پایان نامه مطالعه و بررسی بادبندهای کابلی در سازه های فولادی

تعداد صفحات: 114 فرمت فایل: word کد فایل: 10003924
سال: 1390 مقطع: کارشناسی ارشد دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران
قیمت قدیم:۱۸,۰۰۰ تومان
قیمت: ۱۵,۹۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه مطالعه و بررسی بادبندهای کابلی در سازه های فولادی

    پایان نامه

    برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته عمران سازه

    کلید واژه ها: سیستم های مقاوم جانبی، سیستم با کابل یکپارچه، سیستم کابلی ضربدری، بهینه سازی فرم کابل، محدوده پیش تنیدگی کابلها

    چکیده:

     

    موضوع این پژوهش معرفی سیستم های کابلی، جهت مقاوم سازی ساختمان های فولادی در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله می باشد. این سیستمها، شامل کابل های پیش تنیده ای هستند که موجب افزایش سختی جانبی قابها می شوند.

    سیستمهای کابلی در دو حالت، سیستم کابلی ضربدری و سیستم با کابل یکپارچه بررسی می شوند. طریقه استفاده از کابلها در سیستم کابلی ضربدری شبیه بادبندهای فلزی هستند، ولی در سیستم با کابل یکپارچه، کابلها از طبقات مختلف قابها با اتصالات لغزشی عبور می کنند و در طبقه آخر یا یکی از طبقات میانی مهار       می شوند. در این حالت برآیند مولفه های نیروی کششی کابل در طبقات مجاور که بدلیل شکستگی امتداد آن ایجاد می شوند، باعث ایجاد مقاومت در برابر تغییرمکانهای جانبی قاب می گردند.

    هدف  اصلی این تحقیق نشان دادن کارآیی سیستم های کابلی در افزایش سختی جانبی سازه می باشد. برای

    رسیدن به این هدف ابتدا دو قاب سه و شش طبقه بتنی در نرم افزار ABAQUSE تحلیل شده و سپس با اضافه کردن سیستم های کابلی به آنها و تحلیل مجدد، مقایسه ای مابین سیستمها از نظر سختی و مقاومت انجام شد. همچنین برای رسیدن به بالاترین حد عملکردی سیستمهای کابلی، ابتدا محدوده نیروی         پیش تنیدگی کابلها و سپس فرم بهینه کابل در سیستم با کابل یکپارچه توسط ایجاد مدلهای مختلف پیدا شدند.نتایج حاصله نشان می دهند که کابلها علیرغم سطح مقطع کوچک، بدلیل دارا بودن مقاومت کششی بسیار بالا، موجب افزایش چشمگیر سختی جانبی قابها می شوند.

     

     

    مقدمه

     

          زلزله یکی از خطرناکترین پدیده های طبیعت است که با خود مرگ و ویرانی به همراه دارد و حاصل تلا ش های یک جامعه متمدن را به نیستی می کشاند. بدیهی است که ضایعات وتلفات ناشی از زلزله غالبا" بر اثر تخریب ساختمانها و ابنیه فنی حاصل می گردد. آشنایی و شناخت این پدیده و اثرهای آن و نیز تحقیق و مطالعه در ساخت و ساز صحیح، استفاده از سیستمهای جدید و به کار گرفتن اطلاعات و نتایج حاصل از زلزله های گذشته، می تواند در تقلیل اثرهای آن موثر باشد.

          همگام با پیشرفت علم مهندسی زلزله و تاکید بر امر مقاوم سازی سازه ها در مقابل نیروهای جانبی، استفاده از سیستمهای مناسب و با عملکرد مطمئن برای مقابله با این نیروها احساس  می شود. امروزه تمامی محققین علم مهندسی سازه، سعی می کنند که با بهینه کردن سیستمهای مقاوم سازی موجود و یا ارائه سیستمهای جدید، گامی بسوی پیشبرد این هدف بردارند.

