پروژه برسی تاثیر مولفه قائم شتاب زمین در ستونهای سازه های فولادی قاب خمشی به کمک تحلیل دینامیکی غیر خطی

فهرست :
عنوان مطالب …………………………………………………………………………………………………………………………………شماره صفحه

چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ١

مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ٢ فصل اول : کلیات

١- ١- هدف……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۴

١- ٢- پیشینه تحقیق ……………………………………………………………………………………………………………………………….. ۴

١- ٣- روش کار و تحقیق …………………………………………………………………………………………………………………………. ۴ فصل دوم : مروری بر تحقیقات گذشته

بخش اول : مطالعات نظری

٢- ١- ١- مطالعات Lee و Yang در مورد مشخصات حرکات قائم و افقی زلزله ثبت شده زمین طی

زلزله نیگاتای ژاپن در سال ٢٠٠۴ ………………………………………………………………………………………. ٩

٢- ١-١-١- تحلیل اوج شتاب…………………………………………………………………………………………….. ٩

٢- ١-١-٢- نسبت اوج شتاب قائم به اوج شتاب افقی……………………………………………………………………………. ١٠

٢- ١- ١-٣- نسبت اوج سرعت به اوج شتاب…………………………………………………………………………………………. ١٠

٢- ١-١-۴- تحلیل طیف پاسخ قائم ……………………………………………………………………………………………………….. ١٢

٢- ١-١-۵-تاثیر شرایط مکانی بر روی طیف پاسخ قائم ………………………………………………………………………… ١٣

٢- ١-١-۶- وابستگی نسبت طیف پاسخ ( ) به مسافت مبدا تا کانون زلزله ………………………………………… ١٣

٢- ١- ٢- مطالعات Sarkar و Prasad در مورد نامنظمی هندسی عمودی در سازه های با قاب

پلکانی………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. ١۵

٢- ١-٢-٢- روش پیشنهادی برای تعیین نامنظمی……………………………………………………………………………….. ١٧

٢- ١-٢-٣- برآورد پریود اصلی برای سازه های پلکانی………………………………………………………………………… ٢٠

٢- ١- ٣- مطالعات Shamlo و Mivehchi در مورد بررسی تاثیر نامنظمی سازه ها در ارتفاع.. ٢٣ بخش دوم

٢- ٢-١- مطالعات Zuniga و همکارانش در مورد شتاب مولفه قائم زلزله در تحلیل ساختمانهای

تک طبقه …………………………………………………………………………………………………………………………. ٢۶

٢- ٢-١-١- ترکیب پاسخ های مربوط به بارهای تک جهتی…………………………………………………………………. ٢٧

٢- ٢-١-٢- تجزیه و تحلیل نتایج …………………………………………………………………………………………………………… ٢٧

٢- ٢-١-٣- برآورد پاسخ ها…………………………………………………………………………………………………………………….. ٢٨

٢- ٢-٢- مطالعات Salazar و Haldar در مورد بررسی پاسخ سازه در برابر مولفه قائم زمین

لرزه ها ……………………………………………………………………………………………………………………………..٣١

٢- ٢-٢-١- تشریح سازه ها و زمین لرزه ها……………………………………………………………………………………………. ٣٢

و

٢- ٢-٢-٢- نتایج و مشاهدات…………………………………………………………………………………………………………………. ٣٢

٢- ٢-٢-٣- اثر مولفه قائم زلزله در DMAX………………………………………………………………………………………….. ٣٣

٢- ٢-٢-۴- اثر مولفه قائم بر مقادیر لنگر خمشی در ستون ها……………………………………………………………… ٣۶

٢- ٢-٢-۵- اثر مولفه قائم بر نیروهای محوری موجود در ستونها …………………………………………………………. ٣٧

٢- ٢-٢-۶- مفاهیم طراحی…………………………………………………………………………………………………………………….. ٣٨

٢- ٢-٣- مطالعات Choi و Song در مورد بررسی رفتار لرزه ای سازه مرتفع فولادی با سیستم

قاب خمشی در اثر نامنظمی جرم در ارتفاع ………………………………………………………………………..۴٠

٢- ٢-٣-١- انتخاب شدت زلزله ………………………………………………………………………………………………………………. ۴١

٢- ٢-٣-٢- نامنظمی عمودی جرم…………………………………………………………………………………………………………. ۴٣

٢- ٢-٣-٣- ورودی انرژی پسماند سیستم ها…………………………………………………………………………………………. ۴۶

٢- ٢-۴- مطالعات Moharami و Koshkjeh در مورد بررسی اثرات مولفه قائم زلزله بر پاسخ

قابهای ساختمانی………………………………………………………………………………………………………………۵٠

٢- ٢-۴-١- تاثیر گستردگی جرم……………………………………………………………………………………………………………. ۵٠

٢- ٢-۴-٢- تشدید نیروهای داخلی تیرها………………………………………………………………………………………………. ۵٠

٢- ٢-۴-٣- تشدید نیروهای محوری ستونها در طبقات………………………………………………………………………… ۵٣

٢- ٢-۴-۴- تاثیر موقعیت ستونهای همتراز در افزایش نیروی محوری…………………………………………………. ۵۴

٢- ٢-۴-۵- اثر ارتفاع (تعداد طبقات ساختمان ) و طول دهانه تیرها …………………………………………………… ۵۵

٢- ٢- ۴-۶- اثر میرایی……………………………………………………………………………………………………………………………. ۵۵

٢- ٢- ۵- مطالعات Khoshnud وKordkheili در مورد آنالیز غیر خطی ساختمانهای فولادی با

در نظر گرفتن اثرات مولفه قائم زلزله …………………………………………………………………………………. ۵۶

٢- ٢- ۵- ١- مدلهای بدون خروج از مرکزیت ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. ۵۶

٢- ٢-۵-٢- بررسی اثر خروج از مرکزیت ……………………………………………………………………………………………….. ۶٠

٢- ٢-۶- مطالعات Hashemi و Hosseini در مورد تاثیر مولفه قائم زلزله بر ستونهای

ساختمانهای فولادی با قاب خمشی …………………………………………………………………………………… ۶٣

٢- ٢- ۶-١- تاثیر مولفه قائم بر هیسترزیس ستونها………………………………………………………………………………. ۶٣

٢- ٢- ۶-٢- اثر مولفه قائم در نیروی محوری حداکثر ستونها ………………………………………………………………. ۶۴

٢- ٢-۶- ٣- تاثیر مولفه قائم بر انرژی اعمال شده به سازه های مورد مطالعه ………………………………………. ۶۵

٢- ٢-٧- مطالعات HAFEZI و FALAH در مورد بررسی روش تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی

مودی در برآورد پاسخهای لرزه ای ساختمانهای با نامنظمی جرم در ارتفاع …………………………. ۶٧

٢- ٢-٧-١- مفهوم تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی مودی……………………………………………………………….. ۶٧

٢- ٢-٧-٢- مراحل آنالیز استاتیکی فزآینده غیر خطی مودی……………………………………………………………….. ۶٧

٢- ٢-٧-٣- معرفی مدل ها …………………………………………………………………………………………………………………….. ۶٩

ز

٢- ٢-٧-۴- روش میانگین گیری واقعی و میانگین گیری نمایی…………………………………………………………… ۶٩

٢- ٢-٧-۴- ارائه نتایج ………………………………………………………………………………………………………..٧٠

٢- ٢-٧-۵- تفسیر نمودارها………………………………………………………………………………………………..٧١

٢- ٢-٨- مطالعات Stefano و Pintucchi در مورد بررسی تحقیقات انجام شده در مورد سازه

های دارای نامنظمی جرم و سختی در ارتفاع پس از سال ٢٠٠٢ …………………………………………… ٧٣

٢- ٢-٩- مطالعات Karavasils و Bazeos در مورد بررسی رفتار غیر ارتجاعی قاب خمشی

فولادی با نامنظمی جرم در ارتفاع……………………………………………………………………………………… ٧٧

٢- ٢-١٠- مطالعات Hosseini و همکارانش در مورد اثر توأم مؤلفه های افقی و قائم زلزله و جهت اعمال شتابنگاشت بر نیروی محوری ستونهای ساختمانهای فولادی منظم با قاب خمشی ……٨١

