دانلود پایان نامه

دارند که گاهی اوقات با یکدیگر اشتباه میشوند. مثل قابی با ظرفیت تغییر مکانی بالا احتمالا دارای شکلپذیری کم و نسبت شکلپذیری کم خواهد بود. ولی قابی با تغییرمکانی کوچک، احتمالا دارای شکلپذیری کم ولی نسبت شکلپذیری بزرگتر خواهدبود.
نسبت شکلپذیری برای سازههای با شکلپذیری بالا برای این کم میباشد که حد بیشینه آئیننامه رعایت میگردد و در نتیجه اختلاف بین نقطه تسلیم اولیه تا حد مجاز تغییر مکان کوچک خواهد شد. نسبت شکلپذیری µs میتواند برای سیستمها، طبقه یا تراز المانهای مختلف به دست آید.
شکل(2-1) ارتباط بین ضریب کاهش نیروR، اضافه مقاومتΩ_d، ضریب کاهش به علت شکل پذیری R_μ و ضریب شکل پذیریμ

2-2-1-1-1-ضریب شکل پذیری کلی سازه
با توجه به کمبود اطلاعات موجود در زمینه تعیین ضریب شکلپذیری کلی برای سازههای چند درجه آزادی از طریق تئوری، بهتراست مقدار ضریب شکلپذیری کلی سازه µs را که نمایانگر ظرفیت استهلاک انرژی اجزاء یا کل سازه است، از روشهای آزمایشگاهی تعیین نمود. رفتار کلی سازه تنها مربوط به سیستمهایی است که می توانند انرژی را با یک رفتار پایدار مستهلک کنند، مانند قابهای مقاوم خمشی شکلپذیر ویژه و قابهای دارای مهاربندی خارج از مرکز. برای سیستمهای دیگر، که کاهش شدید سختی و مقاومت دارند، تعریف تغییر مکان تسلیم و تغییر مکان حداکثر به منظور تعیین ضریب کاهش بر اثر شکلپذیری، میتواند نادرست باشد. تعیین ضریب µs بخصوص برای سازههای بلندتر از یک طبقه کار پیچیدهای است. برای محاسبه این ضریب غالبا از تغییر مکان نسبی طبقه بعنوان معیار تغییر مکان استفاده میشود[2]. برای تعیین ضریب شکلپذیری کلی سازه میتوان از تحلیل استاتیکی غیر خطی با بار جانبی فزاینده استفاده نمود. این تحلیل تا جایی که تغییر مکان نسبی بین طبقات به حداکثر میزان مجاز خود برسد، پیش میرود و سپس متوقف میشود. تغییر مکان بین طبقهای با دریفت (تغییر مکان بین طبقه ای بخش بر ارتفاع طبقه) در نقطهای که اولین مفصل پلاستیک در سازه تشکیل میشود، به نام تغییر مکان تسلیم نامیده میشود. البته برای تغییر مکان تسلیم، روشهای دیگری نیز وجود دارد که در بخشهای بعدی به آن اشاره میشود. با تقسیم تغییر مکان نسبی حداکثر به تغییر مکان تسلیم، خارج قسمت بیانگر ضریب شکلپذیری کلی سازه خواهد بود.
با توجه به نمودار رفتاری سازه مطابق شکل (2-1)، می توان تعاریف مربوط به مشخصات سازه را به صورت زیر نیز عنوان نمود:
ضریب شکل پذیری کلی سازه ()، عبارت است از خارج قسمت تغییر شکل جانبی نسبی حداکثر() به تغییر شکل جانبی نسبی متناظر با حد تسلیم ():

(2-4)

2-2-1-1-2-ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری
هنگامیکه سازهها تحت نیروهای لرزهای قرار میگیرند، با ورود به فاز غیرخطی شروع به جذب نیروهای زلزله میکنند. این کاهش نیرو توسط سازه، کاهش بر اثر شکلپذیری نامیده میشود. سازهها بر اثر وجود شکلپذیری، مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را با رفتار هیستریک مستهلک می کنند، که مقدار این استهلاک انرژی بستگی به مقدار شکلپذیری کلی سازه دارد. شکلپذیری کلی باید به گونهای باشد که شکلپذیری محلی اعضاء از مقدار مجاز خود بیشتر نشود. بدین منظور، هنگام طراحی لازم است حداقل مقاومت لازم سازه که شکلپذیری کلی آن را به حد شکلپذیری مشخص شده از قبل محدود می کند، مشخص شود[9]. به همین دلیل اکثر آئیننامهها، از طریق جزئیات اجرایی، ضوابطی را برای تأمین شکلپذیری لازم مشخص نمودهاند. این ضوابط، سبب میشوند که اعضاء به گونهای طراحی شوند که شکلپذیری در سطح اعضاء و کلی تأمین شود.در توضیح روش یوانگ [14]، ضریب کاهش بر اثر شکلپذیری Rµ برابراست با نسبت مقاومت ارتجاعی مورد نیاز به مقاومت غیر ارتجاعی مورد نیاز.
R_μ=(F_y (μ=1))/(F_y (μ=μ_(i)) )
(2-5)

