این بسته شامل 42 پایان نامه در زمینه اندرکنش خاک و سازه می باشد که به صورت فایل word و pdf در اختیار شما قرار میگیرد.

تمامی پایان نامه ها مربوط به سال 90 به بعد می باشد.

تاثیر اندرکنش خاک و سازه در نیازهای لرزه‌ای سازه‌ها در تحلیل استاتیکی غیرخطی (مطالعه موردی ساختگاه‌های شهر تهران)

چکیده

در بسیاری از طراحی‌های مهندسی، تحلیل سازه‌ها عمدتا با فرض بستر صلب انجام می‌شود. این در حالی است که وارد کردن اثر انعطاف‌پذیری بستر سازه می‌تواند تاثیر بسزایی در پاسخ سازه و خصوصیات دینامیکی سازه‌ها داشته باشد. با در نظر گرفتن خاک زیر شالوده، سیستم جدیدی از خاک و سازه تشکیل می‌شود که پاسخ آن متاثر از مشخصات حرکت‌های زمین، خاک مجاور و خود سازه است. تاثیرپذیری پاسخ سازه از رفتار خاک و در مقابل آن، تغییر پاسخ لایه خاک زیرین به دلیل وجود سازه، پدیده اندرکنش خاک- سازه نامیده می‌شود. با منظور نمودن اثرات اندرکنش خاک- سازه می‌توان نیروها و تغییرمکان‌های واقعی یک سیستم سازه- پی- خاک را تحت اثر حرکات لرزه‌ای سطح آزاد تعیین نمود. در این پایان‌نامه با فرض رفتار غیرخطی خاک و سازه به بررسی اثرات اندرکنش خاک- سازه در تغییر نیازهای لرزه‌ای سازه‌ها پرداخته شده است. به این منظور با استفاده از روش اجزای محدود، اقدام به مدل‌سازی یک سازه تک درجه آزادی به همراه پی و خاک زیر آن شده است. در این مطالعه با تغییر پارامترهای مختلفی مانند زمان تناوب، نوع زمین، مدل نیرو- تغییرمکان، و تاریخچه شتاب ورودی به سازه، اقدام به تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی سیستم سازه- پی- خاک شده است. نتایج تحلیل‌ها در قالب ضریب رفتار و بیشینه تغییرمکان جانبی مرکز جرم ارایه شده است. نتایج حاکی از تاثیر قابل توجه پدیده اندرکنش خاک- سازه در تغییر تغییرمکان جانبی سازه متکی بر خاک‌های سخت ناشی از بلندشدگی پی می‌باشد.

فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق ۱
۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- بیان مساله ۲
۱-۳- اهمیت و ضرورت تحقیق ۴
۱-۴- اهداف تحقیق ۶
۱-۵- قلمرو تحقیق ۶
۱-۶- فرضیه‌های تحقیق ۷
۱-۷- ساختار پایان‌نامه ۸
فصل دوم: مبانی نظری و پیشینۀ تحقیق ۹
۲-۱- مقدمه ۱۰
۲-۲- پدیده اندرکنش خاک و سازه ۱۰
۲-۳- روش‌های مختلف حل مسایل اندرکنش خاک و سازه ۱۳
۲-۳-۱- روش زیرسازه ۱۳
۲-۳-۲- روش مستقیم ۱۵
۲-۴- روش ساده شده مهندسی برای حل مسایل اندرکنش خاک و سازه ۱۷
۲-۴-۱- مروری بر بحث اندرکنش خاک- سازه در آیین‌نامه‌های ایران ۲۰
۲-۴-۱-۱- نشریه ۳۶۰ تجدید نظر اول ۲۰
۲-۴-۱-۱- استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش چهارم ۲۱
۲-۵- نیازهای لرزه‌ای سازه‌ها ۲۲
۲-۶- پاسخ واقعی و ایده‌آل سازه‌ها ۲۳
۲-۶-۱- شکل‌پذیری سازه‌ای ۲۶
۲-۶-۲- مقاومت افزون ۲۷
۲-۶-۳- ضریب رفتار ۲۹
۲-۶-۴- ضریب بزرگ‌نمایی تغییرشکل ۳۰
۲-۷- تحلیل بار افزون و تغییرمکان هدف ۳۰
۲-۸- مروری بر تحقیقات پیشین ۳۲
فهرست مطالب

۲-۹- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری ۴۱
فصل سوم: روش انجام تحقیق ۴۳
۳-۱- مقدمه ۴۴
۳-۲- فرآیند انجام تحقیق ۴۴
۳-۳- روش مدل‌سازی اندرکنش خاک- سازه ۴۵
۳-۴- تعیین پارامترهای ارتجاعی و پلاستیک خاک ۴۶
۳-۴-۱- طبقه‌بندی زمین ساختگاه ۴۶
۳-۴-۲- تعیین پارامترهای سختی و مقاومت برشی خاک ۴۷
۳-۴-۳- تعیین ضرایب میرایی خاک ۴۹
۳-۵- توصیف مدل عددی ۵۰
۳-۵-۱- هندسه و جزءبندی لایه خاک ۵۱
۳-۵-۲- مدل رفتاری خاک ۵۳
۳-۵-۳- هندسه و جزءبندی سازه و فونداسیون ۵۶
۳-۵-۳-۱- تعیین مشخصات سازه و بزرگی جرم متمرکز ۵۶
۳-۵-۳-۲- طراحی شالوده ۶۰
۳-۵-۳-۳- مدل‌سازی سازه و فونداسیون در آباکوس ۶۴
۳-۵-۴- مشخصات مصالح سازه ۶۵
۳-۵-۴-۱- مشخصات ارتجاعی مصالح فولاد و بتن ۶۵
۳-۵-۴-۲- مدل‌سازی رفتار غیرخطی فولاد ۶۵
۳-۵-۵- تماس فونداسیون با خاک ۶۸
۳-۶- انتخاب و مقیاس کردن شتاب‌نگاشت‌ها ۶۹
۳-۶-۱- شتاب‌نگاشت‌های بکار رفته ۶۹
۳-۶-۲- هم‌پایه کردن شتاب‌نگاشت‌ها ۷۱
۳-۷- تعیین ضریب رفتار سازه ۷۴
۳-۸- تعیین تغییرمکان هدف ۷۵
فهرست مطالب

۳-۹- جمع‌بندی ۷۵
فصل چهارم: نتایج مدل‌سازی عددی و تفسیر آن‌ها ۷۶
۴-۱- مقدمه ۷۷
۴-۲- صحت‌سنجی‌های مدل عددی ۷۷
۴-۲-۱- راستیآزمایی مدل تهیه شده برای لایۀ خاک ۷۷
۴-۲-۲- راستیآزمایی اتصال گیردار پای ستون ۷۸
۴-۲-۳- راستیآزمایی رفتار غیرخطی سازه ۸۰
۴-۳- معرفی تحلیل‌های انجام شده ۸۳
۴-۴- نتایج تحلیل‌های عددی ۹۰
۴-۵- بررسی نتایج تحلیل‌های عددی ۹۷
۴-۵-۱- بررسی تغییرات ضریب کاهش مقاومت ۹۷
۴-۵-۱- محاسبه ضریب رفتار سازه ۱۰۴
۴-۵-۳- بررسی مقادیر بیشینۀ تغییرمکان جانبی سازه ۱۰۷
۴-۵-۴- نقش سخت‌شدگی کرنشی ۱۱۰
۴-۶- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری ۱۱۲
فصل پنجم: بحث، نتیجه‌گیری و پیشنهادها ۱۱۴
۵-۱- مقدمه ۱۱۵
۵-۲- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری ۱۱۵
۵-۳- پیشنهادهایی برای پژوهش‌های بعدی ۱۱۷
پیوست (الف): تاریخچه زمانی شتاب زمین‌لرزه‌های بکار رفته ۱۱۸
منابع و مراجع ۱۲۲

اثر اندرکنش خاک و سازه بر رفتار پلاستیک سازه‌های فولادی با مهاربندهای واگرا EBF

چکیده

مسئله اندرکنش خاک و سازه به‌عنوان یک پدیده‌ی تأثیرگذار بر رفتار سازه‌ها در سال‌های اخیر ورد توجه مهندسان سازه قرارگرفته است. بررسی تحقیقات حاکی از این مطلب است که تأثیر پدیده اندرکنش بر پاسخ لرزه‌ای سازه در قیاس با پاسخ سازه پایه ثابت، بسته به خصوصیات خاک و سازه ممکن است فزاینده یا کاهنده باشد. همچنین نوع خاک در بستر سازه در تحلیل، طراحی، ارزیابی و بهسازی ساختمان‌ها حائز اهمیت می‌باشد بطوریکه در مراحل تحلیل و طراحی در نظر نگرفتن نوع خاک بستر در شرایط واقعی ساخت گاه سازه می‌تواند منجر به سطح عملکردی متفاوت با واقعیت شود. در این تحقیق به بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ غیر خطی قاب‌های خمشی فولادی همراه با بادبندهای واگرا پرداخته شده است. در این تحقیق سازه‌های 5، 15 و 25 طبقه با دوره تناوب‌های مختلف انتخاب گردیده و اثر اندرکنش خاک‌های مختلف و سازه به روش فنرهای غیر هم بسته بر روی پاسخ غیر خطی این سازه‌ها به روش تحلیل غیر خطی استاتیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان‌گر آن است که حضور اندرکنش خاک و سازه منجر به تغییر رفتار در عملکرد سازه در مقابل نیروهای جانبی می‌شود. همچنین تقاضای لرزه‌ای بر روی اعضای شکل‌پذیر در این حالات تغییر کرده و متناسب با محاسبات قاب با حضور اثر اندرکنش نیاز به کنترل و بررسی دارد. با مشاهدات صورت گرفته حضور اندرکنش هرچند تغییر مکان هدف سازه را افزایش داده است ولی تقاضای شکل‌پذیری اعضای شکل‌پذیری را کاهش می‌دهد.

فصل 1: مقدمه 3
فصل 1: فصل 2: مروری بر تحقیقات گذشته 7
فصل 2: 7
2-1- مقدمه 7
2-2- تحقیقات انجام‌شده در ارتباط با قاب‌های مهاربندی‌شده واگرا 7
2-3- اندرکنش خاک و سازه و اثر آن بر رفتار لرزهای سازهها 11
2-4- مکانیسم غیر خطی مورد استفاده در تحلیل سازه 12
2-5- نرم افزار استفاده اشاره شده در تحقیق 13
2-6- جمعبندی 13
فصل 3: فصل 3: مروری بر نشریه 360 و مبانی نظری اندرکنش خاک وسازه 14
3-1- مقدمه 14
3-2- مقاومت و سختی پی 14
2-2-1- ظرفیت باربری تجویزی 14
2-2-2- ظرفیت باربری ساخت گاهی 15
2-2-3- منحنی نیرو ـ تغییر مکان پی 15
2-2-4- پی‌های سطحی 16
فصل 4: فصل 4: نحوه عملکرد لرزه‌ای قاب‌های مهاربندی EBF 23
4-1- مقدمه 23
4-2- قاب‌های مهاربندی‌شده واگرا (EBF) 23
4-3- رفتار قاب‌های مهاربندی EBF 24
3-3-1- تغییر شکل تیر پیوند 24
3-3-2- مقاومت نهایی تیر پیوند 26
3-3-3- رفتار تیر پیوند 26
3-3-4- اثرات بارهای محوری 31
3-3-5- اثر دال بتنی بر رفتار تیر پیوند 32
3-3-6- جزئیات تیر پیوند 32
3-3-7- نیروی طراحی اعضا به‌غیراز تیر پیوند 33
3-3-8- اتصال تیر پیوند به ستون 33
4-4- الزامات قاب‌های مهاربندی‌شده واگرای ویژه 35
3-4-1- مدل‌سازی و تحلیل قاب‌های EBF 36
3-4-2- الزامات تیرهای دهانه مهاربندی‌شده 37
3-4-3- تیر در ناحیه پیوند 38
3-4-4- تیر در خارج ناحیه تیر پیوند 45
3-4-5- طراحی مهاربند‌ها 47
3-4-6- طراحی ستون‌ها 48
3-4-7- تعیین نیروهای طراحی اعضای خارج از ناحیه تیر پیوند 48
4-5- الزامات قاب‌های مهاربندی‌شده واگرای ویژه (مطابق با مبحث دهم از مقررات ملی ساختمانی ایران) 49
3-5-1- مقاومت برشی تیر پیوندها 49
4-6- نحوه‌ی ارزیابی سازههای فولادی با مهاربندهای واگرا بر اساس ضوابط نشریه 360 51
3-6-1- مشخصات مصالح و بازرسی وضعیت موجود ساختمان 51
3-6-2- مشخصات مصالح 52
3-6-3- بازرسی وضعیت موجود 54
3-6-4- ضریب آگاهی K 56
4-7- ملزومات و فرضیات طراحی 56
3-7-1- سختی 56
3-7-2- مقاومت 60
3-7-3- معیارهای بهسازی 61
4-8- قاب‌های فولادی مهاربندی‌شده 61
3-8-1- کلیات 61
3-8-2- قاب‌های مهاربندی‌شده با محورهای غیرمتقارب 61
فصل 5: فصل 5: تعریف روش تحقیق 65
5-1- مقدمه 65
5-2- مشخصات سازه 65
5-3- اهمیت و دخالت بحث اندرکنش خاک- سازه در پاسخ سازه 67
5-4- روش مدلسازی جهت بررسی اندرکنش 68
5-4-1- روش های مرسوم در مدلسازی بستر فونداسیون کم‌عمق 68
5-4-2- محاسبه پارامترهای فنر غیرهمبسته 69
5-5- ساخت مدل 73
5-5-1- رفتار اعضای غیرخطی 75
5-5-1-1- تیر پیوند (Link-Beam) در بادبندهای واگرا EBF 75
5-5-2- الگوی بار جانبی 77
فصل 6: فصل 6: نتایج و پیشنهاد‌ها برای مطالعات آتی 79
6-1- مقدمه 79
6-2- نتایج 79
6-2-1. دوره تناوب سازه 79
6-2-2. دوره تناوب موثر و تغییر مکان هدف 80
6-2-3. منحنی ظرفیت 80
6-2-4. تقاضای اعضای شکل‌پذیر 83
6-2-5. تغییر مکان هدف قابها بر روی بستر متفاوت 85
6-2-4-1- روش ATC40 85
6-2-5- بررسی، نتیجه‌گیری و مقایسه نتایج 87
6-2-6- ارائهی پیشنهادات برای مطالعات آتی 88
منابع و مراجع 89

 

طراحی بهینه قابهای فولادی با درنظرگرفتن اندرکنش خاک و سازه با استفاده از محاسبات نرم

چکیده

در گذشته طراحی بهینة سازه‌ها، برای انواع سازه‌ها مورد توجه بسیار قرارگرفته است. درسالهای اخیر با پیشرفت تکنولوژی کامپیوتر روش‌های جدید بهینه سازی سازه‌ها پدید آمده‌اند که اکثر این روشها از مکانیسم های موجود درطبیعت الهام گرفته اند. دراین تحقیق از الگوریتم جستجوی هارمونی، جامعه پرندگانوکرم شب تاب برای بهینه سازی سازه ها با در نظر گرفتن قیود تنش ، جابجایی و فرکانس استفاده شده است. همچنینیک الگوریتم طراحی ارائه شده است تا سازه های فولادی را بادر نظرگیری رفتار خاک و اندرکنش آن با سازه سطح مقاطع بهینه اعضا سازه را محاسبه نماید، برای این منظور یک برنامه کامپیوتری درنرم افزار MATALB تدوین شده است که با لینک آن با نرم افزار ANSYS فرایند بهینه سازی انجام می گردد که در این بین ANSYS وظیفه تحلیل سازه را بر عهده دارد. در فرآیند بهینه سازی وزن هر قاب به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده و قیود طراحی مطابق با محدودیت های آیین نامه ای پایه-ریزی شده اند. مثال های طراحی به منظوربررسی تاثیر و کارآمدی الگوریتم بهینه سازی توسعه یافته، ارائه شده اند.