٢- ٢- ١٠- ١- زلزله های مورد استفاده………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. ٨٢

٢- ٢- ١٠- ٢- اثرتوأم مؤلفه های افقی و قائم و جهت اعمال زلزله بر نیروی محوری ستونها……………… ٨۴

٢- ٢-١٠-٣- نمودارهای نیروی محوری ستونها…………………………………………………………………………………….. ٨۴

٢- ٢-١٠-۴- نتایج بدست آمده از تحلیل ها………………………………………………………………………………………… ٨٩ بخش سوم : مطالعات آزمایشگاهی

٢- ٣-١- مطالعات Hashimoto و همکارانش در مورد تحلیل فتو الاستیکی امواج فشار در سازه

تحت اثر ضربه قائم ، توسط آزمونهای آزمایشگاهی زلزله ……………………………………………………. ٩٢

٢- ٣-١-١- مدل سازی سیستم شبیه سازی…………………………………………………………………………………………. ٩٣

٢- ٣-١-٢- توضیحات و نتایج آزمایشگاهی……………………………………………………………………………………………. ٩٣ بخش چهارم : مطالعات عددی- نظری

٢- ۴-١- مطالعات Bharat و Mistry در مورد بررسی کیفی پاسخ لرزه ای سازه های ساختمانی

با نامنظمی عمودی……………………………………………………………………………………………………………. ٩٨

٢- ۴-١-١- بررسی مطالعات قبلی در مورد نامنظمی عمودی………………………………………………………………. ٩٩

٢- ۴-٢- مطالعات Sadashiva و همکارانش در مورد برسی روش های ساده برای ارزیابی اثرات

نامنظمی در ارتفاع بر سازه ………………………………………………………………………………………………..١٠١

٢- ۴-٢-١- انتخاب سازه های مورد استفاده و تعریف پارامترها……………………………………………………………١٠١

٢- ۴-٢-٢- انواع نامنظمی عمودی…………………………………………………………………………………………………………١٠٢

٢- ۴-٢-٢-١- نامنظمی جرم در ارتفاع………………………………………………………………………………………………….١٠٢

٢- ۴-٢-٢-٢- نامنظمی مقاومت – سختی در ارتفاع…………………………………………………………………………….١٠٣

٢- ۴-٢-٢-٢-١- نامنظمی مقاومت – سختی به دلیل تغییر در ویژگی عضو………………………………………..١٠٣

٢- ۴-٢-٢-٢- نامنظمی سختی – مقاومت وابسته به اصلاح ارتفاع طبقه ………………………………………………..١٠۴ فصل سوم : مطالعات تحلیلی و ارزیابی خطی سازه ها