هنگامیکه سازه تحت زلزله واقع میشود، اگر بخواهد که تمام نیروی زلزله را به صورت الاستیک نحمل کند، نیروی بزرگی در سازه ایجاد خواهد شد. به همین دلیل، مقاومت مورد نیاز سازه بسیار بزرگ می شود که آن را با Fy(µ=1) نمایش داده و مقاومت جانبی مورد نیاز، برای جلوگیری از تسلیم سیستم بر اثر یک زلزله مشخص مینامند. واضح است که با فرض رفتار غیرخطی و رفتار شکلپذیر، سطح نیروهای ورودی کاهش مییابد و متناظرا مقاومت مورد انتظار نیز مقدار کمتری را میطلبد. با فرض آنکه سازه برای حالتی طراحی شود که انتظار شکلپذیری به میزان µi را بر آورده سازد، مقاومت قابل تحمل توسط سازه را با Fy(µ=µi) نمایش داده و آن را مقاومت جانبی تسلیم مورد نیاز برای محدود کردن ضریب شکلپذیری کلی سازه µs به مقداری کمتر و یا برابر با ضریب شکلپذیری کلی از پیش تعیین شده (هدف یا µi) مینامند. با توجه به آن که شکلپذیری سازه سبب این کاهش تقاضا در مقاومت مورد نیاز سازه میشود، این اختلاف بین مقاومت ارتجاعی و غیر ارتجاعی مورد نیاز سازه را ضریب کاهش بر اثر شکلپذیری نامیده و اثر آن را در ضریب رفتار لحاظ میسازند.
همانطور که اشاره شد، برای محاسبه ضریب کاهش در اثر شکلپذیری بر مبنای ضریب شکلپذیری و پریود سازه، نیاز به انجام تحلیل های فراوان میباشد. یافتن رابطه Rµ و µs برای سیستمهای یک درجه آزادی موضوع پژوهشهای فراوانی در سالهای اخیر بوده است. از جمله کسانی که در این مورد تحقیق کرده اند می توان به کراوینکلر و نسر، میراندا، برترو، نیومارک و هال، ریدل و نیومارک، ریدل، تسنیمی و محمودی و نهایتا تاکدا و همکاران اشاره کرد[2].
در سال 1994 ، محققینی همچون Miranda و B
ertero، نتایج حاصل از 13 تحقیق مختلف که در مدت 30 سال قبل از آن توسط پژوهشگران دیگر در خصوص این ضریب انجام گردیده و ارائه شده بود، جمع آوری نمودند و به منظور مقایسه نتایج ، آنها را مورد ارزیابی و بررسی قرار دادند. نتایج حاصل از مقایسه متوسط ضریب کاهش نیرو در اثر شکلپذیری تعیین شده، برگرفته از 3 تحقیق مختلف (1995 , Riddell ; 1993 , Miranda ; 1991 , Nassar and Krawinkler) تحت رکوردهای زلزله گوناگون و با شرایط ساختگاه خاک نوع سخت میباشد[13].
با توجه به گستردگی روابط ارائه شده در این زمینه، در این قسمت تنها به معرفی سه رابطه شناخته شده و معروف که در ATC-19 [19] مورد استفاده قرار گرفته و کارایی خود را نشان داده است، اکتفا می شود. شایان ذکر است که در سالهای اخیر تلاشهای فراوانی به منظور معرفی رابطههایی که قادر به محاسبه Rµ بر حسب µ و زمان تناوب سازه برای سازههای چند درجه آزادی باشد، انجام گرفتهاست. لیکن سه روشی که در ذیل میآیند، برای سازههای تک درجه آزادی میباشند ولی با فرض آنکه هر ساختمان را میتوان به صورت یک سازه تک درجه آزادی مدل نمود، جوابهای قابل قبولی ارائه می دهند:

مطلب مشابه :  منبع مقاله دربارهسلامت روان، اضطراب امتحان، ابزار پژوهش، گروه کنترل

روش نیومارک و هال[10]
روش نیومارک و هال برای تعیین ضریب کاهش بر اثر شکلپذیری در سیستم های یک درجه آزادی به شرح زیر می باشد:

برای فرکانسهای بیش از 33 هرتز (پریودهای کمتر از 03/0 ثانیه):
Rµ=1.0 (6-2)

برای فرکانسهای بین 2 و 8 هرتز (پریود بین 12/0 ثانیه و 5/0 ثانیه):
Rµ=√(2μ-1) (7-2)

برای فرکانسهای کوچکتر از 1 هرتز (پریود بیشتر از 1 ثانیه):
R_μ=μ (8-2)

با دقت در روابط بالا مشخص می شود که با افزایش ارتفاع سازه، روند افزایش ضریب کاهش در اثر شکل پذیری کند می شود و به ازای پریودهای بزرگتر از یک ثانیه، مقدار Rµ برابر ضریب شکلپذیری میگردد. برآورد Rµ در زمانهای تناوب بین 03/0 و 12/0 ثانیه و نیز بین 5/0 و 0/1 ثانیه با میانیابی بین مقادیر حدی که در رابطههای فوق آمده است، انجام میشود.