فصل اول
مقدمه
1-1 مقدمه 2
1-2 توصیف کلی بهینه¬سازی 2
1-3 کار در تحقیق حاضر 3
1-3-1 روند انجام کار 4
1-4 حدود تحقیق 6
1-5 خلاصه فصول پايان نامه 7
فصل دوم
پیشینه تحقیق و ادبیات فنی
2-1 مقدمه 9
2-2 بهینه¬سازی و روشهای موجود 9
2-2-1 تقسیم بندی مسائل بهینه¬سازی 10
2-2-2 بررسي روش‌هاي جستجو و بهينه¬‌سازي 10
2-2-2-1 روش‌هاي کلاسیک (Classic Method) 11
2-2-2-2 روش‌هاي فراکاوشی (Metaheuristic Method) 12
2-3 روشهای بهینه¬سازی از دیدگاه کلی 12
2-3-1 روند کلی بهینه سازی گرادیانی 13
2-3-2روشهای فراکاوشی(Metaheuristic Methods) 14
2-3-2-1 روش بهینه¬سازی الگوریتم کرم شب تاب (Firefly algorithm) 15
2-4 تحقیقات انجام گرفته در مورد انواع بهینه¬سازی سازه ها 17
2-4-1 بهینه¬سازی ابعاد اعضای سازه 17
2-4-2 بهینه¬سازی شکل 18
2-4-3 بهینه¬سازی توپولوژی 19
2-5 اندرکنش خاک و سازه 19
2-5-1 مقدمه 20
2-5-2 کلیات 20
2-5-3 اهمیت موضوع 21
2-6 تاریخچه تحقیقات 22
2-6-1 مدل کردن رفتار خاک 22
2-6-2 مدل کردن محیط خاک 23
2-7 روش تحلیل سیستم (خاک و سازه) 25
2-7-1 روش اجزا محدود 26
2-7-2 تلفیق روش اجزا محدود و اجزا مرزی 26
2-7-3 تلفیق روش اجزا محدود و اجزا نامحدود 27
2-8 لزوم درنظرگیری اندرکنش خاک و سازه 28
2-9 خلاصه فصل دوم 29
فصل سوم
فرمولبندی طراحی جهت استفاده در بهینه سازی
3-1 مقدمه 31
3-2 طراحی سازه¬های فولادی 31
3-3 طراحی سازه¬های فولادی به روش حالت حدی (LRFD) و روش تنش مجاز(ASD) 32
3-3-1 مقدمه 32
3-3-2 طراحی سازه¬ها به روش حالات حدی(LRFD) 32
3-3-2-1 ضرایب بار 32
3-3-2-2 ضرایب مقاومت 33
3-3-2-3 استحکام طراحی قطعات کششی و فشاری 33
3-3-2-4 طراحی تیر¬ها و تیرستون¬ها 34
3-3-3 طراحی سازه¬ها به روش تنش مجاز 35
3-3-3-1 مقاومت طراحی اعضای دارای نیروی محوری 35
3-3-3-2 مقاومت طراحی اعضای خمشی 36
3-4 مسأله بهينه سازی 36
3-4-1 شکل کلی مسأله بهينه سازی 36
3-4-2 متغيرهای طراحی 37
3-4-3 تابع هدف 38
3-4-4 قیود بهینه سازی 38
3-4-4-1 قيدهای تنش 38
3-4-4-2 قيدهای تغيیرمکان 39
3-4-4-3 قیدهای فرکانس 39
3-5 خلاصه فصل سوم 40
فصل چهارم
نتایج عددی
4-1- مقدمه 42
4-2 مسائل بهینه¬سازی اندازه 42
4-2-1 خرپای 10 عضوی (گسسته) 42
شکل. 4-2: نمودار همگرایی خرپای 10 میله¬ای (حالت اول) 46
4-2-2 خرپای 72 عضوی (گسسته) 47
4-3 مسائل بهینه¬سازی اندازه و شکل 42
4-3-1 خرپای مسطح 15 عضوی (گسسته) 52
4-3-2 خرپای فضایی 25 عضوی (گسسته) 56
4-4 کنترل برنامه 59
4-4-1 قاب دو طبقه یک دهانه تحت قید فرکانس 59
4-4-2 قاب دو طبقه یک دهانه تحت قید تنش و جابجایی 62
4-4-3 قاب هفت طبقه یک دهانه تحت قید فرکانس 66
4-4-4 قاب ده طبقه سه دهانه تحت قید فرکانس 69
جدول4-19: نتایج بهینه‌سازی قاب ده طبقه سه دهانه تحت قیدفرکانس 70
4-5 بهینه سازی سازه با درنظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه 71
4-5-1 فرضيات اصلی در مثال¬های حل شده 71
4-5-2 مقاطع استفاده شده 72
4-5-3 بهینه سازی بر اساس قید فرکانس 73
4-5-3-1 قاب ده طبقه سه دهانه 74
4-5-3-2 قاب پانزده طبقه سه دهانه 76
4-5-3-3 قاب هفت طبقه سه دهانه 78
4-6 خلاصه فصل چهارم 81
فصل پنجم
جمع بندی و پیشنهادات
5-1 مقدمه 84
5-2 جمع بندی و مرور مطالعات گذشته 84
5-3 جمع بندی روش تحلیل سازه در تحقیق حاضر 84
5-4 جمع بندی و نتیجه‌گیری کلی از مثالهای حل شده 85
5-6 پيشنهاداتی برای مطالعات آتی 86
منابع 87

مدل تحلیلی اندرکنش خاک و سازه تحت امواج P یا SV با در نظر گرفتن خاک توسط مکانیک محیط‌های متخلخل

چکیده

در این پایان‌نامه با در نظر گرفتن خاک به عنوان یک محیط دو فازه اثر گذر امواج صفحه‌ای بر پاسخ‌ها با در نظر گرفتن اندرکنش خاک – سازه مورد بررسی قرار گرفته است. به عنوان مدل، سازه‌ای به شکل تیر برشی واقع بر یک پی صلب با مقطع نیم دایره، مدفون در نیم‌فضای متخلخل کاملاً اشباع در نظر گرفته شده که تحت تحریک امواج P و SV قرار دارد. جابجایی بخش جامد خاک با استفاده از تئوری انتشار امواج بیوت در محیط متخلخل اشباع بیان می‌گردد. سطح تماس پی و نیم‌فضا کاملاً متصل و در دو حالت زهکشی شده و بدون قابلیت زهکشی فرض شده است. به کمک روش هلمهولتز و با استفاده از توابع پتانسیل امواج در دو بخش میدان آزاد و موج پراکنشی، ماتریس سختی نیم‌فضای اشباع و نیروهای وارد بر پی محاسبه شده و با نوشتن معادله تعادل دینامیکی پی معادله اندرکنش خاک- پی- سازه شکل می‌گیرد. در استخراج نتایج عددی حالات مختلفی مورد توجه قرار گرفته‌اند که از جمله این حالات می‌توان به بررسی اثر هندسه پی بدون جرم بر پاسخ‌ها، بررسی پاسخ‌ها بدون حضور سازه فوقانی، اثر اشباع بودن نیم‌فضا بر پاسخ‌ها و فرکانس‌های طبیعی سازه و اثر تغییر تخلخل نیم‌فضا بر پاسخ‌ها اشاره نمود.

فصل اول-مقدمه
1-1-‌انگیزه‌ها و اهداف این تحقیق 2
1-2-ساختار پایان‌نامه 3
فصل دوم-مروری بر مطالعات پیشین
2-1-‌مروری بر تحقیقات پیرامون انتشار موج در محیط متخلخل 6
2-2-‌مروری بر تحقیقات پیرامون اندرکنش پی-سازه در محیط متخلخل 8
فصل سوم-اندرکنش خاک-سازه( تئوری، مدل و ارائه پاسخ‌ها برای امواج P و SV )
3-1-تشریح مدل اندرکنش خاک – سازه 14
3-2-انتشار امواج در محیط الاستیک متخلخل اشباع 16
3-2-1-تئوری بیوت 16
3-2-2-محدوده قابل قبول برای استفاده از تئوری بیوت 18
3-2-3-پاسخ برای موج P 20
3-2-3-پاسخ برای موج S 21
3-3-ثابت‌های مواد تشکیل دهنده محیط دو فازه 22
3-4- مسئله اندرکنش خاک – سازه 23
3-4-1- موج پراکنشی 24
3-4-2- جابجایی میدان آزاد (free field motion ) 32
3-4-2-1- جابجایی میدان آزاد تحت اثر موج P: 32
3-4-2-2- جابجایی میدان آزاد تحت اثر امواج SV: 35
3-4-3-شرایط مرزی در سطح تماس 37
3-4-4-ضرائب بسط امواج پراکنشی 38
3-4-5-جابجایی‌ها و تنش‌ها در نیم فضا 42
3-4-6-نیروهای مؤثر در سطح تماس پی صلب و نیم‌فضا 45
3-4-7-مدل سازه (جابجایی‌ها و نیروهای آن) 50
3-4-7-1-مدل سازه 50
3-4-7-2-جابجایی‌ها و نیروهای سازه 53
3-4-8-تعادل نیروهای وارد بر پی و یافتن جابجایی‌های مجهول 58

فصل چهارم-نتایج عددی
4-1-مشخصات نیم‌فضای ارتجاعی متخلخل ( بستر انتشار امواج ) 63
4-2-کمیت‌های بی‌بعد 65
4-3-جابجایی‌های نسبی سازه 66
4-4-نتایج برای امواج برخورد ‌P‌ی صفحه‌ای 66
4-4-1-اثر هندسه پی بدون جرم بر جابجایی‌ها در غیاب سازه 66
4-4-2-پاسخ پی بدون حضور سازه فوقانی 70
4-4-2-1- تأثیر محیط اشباع و شرایط مرزی سطح تماس بر پاسخ‌ها 70
4-4-2-2- تأثیر جرم پی بر پاسخ‌ها 77
4-4-3- اندرکنش پی و خاک و سازه 77
4-4-3-1- تأثیر جرم سازه بر پاسخ‌ها 77
4-4-3-2- تأثیر سختی سازه بر پاسخ‌ها 81
4-4-4- تأثیر تخلخل نیم‌فضا بر پاسخ‌ها 110
4-5- نتایج برای امواج برخورد ‌SV‌ی صفحه‌ای 126
4-5-1-اثر هندسه پی بدون جرم بر جابجایی‌ها در غیاب سازه 126
4-5-2- اثر اشباع شدگی بر فرکانس سازه تحت برخورد امواج SV 130
فصل پنجم-نتیجه‌گیری و پیشنهاد برای تحقیقات آتی
5-1-نتیجه‌گیری 134
5-2-پیشنهاد برای تحقیقات آتی 135
فهرست مراجع 136
پیوست الف 142
پیوست ب 143 

لحاظ نمودن اندرکنش خاک-سازه در بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها فولادی با استفاده از سیستم‌های کنترل سازه‌ای هایبرید

چکیده

در تحلیل و طراحی معمول سازه‌ها با فرض پایه ثابت و اعمال شتاب نگاشت زلزله در تحلیل تاریخچه زمانی صورت می‌گیرد. این روش برای حالتی که سازه بر روی بستر سنگی و یا خاک سخت بنا شده باشد، مناسب است. درحالی که اگر سازه بر روی خاک نرم ساخته شده باشد، باید اثر انعطاف پذیری خاک در تحلیل سازه لحاظ شود. این امر منجر به افزایش تعداد درجات آزادی سازه می‌شود که سبب تغییر در پاسخ رفتار سازه و متعاقب آن کنش سیستم کنترلی و اثرگذاری آن می‌شود. از آنجایی که بحث اندرکنش خاک-سازه برای سازه‌های بنا شده در خاک‌های مختلف قابل توجه است؛ لذا به بررسی و ارزیابی قاب‌های دو بعدی 3، 6، 9، 15 و 20 طبقه در سه نوع ساختگاه مطابق با آیین نامه 2800 ویرایش چهارم پرداخته شده است. برای انجام این امر ابتدا از نرم‌افزار SHAKE جهت در نظر گرفتن رفتار غیر خطی لایه‌های خاک و سپس از نرم‌افزار SASSI برای اندرکنش خاک-سازه استفاده شده است.در دهه‌های اخیر، کاربرد سیستم‌های کنترلی به جهت اتلاف انرژی ناشی از زلزله و کاهش و متوقف نمودن ارتعاش سازه‌ها و در نتیجه کاهش خسارات جانی و مالی مورد استقبال زیادی قرار گرفته است. سیستم‌های کنترل هایبرید ترکیبی از سیستم‌های کنترل غیرفعال و فعال می‌باشند. از جمله سیستم‌های هایبرید می‌توان به سیستم کنترل HDABC اشاره نمود. سیستم‌های کنترل غیر فعال به واسطه ارتعاش و حرکت سازه، انرژی را مستهلک می‌نمایند. سیستم‌های کنترل فعال به واسطه پایش سازه و قانون کنترل، مستقیما نیرویی به سازه جهت مقابله با نیروی زلزله اعمال می‌نمایند. هدف از این پژوهش بررسی سازه‌های فولادی تجهیز شده با سیستم‌های HDABC و لحاظ نمودن اثر اندرکنش خاک-سازه می‌باشد. جهت نیل به این هدف، مدل مناسب از سازه و سیستم‌های کنترلی هایبرید در فضای برنامه MATLAB به صورت کد نوشته گردید. جهت مدل سازی سختی و میرایی سیستم خاک-سازه وابسته به فرکانس با استفاده از روش فنر-جرم-میراگر لایسمر می‌توان ضرایب سختی و میرایی سیستم خاک سازه را مستقل از فرکانس بیان کرد. در بخش کنترل فعال سیستم کنترل هایبرید از دو نوع الگوریتم کنترلی، الگوریتم بهینه خطی درجه دو LQR و الگوریتم کنترل جایدهی قطب‌ها PPC، جهت تعیین نیروی کنترل فعال استفاده شده است.

