منبع پایان‌نامه c (407)

شکل 2-2 دیاگرام بار-تغییرمکان

‏‏ از جمله عواملی که در رابطه با آنها لزوم کنترل تغییر مکان جانبی نقش اساسی د‏ارد می توان به موارد ‏زیر اشاره نمود ‏:
اثرات P-∆
آسیب دیدن اجزای غیر سازه ای
حفظ تجهیزات و لوازم حساس در ساختمانهای خاص
تامین ایمنی
‏ در صورت جابجایی قابل توجه سازه و در نتیجه تغییر شکل های زیاد اعضاء غیر سازه ای نظیر دربها، آسانسورها، تیغه ها، نماها، ‏میانقاب ها و بخصوص تاسیسات ممکن است دچارعیب های جدی گردند. در بعضی ساختمانهای خاص همچون بیمارستانها، موزه ها، آزمایشگاهها و غیره که تجهیزات و لوزام حساس در آنها قرار دارد، جابجائی زیاد می تواند موجب خسارات جبران ناپذیر گردد که بدین لحاظ استفاده از سیستم های مقاوم با سختی زیاد را الزامی می نماید.
‏‏ اگرچه عموم محققین معتقدند که شتاب ‏مهمترین پارامتر نحوه پاسخ افراد به ارتعاش می باشد و ممکن است برای ساکنین ساختمانها بخصوص ساختمانهای بلند ایجاد انواع واکنشهای نامطلوب از اضطراب تا حالت تهوع نماید و باعث سلب آسایش آنها گردد، ولی جابجایی زیاد نیز می تواند باعث عدم ایمنی بخصوص در زلزله که نسبت به نوسانات باد، به دفعات کمتر بروز نموده و زمان ارتعاش معمولا کوتاه بوده ولی حرکات آن شدید ترمی باشد، گردد. لذا معیار طراحی در زلزله قبل از آسایش که معمولا در رابطه با باد مطرح است، ایمنی خواهد بود.

