based design. Ground motion evaluation Pacific Earthquake
Engineering Research Center, No. EEC-9701568