فصل 1: فصل اول: کلیات 1
1-1- مقدمهای بر تحقیق 2
1-2- لزوم انجام تحقیق 3
1-3- اهداف تحقیق و نوآوری 5
1-4- فرضیههای تحقیق 8
1-5- روش تحقیق 8
1-6- فصول پایاننامه 8
1-7- فلوچارت تحقیق 9
فصل 2: فصل 2: تاریخچه تحقیقات کنترل سازه‌ها و اندرکنش خاک سازه 11
2-1- تاریخچه تحقیقات کنترل سازه‌ها 12
2-1-1 سیستم‌های کنترل غیر فعال 13
2-1-1-1- جداگر‌های لرزه‌ای 13
2-1-1-2- سیستم‌های غیر فعال استهلاک انرژی PED: 15
2-1-1-2-1- میراگر تسلیمی 16
2-1-1-2-2- میراگر اصطکاکی 16
2-1-1-2-3- میراگر مایع ویسکوز 17
2-1-1-2-4- روش آییننامه ASCE در مدل سازی سیستم میراگر 18
2-1-2 سیستم‌های کنترل فعال، نیمه فعال و هایبرید 19
2-1-4 سیستم کنترل هایبرید مهاربندی میرایی محرک 27
2-2- تاریخچه تحقیقات اندرکنش خاک و سازه 29
2-2-1 روش‌های تحلیل سیستم اندرکنش خاک و سازه 29
2-2-2 مدل جایگزین خاک 31
2-2-2-1- روابط تقریبی Veletsos و Verbic در تعیین سختی دینامیکی پی سطحی 31
2-2-2-2- مدل‌های مخروطی برای پی سطحی 33
2-2-1- مدل‌ جایگزین خاک برای پی سطحی به روش Lysmer’s Analog 37
2-3- مروری بر کارهای انجام یافته در زمینه اثر اندرکنش خاک-سازه بر سیستمهای کنترلی 40
فصل 3: فصل 3 : مبانی تئوری اندرکنش خاک_سازه، کنترل فعال و هایبرید سازه‌ها 42
3-1- مقدمه 43
3-1-1 مروری بر مفاهیم اندرکنش خاک-سازه 44
3-1-1-1- روش مستقیم: 46
3-1-1-2- روش زیر سازه: 47
3-1-2- روش زیر سازه تحلیل SSI در SASSI2000 50
3-1-2-1- روش حجم انعطاف پذیر 51
3-1-2-2- روش زیرسازه تفاضلی 55
3-1-2-3- تحلیل پاسخ سایت 58
3-1-2-4- مدل تحلیلی پاسخ سایت یک بعدی 58
3-1-2-4-1- حرکت سطح آزاد 60
3-1-2-4-2- شرایط مرزی 63
3-1-2-5- تعیین ماتریس امپدانس 66
3-2- بررسی سازه‌های هوشمند لرزه‌ای با استفاده از سیستم‌های کنترل فعال و هایبرید HDABC 70
3-2-1 سیستم های کنترل فعال سازه 70
3-2-1-1- مدل تحلیلی سازه‌های هوشمند لرزه‌ای با کنترل فعال 70
3-2-1-2- معادلات حرکت سازه هوشمند لرزه‌ای با کنترل میله‌ای کششی فعال 71
3-2-1-3- بیان فضای حالت دینامیک سازه لرزه‌ای هوشمند 74
3-2-1-4- قانون بازخورد و تمهیدات اجرایی 75
3-2-2 سیستم‌های کنترل نیمه فعال و هایبرید سازه 80
3-2-2-1- سیستم کنترل هایبرید HDABC 81
3-2-2-2-مدل سازی محرک هیدرولیکی با دریچه برقی کنترل پذیر 82
3-2-2-3- مدل سازی میراگر ویسکوز مایع 90
3-2-2-4- مدل دینامیکی سازه برشی با سیستم کنترلی HDABC 94
3-2-2-5- بیان فضای حالت سیستم HDABC 99
3-2-2-6- حل معادلات فضای حالت خطی نا متغیر با زمان 101
3-2-2-7- الگوریتم‌های کنترل 103
3-2-2-8- طراحی جانمایی قطب‌ها با استفاده از بازخورد کامل 103
3-2-2-9- طراحی رگولاتور جانمایی قطب‌ها برای سیستم با یک ورودی 106
3-2-2-10- فرمول بندی عمومی کنترل بهینه برای مسئله رگولاتورها 108
3-2-2-11- طراحی رگولاتورهای خطی بهینه در شرایط پایای سیستم کنترل سازه 112
3-3-1- اثر اندرکنش خاک-سازه بر سیستم‌های کنترلی هایبرید مهاربندی میرایی_محرک ( HDABC) 114
3-3-2- فرمول بندی فضای حالت سیستم HDABC با اثر اندرکنش خاک سازه 119
3-3-3- مدل جرم-فنر-میراگر لایسمر برای تابع امپدانس 120
فصل 4: معرفی مشخصات مدل‌های سازه‌ای و ساختگاه‌ در تحلیل اندرکنش خاک سازه 122
4-1- مقدمه 123
4-2- مدل سازی سازه‌ها فولادی قاب خمشی 123
4-2-1 نرم افزار های مورد استفاده 124
4-2-2 آیین نامه های طراحی سازه 125
4-2-3 پارامترهای طراحی سازه در آیین نامه 2800 125
4-2-4 مشخصات سازه‌‌ها و نوار پی 126
4-3- معرفی ساختگاه‌ها 128
4-3-1 مشخصات میرایی و مدول برشی لایه‌های خاک 130
4-3-2 تغییرات سرعت موج برشی و میرایی در ساختگاه‌ تحت تحریک لرزه‌ای 132
4-4- تحلیل اندرکنش خاک-سازه (SSI) با برنامه SASSI 135
4-4-1 نحوه مدل سازی اندرکنش خاک-سازه در نرم افزار SASSI 135
4-4-2 حرکت سطح آزاد 138
4-4-3 تابع انتقال 141
4-4-4 حرکت ورودی فونداسیون برای سازه‌ها در ساختگاه‌ها تحت تحریک لرزه‌ای 142
4-4-5 توابع امپدانس سازه‌ها و تعیین ضرایب مدل KMC 146
فصل 5:مشخصات سیستم کنترل هایبرید و تحلیل با اثر اندرکنش خاک سازه 152
5-1- مقدمه 153
5-2- مشخصات مدل سازی سازه 154
5-2-1 ماتریس جرم: 154
5-2-2 ماتریس سختی: 154
5-2-3 ماتریس میرایی ذاتی سیستم 155
5-3 صحت سنجی کد متلب با نرم‌افزار SASSI 156
5-4 مشخصات سیستم کنترلی هایبرید HDABC 157
5-4-1 سیستم کنترل غیر فعال 157
5-4-2 سیستم کنترل فعال 158
5-4-3 سیستم مهاربندی 159
5-5- الگوریتم کنترلی جایدهی قطبها PPC 159
5-6- الگوریتم کنترلی بهینه خطی مرتبه دو LQR 162
فصل 6: جمع بندی و پیشنهادات 186
6-1- مقدمه 187
6-2- نتایج بدست آمده از این تحقیق 187
6-3- پیشنهادات برای ادامه تحقیق 189
فصل 6: مراجع 191
پیوست ها 196
پیوست الف: حرکت سطح آزاد، حرکت ورودی فونداسیون سازهها در ساختگاههای مختلف تحت تحریک لرزهای 197
پیوست پ: پاسخ جابجایی بام سازهها تحت زلزلهها در ساختگاهها 214
پیوست ت: پاسخ شتاب بام سازهها تحت زلزلهها در ساختگاهها 229
پیوست ج: کد متلب سازه 3 طبقه برای حالت پایه ثابت 239

 

بررسی اندرکنش خاک و سازه در پاسخ دینامیکی ارتعاشات افقی ماشین‌آلات

چکیده

هدف اصلی در طراحی شالوده ماشین‌آلات محدود کردن حرکت آن در حدی است که عملیات رضایت‌بخش ماشین را به خطر نیاندازد، کرنش‌های شالوده و پی از حد الاستیک خارج نشده و همچنین در کار افرادی که در اطراف ماشین مشغول به کار هستند مزاحمت ایجاد نکند. بنابراین نکته اصلی در طراحی موفق شالوده ماشین‌آلات، تحلیل دقیق پاسخ شالوده به بارهای دینامیکی ناشی از عملیات ماشین می‌باشد.در تحقیق حاضر، به مطالعه عددی پاسخ دینامیکی شالوده های سطحی به بار افقی ناشی از ماشین‌آلات پرداخته شده‌است. در این مسیر، با استفاده از نرم افزار ABAQUS به تحلیل دینامیکی سه بعدی یک محیط پیوسته شامل خاک‌-شالوده یا خاک‌-شالوده‌-بستر تحت بارگذاری سینوسی افقی اقدام گشته است. به‌منظور اطمینان از صحت نتایج مدل عددی به‌کار رفته، ابتدا مدل ساخته شده با یکی از تحقیقات آزمایشگاهی موجود، آزموده شده‌ و نتایج مدلسازی با اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته است. پس از اطمینان از صحت نتایج مدل عددی، این نرم‌افزار برای انجام مطالعه‌ی پارامتریک به‌کار گرفته شده‌است. این تحقیق پارامتری، اثرات تغییرات پارامترهایی مانند شکل، وزن و ابعاد پی، مقدار دامنه و فرکانس نیروی محرک دینامیکی، وزن سازه را بر دو ضریب توابع امپدانس یعنی سختی دینامیکی و میرایی را بررسی می-کند و بقیه پارامترها مانند نوع و جنس ستون، نوع خاک بستر و غیره ثابت نگه داشته می‌شود. بر‌اساس نتایج مطالعه پارامتریک، افزایش ابعاد فونداسیون موجب کاهش تنش و سختی دینامیکی حداکثر شده‌است، تغییرات نسبت طول به عرض فونداسیون تغییر چندانی در مقدار حداکثر نرمال شده‌ی سختی دینامیکی ندارد، افزایش دامنه‌ی نیرو باعث افزایش سختی دینامیکی می‌شود و همچنین افزایش وزن موجب کاهش سختی دینامیکی و افزایش ضریب میرایی می‌شود.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول – مقدمه و كليات 1
1-1- مقدمه 1
1-2- اهمیت تحقیق 3
1-3- اهداف تحقیق 4
1-4- ساختار پایان‌نامه 6
فصل دوم – مباحث تئوری در زمینه‌ی ارتعاش شالوده‌ها 7
2-1- مقدمه 7
2-2- مباحث تئوری در زمینه‌ی ارتعاش شالوده‌ها 13
2-2-1- سیستم‌های جرم – فنر – میراگر 13
2-2-2- توابع امپدانس 19
2-2-2-1- توابع امپدانس دینامیکی 19
2-2-2-2- روش‌های تئوريک در به دست آوردن تابع امپدانس 26
2-2-3- تعیین نسبت میرایی (D) 28
فصل سوم – مروري بر مطالعات انجام‌شده 30
3-1- مقدمه 30
3-2- اصول شیوه‌های جاري در آناليز ارتعاشات – ديدگاه تاريخي 31
3-3- ارائه نتایج مطالعات صورت گرفته 36
3-3-1- شالوده‌های سطحی واقع بر نیم فضای همگن 39
3-3-1-1- شالوده‌های دایره‌ای صلب 39
3-3-1-2- شالوده نواری صلب 43
3-3-1-3- شالوده چهاروجهی صلب 46
3-3-2- شالوده‌های صلب سطحی واقع بر خاک لایه‌ای همگن 54
3-3-2-1- شالوده دایره‌ای روی لایه خاک واقع بر بستر صلب 55
3-3-2-2- شالوده واقع بر یک‌لایه خاک روی نیم فضا 63
3-3-3- شالوده با شکل دلخواه 64
3-3-4- شالوده‌های صلب مدفون 66
3-3-4-1- شالوده دایره‌ای با تماس کامل دیواره و خاک واقع در یک‌لایه خاک همگن 66
3-3-4-2- تماس ناقص مابین دیوار جانبی و پرکننده 70
3-3-5- تعیین تابع امپدانس با استفاده از روش‌های عددی 72
3-3-5-1- میتا و لوکو [22] 72
3-3-5-2- بو و لین [23] 72
3-3-5-3- سلبی و همکاران [24] 73
فصل چهارم – روش شناسی تحقیق 75
4-1- مقدمه 75
4-2- مشخصات مکانیکی مصالح 76
4-2-1- نمودار تنش-کرنش واقعی (مهندسی) 76
4-2-2- معیار تسلیم فولاد 77
4-2-3- معیار خرابی-کرنش پلاستیک معادل 79
4-2-4- مشخصات مکانیکی بتن 79
4-2-5- مشخصات مکانیکی خاک بستر شالوده 80
4-3- نرم‌افزار ABAQUS 82
4-3-1- تاریخچه نرم‌افزار 82
4-3-2- المان‌ها در نرم‌افزار ABAQUS 83
4-3-2- 1- خانواده 84
4-3-2-2- درجات آزادی 84
4-3-2-3- تعداد گره‌ها 85
4-3-2-4- فرمول‌بندی 86
4-3-2-5- انتگرال‌گیری 87
4-4- تشریح مدل‌سازی- فرایند آنالیز 87
فصل پنجم – مدل‌سازی اجزاء محدود و نتایج 92
5-1- مقدمه 92
5-2- نحوه مدل‌سازی 93
5-3- محاسبه تابع امپدانس 95
4-3- همگرایی مش بندی 96
5-4- رویکرد صحت سنجی 98
5-5- مطالعه اثر پارامترهای مختلف و بحث روی نتایج 100
5-5-1- اثرات شکل‌پذیری تکیه‌گاه بر منحنی رفتار 100
5-5-2- اثرات ابعاد و وزن فونداسیون در سختی دینامیکی 104
5-5-3- اثرات شکل فونداسیون در سختی دینامیکی 108
5-5-4- اثر دامنه‌ی نیروی تحریک کننده 110
5-5-5- اثرات وزن سازه 112
فصل ششم – نتیجه گیری و پیشنهاد‌ها 116
6-1- مقدمه 116
6-2- مروری بر نتایج 117
6-3- پیشنهادات برای ادامه تحقیق 121
فهرست مراجع 122
پیوست الف: کد مورد استفاده در نرم افزار MATLABبرای محاسبه مساحت زیر نمودار

