نوع فایل: word
تعداد صفحات: 100 صفحه
چکیده:
بادبند، به عنوان نوعی سیستم کنترل غیر فعال، می‌تواند نقش موثری در ایجاد مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله داشته باشد. یکی از روش های بهره گیری بیشتر و اقتصادی تر از قابلیت بادبند ها استفاده از ظرفیت غیر ارتجاعی آنها است. بادبند های معمولی تحت کشش دارای عملکرد خوبی هستند، ولی در زیر فشار دچار کمانش شده، شکل پذیری خوبی ندارند. بادبند های کمانش ناپذیر برعکس با جلوگیری از کمانش پیش از تسلیم بادبند باعث افزایش شکل پذیری می شوند.. جلوگیری از کمانش در این نوع بادبند با محصور نمودن هسته فولادی بادبند در بتن که به‌نوبه خود در یک مقطع فولادی قرار گرفته است، انجام می شود. بدین ترتیب بادبند در فشار و کشش بطور مشابه عمل می‌کند. بدین جهت بادبندهای کمانش ناپذیر قابلیت استهلاک انرژی بیشتری داشته و باعث افزایش ایمنی سازه می‌شوند. از طرف دیگر چون نحوه کاربرد این نوع بادبند شبیه بادبند های معمولی است، استفاده از آن در سازه ها نیازمند تکنولوژی جدیدی نمی باشد قاب های مهاربندی شده با المان های کمانش ناپذیر (BRBF) به عنوان یک سیستم مقاوم لرزه ای شناخته می شوند. با توجه به این مقدمات، بررسی بادبند های کمانش ناپذیر به منظور ارتقای کیفیت و کارایی آنها و بومی کردن تکنولوژی مربوطه در کشور لرزه خیزی مانند ایران حائز اهمیت بوده، در این پایان نامه مورد توجه است .
در اين تحقیقنوع روش بصورت تئوری و غیر آزمایشگاهی بوده است .به دلیل عدم دسترسی به سازه و بادبندهای BRB واقعی، رفتار آنها با استفاده از یک نرم افزار شبیه سازی مثل abaquse مورد شبیه سازی قرار گرفته تا بتوان رفتار قابو همچنین سایر کنترلر های قبلی را روی این سازه مورد بحث و بررسی قرار داد.به منظور بررسی عملکرد مهاربندهای کمانش ناپذیر، يك مدل اجزای محدود از اين المان ارائه شده است. بعد از معرفي اجزاء با در نظر گرفتن تمامي مواد Abaquseمهاربندهاي كمانش ناپذير، يك نمونه از اين نوع مهاربند در نرم افزار اجزاء محدود مورد استفاده مدلسازي ميشود. بعد از تأييد مدل نمونه واقعي با استفاده از نتايج آزمايشگاهي در دسترس كه توسط تحليل غير خطي ديناميكي صورت ميپذيرد، مدل ساده مورد نظر ساخته ميشود اين قابتحت بارگذاري سيكليك محوري مورد آناليز قرار گرفته و قاب با هر دو نوع مهاربند تحت تحليل قرار گرفته و نتايج با هم مقايسه مي شود و روشي براي تهيه يك مدل ساده از مهاربندهاي كمانش ناپذير ارائه ميگردد. در مطالعه حاضر رفتار مهاربند BRBبعنوان میراگر هیسترتیک بررسی و عملکرد مطلوبی در جذب انرژی مشاهده گردید
مقدمه:
قاب های فولادی مهاربندی شده هم محور یکی از متداول ترین سیستم های قاب فولادی مقاوم خمشی محسوب می شود. به طور کلی قاب های مهاربندی شده هم محور نسبت به بسیاری از سیستم های مقاوم خمشی دارای کارایی بالایی می باشد که دلیل آن توانایی اعضای مهاربند در کنترل تغییرمکان های جانبی قاب می باشد. فولاد مورد استفاده برای تیرها و ستون های قاب های مهاربندی شده هم محور به لحاظ استفاده از اشکال هندسی ظریف و محاسباتی، از نظر اقتصادی نیز بسیار مقرون به صرفه می باشند. طراحان ساختمان نیز اغلب از قاب های مهاربندی شده آماده در محاسبات استفاده می کنند.