          از دیدگاه یک مهندس سازه، بهترین فرم سازه ای، انتخابی است که در آن اعضای اصلی ترکیبهای مختلف بارهای قائم و افقی را بصورت بهینه تحمل نمایند. ولی در عمل معمولا" ملاحظات غیرسازه ای، تاثیرات بسیار مهمی بر انتخاب فرم سازه دارند و ممکن است تعیین کننده باشند. لازم به ذکر است که علاوه بر لحاظ نمودن عوامل غیر سازه ای و سازه ای، فرم سازه ای انتخاب شده بایستی اقتصادی باشد. برای مقاوم سازی ساختمانهای فولادی از سیستمهایی نظیر قاب خمشی، قابهای میان پر، تاوه های تخت و قارچی، دیوار برشی بتنی، سازه های قاب - دیوار، قابهای محیطی، دیوار برشی فولادی، مهاربندهای فلزی و ... استفاده می شود. 

          با توجه به خواصی که کابلها دارند، استفاده از آنها در سازه هایی مانند، پلهای کابلی و معلق، سقفهای معلق، برجها و دکلهای مهار شده و … رایج است. کابلها با سطح مقطع کوچک و وزن کم دارای مقاومت کششی بسیار بالایی بوده و مقاومت خوبی در برابر خوردگی، سایش و خستگی  دارند.  این مزایا باعث شده اند که محققین علم سازه اخیرا" به فکر استفاده از آنها در مقاوم سازی ساختمانها بیافتند.

          هدف از پژوهش انجام یافته در این پایان نامه، معرفی سیستم مهاربندی کابلی بعنوان یک سیستم مناسب، جهت مقاوم سازی ساختمانهای فولادی و نشان دادن کارآیی آن در افزایش سختی جانبی سازه می باشد.

     

    -1  معرفی کابلها

     

    1-1-1  مقدمه  

          کابلها در بسیاری از انواع مهم سازه های مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند. عناصر اصلی باربر در یک پل معلق یا سقف معلق، کابلها می باشند. از کابلها بعنوان عناصر مهار کننده سازه های بلند و لاغر نظیر جرثقیل ها، دودکش ها، دکلهای مخابراتی و دکلهای انتقال نیرو و همچنین در بتن پیش تنیده استفاده می شود. علاوه بر کاربردهای مذکور، باید گفت که کابلها در معادن، کشتی ها، جابجا کردن بارهای سنگین، آسانسورها و ... بکار برده می شوند. لازم به ذکر است که در برخی منابع از اصطلاحات سیم بکسل و طناب فولادی بجای کابل استفاده می شود.

           منظور از کابل، بطور کلی مجموعه ای از مفتولهای فولادی است که بدنه واحدی را تشکیل   می دهند. کابلها شامل یک بخش مرکزی به نام هسته هستند که چند رشته بصورت مارپیچ به دور آن تابیده شده اند. هر رشته خود از چند مفتول که بصورت مارپیچ دور یک مفتول مرکزی قرار         می گیرند، تشکیل می شود. اجزای تشکیل دهنده کابل در شکل (1-1) نشان داده شده اند [3‍].

     

    (نمودار و تصاویر در فایل اصلی موجود است)

    شکل (1-1 ): کابل و اجزای تشکیل دهنده آن

          در اکثر مواقع، کابلها بعنوان یک قطعه انعطاف پذیر کششی و عنصر باربر تک محوری معرفی می شوند که دارای مقاومت نهایی زیادتری نسبت به فولاد معمولی هستند.

          نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که کابلها علاوه بر فولاد، می توانند از مواد دیگری مانند فایبرگلاس، پولیستر و کولار (ماده ای با ترکیب الیاف مصنوعی) ساخته شوند .

     

    1-1-2   انواع کابل ها

          کابلها را می توان با توجه به نوع مفتول مصرفی، مقاومت مفتول، نوع بافت کابل و ... به انواع مختلفی تقسیم کرد که در زیر به آنها اشاره می شود.

     

    1-1-2-1   انواع کابلها از نظر جنس مفتول

          بطور کلی کابلها از یکی از سه نوع ماده اولیه زیر ساخته می شوند [3].