2-3 جذب انرژی
همانطور که در منحنی های هیسترزیس مربوط به دیوارهای برشی فولادی مشاهده می گردد، این منحنی ها بصورت S شکل و کاملا پایدار بوده و میزان جذب انرژی سیستم مذکور که در واقع سطح زیرمنحنی های هیسترزیس آنها می باشد، قابل توجه است. همچنین با افزایش تغییر مکان در هر سیکل سطح زیر منحنی هیسترزیس نسبت به سیکل قبل افزایش نشان می دهد.
برای بهبود منحنی های هیسترزیس و افزایش میزان جذب انرژی (افزایش سطح زیر منحنی های هیسترزیس) در دیوارهای برشی فولادی به دو صورت می توان عمل نمود:
افزایش ضخامت ورق فولادی
تقویت ورق فولادی به کمک سخت کننده ها
‏‏راه حل اول کاملا غیر اقتصادی و پر هزینه می باشد، زیرا برای بهبود منحنی های هیسترزیس دیوارهای مذکور لازم است ضخامت ورق فولادی آنقدر افزایش داده شود تا ورق قبل از جاری شدن کمانش ننماید که این افزایش ضخامت بسیار قابل توجه بوده و لذا غیر اقتصادی است.
‏‏راه حل دوم که از طریق تقویت ورق فولادی به کمک سخت کننده ها حاصل می گردد، کاملا موثر و اقتصادی می باشد. در آزمایشهایی که توسط تاکاهاشی و همکاران برروی تعدادی پانل برشی فولادی با ورق با ضخامت های مختلف و سخت کننده ها با ابعاد، فواصل و آرایش های متفاوت انجام گرفت، نشان داده شده است، با تقویت موثر ورق فولادی می توان منحنی های هیسترزیس را در دیوارهای برشی فولادی از S شکل به دوکی شکل تبدیل کرده و بدین ترتیب با افزایش سطح زیر منحنی های مذکور میزان جذب انرژی را بالا برده و رفتار دیوارهای مذکور را بهبود بخشید.
شکل 2-3 منحنی های هیسترزیس در دیوار های برشی فولادی
2-4 -پایداری
‏‏ یکی از عوامل تعیین کننده و حساس در سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی، پایداری می باشد. هرگونه ناپایداری در این سیستم ها ممکن است منجر به خرابی کلی و یا موضعی سازه و نهایتا ساختمان گردد. عموما ناپایداری به صورت های زیر در سیستم های مذکور اتفاق می افتد.
ناپایداری اجزای اصلی
ناپایداری اجزای فرعی
ناپایداری موضعی
‏‏ ناپایداری اجزاء اصلی مانند ستونها بسیار خطرناک بوده و اغلب منجر به تخریب قسمتی از سازه و یا کل سازه می گردد ‏. لذا د‏قت د‏ر تامین پایداری، به ویژه ‏تامین پایداری اجزاء اصلی سیستم های مقاوم د‏ر برابر بارهای جانبی بخصوص بارهای جانبی ناشی از زلزله از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. گرچه می توان با کمی درایت در طراحی سیستم های مذکور از ناپایداری اجزاء فرعی و حتی ناپایداری های موضعی نیز جلوگیری نمود.
در زلزله های نسبتا شدید انتظار می رود سیستم مقاوم وارد ناحیه پلاستیک شده و با جذب انرژی، ‏ارتعاش را میرا نماید. در این حالت که سیستم خود به علت جاری شدن اجزاء و احتمالا اتصالات دچار مشکل می باشد، می توان تصور نمود وجود ناپایداری در آن چه اثرات مخربی میتواند برای آن به همراه داشته باشد. در چنین شرایطی بروز هرگونه ناپایداری برروی منحنی های هیسترزیس سیستم اثرگذاشته و خود را در منحنی های مذکور نشان داده و باعث کاهش جذب انرژی سیستم می گردد. در دیوارهای برشی فولادی، ستونها علاوه بر تحمل بارهای قائم محوری که ناشی از بارهای ثقلی می باشند، می بایست نیرو های نهایی وارده از ورق فولادی را نیز تحمل نمایند. لذا لازم است ستونها از نظر کمانش در صفحه دیوار برشی وکمانش خارج از صفحه مذکور با ضریب اطمینان خوبی طراحی گردند. بطوری که وقتی ورق فولادی برای جذب انرژی به حالت پلاستیک می رود دارای استحکام کافی بوده و دچارکمانش نشود.
در رابطه با تیرهای طبقات در دیوارهای برشی فولادی، با توجه به اینکه نیروهای وارده از ورق های فولادی به آنها در دو طبقه مجاور به علت اختلاف ناچیز خنثی می گردد (شکل 2-4) ‏لذا از نظر پایداری با مشکل خاصی روبرو نمی باشند. فقط تیرهای انتهایی که صرفا نیروهای وارده از طرف یک ورق فولادی را تحمل می نمایند، می بایست دارای استحکام کافی باشند.
‏‏‏
شکل 2-4 نیروهای وارد بر تیر ها وستون ها
‏‏ در دیوارهای برشی فولادی گرچه ورق فولادی بعد از ورود به حالت پس کمانش2، کمانش می نماید ولی این مطلب به منزله ناپایداری سیستم تلقی نمی گردد ‏زیرا همانطور که در مباحث قبل اشاره ‏گرد‏ید، در حالت پس کمانش با تشکیل میدان کششی د‏ر ورق فولاد‏ی صرفا نوع باربری ورق مذکور تغییر می نماید.
برای جلوگیری ازکمانش ورق فولاد‏ی برای بارهای سرویس می توان با استفاده ‏از تقویت کننده ها، همانطور که د‏ر شکل نشان داده شده است، صفحه را به تعداد‏ی صفحات کوچکتر که آنها را زیر صفحه می نامند، تقسیم نمود.
تحقیقات نشان می دهد برای دستیابی به منحنی های هیسترزیس دوکی شکل بجای S ‏شکل در دیوارهای برشی فولادی تقویت شده، بهتر است برای جلو گیری ازکمانش کلی صفحه فولادی، سخت کننده ها دارای استحکام کافی بوده و در دو طرف ورق بکار برده شوند.
شکل 2-5 دیوار برشی تقویت شده
2-5-تحلیل دیوار برشی
در این بخش به روش های تحلیل دیوارهای برشی و تعیین نیروهای اعضای آن از قبیل ورق پرکننده دیوار، اجزای مرزی افقی (HBE)، اجزای مرزی قائم (VBE‏) و اتصالات پرداخته می شود. تحلیل دیوار برشی و اجزای آن از دو جنبه قابل اهمیت است.
در طراحی لرزه ای دیوارهای برشی فولادی، ورق جان نقش فیوز (عضو شکل پذیر) را داشته و نیروی کششی آن به عنوان مؤلفه شکل پذیر قلمداد می شود. اعضای مرزی HBE و VBE و اتصال فرمانبردار نیروهای ورق جان هستند و به عنوان اعضای غیرشکل پذیر لازم است رفتار آن ها در محدوده ارتجاعی باقی بماند. نیرو های طراحی ورق جان براساس نیرو های زلزله کاهش یافته با منظور نمودن ضریب رفتار R ‏محاسبه می شود. هر چند نیرو های طراحی اعضای مرزی و اتصالات را می توان براساس ظرفیت مورد انتظار ورق پرکننده دیوار تعیین کرد، لیکن کلیه اعضای سیستم دیوار برشی فولادی شامل اعضای شکل پذیر و غیر شکل پذیر باید قادر باشند نیروی حاصل از زلزله را تحمل نمایند. بنابراین تعیین نیرو های داخلی کلیه اعضا با یک روش تحلیلی مناسب ضروری است.
برای تعیین تغییر مکان جانبی سازه نیاز به تحلیل سیستم دیوار برشی فولادی می باشد. تغییر مکان جانبی نسبی طبقات و افزایش آن براساس پدیده P-∆‏ ممکن است بهره برداری سازه را دچار مشکل کند. چون از طرفی در بعضی موارد در طراحی دیوارهای برشی فولادی ممکن است سختی سیستم و تغییر مکان جانبی آن تعیین کننده باشد، لذا تحلیل سیستم باربرجانبی برای تعیین تغییرمکانها ضروری است. روش های گوناگونی براساس مدل های مختلف برای تحلیل دیوارهای برشی فولادی توسط پژوهشگران ارائه و پیشنهاد شده است. در این بخش مطابق دستورالعمل طراحی شماره20 ‏ آئین نامه AISC ‏به سه روش مدل سازی از قرار مدل نواری، مدل اجزای محدود با جزء غشاء ارتوتروپیک و تحلیل غیرخطی اشاره می شود.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