 

تأثیر اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ لرزه‌ای سازه های جداسازی شده تحت اثر زلزله‌های حوزه نزدیک و حوزه دور

چکیده

یکی از روش‌های موثر برای طراحی لرزه‌ای سازه های مقاوم در برابر زلزله، جداسازی لرزه‌ای است. مطالعات انجام‌شده در مورد اثر خاک در عملکرد سازه‌ها بیشتر در حوزه اثر ساخت گاه انجام‌گرفته و به پدیده اندرکنش خاک-سازه کمتر توجه شده است. فرض پایه صلب و صرف‌نظر کردن از اثر اندرکنش خاک-سازه در طراحی این سازه‌ها، منجر به ارزیابی پاسخ‌های نادرست به خصوص در خاک‌های نرم‌تر می‌شود. این اثر در زلزله‌های حوزه نزدیک بیشتر است. در این مطالعه به بررسی تأثیر اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ سازه های دارای جداساز لرزه‌ای پایه ‌پرداخته می‌شود. مدل های مورد نظر، قاب‌های فولادی خمشی 1، 4 و 8 طبقه، در چهار حالت سازه بدون جداساز روی فونداسیون صلب، سازه جداسازی شده روی فونداسیون صلب، سازه بدون جداساز روی خاک و سازه جداسازی شده روی خاک می‌باشد. مدل‌سازی خاک بستر با استفاده از روش المان محدود در نرم‌افزار ABAQUS صورت گرفته است. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد در نظر گرفتن تأثیر خاک باعث افزایش بزرگ‌نمایی شتاب طبقات می‌شود. لیکن پاسخ شتاب سازه های جداسازی شده به تغییرات نوع خاک نسبت به سازه‌های پایه ثابت کمتر حساس می‌باشد. در قاب‌های جداسازی شده، تغییرات اندکی در میزان جابه‌جایی جانبی نسبت به تراز پایه برای خاک‌های سخت تر دیده می‌شود ولی در خاک نرم‌تر این مقدار قابل ملاحظه است. همچنین جابه‌جایی میان طبقه‌ای در قاب‌های جداسازی شده در مقایسه با قاب‌های بدون جداساز کاهش یافته است.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و تاریخچه تحقیقات
1-1-مقدمه 2
1-2 پیشینه تحقیق 3
1-3- اهداف تحقیق 10

فصل دوم: معرفی جداسازی لرزهای، اندرکنش خاک و سازه و زلزله های حوزه نزدیک
2-1 جداساز لرزه ای 12
2-1-1- مفهوم جداسازی لرزه ای 12
2-1-2- اثرات کلی جداگرها بر رفتار لرزه‌ای سازه‌ها 14
2-1-3- عملکرد 16
2-1-4- اجزای اصلی سیستم‌های جداکننده 17
2-1-5- انواع جداساز لرزه‌ای 19
2-1-5-1- جداسازهای لاستیکی با ورقه‌های فولادی 20
2-1-5-2- تکیه‌گاه لایه‌ای الاستومری 20
2-1-5-3- جداسازهای لاستیکی با میرایی زیاد 21
2-1-5-4- تکیه‌گاه لاستیکی با هسته سربی 21
2-1-5-5- جداسازهای اصطکاکی 22
2-1-6- مثال طراحی جداساز لرزه‌ای و تحلیل تاریخچه زمانی از یک قاب با جداساز لرزه‌ای 23
2-2- اندرکنش خاک و سازه 33
2-2-1- تعریف اندرکنش خاک و سازه 34
2-2-2- تحلیل دینامیکی اندرکنش خاک و سازه 35
2-2-3- روش‌های تحلیل سیستم خاک و سازه 37
2-2-3-1- روش حل مستقیم 37
2-2-3-1-1- روش مرزهای ابتدایی 38
2-2-3-1-2- مرزهای محلی 38
2-2-3-1-3- مرزهای سازگار 38
2-2-3-2- روش زیر سازه 39
2-2-3-3- روش حل مختلط 39
2-2-4- مقدمه‌ای بر اجزا محدود و رابطه سازی عمومی 40
2-2-5- فرمول‌بندی المان نامحدود 41
2-2-6- انتخاب سنگ کف لرزه ای 42
2-3- زلزله‌های حوزه نزدیک 43
2-3-1- خصوصیات حرکات نزدیک گسل 44
2-4- روش تحلیل با نرم افزار 47
2-4-1 روش های صریح 47
2-4-2- روش های ضمنی 48

فصل سوم: معرفی مدل های مورد مطالعه و مدل‌سازی
3-1- مقدمه 50
3-2- مشخصات مدل های مورد مطالعه 50
3-3- مدل سازی 55
3-4- صحت سنجی مدلسازی 59
3-4-1- تحلیل مودال 59
3-4-2- شبیه سازی عددی 60
فصل چهارم: بررسی تحلیل‌ها و نتایج
4-1 تأثیر بر پاسخ بزرگ‌نمایی شتاب سازه‌ها 63
4-2- تأثیر بر پاسخ جابه‌جایی جانبی در سازه‌ها 65
4-3- نسبت شتاب پایه به حداکثر شتاب زمین 68
4-4- تغییر مکان پایه 69
4-5- انرژی مستهلک‌شده در سازه 70

فصل پنجم73 نتیجه‌گیری و پیشنهادات
5-1- نتیجه‌گیری 74
5-2- پیشنهادات پژوهشی 76
مراجع 77

تاثیر اندرکنش خاک و سازه بر رفتار ساختمان بلند بتن آرمه با سیستم هسته بتنی

چکیده

حدود یکصد سالی است که بحث ساخت ساختمان های بلند بصورت مدرن امروزی مطرح شده است . از آنجا که طراحی و ساخت سازه ها ئی بسیار وزین بر روی خاک های بسیار نرم (همانند نیروگاه های اتمی، سازه های کنار ساحلی، تونلها و شاه راه های ارتباطی در زیر دریاها ). از طریق دولت ها به جامعه مهندسی واگذار شده است، طراحان جهت لحاظ نمودن اثرات و پارامترهای دخیل در طراحی این پروژه های خاص متوجه تاثیرات مثبت و منفی خاک های مختلف بر روی سازه های متفاوت شدند، لذا جهت حصول اطمینان از طراحی سازه امن، بر روی زمین های مختلف، محققان دست به مطالعات و تحقیقاتی در زمینه اندرکنش خاک و سازه زده اند و در نتیجه این تحقیقات آئین نامه ها و استاندارد های کشورهای مختلف دچار تغییرات شدند. دست اندرکاران استاندارد 2800 ایران از ابتدای مهر سال1394 این بحث را در پیوست پنجم این استاندارد جای دادند. با توجه به اینکه این مطلب به تازگی جز الزامهای طراحی کشور ما قرارگرفته است، لذا هنوز راه مدون و روشنی برای اعمال این مطلب در نرم افزارهائی همانند Etabs دیده نشده است،بنابراین در این تحقیق سعی بر آن است که موضوع اندرکنش خاک و سازه را بصورت کاربردی در آورده و ما حصل این پایان نامه بصورت دستور العملی برای اعمال اندرکنش خاک و سازه، به سازه های ( ساختمان های مسکونی و اداری و تجاری و آموزشی ) متعارف مورد استفاده جامعه مهندسی ایران قرار بگیرد.با این دیدگاه فرآیندی، جهت حصول به مورد یاد شده، سازه30 طبقه قاب خمشی بتنی ویژه و سازه30 طبقه قاب خمشی بتنی ویژه با دیواربرشی ویژه واقع بر 13 نوع خاک متفاوت مورد بررسی و انطباق با ضوابط استاندارد2800 قرار گرفت و چنین نتیجه حاصل شد که چنانچه طراحی پروژه ای با ویژگی های خاص (وزن بسیارزیاد، قرارگرفتن روی خاک بسیارنرم ) در حال بررسی است حتما نتیجه مطالعات ساختگاه و طیف ساختگاه با توجه به لایه بندی خاک، به همراه تغییر مشخصات گیرداری پی (به منظور در نظرگرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه)، به سازه اعمال و سازه آنالیز دینامیکی طیفی شود. در سازه های بتنی با مشخصات ذکر شده چنین برداشت شد که، بجز خاک تیپ 1 می بایست ضوابط اندرکنش خاک و سازه را برای خاک تیپ2، 3 ( که در آنها حدود 25 درصد تغییر مکان جانبی افزایش و حدود 3 درصد برش پایه کاهش یافته است ) و بخصوص تیپ 4 کنترل شود.

فصل 1: مقدمه 1
1-1- مقدمه 2
1-2- بیان مسئله تحقیق 3
1-2-1- تعریف ساختمان بلند[2] 3
1-2-2- انتشار امواج زلزله و ایجاد اندر کنش خاک و سازه 3
1-3- اهداف تحقیق 6
1-4- روش شناسی تحقیق (methodology) 6
1-5- ضرورت تحقیق 6
1-6- فلوچارت تشکیلاتی 7
1-7- ساختار فصول پایان نامه 9
فصل 2: معرفی اندرکنش خاک و سازه و روشهای تحلیل و پارامترهای موثر بر آن 10
2-1- مقدمه 11
2-2- دیدگاه NEHRP در مورد اندرکنش خاک و سازه 11
فصل 3: تاریخچه تحقیقات – دیدگاه آئین نامه های معتبر دنیا در خصوص اندرکنش خاک و سازه 44
3-1- مقدمه 45
3-2- تاریخچه مسئله اندرکنش خاک- سازه 45
3-3- تحقیقات”ﻓﺮﻳﺒﺮز ﻧﺎﻃﻘﻲ اﻟﻬﻲ – ﻋﻠﻲرﺿﺎﻳﻲ ﺗﺒﺮﻳﺰي”[13] 49
3-4- تحقیقات ” ﻣﯿﺜﻢ رﺑﯿﻌﯽ، اﺑﻮاﻟﻔﻀﻞ ﻏﻼﻣﺮﺿﺎ ﺗﺒﺎر و ﻋﺴﮑﺮ ﺟﺎﻧﻌﻠﯿﺰاده ﭼﻮب ﺑﺴﺘﯽ”[14] 50
3-5- تحقیقات “ﺣﻤﻴﺪرﺿﺎ ﻃﺒﺎﻃﺒﺎﺋﻲﻓﺮ، ﻋﻠﻲ ﻣﻌﺼﻮﻣﻲ”[15] 51
3-6- تحقیقات ” ﺑﻬﺮوز ﺻﻤﺪﻳﺎن،ﻋﺴﻜﺮ ﺟﺎﻧﻌﻠﻲ زاده ﭼﻮب ﺑﺴﺘﻲ، ﺟﻮاد واﺛﻘﻲ اﻣﻴﺮي”[16] 52
3-7- تحقیقات ” شورش احمدی خطیر- محسن بزرگ نسب”[17] 53
3-8- تحقیقات “عمادقدرتي-حسين جهانخواه-محمدعلي قناد”[18] 55
3-9- تحقیقات ” مجتبي حسيني ، عبدالله قوامي”[19] 56
3-10- تحقیقات ” محسن گرامی، رضا وهدانی،نوید رجبی، سید مجتبی هاشمی “[20] 58
3-11- تحقیقات ” فريبرز ناطقي الهي و نقدعلي حسين زاده”[21] 59
3-12- تحقیقات ” اميرحسين نوروزي، محسن گرامي، رضا وهداني”[22] 60
3-13- تحقیقات “ساسان محاسب، علی حیدري منصف، آیدا رنجبرفر”[23] 61
3-14- تحقیقات ” شورش احمدي خطیر، محسن بزرگ نسب “[24] 62
3-15- تحقیقات “پريسا خدابخشي، حسين جهانخواه، محمد علي قناد”[25] 64
3-16- تحقیقات “سید مجتبی حسینی ، فرامرز یوسف پور، فریدين سینائیان، کاوه کریمی، عطا آقایی آرایی”[26] 64
3-17- تحقیقات ” عبدالله حسيني، مهرداد صديقي لنگر”[27] 65
3-18- دیدگاه های آئین نامه های معتبرزلزله درخصوص اندرکنش خاک–سازه 66
3-18-1- مقدمه 66
3-18-2- آئین نامه FEMA 440 ( Chapter 8 & Apendix E ) : 67
3-18-3- محدودیتها 72
3-18-4- آئین نامه Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures فصل 19 ASCE(7-10) (پیوست5 استاندارد 2800 ایران ویرایش چهارم) 73
3-19- نتیجه گیری 79
فصل 4: مشخصات هندسی، تحلیل و طراحی سازه های مورد مطالعه 80
4-1- مقدمه 81
4-2- زمین شناسی منطقه 81
4-2-2- زمین شناسی عمومی 82
4-2-3- گسل های مهم منطقه، ویژگی های لرزه خیزی ساختگاه و نوع زمین 84
4-3- معرفی مشخصات زلزله اعمال شده به سازه های این تحقیق 86
4-4- معرفی مشخصات خاک های قرارگرفته در زیر سازه ها 100
4-4-1- تخمین سرعت موج برشی در لایه های مختلف 100
4-5- مشخصات هندسی سازه 134
4-5-2- روش تحلیل دینامیکی طیفی 136
4-6- مشخصات تحلیل 136
4-7- مشخصات طراحی 138
4-7-1- اثر اندرکنش قاب و هسته در طراحی سازه های دوگانه 139
4-7-2- مشخصات مقاطع تیر و ستون ودیواربرشی اختصاص داده شده به سازه ها 140
4-7-3- مشخصات قطر لینک های فلزی(به عنوان خاک زیر فونداسیون) 141
4-8- معرفی مدل های مورد مطالعه 142
4-9- کلیات 142
فصل 5: تجزیه و تحلیل نتایج 145
5-1- مقدمه 146
5-2- ارزیابی وصحت سنجی 146
5-3- تحلیل وبررسی نتایج و تفسیر آنها 188
فصل 6: نتیجه گیری و پیشنهادات 241
6-1- نتیجه گیری 242
6-2- پیشنهادات 246
مراجع 247

 

مقایسه آثار اندرکنش خاک-سازه بر پاسخ دینامیکی ساختمانهای بتنی با سیستم قاب خمشی و دیوار برشی