یکی از مهمترین نقاط ضعف این نوع مهاربندها مقاومت کمانشی پایین به دلیل لاغری اعضای مهاربند می‌باشد. انرژی بسیار شدید و ناگهانی که در حین وقوع زمین لرزه به اعضای مهاربند وارد می شود می تواند باعث کمانش و تغییرشکل غیر ارتجاعی بزرگ در مهاربند و اتصالات آن گردد. لذا رفتار نامطلوب عمده اي كه در مهاربندها مشاهده مي شود كمانش مهاربند فشاري مي باشد و اين امر باعث كاهش شكل پذيري و ظرفيت استهلاك انرژي در سازه به دليل اثر ثانوي تغييرشكل هاي غيرخطي هندسي مي گردد . اين موضوع در بارگذاري هاي تناوبي مانند زلزله با توجه به ماهيت كاهش بيشتر سختي تحت بارهاي ديناميكي لرزهاي، از اهميت ويژه اي برخوردار مي باشد. استفاده از مهاربندي كه در فشار و كشش رفتار يكساني داشته باشد و كمانش نكند ، هميشه مطلوب طراحان سازه بوده است. در حقيقت بهسازي قاب های سازه ای با این روش، رفتارهاي نامناسب زير را اصلاح مي كند:
1. كاهش مقاومت
2. كاهش سختي
3. كاهش شكل پذيري
فهرست مطالب:
فصل اول : مقدمه و اهداف
1-1-مقدمه
1-2-اهداف تحقیق
1-3-مباحث پایان نامه
فصل دوم : مروری بر تحقیقات مرتبط
2-1-مقدمه
2-2-مروری بر مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی
فصل سوم : مروری بر ادبیات فنی
3-1-مقدمه
3-2-مهاربندها
3-3-عملکرد مهاربندهای همگرا و واگرا
3-4-نحوه جایگذاری مهاربندها
3-5-مهاربندهای کمانش ناپذیر
3-6-اجزای تشکیل دهنده مهاربند کمانش ناپذیر
3-6-1-هسته فلزي محصور شده
3-6-2-هسته فلزي محصور نشده
3-6-3-ماده نچسب
3-6-4-ناحیه اتصال
3-6-5-غلاف محصور كننده
فصل چهارم : روش مدلسازی اجزای محدود قاب مهاربندی کمانش ناپذیر
4-1-مقدمه
4-2-مروری بر روش اجزای محدود
4-3-معرفی اجمالی نرم افزار اجزای محدود Abaqus
4-4-فرآیند مدلسازی در نرم افزار اجزای محدود Abaqus
4-5-مدلسازی اجزای محدود مهاربند فولادی
4-6-پیکربندی هندسی مهاربند فولادی در محیط نرم افزار
4-7-مدلسازی المان های تشکیل مهاربند فولادی
4-8-روش مدلسازی مصالح تشکیل دهنده مهاربند فولادی
4-9-مدلسازی رفتار تماسی بین فولاد و مصالح پرکننده بتنی
4-10-روش بارگذاری و ایجاد شرایط مرزی
4-11-روش مش بندی مهاربند فولادی
4-12-روش آنالیز و استخراج نتایج تحلیل
فصل پنجم : مقایسه رفتار مهاربند کمانش ناپذیر و معمولی به روش اجزای محدود
5-1-مقدمه
5-2-معرفی مدل های اجزای محدود مورد بررسی
5-3-بررسی رفتار عضو مهاربند کمانش ناپذیر و مهاربند معمولی
5-4-بررسی رفتار قاب با مهاربند کمانش ناپذیر و مهاربند معمولی
فصل ششم: نتیجه گیری کلی و پیشنهادات
6-1-مقدمه
6-2-نتیجه گیری نهایی
6-3-پیشنهادات برای تحقیقات آتی
فهرست مراجع
فهرست اشکال:
شکل 2-1-جزئيات مهاربند کمانش ناپذیر مورد مطالعه توسط (Sabelli, R, Mahin, S, Chang, C,2003)
شکل 2-2-پیکر بندی ساختمان مورد مطالعه توسط(Sabelli, R, Mahin, S, Chang, C,2003)
شکل 2-3-جزئيات مهاربند کمانش ناپذیر مورد مطالعه توسط(Kiggins, S, Uang, C,2006)
شکل 2-4-نمای هندسی ساختمان مورد مطالعه توسط(Kiggins, S, Uang, C,2006)
شکل 2-5-شکل مقطع عرضی ساختمان مورد مطالعه توسط(Choi, H, Kim, J,2006)
