بررسی ضریب رفتار قابهای خمشی فولادی مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی -فروش فایل
چکیده
امروزه در کشورهای لرزهخیز جهت اتلاف انرژی لرزهای وارد بر سازه به استفاده از انواع ابزار مستهلک کننده انرژی توصیه شده است. یکی از این ابزارها، میراگرهای اصطکاکی دورانی می باشد. به دلیل اینکه در آیین نامههای کنونی مقداری برای ضریب رفتار قابهای مجهز به این میراگرها ارائه نشده، در این پایاننامه سعی شده تاثیر استفاده از آنها بر روی ضریب رفتار قابهای خمشی فولادی مورد ارزیابی قرار گیرد. به همین منظور چندین قاب خمشی فولادی با شکلپذیری متوسط با تعداد طبقات مختلف طبق ضوابط استاندارد 2800 و مبحث 10 مقررات ملی ایران، طراحی شده است. سپس با استفاده از تحلیلهای استاتیکی و دینامیکی غیرخطی افزایشی و به کمک نرمافزار Sap2000-V15، ضریب رفتار و پارامترهای آن برای قابهای اولیه و مجهز به میراگربدست آمده و با یکدیگر مقایسه شدند.
تغییرات ضرایب مقاومتافزون و شکلپذیری باتوجه به نتایج آنالیز قابهای با و بدون میراگرنشان میدهد که تاثیر میراگرهای اصطکاکی دورانی برضریب مقاومتافزون سازههای کوتاه بیشتر از ضریب شکلپذیری آنها است. در طبقات بلندتر شرایط عکس آن است به صورتی که تاثیر میراگر بر ضریب شکلپذیری به نسبت مقاومتافزون بیشتر است. در مجموع میراگر سبب افزایش ضریب رفتار قابهای خمشی فولادی به مقدار 60/7 و 23/55 درصد، به ترتیب تحت آنالیز استاتیکی و دینامیکی غیرخطی میگردد.
واژگان کلیدی: ضریب رفتار، میراگرهای اصطکاکی دورانی، تحلیل استاتیکی غیرخطی، تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی، قابهای خمشی فولادی
1 فصل اول
مقدمه
(کلیات تحقیق)
امروزه مبنای طراحی لرزهای سازهها به گونهای است که سازه مقداری امکان تغییر شکل پلاستیک داشته باشد(مثلاً به کمک ایجاد مفاصل پلاستیکدر تیرها و سپس در ستون ها). این عمل باعث اتلاف مقدار زیادی از انرژی ورودی به سازه شده و در نهایت ایمنی مورد نیاز را تامین می کند. اعمال این خصوصیت برای سازهها علاوهبر غیراقتصادی بودن میزان صدمات سازهای و غیرسازهای را افزایش میدهد. به جهت از بین بردن و کاهش خسارت وارده به اعضاء اصلی سازه(تیرهاوستونها)دستگاههای خاصی باداشتن قابلیتهایی نظیر استهلاک انرژی ورودی سازه، تغییرشکل پلاستیک و ... درمکانهای معینی نصب میشوند. یکی از این نوع دستگاهها، سیستمهای اصطکاکی میباشند که به دلیل پتانسیل بالا در جذب و اتلاف انرژی وارده بر سازه و همچنین هزینه پایین در نصب و نگهداری آنها امروزه کاربردهای متنوعای در مهندسی عمران بخصوص سازه مورد استفاده قرار گرفته اند.
باتوجه به گرایش بیشتر طراحان به سمت تحلیل و طراحی سازه ها به روش استاتیکی معادل بهدلیل سهولت و کمهزینه بودن آن، بیشتر آییننامههای کنونی نیز این روش را مبنای طراحی قرار دادهاند. هر چند که در آییننامههای کنونی بخصوص استاندارد 2800 ایران نگاهی اجمالی به روش طراحی غیرخطی شده و میخواهند کاربران را به سوی طراحیغیرخطی راهنمایی کنند. بههرحال مبنای طراحی لرزهای کنونی برای سازههای متعارف قبل از تحلیلهای غیرخطی، تحلیل الاستیک می باشد.