2-5-1- مدل نواری
یکی از مدل های رایج در تحلیل دیوار برشی فولادی استفاده از مدل نواری است مطابق شکل 2-6. در این روش ورق جان توسط یک سری اعضای قطری موازی که فقط به کشش کار می کنند مدل می شود. روش مدل نواری نتایج قابل قبولی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی از خود نشان داده است. در آئین نامه طراحی دیوارهای برشی فولادی کانادا (CAS2001)، مدل نواری به عنوان یک روش مناسب تحلیل سیستم توصیه شده است. در این مدل باید حداقل از 10 ‏المان نواری در هر پانل استفاده شود.
شکل 6-2 نمونه مدل نواری برای تحلیل سازه
همان گونه که در شکل ملاحظه می شود، انطباق تلاقی نوارها در یک نقطه در بالا و پایین المان مرزی افقی (HBE) ضروری نیست و تقسیم بندی تیر به المان های خمشی قاب بر اساس تعداد تقسیم بندی نوارها تعیین می شود. به عنوان مثال تیر طبقه میانی شکل فوق ‏به 16 قطعه تقسیم شده است.
برای ساده سازی مدل می توان از میانگین زوایای میدان کششی پانل های دیوار برشی برای تمام ارتفاع سیستم استفاده کرد. در این صورت طول هر قطعه از تیر برای n نوار چنین است:
(2-2) ∆_x=1/n (L+h tanα)

