پایان نامه توزیع خسارت لرزه ای در اجزاء ساختمان های فولادی با میراگر ویسکوالاستیک

پایان نامه توزیع خسارت لرزه ای در اجزاء ساختمان های فولادی با میراگر ویسکوالاستیک
پایان نامه کارشناسی ارشد – عمران -زلزله
–
چکیده :
وارد آمدن خسارت سازه ای با مفهوم رفتار غیر ارتجاعی و درنتیجه انرژی هیسترزیس نزدیکی بسیاری دارند. لذا می توان گفت که انرژی هیسترزیس در این سطوح، معیاری قابل‌توجه جهت طراحی و یا کنترل سازه میتواند باشد. بستگی زیاد انرژی هیسترزیس به خسارت سازه ای موجب شده تا این مفهوم و روش های نوین طراحی سازه ای موردتوجه محققان و مهندسان قرار گیرد.
در این پژوهش، ابتدا سه قاب 4، 8 و 12 طبقه فولادی با سیستم قاب خمشی متوسط به روش استاتیکی معادل بر اساس ویرایش اول استاندارد2800 و به‌وسیله نرم افزار ETABS(Ver. 9.5.0) طراحی‌شده‌اند، سپس تمام قابها تحت اثر هفت شتاب‌نگاشت حوزه نزدیک و هفت شتاب‌نگاشت حوزه دور به‌وسیله نرم افزار PERFORM3D(Ver.5) مورد آنالیز دینامیکی غیرخطی قرارگرفته‌اند. هدف از این مطالعه بررسی نحوه توزیع خسارت، انرژی، جابجایی نسبی، جابجایی بام و برش پایه در قاب های موردبررسی است. در ادامه لزوم به‌کارگیری روش مقاوم سازی جهت کاهش جابجایی نسبی، بر مبنای آیین‌نامه شرح داده‌شده است، سپس از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم سازی و کاهش خسارت در قاب های موردبررسی، استفاده‌شده است.
نتایج به‌دست‌آمده حاکی از آن است که علی رغم توزیع یکنواخت مقاومت در ارتفاع طبقات، نمودارهای توزیع انرژی هیسترزیس و خسارت از این توزیع پیروی نمی کنند و تمرکز انرژی و خسارت در یک یا چندطبقه مشاهده می شود. لذا برای استفاده بهینه از حداکثر ظرفیت سیستم، طراحی سازه ها صرفاً بر اساس مقاومت، منطقی به نظر نمی رسد و باید پارامترهای دیگری مانند انرژی هیسترزیس که نقش عمده ای در خسارت اعضای سازه دارند، درروند طراحی لحاظ شود که در این تحقیق از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم سازی استفاده‌شده است، نتایج نشان می دهد که این نوع از میراگر نقش زیادی در جذب انرژی و کاهش خسارت در ساختمانها دارد. همچنین تأثیر استفاده از میراگرهای ویسکوالاستیک بر کاهش خسارت قاب های با ارتفاع زیاد، بیشتر بوده است و تحت زلزله های حوزه نزدیک عملکرد خوبی در کاهش خسارت نشان میدهد.

واژه‌های کلیدی: انرژی هیسترزیس، خسارت، تحلیل دینامیکی، مقاوم سازی، میراگر ویسکوالاستیک