٣- ١- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………١٠٧

ح

٣- ٢- محدوده و هدف مدلسازی……………………………………………………………………………………………………………١٠٧

٣- ٣- مشخصات سیستم های سازه ای………………………………………………………………………………………………….١٠٧

٣- ۴- مشخصات ساختمانهای مورد مطالعه ……………………………………………………………………………………………١٠٨

٣- ۵- بارگذاری……………………………………………………………………………………………………………………………………….١٠٩

٣- ۶- مشخصات لرزه ای سازه ها براساس استاندارد ٢٨٠٠………………………………………………………………….١١١

٣- ٧- تحلیل استاتیکی معادل و تحلیل دینامیکی طیفی……………………………………………………………………..١١٢

٣- ٨- تعیین نیروی Ft (نیروی شلاقی)………………………………………………………………………………………………….١١٣

٣- ٩- آنالیز مودال…………………………………………………………………………………………………………………………………..١١٣

٣- ١٠- مدلسازی…………………………………………………………………………………………………………………………………….١١۴

٣- ١١- محاسبه مقادیر ویژه…………………………………………………………………………………………………………………..١١۴

٣-١٢- مشخصات مرکز سختی و مرکز جرم در سازه P1 ، P2 و P3………………………………………………..118

٣- ١٣- تحلیل طیفی………………………………………………………………………………………………………………………………١١٩

٣- ١۴- طیف طرح استاندارد………………………………………………………………………………………………………………….١١٩

٣- ١۵- گسترش مدها…………………………………………………………………………………………………………………………….١٢٠

٣- ١۶- ترکیب مودها………………………………………………………………………………………………………………………………١٢٠

٣- ١٧- هم پایه کردن نتایج ……………………………………………………………………………………………………………………١٢١

٣- ١٨- نتایج تحلیل طیفی برای نیروی افقی طبقات……………………………………………………………………………١٢١

۳- ۱۹- کنترل تغییر مکان جانبی نسبی (Ratio Drift)…………………………………………………………………….129

٣- ٢٠- نیروی قائم ناشی از زلزله طبق ضوابط استاندارد ٢٨٠٠…………………………………………………………..١٣٣

٣- ٢١- کنترل سازه………………………………………………………………………………………………………………………………..١٣۴

٣- ٢٢- ترکیبات بارگذاری ساختمان……………………………………………………………………………………………………..١٣۴

٣- ٢٣- نامگذاری بارها ……………………………………………………………………………………………………………………………١٣۴

٣- ٢۴- ضرایب کاهش مقاومت ………………………………………………………………………………………………………………١٣۵

٣- ٢۵- بررسی نتایج کنترل مقاطع ………………………………………………………………………………………………………..١٣۵

٣- ٢۶- نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………….١٣٩ فصل چهارم : مطالعات تحلیلی و ارزیابی غیر خطی سازه ها

۴- ١- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………١۴١

۴- ٢- نرم افزار ۳D-PERFORM……………………………………………………………………………………………………..140

۴- ٣- مدلسازی……………………………………………………………………………………………………………………………………….١۴٢

۴- ۴- جرم های متمرکز…………………………………………………………………………………………………………………………١۴٢

۴- ۵- رکورد زلزله ……………………………………………………………………………………………………………………………………١۴٢

۴- ۶- معرفی المان ها……………………………………………………………………………………………………………………………..١۴٢

۴- ٨- سطوح اندرکنش ……………………………………………………………………………………………………………………………١۴٣

ط

۴- ٩- مدلسازی سازه………………………………………………………………………………………………………………………………١۴۵

۴- ٩-١- هندسه مدل……………………………………………………………………………………………………………………………..١۴۵

۴- ٩-٢- بارگذاری…………………………………………………………………………………………………………………………………..١۴۵

۴- ٩-٣- مدل غیر خطی تیرها و ستون ها…………………………………………………………………………………………….١۴۶

۴- ٩- ۴- تعیین پارامترهای مدلسازی( a و b و c ) و پارامترهای معیار پذیرش (IO و LS و CP) در

مفصل های تیر و ستون طبق دستور العمل بهسازی لرزه ای (۳۵۶-FEMA) ………………………….. …………….. ١۴٧

۴- ٩-۵- مدل غیر خطی میان قاب های مصالح بنایی…………………………………………………………………………..١۵٣

۴- ٩-۵-١- سختی میان قاب های مصالح بنایی……………………………………………………………………………………١۵٣

۴- ٩-۶- رفتار اجزای سازه ای………………………………………………………………………………………………………………..١۵۶

۴- ٩-٧- مقادیر سطوح اندرکنش …………………………………………………………………………………………………………..١۵٧

۴- ٩-٨- معیار پذیرش ستون های کنترل شونده توسط نیرو……………………………………………………………….١۵٧

۴- ١٠- خلاصه ای از نحوه معیار پذیرش در تحلیل استاتیکی غیر خطی و دینامیکی غیر خطی……….١۵٨

۴-١١- تحلیل استاتیک غیرخطی………………………………………………………………………………………………………..١۵٩

۴- ١١- ١- نقطه کنترل……………………………………………………………………………………………………………………………١۵٩

۴- ١١- ٢- توزیع بار جانبی……………………………………………………………………………………………………………………..١۵٩

۴- ١١- ٣- مدل رفتار دو خطی نیرو – تغییر مکان سازه……………………………………………………………………….١۶٠

۴- ١١- ۴- ترکیب بار گذاری ثقلی و جانبی……………………………………………………………………………………………١۶٠

۴- ١١- ۵- محاسبه تغییر مکان هدف…………………………………………………………………………………………………….١۶٠

۴- ١٢- محاسبه تغییر مکان هدف برای سازه های P1…………………………………………………………………………162

۴- ١٣- محاسبه تغییر مکان هدف برای سازه های P2…………………………………………………………………………164

۴- ١۴- محاسبه تغییر مکان هدف برای سازه های P3……………………………………………………………………….166

۴- ۱۵- نمودار پوش آور برای سازه P1………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 167