     

    1-1-2-1-1  مفتول فولادی بدون روکش یا غیر گالوانیزه

          این نوع مفتولها معمولا" برای کابلهایی مورد استفاده قرار می گیرند که عامل فرسایش در تعیین طول عمر مفید آنها، نقش مهمتری دارد و کابلها کمتر در معرض عوامل ایجاد کننده زنگ زدگی قرار می گیرند. هنگام مقایسه اثرات فرسایش و از هم گسیختگی با اثرات زنگ زدگی، باید به خاطر داشت که حتی یک کابل با مفتولهای بدون روکش را نیز می توان تا اندازه ای با روغن کاری کافی، مناسب و در فواصل زمانی منظم در مقابل زنگ زدگی محافظت کرد.

     

    1-1-2-1-2  مفتول فولادی گالوانیزه

          این نوع مفتولها که دارای روکش یکنواختی از فلز روی (zn) می باشند، در برابر زنگ زدگی بر اثر آب دریا، هوا، رطوبت و سایر عوامل مشابه مقاوم هستند. از این رو کابلهای فولادی گالوانیزه در صنایع نفت، کشتیرانی، شیلات و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

       

    1-1-2-1-3  مفتول فولادی ضد زنگ

          کابلهایی که از این نوع مفتولها ساخته می شوند، علاوه بر مقاومت بسیار بالا در برابر         زنگ زدگی، در مقابل حرارت نیز تا 1050 درجه سانتی گراد مقاوم هستند. این نوع کابلها، بطور عمده در صنایع فولاد سازی، صنایع شیمیایی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرند. در ضمن مقاومت این نوع کابلها در برابر اثرات مخرب آب دریا بسیار بالا می باشد.

     

    1-1-2-2  انواع کابلها از نظر تاب گسیختگی مفتول فولادی مصرفی

          مفتولهای فولادی، با توجه به کاربرد مورد نظر، با مقاومت های کششی مختلفی تولید می گردند. مقادیر تاب گسیختگی مفتولهای رایج در جدول (1-1) آورده شده اند. متداول ترین مفتول برای تولید کابل، مفتول فولادی با تاب گسیختگی  18000 است که برای بسیاری از کاربردهای کابلها در صنایع گوناگون پاسخگو می باشد [3].

  • فهرست و منابع پایان نامه مطالعه و بررسی بادبندهای کابلی در سازه های فولادی

    فهرست:

    مقدمه ........................................................................................................................................................ 1

    فصل اول : پایه های نظری و پیشینه پژوهش

    1-1  معرفی کابلها .....................................................................................................................................3

    1-1-1  مقدمه .......................................................................................................................................... 3

    1-1-2   انواع کابل ها ............................................................................................................................. 4

    1-1-2-1   انواع کابلها از نظر جنس مفتول ........................................................................................... 4

    1-1-2-1-1  مفتول فولادی بدون روکش یا غیر گالوانیزه ..................................................................... 4

    1-1-2-1-2  مفتول فولادی گالوانیزه ..................................................................................................... 5

    1-1-2-1-3  مفتول فولادی ضد زنگ .................................................................................................... 5

    1-1-2-2  انواع کابلها از نظر تاب گسیختگی مفتول فولادی مصرفی ..................................................... 5

    1-1-2-3  انواع کابلها از نظر هسته کابل ................................................................................................. 6

    1-1-2-4  انواع کابلها از نظر نحوه تاب ................................................................................................. 6

    1-1-2-4-1  کابلها با تاب معمولی ....................................................................................................... 6

    1-1-2-4-2  کابلها با تاب لنگ ............................................................................................................ 7

    1-1-2-5  انواع کابلها از نظر نحوه بافت ............................................................................................. 8

    1-1-2-5-1  بافت سیل ....................................................................................................................... 8

    1-1-2-5-2  بافت وارینگتن ............................................................................................................... 9   

     

     

    1-1-2-5-3  بافت فیلر ........................................................................................................................... 9

    1-1-2-5-4  بافت استاندارد ................................................................................................................... 9

    1-1-2-6  انواع کابلهای مورد استفاده در پلهای کابلی ......................................................................... 10

    1-1-2-6-1  کابلهای میله موازی ......................................................................................................... 10

    1-1-2-6-2  کابلهای سیم موازی ........................................................................................................ 10

      1-1-2-6-3  کابلهای رشته ای ......................................................................................................... 11

    1-1-2-6-4  کابلهای پرس شده هسته دار .......................................................................................... 11

    1-1-3  پیش شکل دادن کابلها ............................................................................................................ 13

    1-1-4  روغن کاری کابلها .................................................................................................................. 14

    1-1-5  اندازه گیری قطر کابلها ............................................................................................................ 14

    1-1-6  نام گذاری کابلها بر طبق استاندارد BS انگلستان .................................................................... 15

    1-1-7  اتصالات مربوط به کابلها .........................................................................................................15

    1-1-7-1  حلقه انتهایی ...................................................................................................................... 16

    1-1-7-1-1  پرس دو سر کابل با ایجاد حلقه و اتصال بست گلویی ................................................. 17

    1-1-7-1-2  استفاده از بست های U شکل ....................................................................................... 17

    1-1-7-1-3  ایجاد حلقه توسط دست یا گیس بافت کردن کابل ....................................................... 17

    1-1-7-2  سوکت های باز و بسته ..................................................................................................... 18

    1-1-8  خواص کابلها ........................................................................................................................ 20

     

     

    1-1-9  مقاومت کابلها ........................................................................................................................ 21

    1-1-10  پیش تنیدگی در کابلها .......................................................................................................... 23

    1-1-11  محاسبه حداقل بار گسیختگی کابل ها با روابط تجربی ....................................................... 25

    1-1-12  محاسبه وزن واحد طول کابلها ............................................................................................. 25

    1-1-13  تعیین بار گسیختگی کابلها از طریق آزمایش  ........................................................................29

    1-1-13-1  طول نمونه آزمایش ......................................................................................................... 30

    1-1-13-2  سرعت بارگذاری ............................................................................................................ 30

    1-1-14  حد بار مجاز حلقه ها بر حسب نوع و نحوه استفاده، طبق استاندارد DIN 3088 ............... 30

    1-1-15  اثرات رفتاری کابل .............................................................................................................. 35

    1-1-16  اثرات حرارتی کابل ............................................................................................................. 36

    1-1-17  سازه های کششی ................................................................................................................ 37

    1-2  سیستمهای مقاوم جانبی ............................................................................................................. 38

    1-2-1  مقدمه ..................................................................................................................................... 38

    1-2-2  انواع سیستمهای مقاوم سازی ................................................................................................ 40

    1-2-2-1  قاب خمشی ...................................................................................................................... 40

    1-2-2-2  قابهای میان پر ................................................................................................................... 41

    1-2-2-3  تاوه های تخت و قارچی .................................................................................................. 41

    1-2-2-4  دیوار برشی بتنی ............................................................................................................... 42

     

     

    1-2-2-5  سازه های قاب - دیوار ........................................................................................................ 43

    1-2-2-6  قابهای محیطی ...................................................................................................................... 44

    1-2-2-7  دیوار برشی فولادی .............................................................................................................. 45

    1-2-2-8  مهاربندهای فلزی ................................................................................................................. 46

    1-2-3   موضوع و هدف تحقیق ........................................................................................................... 48

    1-2-4  پیشینه پژوهش .......................................................................................................................... 52

    1-2-5  پیش فرضهای تحقیق ............................................................................................................... 54

    فصل دوم : مواد و روشها

    2-1  تحلیل کابلها ................................................................................................................................... 55

    2-1-1  مقدمه ......................................................................................................................................... 55

    2-1-2  رفتار غیر خطی کابل .................................................................................................................. 57

    2-1-3  مقایسه تیر با کابل ...................................................................................................................... 60

    2-1-4  انواع المان کابلی ........................................................................................................................ 62

    2-1-4-1  المان کابل محوری ................................................................................................................ 62

    2-1-4-2  المان کابل تحلیلی ................................................................................................................ 63

    2-1-5  المان کابلی دو بعدی ................................................................................................................. 64

    2-1-5-1  نظریه عمومی کابلها .............................................................................................................. 64

    2-1-5-2  کابل تحت بار گسترده یکنواخت ......................................................................................... 66

     

    عنوان                                                                                                          صفحه

    2-1-5-3  نیروی کششی در کابلها تحت بار گسترده یکنواخت در امتداد افق ....................................... 68