∆_x = طول قطعه تیر بین گره ها
L = عرض پانل
h = ارتفاع پانل
n = تعداد نوار ها
موقعیت گره ها در ستون براساس موقعیت گره ها در تیر تعیین می شود.
A_s مساحت معادل نوار چنین محاسبه می شود:
(2-3) A_s=((L cosα+h sinα) t_w)/n
به دلیل وابستگی مدل نواری به زاویه α، چرخه های تکراری سعی و خطا برای تعیین پارامترها ممکن است طولانی و بعضا خسته کننده باشد. اصلاح ابعاد ستون در هر مرحله باعث تغییر زاویه α و در نتیجه تغییر در موقعیت گره های تیر و دگرگونی در کمیت های طراحی خواهد شد. استفاده از زاویه میدان کشش میانگین برای پانل ها در کلیه طبقات می تواند تا حدودی این مشکل را برطرف کند. در هر حال در صورتی که انحراف زاویه میدان کشش طبقات از 5 ‏درجه تجاوز کند استفاده از زاویه میانگین میدان کششی می تواند منجر به کاهش دقت نتایج شود.
2-5-2- مدل غشایی ارتوتروپیک
به کارگیری المان های غشایی در مدل اجزای محدود یکی از روش های مناسب مدل سازی در تحلیل سیستم دیوار برشی فولادی است شکل 2-7. استفاده از المان غشایی با خواص ارتوتروپیک به دلیل لزوم در منظور نمودن مقاومت کششی و فشاری ورق نازک جان است. چون کشش در راستای قطری ورق جان شکل می گیرد، لذا لازم است محورهای محلی متناسب با جهت زاویه α در المان های غشایی اختیار گردد. چون تنش های محاسباتی در قطر فشاری ورق صفر و ناچیز است، لذا خصوصیات ماده ای در امتداد زاویه α خواص واقعی ماده و در جهت عمود بر آن با سختی صفر و یا مقادیر بسیار کم باید در نظر گرفته شود.
ضمنا توصیه می شود که سختی برشی داخل صفحه المان صفر یا بسیار اندک منظور شود. در غیر این صورت احتمال این که بخشی از لنگر واژگونی توسط تنش های قائم در ورق جان تحمل شود (که در واقعیت قادر به مشارکت در تحمل نیروها نمی باشد) وجود خواهد داشت. علت این امر را چنین می توان توجیه کرد که ورق پرکننده دیوار برشی در حوالی ستون به اندازه کافی صلب است، لیکن در سایر نقاط ورق جان سختی اندکی دارد و تحت تنش های فشاری کمی دچار ناپایداری موضعی می گردد.
نکته قابل توجه در دیوارهای برشی فولادی در مناطق با خطر لرزه خیزی زیاد این است که نیروهای طراحی ستون عمدتا بر اساس ظرفیت دیوار برشی تعیین می شوند و نیروهای طراحی با مدل تحلیلی سازه نامربوط خواهد بود. در ساختمان های بلند مرتبه که در آن ها نرمی (انعطاف پذیری) دیوار در اثر نرمی محوری ستون قابل مقایسه با نرمی برشی سازه است، افزایش سختی خمشی سازه اهمیت چندانی نخواهد داشت.
المان غشایی مورد استفاده در مدل تحلیلی براساس ضرورت رفتار کششی ورق جان می باشد و تعداد المان ها باید به اندازه کافی برای دست یابی به نیروهایی که موجب خمش در المان های مرزی می شوند، باشد. آستانه اصل استفاده از حداقل چهار المان در هر جهت (در مجموع 16 ‏المان در هر پانل) را برای مدل تحلیلی دیوار برشی ضروری می داند. [9]
در نرم افزارهای مهندسی برای تحلیل رفتار درون صفحه دیوار برشی با استفاده از المان های غشایی می توان از المان های چهار گرهی و یا سه گرهی استفاده کرد.
فرمول بندی المان های چهار گرهی به مراتب از فرمول بندی المان های سه گرهی (مثلثی) دقیق تر می باشد. المان سه گرهی تنها برای نواحی انتقال و مرزی پیشنهاد می گردد. هر چند فرمول بندی سختی المان سه گره ای آسان است، لیکن بازیابی تنش ها در این حالت از دقت کافی برخوردار نیست. بهترین نتایج برای المان های چهار گرهی در حالتی به دست می آ ید که این زوایا در حالت90‏ درجه و یا حداقل بین 45 تا 135 ‏درجه باشند.
در شکل (2-7) نحوه ی شبکه بندی یک دیوار برشی فولادی با المان های چهار گره ای غشایی ناهمسانگرد (ارتوتروپیک) که در آن هر پانل در هر جهت به صورت مساوی به پنج قسمت تقسیم شده است نشان داده شده است.

محورهای محلی المان ها به گونه ای انتخاب می شود تا راستای زاویه میدان کشش به خوبی در نظر گرفته شود. مدل تحلیلی مبتنی بر استفاده از المان های غشایی ناهمسانگرد دارای مزایایی نسبت به روش متداول مدل نواری می باشد. در این مدل تکرارها در هر مرحله به آسانی و با تغییر راستای زاویه α براساس روند متداولی که نرم افزارهای مهندسی در این ارتباط دارند انجام می شود.

