پایان نامه مدل غیرخطی اتصالات نیمه صلب در سقف های کامپوزیت درساختمان های فولادی تحت زلزله

تعداد صفحات: 202 فرمت فایل: word کد فایل: 10002081
سال: 1386 مقطع: مشخص نشده دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران
قیمت قدیم:۲۶,۸۰۰ تومان
قیمت: ۲۴,۷۰۰ تومان
دانلود مقاله
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه مدل غیرخطی اتصالات نیمه صلب در سقف های کامپوزیت درساختمان های فولادی تحت زلزله

    پایان نامه برای دریافت درجۀ کاشناسی ارشد " M.Sc"

    مهندسی عمران – سازه 

    چکیده

     استفاده از سقف های کامپوزیت روز به روز در حال گسترش است و اتصالات در سازه های فولادی مهمترین قسمتی است که در زلزله ها آسیب می بینند ،  متخصصین مخصوصاً به علت زلزله سال ٩٤ نودریچ به نوع اتصالات صلب و نیمه صلب توجه  فراونی کردند و آزمایشات بسیاری روی آن انجام داده اند و گروه های علمی و پژوهشی برای بررسی و بهبود عملکرد اتصالات نیمه صلب تشکیل شد.

     در این پایان نامه یک سازه با ٩ طبقه در چهار قاب و٣ دهانه با ضخامتهای متفاوت و اتصالات گیردار و نیمه گیردارتحت سه رکورد زلزله و تحلیل استاتیکی افزایشی قرار گرفته است . تاثیر این عوامل روی پریود ، سختی ، برش پایه استاتیکی و دینامیکی و تغییر مکان نوک سازه در مدلهای مختلف بررسی می شود.

     میزان سختی سازه ها بستگی به ضخامت سقفها دال کامپوزیت دارد ، هر چقدر ضخامت سقف زیاد باشد سختی سازه بیشتر شده و در نتیجه پریود آن کاهش می یابد . اگر در همین سقفها از اتصالات نیمه صلب استفاده شود حدودًا دو برابر سختی سازه کاهش می یابد. برش پایه دینامیکی از عوامل مهم در مشخصات سازه است .  برش پایه دینامیکی در بیشتر موارد چندین برابر برش پایه شبه استاتیکی می شود . اگر Drift

    حدود ١% ارتفاع  بر طبق آیین نامه NEHRP در نظر گرفته شود  برش پایه دینامیکی حدود ٠.٢٥  بار ثقلی شده و حدود ٣.٥ برابر برش پایه شبه استاتیکی می گردد .

     ضخامت سقف روی تغییرات نیروی برشی ناشی از تحلیل استاتیکی افزایشی(Push over method)

    اثری ندارد ولی اثر ضخامت سقف روی تغییر مکان طبقات با توجه به صلبیت سقف قابل توجه است .یعنی تغییر مکان جانبی سقفها با ضخامتهای کمتر از ٥ سانتیمتر که صلب به حساب نمی آیند ، حدود ١.٥ برابر تغییر مکان جانبی سقفها با ضخامت بیش از ٥ سانتیمتر است . با تشکیل تغییر شکلها و مفصلها خمیری در اعضا ، سختی سازه کاهش و نرمی آن افزایش می یابد . این مسئله بسیار حائز اهمیت می باشد. زیرا علاوه بر اینکه قسمتی از انرژی ورودی زلزله توسط تغییر شکلها و مفصلهای خمیری جذب می شود ، با افزایش پریود ارتعاشی شتاب طیفی زلزله نیز کاهش می یابد .

     

    مقدمه

     در این تحقیقات یک سازه ٩ طبقه با چهار قاب و سه دهانه و سیستم  قاب خمشی با اتصالات نیمه گیردار و اتصالات گیردار تحت سه رکورد زلزله طبس ، ناغان و السنترو با PGA های ٠.٣, ٠.٥ ,٠.٧ تحلیل دینامیکی شده و نیز تحت تحلیل استاتیکی افزایشی(Push over method) با تغییر مکان نسبی (Drift) ٢% مورد ارزیابی قرار می گیرد. اثر تغییر ضخامت سقف کامپوزیت ١٥ ،١٠ و ٣ سانتیمتر و سقف معمولی در این تحقیقات لحاظ گردیده است و همچنین اتصالات سازه به صورت صلب و نیمه صلب با سختی اتصال ١٣٠٠ تن متر بر رادیان تحت رکورد زلزله طبس ، ناغان و السنترو با حداکثر شتاب 0.3g سالم مانده است . تحت رکورد زلزله ناغان و السنترو با حداکثر شتاب 0.5g بدون خسارت جدی بوده ولی تحت رکورد زلزله طبس با حداکثر شتاب 0.5g و تحت رکوردهای زلزله های طبس ، ناغان و السنترو با حداکثر شتاب 0.7g  پاسخها بسیار زیاد است و برنامه متوقف می گردد.

     در تحلیل دینامیکی  با اتصالات صلب تحت رکورد زلزله السنترو با حداکثر شتاب 0.7g پاسخها بسیار زیاد است و برنامه متوقف می گردد . ولی تحت رکورد زلزله طبس با حداکثر شتاب 0.7g پاسخها محدود می باشد. همچنین در تحلیل استاتیکی افزایشی پاسخها محدود است .

    فصل اول

    کلیات ، پیش زمینه و تحقیقات گذشته :

    ١-١- سقفهای کامپوزیت

     در ساختمانهای معمولی ، سقفها معمولاً  طاق ضربی می باشند که جدیدًا از سقفهای تیرچه و بلوک استفاده می شود ، ولی مهندسین مجرب در ساختمانهای بلند برای صلبیت سقف ، از دال کامپوزیت استفاده می کنند چون دال کامپوزیت با ضخامتهای بالا ، صلبیت مناسب و با اطمینان به ما می دهد .

    ضخامت بتن سقف زیر ٥ سانتیمتر صلب به حساب نمی آید [١٠] . در تهران آنچه مشاهده می گردد معمولاً ساختمانهای ٩ طبقه  تا ٢٠ طبقه از این سقفها استفاده می نمایند.

     

     ١-٢-اتصالات نیمه صلب

     در ابتدا برای سالیان متمادی هدف آئین نامه ها  طراحی برای حفظ ساختمان ها  در برابر زلزله بدون فرو ریختن (Callopse) بود ، گرچه خسارت های زیادی را متحمل شده باشند .در آئین نامه های جدید هدف اصلی ، شکل پذیری سیستم ، تک تک عناصر ، مواد و رفتار اعلام شده است .  این شکل پذیری مبنای تغییر شکل دادن پلاستیک بدون کاهش مقاومت و همچنین بدون ایجاد ناپایداری می باشد.

     در سال ١٩٦٠ مهندسین شروع به حفظ و بهینه کردن سیستم قاب خمشی جوشی از میان  سیستم های شکل پذیر کردند . به گمان این مهندسین این سیستم ها آسیب نا پذیرترین در برابر زلزله هستند و حداکثر به جاری شدن اتصالات و اعضاء می انجامند و احتمال فرو ریختن  Collapse  نخواهند داشت .

    براساس این اعتقاد کارخانجات بزرگ ، مجتمع های اداری و مسکونی مخصوصاً در غرب آمریکا ساخته شد.

     در زلزله ١٧ ژانویه سال ١٩٩٤ نوردریچ  بسیاری از اتصالات تیر و ستون این ساختمانها در عوض جاری شدن ، شکست ناگهانی را تجربه کردند که ساختمان یک طبقه تا ٢٥ طبقه را در بر می گرفت و ساختمانهای ٣٠سال پیش تا تاریخ زلزله را شامل می شد . ساختمانهای صدمه دیده بیشتر در منطقه ای حضور داشتند که قدرت زلزله آنجا متوسط  بود به علت اینکه در مناطق با زلزله شدیدتر ساختمان های کمی وجود داشتند .

     کشف این شکست ترد ناگهانی و غیر پیش بینی شده که اغلب با خسارتهای معماری جدی همراه بود ، هشداری برای همه به حساب آمد . زلزله سال ٩٢ در شهر لندرز و زلزله ٩٢ شهر Big  pear و شهر

    loma prieta  بسیاری از خسارتها را بوجود آورد و زلزله سال ٩٤ نوردریچ قدرت واقعی زلزله در مقایسه با دانش بشری نشان داد . در این زلزله خسارتهایی به وجود آمد ولی ساختمان ها فرو نریختند .

     این خسارتهای پیش بینی نشده ، هزینه تعمیر و هزینه های موقت بیانگر کم بودن قدرت زلزله از مقدار پیش بینی طراحی بوده است .

     ساختمان قاب خمشی براساس فرضیه جاری شدن وسیع و تغییر مکان پلاستیک در برابر زلزله بدون کاهش مقاومت طراحی شده اند . تغییرمکان پلاستیک شامل چرخش های پلاستیک در تیرها ، اتصالات ، ستونها و توانایی اتلاف ملایم انرژی ناشی از زلزله است و خسارت مورد انتظار جاری شدن در حد متوسط و کمانش محلی در اعضای فلزی می باشند نه شکستهای ترد و ناگهانی که خارج از انتظار باشد.

     بر این اساس آئین نامه ها اجازه می دهند که ساختمان قاب خمشی  برای درصد قابل ملاحظه ای از مقاومت در برابر زلزله درحالت الاستیک  طراحی شوند.

     ساختمانهای قاب خمشی افزایش شکل پذیری ناشی از جاری شدن اتصالات تیر و ستون را انتظار دارند که ممکن است مفصل پلاستیک در تیر و ستون با اولویت روی تیر تشکیل شود و تغییر شکل پلاستیک برشی در قسمت ستون یا ترکیبی از این مکانیزم به وجود آید.

     اتصالاتی که نوعاً  در ساختمانهای قاب خمشی به کار می روند  و در شکل (١-١) و (١-٢) نشان داده شده اند ، توانایی  چرخش پلاستیک از  ٠.٠١٥  تا ٠.٠٢ رادیان بدون کاهش مقاومت را دارند.[٣]

     مشاهده خسارتها نشان می دهدکه این خسارتها  برخلاف ایده آئین نامه به وجود آمده اند در بسیاری از موارد اتصالات در سطوح اولیه پلاستیک شروع به ترک خوردن می کنند و در بعضی از حالات ساختمانها الاستیک باقی می مانند . شکستها در CJP  ( جوش نفوذی کامل ) نوعاً نه همیشه به وجود می آیند (بین بال پائین تیر و بال ستون )  این ترکها در امتداد یک سری از مسیرهای مختلف بسته به مشخصات اتصال به وجود می آیند . 

    (نمودار و تصاویر در فایل اصلی موجود است)

     این ترکها در بعضی از حالتها در ضخامت جوش به وجود آمده و مقاومت ضد آتش را  از کار می اندارند ، ترک در ظاهر جوش یا در فلز پشت جوش به وجود می آید (1-3a) و بقیه ترکها پیشروی می کنند . در 

    بعضی از حالات ترک در بال ستون قبل از جوش به وقوع می پیوند(١- 3b) و در این حالت قسمتی از ستون وصل شده به تیر سالم باقی می ماند یعنی ترک در قسمتی پیشرفت می کند. شکل (1-4a) ترک را نشان می دهد که در بال ستون موازی بال پائین تیر است .

     در شکل (1-4b) ترک به جان ستون هم رسیده است . بازرسی ها نشان می دهد که در بعضی از موارد ، ترک کاملاٌ  درکل مقطع پیشروی داشته است . این ترکها موجب کاهش مقاومت و سختی خمشی می شوند.

    ولی در صورت تقویت این پیچها تا حدی جلوی شکستگی ها را می توان گرفت . این شکستها و ضعیف بودن مقطع ناشی از سوراخها نیز به حساب می آید. 

     با وجود اینکه هیچ علامت ظاهری از شکست جوش دیده نمی شود ولی کاهش مقاومت به علت شکست اتصالات مشخص است . در ابتدا متولیان صنعت ساختمان سازی فولادی در آمریکا شروع به بررسی این مساله پرداختند که چه مواردی سبب خسارت غیر منتظره می گردد . همچنین آنها پیشنهادات جدیدی  را برای طراحی اتصالات ارائه نمودند . 

     

    ABSTRACT

    Usage of composit roofs is developing and connections in steel structures is the

    most important part that are under danger ic earthquaces. Experts  noticed a lot

    to rigid and semi rigid connectiones specialy because of northridge earthquace

    in 1994 and did a lot of exams about it and made sientific and searching groups

    to make better usage of semi rigid connectiones. In this paper  had been studied

    a structure with 9 floor  in 4 frame and 3 bay with different tickness and rigid

    and semi rigid connectiones under 3 record and increasing statical analysing.

    We will study the effect on period of this floors, stiffness, dinamical and

    statical base shear and top drift in different model. Stiffness of structhures

    depenes on  tickness of roof’s composite  slab increases when on  tickness of

    roofs dicreases and then it’s period dicreases. If we use semi rigid connectiones

    in this roofs, then stiffness of structure dicrease about double of firtd one.