روش کراوینکلر و نسر[12]
کراوینکلر و نسر در سال 1992، رابطهای برای سیستمهای یک درجه آزاد بر روی زمینهای صخرهای یا خاک سخت، توسعه دادند. آنها نتایج مطالعات آماری را بر پایه 15 نگاشت حرکت زمین در غرب آمریکا، برای زلزلههایی در محدوده بزرگی از 7/5 تا 7/7، مورد استفاده قرار دادند. رابطه کراوینکلر و نسر با فرض میرایی 5% میرایی بحرانی به صورت رابطه زیر است:
Rµ=[C(μ-1)+1]^(1⁄C) (9-2)

C تابعی از T و α است که به صورت زیر تعیین میگردد:
C(T,α)=T^a/(1+T^a )+b/T (10-2)

در این رابطه α نسبت سخت شدگی یا شیب منحنی در ناحیه پلاستیک می باشد و به صورت درصدی از سختی ارتجاعی بیان می شود. پارامتر a و b که پارامتر های برازش (رگرسیون) هستند، برای نسبتهای مختلف سخت شدگی از روابط زیر تعیین می شوند:
α=0%→a=1.0 & b=0.42 (11-2)
α=2%→a=1.0 & b=0.37
α=0%→a=0.8 & b=0.29

در روابط فوق مقدار a برای سیستمهای الاستوپلاستیک کامل برابر صفر درصد می باشد.

روش میراندا و برترو [9]
میراندا و برترو تحقیقات خود را با توجه به 124 شتاب نگاشت و با میرایی بحرانی 5% بر روی خاکهای سخت، رسوبی و نرم انجام دادند. رابطههای ارائه شده توسط این محققان برای ضریب کاهش ناشی از شکلپذیری به صورت زیر میباشد:

Rµ=(μ-1)/ϕ+1 (12-2)

که در این رابطه ϕ بر اساس پریود طبیعی سازه، شکلپذیری و پریود غالب زلزله برای خاکهای مختلف از روابط زیر به دست می آید:

برای خاکهای سخت:
ϕ=1+1/(10T-μT)-1/2T e^(〖-15(ln⁡(T)-0.6)〗^2 ) (13-2)
برای خاکهای رسوبی:
ϕ=1+1/(12T-μT)-2/5T e^(〖-2(ln⁡(T)-0.2)〗^2 ) (14-2)

برای خاکهای نرم:
ϕ=1+Tg/3T-3Tg/4T e^(〖-3(ln⁡(T⁄Tg)-0.35)〗^2 ) (15-2)
Tg: پریود غالب حرکت زمین.