    2-1-5-4  طول کابل تحت بار گسترده یکنواخت در واحد طول .......................................................... 69

    2-1-5-5  افزایش طول یا اتساع الاستیک کابل .................................................................................... 70

     

    فصل سوم : نتایج و بحث

     

    3-1  بهینه سازی تئوریک شکل بادبندهای کابلی .................................................................................... 72

    3-2  مدلسازی با نرم افزار المان محدود  ABAQUS .......................................................................... 77

    3-2-1 مدلسازی یک قاب یک طبقه به صورت ضربدری : .................................................................... 77

    3-2-1-2 پیش فرض ها و نحوه مدلسازی............................................................................................... 78

    3-2-2 مدل سازی یک قاب سه طبقه به صورت ضربدری ..................................................................... 79

    3-2-2-1 پیش فرض ها و نحوه مدلسازی ............................................................................................. 79

    3-2-2-2 نتایج بدست آمده از این مدلسازی .......................................................................................... 80

    3-2-3 مدلسازی یک قاب سه طبقه با حالتهای مختلف .......................................................................... 80

    3-3 بهینه سازی فرم کابل در سیستم با کابل یکپارچه به صورت آزمون و خطا ...................................... 82

    3-3-1 قاب سه طبقه ................................................................................................................................ 82

    3-3-1-1 پوشش دو دهانه از قاب .......................................................................................................... 82

    3-3-1-2 پوشش سه دهانه از قاب .......................................................................................................... 87

    3-3-2 قاب شش طبقه ........................................................................................................................... 90

    3-4 مقایسه سختی قاب خمشی و قاب خمشی مقاوم سازی شده با سیستم های قابلی ........................ 97

    نتیجه گیری ............................................................................................................................................ 103

    پیشنهادات .............................................................................................................................................  104

    منابع مورد استفاده ................................................................................................................................. 105

     

     

     

    منبع:

     

     [1]- صبوری، سعید، 1383، سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی، طرح اندیشه استفاده از فولاد نرم، چاپ اول، انتشارات انگیزه.

    [2]- علیزاده، رضا، 1383، معیار تعیین حالتهای کابل در پلهای کابلی، پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی، دانشگاه تبریز.

    [3]- قاسمی، حسین، 1383، طناب های فولادی، پیام ارک، شماره 11: 3-19.

    [4]- علی اکبر آقا کوچک و سیدسهیل مجیدزمانی ، 1380 ، راهنمای استفاده ازویرایش دوم استاندارد 2800 ، کمیته کاهش بلایای طبیعی .

     [5]- Barghian, M., 1996, Non-linear static and dynamic analysis of bar element structures, UMIST.

    [6]- British Standard, 1987, Specification for wire ropes, encavators and General engineering purposes, BS 302.

     [7]- Kashani, K.A., 1983, Development of cable elements and their application in the analysis of cable structures, University of Manchester.

    [8]- Maheri, M.R., Kousari, R. and Razazan M., 2003, Pushover tests on steel X-braced and knee-braced RC frames, Engineering Structures, vol. 25, No. 13: 1697-1705.

    [9]- Sorace, S. and Terenzi, G., 2003, An advanced seismic protection technology: the damped cable system, Advances in Structures:1185-1191.

    [10]- AISC 1997 , Sesmic Provisions for structural steel Buildings , American Institue of steel construction,1997

    [11]-Design of Pinned column Base Plate, Journal of the Australian steel Institue, Volume36 Number2, September 2002.

    [12]- Dr. B.C Punima & Ashok Kumar Jain & Arun Kumar jain , Design of steel structure, Laxmi Publications (p), LTD,1998.

    [13]- Williamc. Honeck & Dreck westphal, Partical Design and detailing of steel column Base Plate, structural steel Edueational council,1999

    [14]- William A.Thornton, Seismic Design of conections in concentrically Breaced frames,Cives Engineering Corporation, 2001.

    [15]- William A.Thornton, combined stressec in Gussed plates, Civil Engineering Corporation,2000.

    [16]- S.Sorance, G.Terenzi an advanced seismic protection technology : The damped cable system 2003 advances in structures.

     

ثبت سفارش
عنوان محصول
قیمت