هدف از این پایان نامه بررسی ماهیت شکل پذیری و طراحی لرزه ای اتصالات با رویکردی جدید در قابهای خمشی فولادی می باشد
دانلود پایان نامه مهندسی عمران
ماهیت شکل پذیری و طراحی لرزه ای اتصالات با رویکردی جدید در قابهای خمشی فولادی
مقدمه
از دیدگاه سازه ای، عبارت طراحی به مجموعه ای از قواعد علم ساخت و ساز اتلاق می گردد که هدف آن به وجود آوردن سازه ای می باشد که از نظر شکل و ابعاد، خواست های مربوط به کارآیی، پایایی و زیبایی را به طور همزمان و در طی یک طرح، برآورده سازد. هدف اصلی طراحی سازه، ساخت سازه ای است که در آن نه تنها هزینه های اولیه ساخت در نظر گرفته می شود، بلکه هزینه های مربوط به نگهداری، تخریب و زوال های احتمالی نیز به همراه مزایای سازه ای ایجاد شده لحاظ می گردند. از این رو طراحی بهینه ی سازه احتیاج به فهم صحیح از کلیه قوانین حاکم بر موارد فوق دارد.
اهداف ذکر شده برای طراحی سازه ها در برابر عواملی مانند بارهای زنده ، مرده و برف با دشواری کمتری قابل حصول هستند، در حالی که برای طراحی سازه در برابر عوامل دیگری مانند گردبادها، سیل و زلزله با دشواری حاصل می گردند. منشأ این دشواری، ماهیت به شدت احتمالاتی این پدیده ها و نیز وابسته بودن رفتار سازه به شدت و نوع این بارها می باشد. تاکنون در میان این عوامل، زلزله عامل 60% از تلفات جانی ناشی از حوادث طبیعی پیش بینی نشده بوده است. بنابراین طراحی مناسب سازه در مقابل زلزله و ارائه روشی مشخص برای اطمینان از عملکرد سازه در حین زلزله از اهمیت خاصی برخوردار است.
به طور کلی رویکرد مهندسی به طراحی جنبة کمی داشته و اعضاء سازه ای باید بگونه ای انتخاب و جزئیات بندی شوند که در مقابل تلاش های حاصل از کلیه عوامل از جمله زلزله، پاسخگو باشند. اما طراحی برای بزرگترین نیروهای قابل تصور که از بزرگترین زلزله ی پیش بینی شده برای یک ساختگاه حاصل می گردد، غیرمنطقی بوده و از نظر اقتصادی نیز قابل قبول نمی باشد. بنابراین طراحی برای سطح پایین تری از نیروها صورت می گیرد. پس منطقی است که نقاطی از سازه در مقابل تلاش های ایجاد شده ناشی از نیروی زلزله، متحمل آسیب های موضعی مانند رسیدن به حد کمانش و یا جاری شدن شوند. اما ذکر این نکته حائز اهمیت است که در یک طرح مناسب لرزه ای، سازه ضمن تحمل آسیب های موضعی ایجاد شده، از پایداری و یکپارچگی کلی برخوردار باشد. دنبال کردن این روش به طراحی لرزه ای سازه-ها می انجامد. در این روش، سازه به گونه ای تحلیل و طراحی می-گردد که نقاط پیش بینی شده برای تحمل آسیب های موضعی، قسمت اعظم انرژی لرزه ای وارد شده به سازه را جذب نموده و خود قادر باشند تغییرشکل های خمیری را بدون کاهش قابل ملاحظه ای در مقاومت تحمل نمایند، و در این حال، دیگر اعضای سازه نیز در محدوده تقریباً الاستیک باقی بمانند.
توانایی تحمل تغییرشکل های خمیری بدون کاهش قابل ملاحظه در مقاومت، نشانگر شکل پذیری اعضای سازه و معیاری برای تعیین رفتار مناسب سازه طی زلزله های شدید می باشد. بنابراین واضح است که با توجه به نوع و شدت زلزله، مقادیر مختلفی نیز برای شکل پذیری مورد نیاز می باشد و طراحی مناسب یک سازه با تامین کردن شکل-پذیری مورد نیاز آن در ارتباط مستقیم خواهد بود. اما این موضوع نیز باید همیشه در نظر گرفته شود که آسیب های حاصل از ورود اعضاء سازه به محدودة خمیری باید بعد از زلزله قابل تعمیر و بازسازی باشند و از این منظر در طراحی لرزه ای باید موازنه ای میان هزینه های اولیه ساخت و هزینه های مربوط به تعمیر و بازسازی برقرار گردد.
کلمات کلیدی:
فولاد پرمقاومت
طراحی لرزه ای اتصالات
شکل پذیری قابهای خمشی فولادی
فهرست مطالب
فلسفه شکل پذیری و طراحی لرزه ای اتصالات3
2-1- مقدمه4
2-2- ماهیت زلزله و لزوم انجام طراحی لرزه ای4
شکل 2-1 : حلقه های زنجیر پاولی6
2-3- انواع اتصالات و قابهای سازه ای :7
2-3-1- اتصالات ساده (مفصل):8
2-3-2- اتصالات کاملاً صلب (گیردار):8
2-3-3- اتصالات نیمه صلب (پاره گیردار):9
شکل 2-2 : دوران اتصال با توجه به میزان گیرداری اتصال9
2-4- تعیین میزان گیرداری یک اتصال10
2-5- ارزیابی اتصالات صلب جوشی و منحنی لنگر – دوران اتصالات 10
شکل 2-3 : منحنی لنگر دوران برای انواع اتصالات11
2-6- ملزومات چرخشی برای اتصالات خمشی14
2-7- کفایت عملکرد ثقلی اتصالات تیر به ستون14
شکل 2-4 : بارگذاری ثقلی اتصال ثقلی در آزمایشگاه [42]15
شکل 2-5 : تیر AB تحت اثر لنگرهای انتهایی [42]16
شکل 2-6 : نمودار لنگر – چرخش سه نوع اتصال [3]18
شکل 2-7 : نمودار لنگر – چرخش اتصال گیردار ایدهآل و اتصال مفصل ایده آل18
شکل 2-8 : بررسی نمودار لنگر– دوران برای اتصالات مختلف20
شکل 2-9 : اثرات افزایش EI و L در نمودار خط تیر20
2-8- اتصالات در زلزله نورتریج21
2-8-1- بررسی اتصالات متعارف آسیب دیده در زلزله نورتریج22
شکل 2-10 : اتصال متعارف آسیب دیده در زلزله نورتریج [1]23
شکل 2-11: ناحیه شروع خرابی در اتصالات تیر به ستون [1]23
شکل 2-12 : شکستهای گره تیر به ستون [1]24
شکل 2-13 : شکستهای ستون [1]24
شکل 2-14 : شکست قائم در طول ورق برشی اتصال25
2-8-2- خلاصه فعالیت های انجام شده پس از زلزله نورتریج25
2-8-3- اشکالات ایجاد کننده شکست ترد در اتصال متعارف26
2-8-4- نتیجه حاصل از تحقیقات – ضعف موجود در بر اتصالات متعارف30
شکل 2-15 : شمایی از چند تیپ اتصال مالکیتدار [1]32
شکل 2-16 : انواع جزییات متعارف اتصالات تیر با مقطع کاهش یافته[2]33
2-9- نگرش جدید در طراحی لرزهای قابهای خمشی فولادی33
2-10- تعریف مفاهیم ضریب رفتار R و ضریب افزایش مقاومت 34
شکل 2-17 : تبدیل نیروهای داخلی صفحهای تیر به نیروهای داخل صفحهای ستون37
شکل 2-18 : قیاس اتصالات پیش از نورتریج و پس از نورتریج39
شکل 2-19 : تشکیل مفصل پلاستیک در تیر، دور از بر ستون [1]39
شکل 2-20 : محل تشکیل مفاصل پلاستیک [1]41
شکل 2-21 : توزیع کرنش پلاستیک در یک زیرسازه شکلپذیر [1]41
2-11- بررسی کفایت عملکرد لرزه ای اتصالات41
شکل 2-22 : تغییر شکل یک قابل خمشی تحت اثر بارهای جانبی[6]42
شکل 2-23 : انواع زیر سازههای قابل ساخت در آزمایشگاه و قابل مدلسازی در نرم افزار43
شکل 2-24 : دو نمونه متفاومت زیر سازه ساخته شده در آزمایشگاه [4]44
شکل 2-25 : بارگذاری استاندارد پیشنهادی SAC [5]45
شکل 2-26 : نمایش پارامترها46
شکل 2-27 : شمایی از نمودارهای و 47
شکل 2-28 : نمودار لنگر- چرخش پلاستیک48
شکل 2-29 : مشخصات نمودار لنگر – چرخش پلاستیک خوب از نظر AISC [3]49
شکل 2-30 : پوش نمودار لنگر – چرخش پلاستیک50
2-12- الزامات لرزهای قاب های خمشی فولادی51
2-12-1- ضوابط ویژه تناسبات اجزای مقطع51
جدول 2-2 : محدودیت نسبتهای عرض به ضخامت در اعضای قاب خمشی ویژه[3]53
2-12-2- چشمه اتصال53
شکل 2-31 : چشمه اتصال و نیروهای وارد بر آن54
2-12-3- شرط ستون قوی – تیر ضعیف57
شکل 2-32 : محاسبه تلاشهای ناشی از تشکیل مفاصل پلاستیک در مقاطع بحرانی[1]59
شکل 2-35 : محل تشکیل مفصل پلاستیک در اتصال RBS61
2-12-4- ورق های پیوستگی61
2-12-5- مهاربندی جانبی تیرها61
فهرست مراجع و منابع63