شکل 2-7 مدل غشایی ناهمسانگرد دیوار برشی

2-5-3- تحلیل غیر خطی
در طراحی لرزه ای سازه های فولادی برای لحاظ نمودن واقعی رفتار غیرالاستیک سازه، به کارگیری یک تحلیل غیرخطی مفید و کارآمد می باشد. در روش تحلیل نواری استفاده از المانهای غیرخطی خرپایی برای منظور کردن مناسب اثرات تنش های تسلیم کششی یکنواخت جان بر روی اجزای مرزی افقی و قائم توصیه می شود.
‏استفاده از المان های غیرخطی غشایی ناهمسانگرد در تحلیل المان محدود دیوارهای برشی به شرط وجود در نرم افز ارهای موجود مهندسی جهت مدل کردن دقیق تر دیوار مفید می باشد.
چنانچه از مدل غیر خطی استفاده شود در این صورت اجزای مرزی افقی و قائم می توانند در مقابل مود های ناخواسته مانند کمانش در اثر رفتار غیرالاستیک با اعمال تغییر شکل های مناسب به قاب کنترل کننده باشند. تغییر مکان های مورد نظر می تواند حاصل از تسلیم کامل کششی ورق جان باشند و یا به هر روش دیگری محاسبه شوند. دستورالعمل[10] FEMA356 اطلاعات مفیدی برای نحوه ی محاسبه تغییر مکان ها ارائه می دهد. تحلیل پوش- آور بهترین روش برای دستیابی به نیروهای واقعی اجزای مرزی است. نیروهای محوری و خمشی که با استفاده از این روش برای اعضای مرزی به دست می آیند، کمتر از نظایر آن ها در حالتی هستند که نیروها از طریق طرح براساس ظرفیت حاصل می شوند.
2-6-طراحی اولیه
قبل از هر تحلیلی، تعیین اندازه و ابعاد اولیه ورق جان و اعضای مرزی قائم و افقی ضروری است. تعیین ابعاد اولیه اعضای د‏یوار برشی فولاد‏ی براساس فرضیات ساد‏ه کننده ای جهت تعیین نیروهای این اعضا انجام می شود.
در طراحی اولیه ورق جان در گام اول فرض می گردد که ورق جان کل نیروی برشی حاصل از زلزله در سیستم دیوار برشی فولادی را تحمل کند. برای تعیین ظرفیت برشی ورق جان، داشتن α مقدار زاویه میدان کشش ضروری است. چون زاویه α به خصوصیات هندسی اعضای مرزی و ابعاد دیوار وابسته است، لذا در طرح اولیه باید برای زاویه α مقداری را فرض کرد. نمونه های طراحی دیوار برشی فولادی نشان داده است که انتخاب زاویه α در محدوده 30 تا 55 درجه تخمین اولیه مناسبی است.
ظرفیت اسمی برشی ورق جان را می توان مطابق رابطه V=0.5F_y tLsin2α تعیین کرد. که در آن L فاصله محور تا محور ستون ها است. آئین نامه AISC341 ‏از ضریب 42/0 ‏به جای ضریب 50/0 ‏در رابطه فوق استفاده کرده است. دلیل انتخاب 42/0 اعمال ضریب اضافه مقاومت ورق جان معادل 2/1 می باشد. از طرف دیگر آیین نامه از L_cf، فاصله بین دو بر ستون به جای L فاصله محور تا محور ستونها برای ارزیابی ظرفیت اسمی برشی ورق جان استفاده کرده است.
بنابراین ظرفیت اسمی برشی ورق جان از رابطه (2-4) بدست خواهد آمد :
(2-4) V=0.42F_y tL_cf sin2α

براساس تحقیقات برمن و برونو مقدار V که از رابطه فوق تعیین می شود کمتر از مقاومت نظری ورق جان براساس تسلیم کششی یکنواخت در امتداد زاویه α می باشد که منعکس کننده تفاوت بین اولین تسلیم تا تسلیم کامل ورق جان در اثر توزیع غیر یکنواخت تنش در محدوده ارتجاعی است.
‏در طراحی به روش تنش مجاز حداقل ضخامت ورق جان که از رابطه (2-5) بدست می آید برابر است با :
(2-5) t_w≥(1.67V_a)/(0.42F_y L_cf sin2α)
در رابطه (2-5) V_a نیروی برشی موجود در دیوار برشی در اثر ترکیبات متعارف بارگذاری است. استفاده از ورق های با ضخامت کمتر از 6 میلی متر مراقبت های ویژه ای را در هنگام ساخت و نصب ایجاب می کند. در هر حال به کارگیری ورق های نازک در دیوارهای برشی فولادی از مزایای این سیستم است که حمل و نقل آن را آسان می کند.

این نوشته در پایان نامه ارشد ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید