پایان نامه آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه تحت اثر بار زلزله با استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده

پایان نامه آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه تحت اثر بار زلزله با استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده
پایان نامه کارشناسی ارشد
–

تعداد صفحه :216
آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه تحت اثر بار زلزله با استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده

چکیده: آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه (به علت اثر متقابل سازه و خاک نگهدارنده آن بر یکدیگر)، در طراحی سازه تحت بار لرزه¬ای نقشی اساسی دارد. سیستم خاک-سازه می¬تواند تحت بارهای دینامیکی و استاتیکی قرار بگیرد. در حالت بارگذاری استاتیکی می¬توان محیط نامحدود خاک را محدود کرد، به طوری که مرزها را به اندازه کافی دور از سازه در نظر گرفت. اما در حالت بارگذاری دینامیکی این روش نمی¬تواند مورد استفاده قرار بگیرد، چون مرزها به جای اینکه اجازه دهند امواج دریافتی از منبع انتشار امواج به سمت بی¬نهایت عبور کنند، آنها را به سمت سازه و خاک منعکس می¬کنند (برگشت می¬دهند) و این انعکاس بر روی رفتار و واکنش سیستم خاک-سازه تأثیر می¬گذارد. بنابراین برای آنالیز این اندرکنش خاک-سازه، خاک به قسمت خاک محدود منظم که می¬تواند رفتار غیر خطی خاک را مدل کند و قسمت نامحدود منظم که تا بی¬نهایت ادامه دارد، تقسیم می¬شود. قسمت محدود خاک می¬تواند به وسیله روش المان محدود مدل شود. در یک محیط نامحدود، یک قاعده مهم در دینامیک امواج وجود دارد: امواجی که به سمت بی¬نهایت حرکت می¬کنند، به سمت حوزه برگشت داده نمی¬شوند. شرایط مرزی باید توانایی مدل کردن حرکت موج را در واقعیت داشته باشد.
یک شرط مرزی با درجه بالا برای مدل کردن انتشار موج در حوزه نا¬محدود تحت بار لرزه¬های توسعه داده شده است. این شرط مرزی برای امواج اسکالر و برداری با هندسه دلخواه و مواد غیر همگن قابل کاربرد است. فرمولاسیون بر حسب حل شکاف ممتد در تجزیه ماتریس سختی دینامیکی برای حوزه نا¬محدود به کار می¬رود. ماتریس ضرائب روش شکاف ممتد به صورت بازگشتی از معادله روش المان محدود با مرز مقیاس شده بر حسب سختی دینامیکی بدست آمده است که می¬تواند به صورت یکپارچه با المان محدود ترکیب شود. روش¬های استاندارد در دینامیک سازه¬ها به صورت مستقیم برای بدست آوردن پاسخ در حوزه¬های زمان و فرکانس قابل کاربرد می¬باشد. مثال¬های عددی و تحلیلی نرخ بالای همگرایی و بازده این شرط مرزی با درجه بالا را نشان می-دهد. در این پایان نامه برای اولین بار آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه تحت بارهای لرزه¬ای با استفاده از حل شکاف ممتد و آنالیز مودال (با استفاده از توابع پایه کاهش یافته) توسعه یافته است.

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه
1-1- تعریف مسئله 1
1-2- مفهوم اندرکنش خاک و سازه 4
1-3- روش¬های تحلیل اندرکنش خاک و سازه 6
1-3-1- روش زیرسازه 6
1-3-2- روش مستقیم 9
1-4- خلاصه¬ای از روش¬های موجود برای مدل کردن حوزه نامحدود 12
1-4-1- روش¬های کلی 12
1-4-1-1- روش المان مرزی 13
1-4-1-2- روش لایه باریک 13
1-4-1-3- شرایط مرزی غیر انعکاسی دقیق 13
1-4-1-4- روش المان محدود با مرز مقیاس شده 14
1-4-2- روش¬های محلی 14
1-4-2-1- شرایط مرزی انتقالی 15
1-4-2-2- المان¬های نامحدود 15
1-4-2-3- لایه¬های جاذب 16
1-5- اهداف و خلاصه فصول پایان¬نامه 17

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده
2-1- مقدمه 19
2-2-2- روش¬های کلی (فراگیر) 20
2-2-1- روش المان مرزی 20
2-2-2- روش لایه باریک 23
2-2-3- شرایط مرزی غیر انعکاسی دقیق 25
2-2-4- روش المان محدود با مرز مقیاس شده 27
2-3- روش¬های محلی (موضعی) 32
2-3-1- شرایط مرزی انتقالی 32
2-3-2- المان¬های نامحدود 36
2-3-3- لایه¬های جاذب 37
2-4- نتایج 39

فصل سوم: فرمولاسیون روش المان محدود با مرز مقیاس شده
مربوط به دامنه نامحدود در حوزه فرکانس و زمان
3-1- معرفی مختصات محلی (ξ, η ,ζ)………………………………………………………………………………………………………………………40
3-2- معادلات اساسی الاستودینامیک همگن در مختصات دکارتی 42
3-3- معادلات المان محدود با مرز مقیاس شده در حوزه فرکانس 44
3-3-1- انتقال هندسه محیط از مختصات دکارتی به مختصات جدید 44
3-3-2- تعیین معادلات حاکمه الاستودینامیک در مختصات جدید 45
3-3-3- توابع تغییرمکان گره¬ای در جهت شعاعی 49
3-4- استفاده از روش باقی¬مانده وزنی 51
3-5- ماتریس سختی دینامیکی 53
3-6- حل معادله المان محدود با مرز مقیاس شده در سختی دینامیکی برای حوزه نامحدود 55
3-7- معادله المان محدود با مرز مقیاس شده در حوزه زمان 58
3-7-1- معادله المان محدود با مرز مقیاس شده در پاسخ ضربه واحد شتاب 58
3-7-2- تقسیم¬بندی زمان 60
3-7-3- اولین گام زمانی 61
3-7-4- بازه زمانی Nام 62
3-8- ماتریس سختی استاتیکی حوزه نامحدود 63
3-9- خلاصه روش سری کاهش¬یافته توابع پایه در حوزه زمان 64
3-10- خلاصه روش سری کاهش¬یافته توابع پایه در حوزه فرکانس 65
3-11- نتایج 66

فصل چهارم: فرمولاسیون روش المان محدود با مرز مقیاس شده
مربوط به دامنه محدود در حوزه فرکانس و زمان مقدمه
4-1- مقدمه 68
4-2- معادله حرکت دامنه محدود در حوزه فرکانس و زمان 69
4-3- ماتریس سختی استاتیکی حوزه محدود 70
4-4- ماتریس جرم 72
4-5- ماتریس میرایی 73
4-6- نتایج 74

فصل پنجم: ترکیب معادلات حاصل از روش (SBFEM) برای
حوزه محدود و نامحدود جهت لحاظ کردن اندرکنش خاک و سازه
5-1- مقدمه 75
5-2- ترکیب معادلات حاصل از دامنه محدود و نامحدود تحت بارهای خارجی جهت لحاظ کردن اندرکنش خاک و سازه در حوزه زمان 77
5-2-1- آنالیز دینامیکی اندرکنش خاک و سازه تحت بارهای خارجی در حوزه زمان با استفاده از (SBFEM) 77
5-2-1-1- با در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی انعطاف¬پذیر) 77
5-2-1-2- بدون در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی صلب) 80
5-2- 2- آنالیز دینامیکی اندرکنش خاک و سازه تحت بارهای خارجی در حوزه زمان با استفاده از (SBFEM) و استفاده از سری کاهش¬یافته توابع پایه 81
5-2-2-1- با در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی انعطاف¬پذیر) 81
5-2-2-2- بدون در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی صلب) 83
5-3- ترکیب معادلات حاصل از دامنه محدود و نامحدود تحت بارهای لرزه¬ای جهت لحاظ کردن اندرکنش خاک و سازه در حوزه زمان 84
5-3-1- آنالیز دینامیکی اندرکنش خاک و سازه تحت بارهای لرزه¬ای در حوزه زمان با استفاده از (SBFEM) 84
5-3-1-1- با در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی انعطاف¬پذیر) 84
5-3-1-2- بدون در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی صلب) 86
5-3- 2- آنالیز دینامیکی اندرکنش خاک و سازه تحت بارهای لرزه¬ای در حوزه زمان با استفاده از (SBFEM) و استفاده از سری کاهش¬یافته توابع پایه 88
5-3-2-1- با در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی انعطاف¬پذیر) 88
5-3-2-2- بدون در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی صلب) 89
5-4- ترکیب معادلات حاصل از دامنه حوزه محدود و نامحدود تحت بارگزاری دینامیکی (بارهای خارجی و لرزه¬ای) جهت لحاظ کردن اندرکنش خاک و سازه در حوزه فرکانس 90
5-5- نتایج 92

فصل ششم: روش شکاف ممتد
6-1- روش¬های تجزیه ماتریس سختی دینامیکی حوزه نا¬محدود 103
6-1-1- تقریب سختی دینامیکی توسط سری پده 104
6-1-2- تجزیه سختی دینامیکی با استفاده از روش شکاف ممتد 105
6-1-2-1- ساخت شرط مرزی انتقالی با مرتبه بالا 110
6-1-2-2- ترکیب معادله حرکت حوزه محدود و معادله مربوط به حوزه نامحدود حاصل از روش شکاف ممتد تحت بار خارجی دینامیکی 112
6-1-2-3- ترکیب معادله حرکت حوزه محدود و معادله مربوط به حوزه نامحدود حاصل از روش شکاف ممتد تحت بار لرزه¬ای 114
6-1-2-4- استفاده از روش شکاف ممتد و اعمال روش سری کاهش یافته توابع پایه برای آنالیز سیستم تحت بار خارجی دینامیکی 116
6-1-2-5- استفاده از روش شکاف ممتد و اعمال روش سری کاهش یافته توابع پایه برای آنالیز سیستم تحت بار لرزه¬ای 118
6-2- نتایج 120

فصل هفتم: مثال¬های عددی
7-1- مقدمه 131
7-2- دیوار برشی به همراه بازشو 133
7-2-1- سازه در حالت پی صلب تحت بار خارجی دینامیکی 134
7-2-2- سازه در حالت پی منعطف تحت بار خارجی دینامیکی 136
7-2-3- سازه در حالت پی صلب تحت بار لرزه¬ای 139
7-2-4- سازه در حالت پی منعطف تحت بار لرزه¬ای 141
7-3- دیوار برشی با ابعاد و مواد با خصوصیات متفاوت 145
7-3-1- سازه در حالت پی صلب تحت بار خارجی دینامیکی 145
7-3-2- سازه در حالت پی منعطف تحت بار خارجی دینامیکی 147
7-3-3- سازه در حالت پی صلب تحت بار لرزه¬ای 150
7-3-4- سازه در حالت پی منعطف تحت بار لرزه¬ای 152
7-4- سد کوینا در چین 156
7-4-1- سد در حالت پی صلب تحت بار خارجی دینامیکی 156
7-4-2- سد در حالت پی منعطف تحت بار خارجی دینامیکی 158
7-4-3- سد در حالت پی صلب تحت بار لرزه¬ای 162
7-4-4- سد در حالت پی منعطف تحت بار لرزه¬ای 164
7-5- ترکیب تونل و دیوار برشی 168
7-5-1- تونل و قاب سازه¬ای تحت بار خارجی دینامیکی 169
7-5-2- تونل و قاب سازه¬ای تحت بار لرزه¬ای 172

فصل هشتم: نتایج و پیشنهادات
7-1- نتایج 176
منابع 180

توجه :

عناوین پروژه های موجود در سایت فقط به عنوان معرفی در سایت قرار گرفته اند و هیچ گونه فروش و یا لینک دانلودی ندارند