چکیده

عمومًا در تحلیل سازه ها فرض می شود که خاک واقع در زیر سازه صلب است و از اثر اندرکنش خاک سازه صرفنظر می گردد . این در حالی است که خاک در واقعیت صلب نیست و وجود خاک در زیر سازه باعث تغییر خصوصیات دینامیکی سازه و در نتیجه پاسخ آن می گردد . از طرف دیگر قرارگیری فونداسیون نسبتًا صلب سازه در خاک باعث تغییر تحریکات ورودی به سیستم خاک سازه می گردد . این اثر که اصطلاحًا اثر سینماتیکی نامیده می شود،خصوصاً در سازه های دارای پی مدفون و عمیق بیشتر حائز اهمیت است .اثرات اندرکنش خاک و سازه می تواند باعث افزایش و یا کاهش پاسخ سازه تحت نیروی زلزله بشود که این امر به مشخصه های حرکت میدان آزاد زمین بعلاوه خواص سازه و تکیه گاه انعطاف پذیر بستگی دارد. در این مطالعه سعی می شود بر پایه روش تحلیل دینامیکی طیفی استاندارد 2800 ایران (که در آن پایخ سازه گیردار فرض شده و از اثرات اندرکنش خام و سازه صرف نظر می گردد) اثرات اندرکنش در قاب خمشی بتنی و دیوار برشی بتنی با روش cone بررسی شده است. چنین نتیجه گیری شده است که صرفنظر کردن از اثراندرکنش خاک سازه در طراحی سازه های واقع بر بستر انعطاف پذیر به نتایج نامحافظه کارانه منجر می شود.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده 1
فصل اول: کلیات تحقیق
1-۱- مقدمه 2
1-2- معرفی اندرکنش خاک سازه 3
1-3- تأثیر اندرکنش خاک و سازه در رفتار دینامیکی سازه‌ها 4
1-3-1- نتایج بررسی سه سازه بعنوان نماینده سازه هاي کوتاه، متوسط، بلند 5
1-1-3-1- ساختمان چهار طبقه با عمر 100 ساله واقع در مرز سوئیس و ایتالیا 6
1-1-3-2- ساختمان ده طبقه در سوئیس 6
1-1-3-3- ساختمان شانزده طبقه در سوئیس 7
1-4 – اهمیت و ضرورت انجام تحقیق 7
1-5- اهداف تحقیق 7
1-۶- رئوس مطالب پایان‌نامه 8
فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده
2-1- مقدمه 9
2-2- انواع مکانیسم‌های اندركنش خاك و سازه 10
2-2-1- اندرکنش کينماتيك 10
2-2-2- اندرکنش اینرسی 11
2-3- مرور سوابق و روش‌های تحلیل 12
2-3-1- مرور سوابق و ادبیات تحقیق 12
2-3-2- روش‌های پیشنهادشده برای در نظر گرفتن اثرات برهم‌کنش خاک-سازه 16
2-3-3- بررسی اجمالی روش‌های عددي اندرکنش 17
2-3-3-1- روش‌های دقیق 18
2-3-3-2- روش‌های تقریبی 20
2-4- روش آیین‌نامه NEHHRP 85 برای لحاظ کردن اثرات اندرکنش خاک و سازه 23
2-4-1- مقدمه 23
2-4-1-2- روش نیروی جانبی معادل 23
فصل سوم: ﻣﻮاد و روشﻫﺎي ﺗﺤﻘﯿﻖ
3-1- مقدمه 28
3-2- فرمول بندی در تغییر مکان های کلی 28
3-2-1- پی انعطاف پذیر 28
3-2-2-پی صلب 34
3-3- روشها و تکنیک‌های حل 38
3-3-1- روشهای حل ساده مهندسی 38
3-3-2- روش مستقیم 39
3-3-3- روش مختلط 42
3-4-تعیین انواع بارگزاری در تحریکات لرزه ای ویژه 44
3-5- اساس و پایه مدل خاک سازه 44

فصل چهارم: نتایج
4-1- مقدمه 50
4-2- مدل‌سازی خاک به روش مخروطی 51
4-3- معادلات تعادل روش مخروطی 54
4-3- مشخصات سازه‌ای 54
4-5- مشخصات خاک 54
4-6- مدلسازی و تحلیل 55
4-6-1- تحلیل در برابر زلزله 57
4-6-2- استخراج پاسخ سازه 60
4-6-3- تعریف و ایجاد فایل متنی خاک 61
4-6-4- مراحل انجام تحلیل دینامیکی خاک و دریافت ضرایب سختی و میرایی 62
4-6-5- مدلسازی خاک و اعمال ضرایب سختی و میرایی در sap2000 64
4-7- جمع‌بندی نتایج 68
فصل پنجم: بحث و نتیجه‌گیری
5-1 –نتیجه‌گیری 74
5-2–پیشنهادات 75
فهرست منابع 76
چکیده انگلیسی 79

 

اندرکنش دینامیکی خاک و سازه در پی‌های حجیم

چکیده

توسعه و ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای و توربین‌های بادی در سال‌های اخیر و ضرورت بررسی رفتار آنها در هنگام زلزله و آسیب‌های ناشی از آن در این گونه سازه‌ها باعث شده است تا طراحی لرزه‌ای پی‌های مربوط به آنها که از نوع پی‌های بزرگ و حجیم محسوب می‌گردند ، از مباحث مهم و پراهمیت در مهندسی زلزله گردد.آنچه که تحلیل دینامیکی پی‌ها را از تحلیل دینامیکی سازه‌ها متمایز می‌کند، وجود خاک در اطراف پی و اثر آن بر پاسخ پی که با اندرکنش خاک و سازه معرفی می‌شود، می‌باشد. پی میز لرزان پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله که دارای جرم 4000 تن و همچنین ابعاد 15 × 15و ارتفاع 9 متر می‌باشد ، از نوع پی‌های حجیم محسوب می‌شود. این پی در معرض ارتعاشات دینامیکی ناشی از سیستم محرک میز لرزان بوده و اندرکنش دینامیکی پی با خاک و محیط اطراف بررسی گردیده است. در گزارش حاضر خصوصیات دینامیکی پی میز لرزان و نحوه انتقال ارتعاشات از سیستم محرک میز لرزان پژوهشگاه زلزله به محیط اطراف که در مجتمع آزمایشگاهی واقع در سوهانک تهران می‌باشد ارائه شده است. پی میز لرزان ، علاوه بر تحمل بارهای استاتیکی ناشی از وزن خود و وزن دستگاه و مدل روی آن بایستی بتواند در حین حرکت دینامیکی سیستم محرک میز و مدل مورد آزمایش آن عملکرد مناسبی داشته باشد. در واقع نقش مهم پی در میز لرزه ، کنترل ارتعاشات و پایدار کردن حرکت سیستم محرک روی آن است به نحوی که اختلالی در حرکت کنترل شده میز لرزان و مدل روی آن به وجود نیاید. همچنین انتقال حرکت و ارتعاش از سیستم محرک میز به محیط پیرامونی (ساختمان‌های اداری و مسکونی) بایستی طوری صورت گیرد که باعث آسیب به بخش‌های پیرامونی و اختلال در عملکرد آنها نگردد. پی میز لرزان باید کلیه حرکت‌های اعمالی را با حداکثر ظرفیت سیستم محرک ( جک‌های دینامیکی افقی و قائم ) در بحرانی‌ترین حالت تحمل نماید. بنابراین از آزمایش ارتعاش محیطی و ارتعاش اجباری ( توسط شیکر یا دستگاه لرزاننده ) جهت بررسی سیستم پی و خاک زیر آن و همچنین عملکرد محیط اطراف که تحت ارتعاشات میز لرزان قرار دارد ، استفاده گردیده است. با استفاده از پردازش نتایج این آزمایشات ، خصوصیات دینامیکی این پی ‌‌( ‌فرکانس ارتعاشی مودی و نسبت میرایی مودی و …. ) در هر درجه آزادی تعیین شده است. این خصوصیات از جمله پارامترهای اصلی برای بررسی عملکرد صحیح میز لرزان و صحت و دقت نتایج آزمایشات مربوطه محسوب می شود . بنابر این ، قبل از ساخت نمونه و انجام آزمایشهای واقعی روی میز لرزان ، لازم است عوامل موثر در عملکرد میز لرزان مانند : ارتعاشات ناشی از اندرکنش میز با مدلهای سازه ای و همین طور اثرات اندر کنش میز با پیِ و محیط اطراف بخوبی شناخته شوند. اگر این ارتعاشات بیش از حد مجاز باشند ممکن است منجر به شکست یا خسارات خود پی‌ها، دستگاه‌ها و یا سازه‌ها گردند. علاوه بر این در صورتی که فرکانس و دامنه ارتعاشات پی دستگاه‌ها کنترل نشده باشد ممکن است در سازه مورد نظر تاثیر زیادی داشته باشد.در فصل اول ، تاریخچه‌ای از اندرکنش خاک – سازه ارائه گردیده و همچنین ادبیات فنی مربوط به مبانی نظری ارتعاشات پی‌های سطحی و مدفون در خاک و اندرکنش دینامیکی و سینماتیکی آنها با خاک ، بیان گردیده است. در فصل دوم نحوه اجرای آزمایشات دینامیکی انجام شده روی پی ( آزمایش ارتعاش محیطی و اجباری ) ، شرح داده شده است. در این فصل مشخصات سازه مورد بررسی ( پی میز لرزان ) و سیستم محرک میز لرزان و همچنین وسایل مورد نیاز برای انجام آزمایشات ارتعاش محیطی و ارتعاش اجباری ( شتابنگار – دستگاه لرزاننده – دستگاه جی‌پی‌اس و غیره ) و نحوه آرایش شتابنگارها شرح داده شده است.در فصل سوم ، داده‌های مربوط به آزمایش‌های ارتعاش محیطی و اجباری استخراج گردیده و با استفاده از پردازش آنها در نرم‌افزار متلب ، نتایج نهایی حاصل گردیده است. نمودار طیف فوریه مربوط به آزمایشات در بازه فرکانس 1 تا 20 هرتز رسم گردیده و با شناسایی فرکانس مربوط به ناحیه تشدید در آن ، فرکانس طبیعی سیستم در تمام درجات آزادی ( سه درجه انتقالی و سه درجه دورانی ) شناسایی گردیده است. همچنین نسبت میرایی مودی مربوط به هر درجه آزادی نیز با استفاده از روش عرض نوار نیم توان محاسبه شده است. همچنین نتایج آزمایشات ارتعاش محیطی و اجباری باهم مقایسه گردیده و میزان تاثیر نویزهای محیطی در پاسخ سیستم ارزیابی شده است. میزان انتقال ارتعاشات به بیرون از پی و محیط اطراف ( ساختمان‌های مجاور ) اندازه‌گیری شده و با مقادیر مجاز در آیین‌نامه‌های مربوط به اختلال در عملکرد انسان مقایسه گردیده است.در فصل چهارم ، سیستم سازه – پی – خاک در نرم‌افزار سپ به صورت جرم متمرکز در دو حالت تکیه‌گاه ثابت و انعطاف پذیر مدل شده است. در حالت تکیه‌گاه ثابت با توجه به فرض سختی بی‌نهایت خاک ، از اثر اندرکش پی و خاک زیر آن در پاسخ نمونه‌ی ساخته شده بر روی میز لرزان، صرفنظر شده است. اما در حالت تکیه‌گاه انعطاف‌پذیر ، با استفاده از نتایج آزمایشات در فصل سوم ، مشخصات خاک زیر پی ( سختی و میرایی خاک ) به وسیله فنر و میراگر مدل گردیده است. در نهایت تاثیر اندرکنش سازه – پی – خاک، در پاسخ نمونه‌ی ساخته شده بر روی میز لرزان (‌برش پایه و تغییر مکان افقی و پریود سیستم) بررسی گردیده است. همچنین ماتریس سختی دینامیکی و میرایی خاک در بازه فرکانس 1 تا 20 هرتز در هر شش درجه آزادی محاسبه شده است.در فصل پنجم ، جمع‌بندی و نتیجه‌گیری کلی صورت گرفته و راهکارها و پیشنهادات لازم جهت کاهش دامنه‌ی ارتعاشاتی که به محیط اطراف منتقل می‌شوند، ارائه شده است.

عنوان فهرست مطالب صفحه

چکیده ث‌
مقدمه ‌ف
فصل اول – مقدمه و مروری بر ادبیات فنی 2
1-1- مقدمه 2
1-2- تاریخچه اندرکنش خاک و سازه 3
1-2-1- تحقیقات سویه هیرو 3
1-2-2- تحقیقات کانای و سزاوا 3
1-2-3- تحقیقات بایوت 4
1-3- اندرکنش اینرسی خاک و سازه 5
1-3-1- رفتار سیستم خاک-سازه 5
1-3-2- روش¬های تحلیل ساده شده 13
1-3-3- روش¬های تحلیل کامل 17
1-4- مبانی نظری ارتعاش پی¬ها 18
1-4-1- تئوری نیم فضای ارتجاعی 19
1-4-2- تاثیر مدفون شدگی پی 35
1-4-3- انتخاب سختی و میرایی 42
1-4-4- توابع امپدانس 46
1-5- اندرکنش سینماتیکی خاک و پی 55
1-5-1- اندرکنش پی های واقع در سطح زمین 55
1-5-2- اندرکنش پی های واقع در زیر سطح زمین 57
فصل دوم – برنامه ریزی آزمایشات ارتعاشات محیطی و اجباری پی 60
2-1- مقدمه 60
2-2- ضرورت انجام آزمایش¬های دینامیکی 60
2-3- اهداف آزمایش¬های دینامیکی 61
2-4- مشخصات سازه مورد بررسی 62
2-4-1- مشخصات ژئوتکنیکی ساختگاه مربوط به پی میز لرزه 65
2-4-2- مشخصات میز لرزان 69
2-5- آزمایش¬های دینامیکی انجام شده روی پی میز لرزان 72
2-5-1- آزمایش ارتعاش محیطی پی 72
2-5-2- آزمایش ارتعاش اجباری پی توسط شیکر 79
2-5-3- دستگاه ثبت ارتعاش 90
فصل سوم – تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشات 93
3-1- مقدمه 93
3-2- پردازش داده¬ ها 93
3-2-1- مراحل تصحیح داده¬های خام 94
3-2 -2- تعیین خصوصیات دینامیکی اولیه 98
3-2-3- محاسبه نسبت میرایی به روش عرض نوار نیم توان در منحنی پاسخ-فرکانس 99
3-2-4- شناسایی خصوصیات سیستم با انجام آزمایش 100
3-3- پردازش داده¬های حاصل از آزمایش ارتعاش محیطی 101
3-4- پردازش داده¬های حاصل از آزمایش ارتعاش اجباری 105
3-4-1- منحنی پاسخ – فرکانس تحت نیروی متغیر و ثابت شیکر 106
3-4-2- نتایج پاسخ ارتعاش پی در جهت افقی ( شمال – جنوب ) 108
3-4-3- نتایج پاسخ ارتعاش پی در جهت افقی ( شرقی – غربی ) 114
3-4-4- نتایج پاسخ ارتعاش پی در جهت قائم 121
3-4-5- دوران حول محورهای افقی پی ( مود راکینگ ) 127
3-4-6- دوران حول محور قائم پی ( مود پیچشی ) 129
3-4-7- نحوه انتقال ارتعاشات به محیط اطراف 130
3-4-8- استانداردهای مربوط به ارتعاشات و مقادیر مجاز حرکت 135
3-4-9- مقایسه نتایج ارتعاشات منتقل شده به محیط اطراف با مقادیر مجاز 138
3-5- جمع بندی و نتیجه¬گیری از پردازش داده¬ها 145
3-5-1- محاسبه فرکانس طبیعی و میرایی سیستم در تئوری و آزمایش 145
فصل چهارم – مدلسازی و تحلیل اندرکنش سازه – پی – خاک 149
4-1- مقدمه 149
4-2- ماتریس سختی و میرایی دینامیکی 149
4-3- تاثیر اندرکنش در پاسخ سازه¬ی روی میز لرزان 156
فصل پنجم – جمع بندی و نتیجه¬گیری و پیشنهادات 164
مراجع و منابع 167
چکیده انگلیسی 172