    Dynamical base shear is one important factores in structures properties. In

    many cases Dynamical base shear is more than pseudo statical base shear. If

    drift be considered about 1% hight upon the NEHRP code, the ratio of

    dynamical  base shear to gravity load will be about  0.25 and it’s ratio to pseudo

    statical base shear will be about 3.5. roof’s tickness hasn’t  any effect on

    variation of  shear load produced of  increasing statical  analysis. But  it’s effect

    on floor’s drift  with noticing to roof’s rigidity is noticable, it means that the

    ratio of  roofs latteral  drift with tickness less than  5cm that aren’t rigid to roofs

    latteral drift with tickness more than 5cm .when deformation and hing plastics

    in element  are made, structure’s stiffness and  it’s ductility increases. This

    problem is  very  noticable because some part of earthquaces entrance energy is

    absorber by deformation and hing plastic even by increasing of variational

    period and earthquaces spectral acceleration dicreases too. 

  • فهرست و منابع پایان نامه مدل غیرخطی اتصالات نیمه صلب در سقف های کامپوزیت درساختمان های فولادی تحت زلزله

    فهرست:

      

    فهرست مطالب ..........................................................................................................٢

    فهرست جداول ...........................................................................................................۴

    فهرست اشکال ...........................................................................................................۵

    چکیده ......................................................................................................................٨

    مقدمه ......................................................................................................................٩

     

    فصل اول

    کلیات ، پیش زمینه و تحقیقات گذشته :............................................................................١٠

    ١-١- سقفهای کامپوزیت .............................................................................................١١

    ١-٢-  اتصالات نیمه صلب ..........................................................................................١١

     

    فصل دوم

    اتصالات نیمه صلب کامپوزیت .....................................................................................١٩

    ٢- ١  اتصالات  نیمه گیردار Partially Restrained( PR):.............................................٢٠

    ٢- ٢- مد شکست و مکانیزم تسلیم و ظرفیت چرخشی اتصالات نیمه صلب :............................٢٣

    ٢-٣- اتصال کامپوزیت Shear tab: .............................................................................٢٨

    ٢-۴- اتصالی دیگر از نوع کامپوزیت :...........................................................................٣٩

    ٢- ۵- اتصال سطح جوش (  Weld Overlay Connections ).....................................۴۴

    ٢- ۶- اتصالات  با اصطکاک و  استهلاک ......................................................................۴٩

    ٢- ٧- مسایلی پیرامون اتصالات :..................................................................................۵٢

    ٢-٨ - صلبیت دیافراگم ...............................................................................................۵٣

     دیافراگم صلب .......................................................................................................۵۵

     دیافراگم انعطاف پذیر..............................................................................................۵۵

     ضوابط طراحی دیافراگم ..........................................................................................۵۶

     

    فصل سوم

    مدل سازی ..............................................................................................................۵٨

    ٣ -١- مشخصات کلی ساختمان : ..................................................................................۵٩

    ٣-٢- هندسه ساختمان ................................................................................................۶١

    ٣-٣- تعیین مقاطع ستون :............................................................................................۶٣

    ٣-۴- بارهای قائم ......................................................................................................٧۴

    ٣-۵- فنر جهت اتصالات نیمه صلب ..............................................................................٧۶

    ٣-۶- صلبیت دیافراگم ................................................................................................٧۶

    ٣-٧- برش پایه  تحلیل استاتیکی خطی ...........................................................................٧٧

    ٣-٨- مدل غیر خطی سازه ..........................................................................................٧٩

     ٣- ٨-١ نحوه مدل کردن تیر و ستون .......................................................................٧٩

     ٣- ٨-٢مشخصات سه رکورد شتابنگاشت زلزله : .......................................................٨٢

    ٣-٩ - تحلیل استاتیکی غیر خطی ..................................................................................٨٣

    ٣-١٠- تحلیل دینامیکی غیر خطی .................................................................................٨۴

    ٣-١١- شاخص های خسارت .......................................................................................٨۵

     

    فصل چهارم

    نتایج ......................................................................................................................٨۶

    ۴-١ بررسی مقاومت اعضاء سازه در برابر نیروی استاتیکی آیین نامه ٢٨٠٠ .........................٨٧