شکل 2-6-جزئيات مهاربند کمانش ناپذیر مورد مطالعه توسط (Asgarian, B, Shokrgozar, HR, 2008)
شکل 2-7-پیکر بندی پلان ساختمان مورد مطالعه توسط (Asgarian, B, Shokrgozar, HR, 2008)
شکل 2-8-جزئيات قاب و مهاربند کمانش ناپذیر مورد مطالعه توسط (Chou, C, Chen, P, 2009)
شکل 2-9-پیکر بندی قاب مورد مطالعه توسط (Nguyen, A, Chintanapakdee, C, Hayashikawa, T, 2010)
شکل 2-10- جزئيات مهاربند کمانش ناپذیر مورد مطالعه توسط (Wigle, V, Fahnestock, L, 2010)
شکل 2-11- شکل قاب مهاربندی کمانش ناپذیر مورد مطالعه توسط (Wigle, V, Fahnestock, L, 2010)
شکل 2-12-جزئيات مهاربند کمانش ناپذیر مورد مطالعه توسط (Yu, YJ, et al, 2011)
شکل 2-13-شکل مدل اجزای محدود مورد مطالعه توسط (Yu, YJ, et al, 2011)
فصل سوم
شکل 3-1-مهاربندهای همگرا
شکل 3-2-مهاربندهای واگرا
شکل 3-3-رفتار چرخه ای پایدار مهاربند کمانش ناپذیر در مقابل مهاربند کمانش یافته
شکل 3-4-اجزاي مختلف مهاربند مقيد شده در برابر كمانش
شکل 3-5-اشکال مختلف هسته فولادی و محفظه محصور کننده
شکل 3-6-نمایش قسمت محصور نشده فولادی
شکل 3-7-نمايش فضاي خالي داخلي به منظور رفتار مطلوب مهاربند دركشيدگي و فشردگي فولاد هسته
فصل چهارم
شکل 4-1-منحنی تنش - کرنش مصالح فولادی در قاب مهاربندی کمانش ناپذیر
شکل 4-2-منحنی تنش - کرنش فشاری بتن مورد استفاده برای مصالح پرکننده
شکل 4-3-منحنی تنش - کرنش کششی بتن مورد استفاده برای مصالح پرکننده
شکل 4-4-جزئیات اعمال بارگذاری نمونه اولیه قاب مهاربندی کمانش ناپذیر
شکل 4-5-شکل مش بندی شده نمونه اولیه قاب مهاربندی کمانش ناپذیر
فصل پنجم
شکل 5-1-قاب مهاربندی کمانش ناپذیر مورد مطالعه با مقياس کامل
شکل 5-2-مهاربند کمانش ناپذیر مورد مطالعه
شکل 5-3-نمای سه بعدی مدل a1 به صورت مهاربند معمولی
شکل 5-4-نمای سه بعدی مدل a2 به صورت مهاربند کمانش ناپذیر
شکل 5-5-کانتور تنش مهاربند معمولی
شکل 5-6-کانتور تنش مهاربند کمانش ناپذیر
شکل 5-7-شکل انحنای به وجود آمده در مهاربند معمولی
شکل 5-8-توزیع تنش در مقطع فولادی در مهاربند کمانش ناپذیر
شکل 5-9-نمودار بار - جابجایی مدل a1 و a2
شکل 5-10-نمای سه بعدی مدل a3 به صورت قاب با مهاربند معمولی
شکل 5-11-نمای سه بعدی مدل a4 به صورت قاب با مهاربند کمانش ناپذیر
شکل 5-12-کانتور تنش قاب فولادی با مهاربند معمولی
شکل 5-13-کانتور تنش قاب فولادی با مهاربند کمانش ناپذیر
شکل 5-14-نمودار برش پایه - جابجایی مدل a3 و a4
منابع و مأخذ:
[1] American Institute of Steel Construction, Inc. (AISC). (1999). Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings. AISC, Chicago, IL, December 27.
[2] American Society for Testing and Materials (ASTM). (2003). Annual Book of ASTM Standards, Metals Test Methods and Analytical Procedures. Section 3, Vol. 3.01, West Conshohocken, Pennsylvania.
[3] Barsom, J. M., and Rolfe, S. T. (1999). Fracture and Fatigue Control in Structures: Applications of Fracture Mechanics. Third Edition, ASTM, West Conshohocken, PA.