 

مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه با استفاده از فنرهای غیرهمبسته و بررسی تاثیر آن بر روی پاسخ استاتیک غیرخطی سازه‌های بتنی

چکیده

هدف از این پایان نامه، بررسی تاثیری است که درنظرگرفتن اندرکنش خاک وسازه برروی پاسخ استاتیک غیرخطی سازه های بتن آرمه میگذاردبرای این منظور سه نوع قاب بتن مسلح 5و15و25 طبقه در نرم افزار SAP مدلسازی شده و مشخصات مفاصل پلاستیک با توجه به ضوابط آیین نامه برای آنها تعریف می شوند و برای5 نوع خاک فرضی با توجه به پارامترهای ژئوتکنیکی و ابعاد پی، بااستفاده ازفنرهای همبسته پارامترهای مربوط به سختی بستر محاسبه می گردد منحنی های ظرفیت سه نوع قاب برروی خاکهای نوع اتا5 وبسترصلب ترسیم ومقایسه شده سپس میزان دوره تناوب سازه نسبت به مدول برشی خاک درحالات مختلف بستر برای هرسه قاب ترسیم و مشاهده شدشدت تاثیر حضورخاک سست دربستر سازه های بادوره تناوب بالاتر,بیشترازسازه های بادوره تناوب کمترمی باشددرمرحله بعدتقاضای لرزه ای برروی اعضای شکل پذیروتغییرمکان هدف قاب ها برروی بسترهای متفاوت مشخص شددوره تناوب طبیعی بانرم شدن خاک افزایش می یابدمدل سازی خاک سخت برای سازه کارغیرلزومی بنظرمیرسد ولی برای بسترهای نرم صحیح آن است که اثراندرکنش درنظرگرفته شودازآنجاکه اثراندرکنش دربسترنرم باعث تغییردوره تناوب اصلی سازه میشودواین پارامتر,پارامتری تعیین کننده درپاسخ سازه میباشددرنظرنگرفتن این مهم باعث اشتباه در پاسخ سازه خواهدشد

فهرست مطالب:
فصل ۱: مقدمه 1
فصل ۲: مروری بر تحقیقات گذشته 4
2-1- مقدمه 4
2-2- نیاز به بهسازی و روشهای بهسازی 4
2-2-1- راهکارهای پیشنهادی جهت بهسازی 4
2-3- تحقیقات انجام‌شده درزمینه‌ی اندرکنش خاک و سازه 15
2-4- تحقیقات انجام‌شده درزمینه‌ی روش پوش آور و طراحی بر اساس عملکرد 15
فصل ۳: مروری بر روش ارزیابی سازه‌های بتنی 21
3-1- مقدمه 21
3-2- محدودهی کاربرد 21
3-3- مشخصات مصالح و بازرسی وضعیت موجود ساختمان 21
3-3-1- کلیات 21
3-3-2- مشخصات مصالح 22
3-3-2-1-کلیات24
3-3-2-2-جمع آوری مشخصات مصالح درسطح اطلاعات حداقل25
3-3-2-3- جمع آوری مشخصات مصالح26
3-3-2-3-1- کلیات26
3-3-2-3-2- آزمایش های متعارف27
3-2-3-3-3-آزمایش های جامع27
3-3-3- بازرسی وضعیت موجود 26
3-3-3-1-کلیات30
3-3-3-2- مشخصات اجزا31
3-3-3-3- روش هاومحدوده کاربرد32
3-3-3-4-آزمایش های اضافی33
3-3-3-5- مدل سازی تحلیلی ساختمان34
-4 -3-3 ضریب آگاهی(K) 29
3-4- ملزومات و فرضیات طراحی 30
3-4-1- مدل‌سازی 30
3-4-1-1-کلیات35
3-4-1-2-سختی36
3-4-1-2-1-روشهای خطی36
3-4-1-2-2-روشهای غیرخطی36
3-4-1-3- اعضای متشکل ازبال وجان39
3-4-2- مقاومت39
3-4-2-1- تلاش های کنترل شونده توسط تغییرشکل40
3-4-2-2- تلاش های کنترل شونده توسط نیرو41
3-4-2-3- طبقه بندی نیازشکل پذیری عضو41
3-4-3- بارهای محوری و خمشی35
3-4-3-1- حدکرنش قابل استفاده42
3-4-4- برش و پیچش 36
3-4-5- طول گیرایی و وصله‌های آرماتور 37
3-4-6- اتصالات 39
3-4-6-1- درجاریخته شده48
3-4-6-2- سیستم های بعدا نصب شده48
3-4-7- ضوابط کلی بهسازی 40
3-5- سیستم‌های سازه‌ای 40
3-5-1- قاب‌های خمشی بتنی 40
3-5-1-1- انواع قابهای خمشی بتنی49
3-5-1-1-1- قاب های خمشی بتن مسلح تیرستونی49
3-5-1-2- قاب های خمشی بتن مسلح دال -ستونی49
3-5-1-2-1- ملاحظات کلی50
3-5-1-2-2- سختی51
3-5-1-2-2-1- روش های استاتیکی ودینامیکی خطی51
۳-۵-۱-۲-۲-۲- روش استاتیکی غیرخطی 42
۳-۵-۱-۲-۲-۳- روش دینامیکی غیرخطی 43
3-5-1-2-3- مقاومت52
3-5-1-2-3-1- ضوابط تکمیلی ستون واتصالات52
۳-۵-۱-۲-۴- معیارهای پذیرش 44
۳-۵-۱- ۲-۴-۱- روش‌های استاتیکی و دینامیکی خطی 44
۳-۵-۱-۲-۴-۲- روش‌های استاتیکی و دینامیکی غیرخطی 45
۳-۵-۱-۲-۵- معیارهای بهسازی 45
3-6- مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه در نشریه ۳۶۰ و ATC40 46
3-6-1-مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه در نشریه 46
3-6-2- مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه در ATC40 46
فصل ۴: روش انجام تحقیق 51
4-1- مقدمه 51
4-2- طراحی به روش عملکردی(Performance Base Design) 51
۴-2-1- اهداف عملكرد 51
۴-۲-۲- سطوح عملكرد 51
۴-۲-۲-۱- سطوح عملكرد اجزاي سازه‌اي 51
۴-۲-۲-۲- سطوح عملكرد اجزاي غیر سازه‌ای 53
۴-۲-۲-۳- انواع سطوح عملكرد كل ساختمان 54
۴-۲-۳- سطوح خطر (خطرپذیری ) 55
۴-۲-۴- اهداف بهسازي 56
۴-۲-۴-۱- بهسازي مبنا 56
۴-۲-۴-۲- بهسازي مطلوب 56
۴-۲-۴-۳- بهسازي ويژه 57
4-3- تعیین پارامترهای تحلیل استاتیکی غیرخطی در SAP2000 57
4-4- روش تعریف مفاصل پلاستیک در SAP2000 63
4-5- جمعبندی 66
فصل ۵: بحث و تحلیل نتایج 69
5-1- مقدمه 69
5-2- مشخصات سازه 69
5-3- اندرکنش خاک- سازه 71
5-4- مدل‌سازی سازه 72
5-4-1- رویکردهای کلی 72
5-4-2- فونداسیون کم‌عمق 73
5-4-3- ضرایب سختی غیرهمبسته 73
5-5- تحلیل غیرخطی استاتیک سیستم اندرکنش خاک- سازه 75
5-5-1- محاسبه سختی خاک زیر پی 75
5-5-2- تنظیمات مربوط به تحلیل پوش 77
5-5-3- الگوی بار جانبی 78
5-6- جمع بندی
فصل ۶: ارائه نتایج، تفاسیر و پیشنهاد‌ها برای مطالعات آتی 81
6-1- مقدمه 81
6-2- نتایج تحقیق 81
6-2-1- منحنی ظرفیت 81
6-2-2- دوره تناوب سازه متناسب با سختی بستر 83
6-2-3- تقاضای اعضای شکلپذیر 84
6-2-4- تغییر مکان هدف قاب‌ها بر روی بستر متفاوت 85
6-2-4-1- روش ATC40 86
6-2-4-2- تغییر مکان هدف 86
6-2-5- بررسی، نتیجه‌گیری و مقایسه نتایج 88
6-2-6- ارائهی پیشنهاد‌ها برای مطالعات آتی 88
منابع و مراجع 91

 

بهینه‌سازی چند‌هدفه TMD با در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه با استفاده از الگوریتم ژنتیک

چکیده

میراگر جرمی تنظیم‌شده (TMD) یک ابزار کنترلی غیرفعال موثر در کاهش پاسخ‌های سازه‌ها تحت نیروی باد و ارتعاشات لرزه‌ای بشمار می‌رود؛ تخمین پارامترهای بهینه TMD از جمله موارد تاثیرگذار بر عملکرد این سیستم می‌باشد که متاثر از ارتفاع سازه، رفتار خطی و غیرخطی سازه و اثرات اندرکنشی خاک و سازه هستند این مطالعه به بهینه‌سازی پارامترهای میراگر جرمی تنظیم‌شده و بررسی عملکرد کنترلی آن در چند حالت مختلف سیستم سازه‌ای می‌پردازد در ابتدا به مقایسه بهینه‌سازی تک‌هدفه و چند‌هدفه این سیستم کنترلی در یک نمونه ساختمان 10 طبقه با رفتار خطی به کمک الگوریتم‌های ژنتیک GA و NSGAІІ پرداخته می‌شود سپس به منظور شناسایی چند هدف مناسب در طرح TMD بهینه، چند تابع هدف در حالات بهینه‌سازی تک‌هدفه و دوهدفه در سازه مذکور با رفتار غیرخطی بررسی می‌شوند؛ در ادامه TMD بهینه در ساختمان 10 طبقه غیرخطی با چهار حالت پایه‌ای شامل: پایه ثابت، خاک سفت، خاک متوسط و خاک نرم مورد مطالعه قرار گرفته است همچنین با توجه به اهمیت ملاحظه اثر اندرکنش خاک و سازه بر طرح بهینه این میراگر، طرح TMD بهینه در یک سازه بلند 40 طبقه با فرض رفتار غیرخطی در دو حالت پایه‌ای متفاوت (پایه ثابت و خاک نرم) مورد ارزیابی قرار می‌گیرد در این مطالعه سازه‌های نمونه به صورت مدل دوبعدی برشی با جرم متمرکز فرض میگردند و مطالعات عددی با کدنویسی در محیط متلب انجام گرفته است؛ نتایج مطالعات عددی حاکی از آن هستند که توابع هدف مبتنی بر نرم پاسخ‌ها و نیز تابع هدف تعریف شده بر اساس مقدار انرژی هیسترزیس تجمعی می‌توانند در تعیین پارامترهای بهینه میراگر جرمی نقش پررنگی را ایفا نمایند، از طرفی ملاحظه شد که عدم در نظر گیری خاک زیر فونداسیون در طرح TMD بهینه، باعث استفاده نادرست از توان این میراگر در کنترل ساختمان می‌گردد

فصل 1 (مقدمه) 1
1-1 ) مقدمه: 2
1-2 ) اهداف تحقیق: 4
فصل 2 (مبانی تحقیق و بررسی مطالعات پیشین) 5
2-1 ) مقدمه 6
2-2 ) کنترل سازه‌ها 6
2-2-1 ) کنترل غیرفعال: 7
2-2-2 ) کنترل فعال: 8
2-2-3 ) کنترل نیمه¬فعال: 9
2-2-4 ) کنترل ترکیبی: 11
2-3 ) انواع میراگرهای غیرفعال 12
2-3-1 ) میراگر سیال تنظیم¬شده: 12
2-3-2 ) میراگر اصطکاکی: 13
2-3-3 ) میراگر فلزی تسلیم¬شونده: 14
2-3-4 ) میراگر ویسکوز: 15
2-3-5 ) میراگر ویسکوالاستیک: 16
2-3-6 ) جداساز لرزه‌ای: 17
2-3-7 ) میراگر جرمی تنظیم¬شده: 18
2-4 ) اندرکنش خاک و سازه: 21
2-5 ) الگوریتم ژنتیک: 22
2-5-1 ) برخی مزایای الگوریتم ژنتیک: 23
2-5-2 ) مراحل الگوریتم ژنتیک: 24
2-5-2-1 ) تابع هزینه: 24
2-5-2-2 ) جمعیت، تزویج و جهش: 25
2-5-2-3 ) شرایط توقف: 25
2-6 ) مسائل چندهدفه: 26
2-7 )NSGAІІ: 27
2-8 ) مروری بر برخی مطالعات صورت گرفته در زمینه میراگرهای جرمی تنظیم¬شده: 28
2-9 ) ضرورت تحقیق: 35
فصل 3 (بیان مسئله) 37
3-1 ) مقدمه: 38
3-2 ) فرضیات تحقیق: 38
3-3 ) روش‌های عددی حل معادلات دیفرانسیل: 38
3-4 ) معادلات دیفرانسیل حرکت: 40
3-4-1 ) معادلات دیفرانسیل حاکم بر ساختمان با رفتار خطی 40
3-4-1-1 ) معادلات دیفرانسیل حاکم بر ساختمان با رفتار خطی با اعمال کنترل¬گر TMD و اثر اندرکنش خاک و سازه: 41
3-4-2 ) معادلات دیفرانسیل حاکم بر ساختمان با رفتار غیرخطی 44
3-4-2-1 ) معادلات دیفرانسیل حاکم بر ساختمان با رفتار غیرخطی با اعمال کنترل¬گر TMD و اثر اندرکنش خاک و سازه: 48
3-5 ) صحت¬سنجی: 49
3-5-1 ) روش‌های عددی و به‌کارگیری TMD در ساختمان: 49
3-5-2 ) مدل‌های غیرخطی: 52
3-5-2-1 ) دوخطی: 52
3-5-2-2 ) Bouc-Wen: 53
3-5-3 ) اندرکنش خاک و سازه: 55
3-6 ) تعریف ساختمان‌ها، خاک¬ها، توابع هدف و رکوردهای مورد استفاده: 55
3-6-1 ) ساختمان 10 طبقه: 55
3-6-2 ) ساختمان 40 طبقه: 57
3-6-3 ) خاک¬ها: 58
3-6-4 ) توابع هدف: 59
3-6-5 ) رکوردهای انتخابی: 62
فصل 4 (نتایج) 65
4-1 ) مقدمه: 66
4-2 ) بهینه‌سازی تک¬هدفه و چندهدفه TMD در ساختمان 10 طبقه با رفتار خطی: 66
تنظیم الگوریتم‌های بهینه‌سازی برای ساختمان 10 طبقه: 66
4-3 ) طرح TMD بهینه در مقایسه با چند مطالعه: 74
4-4 ) شناسایی چند تابع هدف مناسب در روند بهینه¬سازی میراگر جرمی تنظیم¬شده: 77
4-5 ) اثر اندرکنش خاک و سازه بر طرح TMD بهینه و عملکرد این سیستم: 79
4-5-1 ) کنترل ساختمان 10 طبقه غیرخطی دوخطی در حالات مختلف پایه¬ای: 79
4-5-2 ) ضرورت اعمال اندرکنش خاک و سازه در طرح TMD بهینه: 90
فصل 5 (جمع¬بندی و پیشنهادات) 101
5-1 ) جمع¬بندی: 102
5-2 ) پیشنهادات: 103
فهرست منابع: 104

 

بررسی عددی پاسخ لزره‌ای دیوارهای حائل با در نظرگیری اثرات اندرکنش خاک-سازه

چکیده

سازه های حائل در طی زلزله های اخیر در نواحی فعال لرزه ای دنیا صدمات زیادی دیده اند، بنابراین بررسی رفتار لرزه ای دیوارهای حائل اهمیت می یابد. در این پایان نامه با انجام تحلیل های عددی با استفاده از نرم افزار المان محدود انسیس، اثر اندرکنش خاک-سازه بر روی رفتار لرزه ای دیوار حائل طره ای مطالعه شده است. تحلیل های انجام شده شامل بررسی اثر ضخامت آبرفت زیر دیوار، اثر سختی نسبی مصالح دیوار به خاک (Ec/Es) و اثر رکورد زلزله بر پاسخ شتاب و تغییرمکان دینامیکی دیوار است. همچنین در این پایان نامه اثر اندرکنش خاک-سازه بر فرکانس ارتعاش آزاد دیوار حائل طره ای بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد:•با افزایش ضخامت آبرفت فرکانس ارتعاش آزاد دیوار حائل نسبت به حالت گیردار کاهش می یابد.•با افزایش ضخامت آبرفت تغییر مکان افقی دینامیکی تاج دیوار افزایش می یابد.•با افزایش نسبت سختی مصالح دیوار به خاک (Ec/Es) ماکزیمم شتاب افقی تاج دیوار تا نسبت Ec/Es=500 افزایش، و پس از آن کاهش می یابد.

فصل اول: کلیات 1
1-1مقدمه 1
1-2 تعریف مسئله 1
1-3 اهمیت موضوع و ضرورت تحقیق 2
1-4 کاربردهای عملی تحقیق 3
1-5وضعیت فعلی تحقیق و مسائل حل‌نشده 3
1-6اهداف تحقیق 4
1-7ساختار پایان‌نامه 4
فصل دوم: اثر اندرکنش خاک-سازه بر رفتار لرزه‌ای سازه‌ها 6
2-1مقدمه 7
2-2اثرات اندرکنش خاک-سازه بر ساختمان‌ها 7
2-2-1 مطالعات (Ambrosini et al. 2000) 7
2-2-2 مطالعات (گتمیری و تاج الدینی 1382) 9
2-2-3 مطالعات ابراهیمیان و همکاران (1389) 11
2-3اثرات اندرکنش خاک-سازه بر سدها 13
2-3-1 مطالعات Burman, et al. 2012 13
2-3-2مطالعات Fok, Chopra(1986) 16
2-3-3 مطالعات Burman et al.(2008) 18
2-4اثرات اندرکنش خاک-سازه بر پل‌ها 20
2-4-1 مطالعات Dezi et al. (2012) 20
2-4-2 مطالعات Spyrakos (2001) Vlassis, 21
2-5جمع بندی فصل 23
فصل سوم: مروری بر مطالعات محققین پیشین 23
3-1مقدمه 24
3-2مطالعات آزمایشگاهی 25
3-2-1 مطالعات Huang and Luo. (2009) 25
3-2-2 مطالعات Sabermahani et al. (2008) 28
3-2-3 مطالعات Bruke et al. (2004) 32
3-3مطالعات تحلیلی 34
3-3-1 مطالعات Veletsos, Younan (1994) 34
3-3-2 مطالعات Choudhury-Nimbalkar (2005) 35
3-3-3 مطالعات (Huang 2005) 36
3-4مطالعات عددی 42
3-4-1 مطالعات Cakir (2013) 42
3-4-2 مطالعات Gursoy, Durmus (2009) 44
3-4-3 مطالعات Bahattacharjee, Muralikrishna (2011) 48
3-5گزارش رکوردهای ثبت شده 52
3-5-1 زلزله نرتریج در سال 1994 52
3-5-2 زلزله کوبه در سال 1995 54
3-5-3 زلزله Chi-Chi در سال 1999 56
3-5-4 زلزله Kocaeli در سال 1999 57
3-5-5 زلزله El Salvador در سال 2001 57
3-5-6 مطالعات محجوبی و مالکی (2010) 58
3-6جمع بندی فصل 61
4فصل چهارم: 62
4-1مقدمه 63
4-2تحلیل در حوزه فرکانس 65
4-2-1 بررسی فرکانس ارتعاش آزاد آبرفت 66
4-2-2 بررسی فرکانس ارتعاش آزاد دیوار حائل و خاک پشت آن 71
مقایسه با رابطه محجوبی و مالکی: 72
4-2-3 بررسی اثر جرم خاک بر فرکانس ارتعاش آزاد دیوارهای حائل 74
4-2-4 بررسی اثر وجود آبرفت در زیر دیوار حائل بر فرکانس ارتعاش آزاد 80
4-3تحلیل تاریخچه زمانی 84
4-3-1 مقدمه 84
4-3-2بررسی اثر ضخامت آبرفت بر پاسخ دینامیکی دیوار حائل طره ای 84
4-3-3بررسی اثر رکورد زلزله بر روی پاسخ لرزه ای دیوارهای حائل 101
4-3-4 اثر سختی خاک بر رفتار لرزه ای دیوارهای حائل 114
فصل پنجم: نتیجه گیری 124
5-1مقدمه 125
5-2جمع بندی نتایج 126
5-2-1 بررسی اثر جرم خاک بر فرکانس ارتعاش آزاد دیوارهای حائل 126
5-2-2 نتایج اثر ضخامت آبرفت بر روی فرکانس ارتعاش آزاد سیستم خاک-دیوار 126
5-2-3 بررسی پاسخ لرزه ای دیوار های حائل نسبت به تغییر ضخامت آبرفت 127
5-2-4 بررسی اثر رکورد زلزله بر روی پاسخ دینامیکی دیوارهای حائل 127
5-2-5 بررسی اثر سختی خاک بر روی پاسخ دینامیکی دیوارهای حائل 127
5-3پیشنهادات برای مطالعات آتی 128
فهرست منابع و مراجع: 129

 

کاربرد اتصالات مجهز به SMA در ارتقاء رفتار لرزه ای سازه های فولادی قاب خمشی با در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه

چکیده

آلیاژهای حافظه دار شکلی ( SMA) موادی هستند که دارای اثر حافظه شکلی بوده و خاصیت برگشت پذیری بالایی دارند. استفاده از این مواد در سازه های عمرانی و برای کنترل سازه ها در طول زلزله ، در سال‌های اخیر مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. محققین مختلف کوشیده اند تا با استفاده از این مواد ، به شکل های مختلف از جمله سیم ، فنر ، پیچ و … در مکانهای مختلف از سازه ، جابجایی نهایی سازه بعد از زلزله را کاهش و همچنین انرژی تلف شده را افزایش دهند. در این پایان نامه عملکرد لرزه ای سازه های فولادی با یک نوع اتصال پیشنهادی دارای SMA و با در نظرگیری اثر اندر کنش خاک و سازه مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از انجام این تحقیق بررسی میزان کاربرد مصالح SMA در هر اتصال در قاب های فولادی برای ارتقاء تراز عملکرد لرزه ای سازه ها می باشد. برای این کار با استفاده از چند مدل سازه های فولادی مختلف با تعداد طبقات 6 و 9، عملکرد اتصالات پیشنهادی مجهز به SMA و همچنین مقدار مورد نیاز این مصالح بررسی شده است. علاوه بر این‌ها تأثیر اندرکنش خاک و سازه بر رفتار این سازه‌ها و عملکرد اتصالات مجهز به مصالح SMA مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان دهنده کارائی اتصال پیشنهادی در کاهش جابجائی نسبی طبقات و نیز جابجائی پسماند در مدلهای سازه‌ای مورد استفاده می‌باشد، همچنین اثر اندرکنش خاک و سازه نیز تاثیری روی عملکرد این اتصال ندارد. برای مدل سازی و انجام تحلیل های دینامیکی غیر خطی از نرم افزار OpenSees استفاده شده است.

۱ کلیات پایان نامه ۱۳
۱-۱ مقدمه ۱۳
۱-۲ روش های سنتی ۱۳
۱-۳ روش های نوین ۱۴
۱-۴ روند کلی پایان نامه ۱۶
۲ آلیاژهای حافظه دار شکلی ۱۷
۲-۱ مقدمه ۱۸
۲-۲ کاربرد های مواد حافظه دار شکلی ۲۰
۲-۳ پیدایش آلیاژهای حافظه دار شکلی ۲۰
۲-۴ تغییرات فازی ۲۱
۲-۵ خواص مکانیکی آلیاژهای حافظه دار شکلی ۲۵
۲-۵-۱ رفتار در کشش و فشار ۲۶
۲-۵-۲ رفتار در برش و پیچش ۲۸
۲-۶ خصوصیات ویژه آلیاژهای حافظه دار شکلی ۲۸
۲-۶-۱ خاصیت حافظه شکلی ۲۹
۲-۶-۲ خاصیت فرا ارتجاعی ۳۱
۲-۷ پیچیدگی های رفتاری ۳۴
۲-۷-۱ اثر دما ۳۴
۲-۷-۲ اثر ابعاد نمونه ۳۷
۲-۷-۳ اثر نرخ کرنش ۳۹
۲-۸ مدلهای رفتاری ۴۰
۲-۸-۱ مدلهای پدیده شناختی ۴۰
۲-۸-۲ مدلهای بر پایه ترمودینامیک ۴۱
۲-۹ آلیاژ نیکل-تیتانیوم (Ni-Ti) ۴۱
۳ کاربرد آلیاژهای حافظه دار شکلی در مهندسی عمران ۴۳
۳-۱ مقدمه ۴۴
۳-۲ جداگر لرزه ای ۴۴
۳-۳ سیستم های مهاربندی ۵۱
۳-۴ بهسازی لرزه ای سازه های موجود ۵۶
۳-۵ کاربرد در بتن ۵۹
۳-۶ اتصالات سازه های فولادی ۶۲
الف- مطالعات اوسِل و همکاران [۵۵ و ۱۲] ۶۲
الف- مطالعات ماء و همکاران [۱] ۷۱
۴ اندرکنش خاک و سازه ۷۷
۴-۱ مقدمه ۷۸
۴-۲ مدل مخروطی ۸۰
۴-۲-۱ مدل مخروطی انتقالی ۸۱
۴-۲-۲ مدل مخروطی چرخشی ۸۲
۵ معرفی نرم افزار OpenSees و مدلسازی ۸۴
۵-۱ مدلهای سازهای ۸۵
۵-۱-۱ بارگذاری ثقلی ۸۵
۵-۱-۲ بارگذاری لرزهای ۸۶
۵-۱-۳ طراحی سازه ۸۶
۵-۲ مدل سازی در نرم افزار OpenSees ۸۷
۵-۲-۳ معرفی نرم‌افزار OpenSees ۸۷
۵-۲-۴ طراحی اتصالات ۹۱
۵-۳ مدل سازی اندرکنش خاک و سازه ۹۳
۵-۴ تحلیل دینامیکی غیرخطی ۹۴
۶ فصل ششم ۹۶
۶-۱-مقدمه ۹۷
۶-۲ گریز میان طبقات ۹۷
۶-۲-۱ ساختمان شش طبقه ۹۷
۶-۲-۲ ساختمان ۹ طبقه ۱۰۰
۶-۲-۳-نتایج در مورد گریز میان طبقات ۱۰۱
۶-۳ جابهجایی ماندگار ۱۰۲
۶-۳-۱ ساختمان شش طبقه ۱۰۲
۶-۳-۲ ساختمان نه طبقه ۱۰۵
۶-۴ جمع بندی نتایج ۱۰۶
۷ فصل هفتم ۱۰۷
۷-۱- مقدمه ۱۰۸
۷-۲- نتایج ۱۰۸
۷-۳ پیشنهادات ۱۰۹

تأثیر مودهای بالاتر بر رفتار لرزه‌ای قاب‌های فولادی دوگانه با مهاربند هم‌محور با احتساب اندرکنش خاک و سازه

چکیده

در این پژوهش، سعی بر آن بوده است که به سه موضوع مهم در طراحی سازه‌ها که معمولاً در طراحی‌های سنتی از هر کدام بطور جداگانه صرف‌نظر می‌شده است، پرداخته شود. این موضوعات عبارتند از: 1-اثر مودهای بالاتر بر پاسخ سازه، 2-اثر احتساب اندرکنش خاک-سازه بر رفتار لرزه‌ای سازه و 3-بحث زلزله‌های حوزه دور و اثرات مخرب آنها در تحلیل سازه‌ها. در حالت کلی به علت سادگی و سرعت بالا، روش تحلیل استاتیکی غیرخطی جهت تعیین نیازهای لرزه‌ای سازه و به طور خاص در مهندسی زلزله و در طراحی بر اساس عملکرد بسیار مورد توجه محققین بوده است. از معایب این روش این است که فرض می‌شود پاسخ سازه توسط مد اصلی آن کنترل می‌شود در حالیکه در ساختمان‌های بلند، اثر مودهای بالاتر قابل تأمل است. عموماً در تحلیل سازه‌ها فرض می‌شود که خاک واقع در زیر سازه صلب است و از اثر اندرکنش خاک و سازه صرف نظر می‌گردد. این در حالی است که زمین زیر سازه، در واقعیت صلب نیست و وجود خاک در زیر سازه باعث تغییر خصوصیات دینامیکی سازه و در نتیجه پاسخ آن می‌گردد. در این پژوهش تفاوت اصلی بین زلزله‌های نزدیک و دور از گسل، روش پوش‌آور مودال و اندرکنش خاک و سازه مورد بررسی قرار خواهد گرفت و رفتار سازه‌های مهندسی با احتساب این موارد مطالعه خواهد شد. در راستای تحقق این هدف، سه سازه دو بعدی فولادی 7، 15 و 25 طبقه با پنج دهانه مساوی دارای سیستم دوگانه (قاب خمشی+مهاربند همگرا) با احتساب اندرکنش خاک و سازه مدل شده و تحت رکوردهای حوزه دور مورد تحریک قرار گرفته‌اند. نتایج حاکی از تفاوت محسوس و غیر قابل انکار اندرکنش خاک-سازه و تأثیر مودهای بالا در پاسخ سازه تحت زلزله‌های دور از گسل و در روش پوش‌آور مودال می‌باشند.