در طراحی الاستیک نیروی طراحی خطی ساختمان را از یک طیف خطی که وابسته به پریود طبیعی ساختمان و شرایط خاک محل احداث ساختمان است، بدست میآورند و برای ملحوظ کردن اثر غیرخطی و اتلاف انرژی در اثر رفتار هیسترتیک، میرایی و اثر مقاومتافزون سازه، این نیروی خطی را بوسیله ضریب اصلاح رفتار سازه(ضریب رفتار) به نیروی طراحی تبدیل می کنند.
1-1. ضرورت تحقیق
در آییننامههای کنونی که بر مبنای تحلیل خطی استوارند(مانند استاندارد 2800 ایران) ضریب رفتار برای انواع ساختمانهای متعارف ارائه شده است اما به ضریب رفتار سایر سیستمهای سازهای بالاخص سازههای موضوع این تحقیق (سازههای مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی) اشارهای نشده است. شاید دلیل این امر این است که اصول طراحی چنین سازههایی باتوجهبه کاربردشان متفاوت میباشد. مثلاً میراگرهای اصطکاکی، با افزایش میرایی و اتلاف انرژی ورودی به سازه، منجر به کاهش نیاز سازه میشوند. همچنین با افزایش سختی جانبی آن موجب افزایش ظرفیت سازه میگردند. به همین دلیل روش طراحیسازههای مجهز به این میراگرها معمولا به روش طیف ظرفیت و روشهای غیرخطی انجام میشود. البته به کمک طراحی الاستیک، با تعیین سختی موثر میراگر با یک آزمون سعی و خطا نیز میتوان این چنین سازههایی را طراحی نمود.بنابراین به نظر می رسد با داشتن معیار اولیهای همچون ضریب رفتار، به طراح این امکان را فراهم میکند تا بتواند ارزیابی سریع و اولیهای از سازههای جدیدالاحداث مجهز به میراگر، برای تعیین مقاطع اولیه آن داشته باشد. همچنین در بحث مقاومسازی ساختمانهای موجود نیز به منظور کنترل تاثیر میراگر بر ظرفیت مقاطع داشتن چنین معیاری کاربردی به نظر می رسد.
1-2. اهداف
همانطور که در بالا اشاره شد، در آییننامهها و تحقیقات کنونی ضریب رفتاری برای سازههای مورد بحث ارائه نشده است.هرچند که ضرایب رفتار پیشنهاد شده برای سازههای متداول نیز از دقت کافی برخوردار نمی باشد. مسئله مهم در این بحث پس از محاسبه و تخمین مقادیر شکلپذیری و مقاومتافزون (بهعنوان پارامترهای مهم ضریب رفتار) و همچنین ضریب رفتار سازههای مجهز به میراگر اصطکاکی دورانی، مقایسه آن با مقادیر ضرایب بدست آمده برای قابهای اولیه میباشد. بهطور کلی نمیتوان برای یک نوع سازه و برای تمام محدودههای پریودی آن یک ضریب مقاومتافزون و شکلپذیری یکسان درنظر گرفت. این مقادیر به نوع سازه و خصوصیات قاب آن بستگی دارد.
در سازههای مجهز به وسایل اتلاف انرژی بهدلیل اینکه از میراگرها با ظرفیتهای مختلفی باتوجه به نیاز آنها در ساختمان استفاده میگردد، تاثیر آنها بر میرایی و جذب و اتلاف انرژی و رفتار هیسترتیک سازه نیز متغیر بوده و در نتیجه مقادیر ضرایب شکلپذیری و مقاومتافزون متغیری نیز بدست میدهند.