[4] Bruneau, M., Tremblay, R., Timler, P., and Filiatrault, A. (1995). Performance of steel structures during the 1994 Northridge earthquake. Canadian Journal of Civil Engineering, volume 22, number 2, pages 338-360.
[5] Elghazouli, A. Y. (2003). Seismic design procedures for concentrically braced frames. Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Structures and Buildings. volume 156, issue 4. Pages 381-394.
[6] Elsesser, E. (1986). A survey of seismic structural systems and design implications. ATC-17, Proceedings of a Seminar and Workshop on Base Isolation and Passive Energy Dissipation, San Francisco, CA, pages 51-62.
[7] El-Tayem, A. A., and Goel, S. C. (1986). Effective Length Factor for the Design of X-bracing Systems. Engineering Journal, AISC, vol. 24, page 41-45.
[8] El-Tayem, A. A., and Goel, S. C. (1986). Cyclic Load Behavior of Angle X-Bracing. Journal of Structural Engineering, vol. 112, Issue 11, pages 2528-2539.
[9] Eurocode 8. (1998). Structures in Seismic Regions, Part 1.1: General Rules and Rules for Buildings. Commision of the European Communities, European Committee for Standardisation, ENV 1998-1-1.
[10] Hanson, R., and Higginbotham, A. B. (1976). Axial hysteretic behavior of steel members. ASCE, Journal of the Structural Division, volume 102, number 7, pages 1365-1381.
[11] Hassan, O. F., and Goel, S. C. (1991). Modeling of Bracing Members and Seismic Behavior of Concentrically Braced Steel Structures. Research Report No. UMCE 91- 1, Department of Civil Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan.
[12] Higginbotham, A. B. (1973). The Inelastic Cyclic Behavior of Axially-Loaded Steel Members. Report No.UMEE-73R1, Department of Civil Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan.
[13] Ikeda K. and Mahin S. A. (1984). Phenomenological modeling of steel braces under cyclic loading. Report no. UCB/EERC 84/09, Earthquake Research Center, University of California, Berkeley, CA.
[14] Ikeda K. and Mahin S. A. (1984). A refined physical theory model for predicting the seismic behavior of braced steel frames. Report no. UCB/EERC 84/12, Earthquake Research Center, University of California, Berkeley, CA.
[15] Kathib I. F., Mahin, S. A. (1987). Dynamic inelastic behavior of chevron braced steel frames. Fifth Canadian Conference on Earthquake Engineering, Balkema, Rotterdam, pages 211-220.
[16] Kim, H. I., and Goel, S. C. (1996). Upgrading of Braced Frames for Potential Local Failure. Journal of Structural Engineering, May 1996, pages 470-475.
[17] Leowardi, L. S., Walpole, W. R. (1996). Performance of steel brace members. Research Report no. 96-03, Christchurch, New Zealand: Department of Civil Engineering, University of Canterbury.
[18] Naeim, F. (1989). The Seismic Design Handbook. Structural Engineeging Series, Van Nostrand Reinhold, New York.
[19] Nakashima, M., and Wakabayashi, M. (1992). Analysis and design of steel braces and braced frames in buildings structures. Stability and ductility of steel structures under cyclic loading, pages 309-321.
[20] Perotti, F., and Scarlassara, P. (1991). Concentrically Braced Steel Frames under Seismic Actions: Non-linear Behavior and Design Coefficients. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol. 20, pages 409-427.
[21] Remennikov, A., and Walpole W. (1995). Incremental model for predicting the inelastic hysteretic behavior of steel bracing members. Research Report no. 95-6. Department of Civil Engineering, University of Canterbury, Christchurch, New Zeland.
[22] Shing, P., Bursi, O., and Vannan, T. (1994). Pseudodynamic test of a concentrically braced frame using substructuring techniques. Journal of Constructional Steel Research, volume 29, number 1-3, pages 121-148.
[23] Wakabayashi, M., Nakamura, T., and Yoshida, N. (1977). Experimental Studies on the Elastic-Plastic Behavior of Braced Frames under Repeated Horizontal Loading. Bulletin, Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University, vol. 27, no. 251, pages 121-154.
[24] Yanev, P, Gillengerten, J. D., and Hamburger, R. O. (1991). Performance of Steel Buildings in Past Earthquakes. American Iron and Steel Institute (AISI) and EQE Engineering, Inc.