    ۴-٢ اثر ضخامت سقف روی سختی و  پریود...................................................................٨٧

    ۴-٣ اثر سختی اتصالات نیمه صلب روی سازه ................................................................٨٨

    ۴-۴ پاسخ سازه به تحلیل استاتیکی غیر خطی ..................................................................٨٨

    ۴-۵ مقایسه سه مد.....................................................................................................٩٢

    ۴-۶ پاسخ حداکثر لحظه به لحظه سازه در تحلیل دینامیکی ...................................................٩٢

    ۴-٧ مراحل تشکیل مفاصل پلاستیک و  شاخص های خسارت ............................................١٠٢

     

    فصل پنجم

    جمع بندی ، نتیجه گیری و پیشنهادات  .........................................................................١٠٩

    نتایج کلی ..............................................................................................................١١٠

    پیشنهادات .............................................................................................................١١٠

     

     

    پیوست یک

    فایل ورودی IDARC..............................................................................................١١٣

    ١- فایل ورودی طبس نیمه صلب ................................................................................١١۴

    ٢- فایل ورودی طبس با اتصالات صلب ...................................................................................................................................................١٢٧

    ٣- فایل ورودی Push over با اتصالات صلب ......................................................................................................................................١٣٣

     

    پیوست دو

    فایل خروجی IDARC.............................................................................................١٣٩

    ١- فایل خروجی  0.3g tabas با اتصالات نیمه صلب t.m.radian ١٣٠٠ و سقف ١٠ سانتیمتر...........................................١٤٠

    ٢- فایل خروجی  0.3g tabas با اتصالات صلب و سقف ١٥ سانتیمتر..........................................................................................١٥٥

    ٣- فایل خروجی  0.7g nagan با اتصالات نیمه صلب t.m.radian ١٣٠٠و سقف ١٠ سانتیمتر...........................................١٦٠

    ٤- فایل خروجی  0.7g elsentro  با اتصالات صلب و سقف ١٠ سانتیمتر..................................................................................١٧٠

    ٥- فایل خروجی  Push over  با اتصالات نیمه صلب t.m.radian ١٣٠٠ و سقف ١٠ سانتیمتر..........................................١٧٩

    فهرست منابع و مراجع .................................................................................................................................................................................٢٠٠

     201..........................................................................................................................................................................................ABSTRACT

      

     

    منبع:

     

    1. for seismic regulation for new buildings  part1 – provisions ." Washington ,D.C.

    2. Stste of  the Art Report on   Connection Performance.FEMA-305D.September,2000.

    3. Malaska,Mikko. BEHAVIOR OF  A SEMI-CONTONUOS BEAM-COLUMN

    CONNECTION FOR COMPOSITE SLIM FLOORS.,2000.

    4. seismic PROVISIONS FOR STURUCTURAL STEEL  Building , may 21 2002

    american institute of steel construction

    5. Miodrag sekulovic . ratko salatic , marija nefovska Dynamic analysis of steel frames with

    fleible connections , computers & structures 80 (2002) 935-955

    6. Miodrag sekulovic . ratko salatic , Nonlinear analysis of  frames with flexible

    connections , computers & structures 79 (2001) 1097-1107

    7. R.E. Valles ,A.M.Reinhorn,S.K.Kunnath,CLi and A.Madan, IDARC2D Version 4.0:  A

    Computer Program for the Inelastic Damage Analysis of Building,1996.

    ٨. مبحث ششم : بارهای وارده بر ساختمان – چاپ اول ١٣٨٠

    ٩.  آئین نامه طرح ساختمانها در برابر  زلزله (استاندارد٢٨٠٠)-ویرایش دوم -١٣٧٨.

    ١٠.  مقدم ، حسن ، ،مندسی زلزله مبانی و کاربرد  ، انتشارات فراهنگ ، تهران ١٣٨٢.

    ١١. حسین زاده ، نقد علی ،ناطقی الهی ،فریبرز،١٣٧٣،آسیب پذیری  ساختمانهای فولادی با استفاده  از تحلیل دینامیکی  غیر خطی ،  انتشارات موسسه بین المللی  زلزله شناسی  و مهندسی زلزله ،تهران .

    ١٢. رضائی پژند ،محمد ، مویدیان ، محمد، تحلیل لرزه ای سازه ها دانشگاه امام رضا ( ع ) -  ١٣٧٨ 

ثبت سفارش
عنوان محصول
قیمت