۴- ۱۶- نمودار پوش آور برای سازه P2………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 170

۴- ۱۷- نمودار پوش آور برای سازه P3………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 172

۴-١٨- تحلیل دینامیکی غیر خطی…………………………………………………………………………………………………….١٧۴

۴- ١٨- ١- ملاحظات خاص مدلسازی و تحلیل ………………………………………………………………………………………١٧۴

۴- ١٨- ٢- شتاب نگاشت سازگار با طیف طرح………………………………………………………………………………………١٧۴

۴- ١٨- ٣- مشخصات لرزه ای شتابنگاشت ها…………………………………………………………………………………………١٧۶

۴- ١٨- ۴- مقیاس کردن شتابنگاشت ها با توجه به ضوابط استاندارد ٢٨٠٠……………………………………….١٨١

۴- ١٩- محاسبه مقادیر ویژه…………………………………………………………………………………………………………………..١٩١

۴- ٢٠- نحوه تحلیل مدل ها…………………………………………………………………………………………………………………..١٩٢

۴- ٢١- تاریخچه زمانی پاسخ نسبت دریفت طبقات (تغییر مکان نسبی طبقات بر ارتفاع طبقه )………..١٩٣

۴- ٢١- ١- پاسخ تاریخچه زمانی نسبت دریفت طبقات سازه P1………………………………………………………….193

ی

۴- ٢١- ٢- پاسخ تاریخچه زمانی نسبت دریفت طبقات سازه P2………………………………………………………….199

۴- ٢١- ٣- پاسخ تاریخچه زمانی نسبت دریفت طبقات سازه P3………………………………………………………….205

۴- ٢٢- پاسخ نسبت دریفت – برش برای طبقات سازه P1………………………………………………………………….211

۴- ٢٣- اثرتوأم مؤلفه های افقی و قائم و جهت اعمال زلزله بر نیروی محوری ستونها………………………..٢١۴

۴- ٢٣- ١- نمودارهای نیروی محوری ستونها سازه P1 …………………………………………………………………………٢١۴

۴- ٢٣- ٢- نمودارهای نیروی محوری ستونها سازه P2 …………………………………………………………………………٢٢٠

۴- ٢٣- ٣- نمودارهای نیروی محوری ستونها سازه P3 …………………………………………………………………………٢٢۶

۴- ٢۴- نحوه تغییر شکل سازه P1 ، P2 و P3…………………………………………………………………………………….232

۴- ٢۵- بررسی وضعیت مفاصل خمیری تحت زلزله های گروه ۰.۳۵g……………………………………………….234

۴- ٢۵- ١- مراحل تشکیل مفصل های خمیری اعضای سازه P1 ………………………………………………………..٢٣۵

۴- ٢۵- ٢- مراحل تشکیل مفصل های خمیری اعضای سازه P2 ………………………………………………………..٢٣۶

۴- ٢۵- ٣- مراحل تشکیل مفصل های خمیری اعضای سازه P3 ………………………………………………………..٢٣٧

۴- ٢۵- ۴- نتایج نهایی حاصل از متوسط گیری از عملکرد مفصل های خمیری هفت زلزله گروه ۰.۳۵g

برای اعضای سازه P1 ، P2 و P3………………………………………………………………………………………………………….238

۴- ٢۶- نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………….٢٣٨ فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

۵- ١- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………….٢۴٠

۵- ١- پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………………………….٢۴٢

منابع و ماخذ…………………………………………………………………………………………………………………………………………….٢۴۴

سایت های اطلاع رسانی………………………………………………………………………………………………………………………..٢۴۶

چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………………………………………………………………٢۴٧