2-2-1-2-مقاومت افزون
اهمیت مقاومت افزون را در جلوگیری از خراب شدن برخی سازهها به هنگام وقوع زلزلههای شدید، سالهاست که به وسیله دانشمندان شناخته شده است. برای مثال در زلزله سال 1985 مکزیک، وجود مقاومت افزون عامل بسیار مؤثری در جلوگیری از خرابی برخی از ساختمانها بودهاست. همچنین در زلزله رودبار و منجیل سال 1369، بسیاری از ساختمانهای 7-8 طبقه در شهر رشت که دارای اتصالات خرجینی و شکلپذیری ناچیز بودند، بر اثر وجود مقاومت افزون (که عمدتا به دلیل وجود عناصر غیر سازهای، پارتیشنها و نما ایجاد شدهبود) از فرو ریختن کامل جان سالم به در بردند[3].
همانطور که پیش از این بیان شد، در اواخر دهه 80 میلادی پژوهشهای فراوانی بر روی اجزای تشکیل دهنده ضریب رفتار انجام شد. در بین سالهای 1984 تا 1989، در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی مطالعات متعددی بر روی ساختمانهای چند طبقه بتن مسلح و فولادی روی میز ارتعاش انجام گرفت که نتایج آزمایشها بر اهمیت ضریب مقاومت افزون در عوامل مؤثر بر روی مقدار ضریب رفتار تأکید کردهاند[8].
برای درک مفهوم مقاومت افزون میتوان یک سازه را در نظر گرفت. حال بارگذاری جانبی بر روی سازه آغاز میشود. با افزایش تدریجی نیروی جانبی، هنگامی که یکی از اعضای سازه به حد تسلیم رسیده و اصطلاحا در آن لولای خمیری تشکیل شود، مقاومت سازه از دیدگاه طراحی در حالت بهرهبرداری به پایان میرسد، ولی در حالت طراحی انهدام، پدیده فوق به عنوان پایان مقاومت سازه به حساب نمیآید، زیرا عضو مورد نظر همچنان میتواند با تغییرشکل غیر ارتجاعی، انرژی ورودی را جذب کند تا به مرحله گسیختگی و انهدام
برسد. با تشکیل لولاهای خمیری، به تدریج سختی سازه با کاهش درجه نامعینی استاتیکی کاهش مییابد، ولی سازه همچنان پایدار است و قادر خواهد بود در مقابل نیروهای خارجی از خود مقاومت نشان دهد. وقتی که نیروی خارجی باز هم افزایش یابد، روند تشکیل لولاهای خمیری نیز ادامه یافته و لولاهای بیشتری در سازه پدید میآید تا جائیکه سازه از نظر استاتیکی ناپایدار شده و دیگر تحمل بار جانبی اضافی را نداشته باشد. مقاومتی که سازه بعد از تشکیل اولین لولای خمیری تا مرحله مکانیزم (ناپایداری) از خود بروز میدهد، مقاومت افزون نامیده میشود[4]. واضح است که این مقاومت افزون، قادر به تحمل بارهای جانبی است. به همین دلیل در طراحی لرزهای سازهها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازهها را متناسب با مقاومت افزون آنها کاهش میدهند. برای این منظور، مقدار ضریب رفتار سازهها متناسب با مقاومت افزون افزایش داده میشود تا مقاومت مورد نیاز کاهش یافته، محاسبه گردد[2].
اهمیت ضریب اضافه مقاومت در ساختمانهای با زمان تناوب کوتاه، بیشتر است، زیرا در زمانهای تناوب کوتاه، ضریب کاهش مقاومت بر اثر شکلپذیری (Rµ) حتی با ضرایب شکلپذیری (µs) بزرگ، کمتر از ساختمانهای با زمان تناوب بلند است. برای سازههای با زمان تناوب کوتاه، مقدار ضریب مقاومت افزون زیاد بوده و با افزایش زمان تناوب، مقدار این ضریب کاهش مییابد. علت این امر آن است که در سازههای کوتاه، نیروهای ثقلی برای طراحی حاکم هستند و در سازههای بلند نیروهای جانبی زلزله بر طراحی حاکم اند[14].
2-2-1-2-1-ضریب مقاومت افزون
نتایج تحقیقات انجام شده بر عملکرد سازه در هنگام وقوع زلزلههای شدید، نشان دهنده نقش مهم و تأثیر گذار اضافه مقاومت سازه در جلوگیری از فروریزش ساختمان در حین زلزله میباشد.
اهمیت ضریب اضافه مقاومت () بخصوص در ساختمانهای با زمان تناوب کم، بیشتر است. چرا که همانطور که پیش تر تشریح شد، در زمان تناوب کوتاه ضریب کاهش در اثر شکلپذیری ()، حتی با ضریب شکلپذیری زیاد()، کمتر از ساختمانهای با زمان تناوب زیاد است. لذا در این سازهها، اهمیت ضریب اضافه مقاومت در تعیین ضریب کاهش نیرو بیشتر میگردد. همچنین با اضافه شدن مقدار ضریب در یک سازه میتوان شکلپذیری مورد نیاز را کاهش داد و بالعکس[14]. ذیلا به پارهای از عوامل موثر در مقاومت افزون اشاره میشود[2].

مطلب مشابه :  دانلود پایان نامه دربارهسطح معنی داری، شبیه سازی

بیشتر بودن مقاومت واقعی مصالح از مقاومت اسمی آنها
بزرگتر بودن ابعاد اعضاء از مقادیر مورد نیاز در طراحی
استفاده از مدلهای ریاضی ساده شده و محافظه کارانه در تحلیلها
ترکیبهای مختلف بار
مقاومت اعضاء غیر سازهای (نظیر دیوارهای میانقاب) و اعضاء سازهای (نظیر دالها) که در برآورد ظرفیت مقاومت جانبی به حساب نمی آیند.
رعایت حداقل الزامات آئیننامههای طراحی در مورد محدود کردن تغییر مکانهای جانبی، تغییر شکلهای اعضاء، ابعاد مقاطع
استفاده از روش معادل استاتیکی در تحلیل لرزهای سازهها
نوع سیستم سازهای
هندسه سازه و آرایش پلان
ملاحظات معماری
لرزه خیزی منطقه (نسبت بارهای جانبی به بارهای قائم)

در نظر گرفتن ک

Leave a Reply