فهرست مطالب

فصل 1 مقدمه 1
1-1 مقدمه 2
1-2 ضرورت و اهداف تحقیق 3
1-3 ساختار پایان¬نامه 4
فصل 2 مروری بر منابع 5
2-1 مقدمه 6
2-2 مفاهیم اولیه انرژی 6
2-2-1 معادلات انرژی در سیستم یک درجه آزادی 7
2-2-2 معادله انرژی مطلق 8
2-2-3 معادله انرژی نسبی 9
2-2-4معادلات انرژی در سیستم چند درجه آزادی با رفتار غیرخطی9
2-2-5 تجزیه انرژی ورودی به عبارت¬های مختلف انرژی 10
2-2-5-1 انرژی ورودی (EI) 11
2-2-5-2 انرژی هیسترتیک(EH) 11
2-2-5-3 انرژی میرایی لزج یا ویسکوز(ED) 12
2-2-5-4 انرژی جنبشی (EK) 12
2-2-5-5انرژی الاستیک(Es) 13
2-2-6 تأثیر پارامترهای سازه¬ای بر انرژی ورودی 13
2-2-6-1 تأثیر دوره تناوب سازه 13
2-2-6-2 تأثیر نسبت شکل‌پذیری و مدل هیسترتیک در انرژی ورودی 14
2-2-6-3 تأثیر نسبت میرایی در انرژی ورودی 14
2-3 شاخص‌های خسارت 14
2-3-1 شاخص¬های خسارتی بیشینه تغییرشکل 15
2-3-1-1 نسبت شکل‌پذیری 15
2-3-1-2 تغییر مکان نسبی بین طبقه‌ای 16
2-3-1-3 نسبت خسارت خمشی 16
2-3-2 شاخص¬های خسارتی تجمعی 16
2-3-2-1 تغییر شکل‌های تجمعی نرمال شده 17
2-3-2-2 انرژی تلف‌شده تجمعی نرمال شده 17
2-3-2-3 خستگی سیکل کوتاه 17
2-3-3 شاخص های ترکیبی 18
2-3-3-1 تغییر مکان حداکثر و اتلاف انرژی 18
2-3-3-2 منحنی لنگر – انحنا 19
2-3-4 شاخص های خسارت بیشینه شکل پذیری 19
2-3-5 میانگین وزنی شاخص های خسارت 20
2-3-6 تاریخچه شاخص خسارت 20
2-4 کنترل‌های لرزه ای 24
2-4-1 انواع سیستم های کنترل‌کننده لرزه¬ای 24
2-4-1-1 سیستم کنترل‌کننده غیرفعال 25
2-4-1-2 سیستم کنترل‌کننده فعال 26
2-4-1-3 سیستم کنترل‌کننده پیوندی 27
2-4-1-4 سیستم کنترل‌کننده نیمه فعال 28
2-5 میراگرها 28
2-5-1 میراگرهای جرمی تنظیم شده 29
2-5-2 میراگر مایع تنظیم شده 31
2-5-3 میراگر ویسکوز 42
2-5-4 میراگرهای تسلیمی (فلزی) 35
2-5-5 میراگرهای آلیاژ فلزی با تغییرشکل حافظه ای 38
2-5-6 میراگرهای اصطکاکی 40
2-5-7 میراگرهای ویسکوالاستیک 42
2-5-7-1 ساختار مواد ویسکوالاستیک 42
2-5-7-2 مشخصات دینامیکی میراگرهای ویسکوالاستیک 43
2-5-7-3 مدل‌سازی سازه‌های دارای میراگر ویسکوالاستیک 46
2-5-7-4 روش انرژی کرنشی مودال 48
2-5-7-5 روش طراحی 49
2-5-7-6 پیشینه کاربردی میراگرهای ویسکوالاستیک 51
فصل 3 معرفی و مدلسازی سازه¬های موردمطالعه 54
3-1 مقدمه 55
3-2 قاب¬های موردبررسی در این مطالعه 55
3-3 بارگذاری و طراحی قاب ها در نرم افزار ETABS ver9.5.0 56
3-4 چگونگی انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی 59
3-5 انتخاب شتاب‌نگاشت‌ها 60
3-6 هم‌پایه کردن شتاب‌نگاشت‌های انتخابی 61
3-7 خصوصیات نرم¬افزار Perform 3D 61
3-7-1 المان¬های مورداستفاده در نرم¬افزار Perform 3D 61
3-7-2 گام زمانی در آنالیز غیرخطی نرم¬افزار Perform 3D 62
3-7-3 تکنیک حل نرم¬افزار Perform 3D 62
3-7-4 انرژی در نرم¬افزار Perform 3D 62
3-7-4-1 محاسبه انرژیهای غیر الاستیک و کرنشی 63
3-7-4-2 خطای انرژی 65
3-7-5 فرضیات تحلیل دینامیکی و مدلسازی در نرم¬ا¬فزار Perform3D 65
3-7-6 مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم¬افزار Perform 3D 65
3-7-7 کنترل صحت مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم افزارPerform 3D 68
فصل 4 نتایج و تفسیر آنها 71
4-1 مقدمه 72
4-2 بررسی نتایج تغییر مکان نسبی طبقات 73
4-2-1 قاب 4 طبقه 73
4-2-2 قاب 8 طبقه 75
4-2-3 قاب 12 طبقه 77
4-2-4 نتایج میانگین تغییر مکان نسبی طبقات در قاب¬ها 79
4-3 بررسی نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زمین¬لرزه 81
4-3-1 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله لندرز 81
4-3-1-1 قاب 4 طبقه 81
4-3-1-2 قاب 8 طبقه 83
4-3-1-3 قاب 12 طبقه 83
4-3-2 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله طبس 84
4-3-2-1 قاب 4 طبقه 84
4-3-2-2 قاب 8 طبقه 85
4-3-2-3 قاب 12 طبقه 86
4-4 بررسی انرژی هیسترزیس در سازه 87
4-4-1 قاب 4 طبقه 88
4-4-2 قاب 8 طبقه 89
4-4-3 قاب 12 طبقه 90
4-4-4بررسی میانگین انرژی هیسترزیس وارد بر قاب¬ها 91
4-5 بررسی انرژی باقی‌مانده در سازه 91
4-5-1قاب 4 طبقه 92
4-5-2 قاب¬ 8 طبقه 93
4-5-3 قاب¬ 12 طبقه 94
4-5-4بررسی میانگین انرژی باقی¬مانده در قاب¬ها 95
4-6 بررسی نسبت انرژی هیسترزیس به انرژی ورودی در قاب¬ها 95
4-7 بررسی توزیع خسارت در ارتفاع قاب¬های موردبررسی 96
4-7- قاب¬ 4 طبقه 96
4-7-2 قاب¬ 8 طبقه 98
4-7-3 قاب¬ 12طبقه 100
4-7-4 نتایج میانگین شاخص خسارت طبقات در قاب¬ها 102
4-8 بررسی شاخص خسارت کل سازه در قاب¬های موردبررسی 104
4-9 بررسی برش پایه در سازه 105
4-9-1 قاب¬ 4 طبقه 106
4-9-2 قاب¬ 8 طبقه 107
4-9-3 قاب 12طبقه 108
4-9-4 نتایج میانگین برش پایه قاب¬های موردبررسی 109
4-10 بررسی جابجایی بام در سازه 110
فصل 5 جمع‌بندی و پیشنهادها 111
5-1 مقدمه 112
5-2 نتیجه‌گیری 112
5-3 پیشنهادات 113
مراجع 115