در این تحقیق سعی شده ضریب رفتار قابهای خمشی فولادی با شکل پذیری متوسط مجهز به این میراگرهای اصطکاکی دورانی با ظرفیت متعارف(توصیه شده آییننامهها) محاسبه شده و با ضریب رفتار سازههای اولیه مقایسه و تاثیر این میراگرها بر پارامترهای حاکم بر ضریب رفتار سنجیده شود.
1-3. فرضیات
بررسی ضرایب شکلپذیری، مقاومتافزون و بهطورکل ضریب رفتار سازه در این تحقیق بر روی قابهای خمشی فولادی با شکل پذیری متوسط با و بدون میراگرهای اصطکاکی دورانی و در فضای دوبعدی بدون اثر پیچش، صورتگرفته است. محل احداث ساختمان در منطقه با سطح خطر لرزهای بالا و بر روی خاک نوع 4 در نظر گرفته شد. برای اعضای سازه از مقاطع استاندار BOX (برای ستون ها) و IPE (برای تیرها) استفاده گردید. برای مهاربندها از مقاطع توپر دایرهای استفاده شده است.
مدلسازی در نرمافزار Sap2000(V-15) به صورت ماکرو میباشد. به این صورت که تیرها و ستونها و پلیتهای میراگر به کمک المانهای خطی مدلسازی شدند. برای مدلسازی سختی پیچشی میراگر از لینک غیرخطی موجود در این نرمافزار استفاده شد. در نهایت جهت تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیرخطی، جهت معرفی مفاصل پلاستیک اعضا از مفاصل پلاستیک خودکار نرمافزار Sap2000 استفاده شده است.
1-4. روش تحقیق
درخصوص تاریخچه میراگرهای اصطکاکی و نحوه عملکرد آنها در فصل دوم بحث شده است. سپس به معرفی میراگرهای اصطکاکی دورانی از جمله متعلقات و مکانیسم رفتاری آنها پرداخته شده و در نهایت به تحقیقات مهمی که در این زمینه صورت گرفته، اشاره شده است.
در فصل سوم مبانی تعیین ضریب رفتار و اهمیت استفاده از آن در سازه مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهای موثر بر این ضریب همچون ضرایب کاهش نیرو براثر شکلپذیری و مقاومتافزون معرفی شده و در پایان فصل به تحقیقات مشابهای که درخصوص تعیین ضریب رفتار قابهای مجهز به میراگرهای الحاقی صورتگرفته، اشاره شده است.
دانلود متن کامل پایان نامه رشته عمران با فرمت ورد :بررسی ضریب رفتار قابهای خمشی فولادی مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی
فصل چهارم به معرفی قابهای مورد مطالعه و فرضیات طراحی سازهها در این تحقیق میپردازد. همچنین چگونگی مدلسازی میراگرهای اصطکاکی دورانی از جمله تعیین ظرفیت و رفتار ممان-زاویه آنها به تفضیل بیان شده است. مبانی تحلیلهای استاتیکی و دینامیکی غیرخطی و وضعیت نهایی عملکرد سازهها از دیگر موارد مورد بحث است.
فصل پنجم شامل چگونگی محاسبه ضریب رفتار و پارامترهای آن(ضریب کاهش نیرو براثر شکلپذیری و ضریب مقاومتافزون) به روشهای استاتیکی و دینامیکی غیرخطی در این تحقیق میباشد.
در فصل ششم ضرایب رفتار محاسبه شده برای قابهای مورد نظر(قابهای اولیه و مجهز به میراگر) و مقادیر ضرایب کاهش نیرو براثر شکلپذیری و مقاومتافزون هر یک از آنها ارائه و با یکدیگر مقایسه شدهاند. پس از بررسی نتایج، جهت مقایسه ضرایب رفتار قابهای اولیه محاسبه شده در این تحقیق و مقدار عنوان شده آن در آییننامه، ضریب اصلاح مدل عددی معرفی گردید. به کمک این پارامتر، ضرایب رفتار بدست آمده برای قابهای اولیه اصلاح و با مقدار متناظر آیین نامهای آن مقایسه شدند.
برچسب: ،