فهرست شکل¬ها ث‌
فهرست جدول¬ها خ‌
لیست علایم و اختصارات ذ‌
فصل اوّل-کلیات
1-1-مقدمه 2
1-2-ضرورت انجام تحقیق 4
1-3-اهداف 4
1-4-ساختار کلی پایان¬نامه 5
فصل دوّم-تئوری مسئله و تاریخچه تحقیقات
2-1-مقدمه 7
2-2-تحقیقات مرتبط با اثر فاصله از گسل بر سازه 7
2-3-تحقیقات مرتبط با اثر اندرکنش خاک-سازه 14
2-4-تحقیقات مرتبط با آنالیز پوش¬آور مودال و اثرات مودهای بالا 24
2-5-تعریف روش آنالیز پوش¬آور (PA) 30
2-5-1-روش کامل 31
2-5-2-روش ساده شده 31
2-5-3-نقطه کنترل 32
2-5-4-توزیع بار جانبی 32
2-5-5-مدل رفتار دو خطی نیرو– تغییرمکان سازه 32
2-5-6-محاسبه تغییر مکان هدف 33
2-5-7-روش ضرایب 33
2-6-تعریف روش آنالیز پوش¬آور مودال (MPA) 36
2-7-تعریف روش اندرکنش خاک و سازه (SSI) 41
2-7-1-مدل جرم، فنر و کمک فنر (میرایی معادل) 41
2-7-2-مدل تیر برشی 42
2-7-3-مدل نیم فضای الاستیک (مدل ویسکوالاستیک) 43
2-7-4-مدل اجزاء محدود (روش مستقیم) 43
فصل سوّم- روش تحقیق
3-1-مقدمه 51
3-2-معرفی مدل¬ها و فرضیات 51
3-2-1-مشخصات مقاطع استفاده شده در سازه 7 طبقه و نسبت تنش¬ها 56
3-2-2-مشخصات مقاطع استفاده شده در سازه 15 طبقه و نسبت تنش¬ها 56
3-2-3-مشخصات مقاطع استفاده شده در سازه 25 طبقه و نسبت تنش¬ها 56
3-3- مشخصات و تفاوت بین زلزله¬های حوزه نزدیک و دور (NFRs و FFRs) 58
3-3-1-مشخصات رکوردهای انتخابی زلزله¬های حوزه دور 60
فصل چهارم-بررسی نتایج تحلیل¬ها
4-1-مقدمه 64
4-2-مراحل انجام تحلیل¬ها 64
4-3-نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی غیر خطی 73
4-3-1-جابجایی قاب¬های 7، 15 و 25 طبقه 73
4-3-2-دریفت نسبی طبقات در قاب¬های 7، 15 و 25 طبقه 76
4-2-3-برش پایه در قاب¬های 7، 15 و 25 طبقه 79
فصل پنجم-نتیجه¬گیری و پیشنهادات
5-1-مقدمه 83
5-2-نتیجه¬گیری 83
5-3-پیشنهادات 84
مراجع 85

 

بررسی عددی پانچ اتصالات ستون-پی با در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه

چکیده

محل اتصال پی-ستون یا پی-دیوار و در حالت کلی قسمت‌هایی که این ویژگی اتصال را دارند، ارتباط ویژه‌ای با عملکرد سازه دارند، از این رو پی‌ها دررفتارسازه‌ها و خاکی که برروی آن قرار دارند، تاثیر ویژه‌ای دارند هدف از این تحقیق بررسی رفتار برشی پی‌های گسترده بتن‌آرمه در زیر دیوار برشی وستون‌ها می‌باشد مزیت اصلی استفاده از پی‌های گسترده سهولت ساخت زیرسازه‌ای نسبتا سخت برای سازه‌های با ارتفاع متوسط وبلند می‌باشد ستون‌ها ودیوارهای سازه فوقانی مستقیما به این پی متصل می‌شوند و بارهای محوری و لنگرهای خمشی دو محوره را به آن انتقال می‌دهند شکست پانچ در محل اتصال پی-ستون و پی- دیوار نوع غالب گسیختگی در پی‌ها می‌باشد در حالت شکست پانچ تمرکز تنش‌های بزرگ در اتصالات پی-ستون منجربه شکست ناگهانی پی بدون ایجاد تغییرشکل‌های بزرگ می‌گردد از آن‌جایی که اکثر سازه ها بر روی بستر خاکی احداث می‌شوند و با نظر به اینکه آیین نامه های مختلف مقادیر متفاوتی را برای میزان تنش مجاز خاک زیر پی در نظر می گیرند، هم چنین تاثیر پذیری قابل توجه ظرفیت برشی پانچ پای ستون از نحوه توزیع تنش خاک زیر پی باعث می شود تا بیان یک مدل برای بررسی شکست پانچ پای ستون ها با در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه بیش از پیش مورد توجه قرارگیرد در این پایان‌نامه اتصال ستون مربعی بر روی پی مربعی که بر روی بستر خاکی قرار دارد مدل شده و با کارهای آزمایشگاهی هگر و همکاران صحت‌سنجی صورت گرفت بارگذاری در این مدل بصورت محوری بوده و در ادامه کار تکیه‌گاه از بستر خاکی به فنر سطحی مدل وینکلر وسپس قاب فولادی مقید شده در هر سه جهت تغییر داده شده و رفتار برشی سازه مورد بررسی قرار گرفته و با آیین‌نامه‌های ACI و EC2 حساسیت‌سنجی شد، نتایج نشان داد که استفاده از فنر سطحی به‌جای بستر خاکی مقادیر یکسانی را برای ظرفیت پانچ دال(پی) بدست می‌دهد که از مقدار حاصل برای تکیه‌گاه قاب ثابت فولادی 7% بیشتر است هم‌چنین آیین‌نامه‌ها نیز برای ظرفیت پانچ این مدل مقادیر را 19 الی 22 درصد محافظه‌کارانه‌تر بدست می‌دهد هم‌چنین برای بررسی دوران دیوار برشی بر روی پی یک مدل اتصال دیوار-پی را در نرم‌افزار Atena مدل شده و با مدل آزمایشگاهی دکتر فرزام مورد صحت‌سنجی قرار گرفت بعد از اعمال بار جانبی نتایج حاصل نشان داد که در این حالت نیز استفاده از فنر سطحی به‌جای بستر خاکی تغییری در مقادیر بدست‌آمده برای ظرفیت پانچ دال بتنی ایجاد نمی‌کند هم‌چنین با اعمال بار چرخه‌ای نمودار بار- خیز مدل حاصل شد

1 فصل یک 1
1-1 کلیات 2
1-2 شکست پانچ 3
1-3 اندرکنش خاک و سازه 4
2 فصل دوم 6
2-1 مقدمه 7
2-2 مطالعات تجربی 7
2-2-1اثر مقاومت فشاری، ابعاد ستون و اثر بعد (size effect) 7
2-2-1-1 ] Bazant et al2[ 7
2-2-1-2 ] Simmonds et al 3[ 8
2-2-1-3 ] Emam et al 4[ 8
2-2-1-4 ] Li 5[ 8
2-2-1-5 ] Hegger et al 6[ 9
2-2-1-6 ] Brikle and Dilger 7[ 9
2-2-1-7 فرزام] 8[ 10
2-2-1-8 Hegger et al ] 9[ 10
2-2-1-9 ] Inacio et al 10[ 11
2-2-1-10 ] Zoran bonic and radomir folic 1 [ 11
2-2-1-11 ] Ramana et al 11[ 12
2-2-2 اثردرصد میلگرد خمشی 12
2-2-2-1 ] Moe 12[ 12
2-2-2-2 ] Vanderbilt 13[ 12
2-2-2-3 ] Marzouk et al 14[ 13
2-2-2-4 ] Hallgren 15[ 13
2-2-2-5 ] Vainiunas et al 16[ 13
2-2-2-6 ] Robertson and Johnson 17[ 14
2-2-3 اثر میلگردهای برشی 14
2-2-3-1 ] Ghali et al 18[ 14
2-2-3-2 ] Hawkins et al19[ 15
2-2-3-3 ] Borms20[ 15
2-2-3-4 ] Hallgren15[ 15
2-2-3-5 ] Megally21[ 17
2-2-3-6 Kruger et al ] 23[ 18
2-2-3-7 Hegger et al ] 9[ 18
2-2-3-8 Muttoni et al ] 24[ 19
2-2-3-9 Stefan Lips et al ] 25[ 19
2-2-3-10 Song et al ] 26[ 20
2-2-3-11 ] Zoran bonic and radomir folic 1 [ 21
2-2-4 بارگذاری خارج از مرکز و انتقال لنگر 21
2-2-4-1 Elstner and Hognestad ] 27[ 21
2-2-4-2 Mast ] 28[ 21
2-2-4-3 ] Ghali et al 29[ 22
2-2-4-4 ] Robertson and Durrani30[ 22
2-2-4-5 ] Tan and Teng 31[ 22
2-2-4-6 ] Tian et al32[ 23
2-2-5 نتیجه گیری 24
2-3 مدلهای مکانیکی 25
2-3-1] Kinnunen and Nylander 33[ 25
2-3-2Hallgren ]15[ 30
2-3-3 ] Yankelevsky and Leibowitz 34[ 31
2-3-4] Menetrey 35[ 33
2-3-5] Theodorakopoulos and Swamy 36[ 36
2-3-6 ] Borms 37[ 37
2-3-7 ] Muttoni 38[ 39
2-3-8 فرزام] 39 [ 44
2-4 آیین نامه های طراحی سازهای 50
2-4-1] ACI 318-11 40[ 50
2-4-2] Euro Code2 (EC2 2004) 41[ 52
3 فصل سوم 55
3-1 مقدمه 56
3-2 نمونه های آزمایش 56
3-2-1 نمونه اول(hegger) ]6[ 56
3-2-1-1 ابعاد 56
3-2-1-2 مصالح 57
3-2-1-3 مجموعه تکیه گاهی 57
3-2-1-4 نتایج آزمایش نمونه اول 58
3-2-1-4-1 ماهیت ترک‌هاوشکست 58
3-2-1-4-2 کرنش در فولاد و بتن 60
3-2-1-4-3 توزیع تنش خاک زیر پی 61
3-2-1 نمونه دوم(hegger) ]9[ 64
3-2-1-1 ابعاد 64
3-2-1-2 مصالح65
3-2-1-3 مجموعه تکیه گاهی 65
3-2-1-4 نتایج آزمایش نمونه دوم 65
3-2-1-4-1 ماهیت ترک‌ها و شکست 66
3-2-1-4-2 نمودار بار-خیز مرکز دال 67
3-2-1-4-3 کرنش فولادها 67
3-2-1-4-4 توزیع تنش خاک زیر پی 68
3-3 مدل سازی دال بتن آرمه با نرم افزار ]ATENA 3D42[ 69
3-3-1 انواع عناصر 71
3-3-2 مدل مصالح بتن ATENA 74
3-3-2-1 رابطه تنش- کرنش 74
3-3-2-2 معیار گسیختگی تنش دو محوره بتن 78
3-3-2-3 مدلهای ترک آمیخته 80
3-3-3 مدل مصالح میلگردها 81
3-3-4 مدلهای چسبندگی میلگردها 81
3-3-5 مدل مصالح بین وجهی (Interface) 82
3-3-6 حل معادلات غیر خطی 83
3-4 صحت‌سنجی 83
3-4-1 نمونه DF2 آزمایش (hegger) ]6[ 84
3-4-2 نمونه DF6 آزمایش (hegger) ]9[ 85
4 فصل چهارم 86
4-1 مقدمه 87
4-2 مدل تعمیم‌یافته نمونه DF6 87
4-2-1 تکیه‌گاه بستر خاکی 87
4-2-2 تکیه‌گاه ازجنس فنر 89
4-2-3 تکیه‌گاه قاب فولادی 91
4-2-4 نتایج تحلیل‌های عددی مدل تعمیم یافته نمونه DF6 92
4-2-5 حساسیت‌سنجی به آیین‌نامه‌ ACI 94
4-2-6 حساسیت‌سنجی به آیین‌نامه‌ EC2(Euro code 2) 95
4-3 مدل SW2 دیوار برشی- پی فرزام 2009 96
4-3-1 صحت‌سنجی منطق نرم‌افزار با نمونه SW2 96
4-3-2 دیوار برشی بتنی به‌جای فولادی- مدل SW2-1 98
4-3-3 مقایسه بار پانچ مدل SW2در سه حالت تکیه گاه بستر خاکی، فنر مسطح و قاب فولادی 100
4-3-3-1 مدل SW2 بر روی بستر خاکی 101
4-3-3-2 مدل SW2 بر روی تکیه‌گاه فنر مسطح 102
4-3-3-3 مدل SW2 بر روی تکیه‌گاه ثابت قاب فولادی 102
4-3-3-4 نتایج حاصل از شرایط تکیه‌گاهی مختلف و مقایسه 102
4-3-3-4-1دوران 103
4-3-3-4-3موقعیت و زوایای ترک‌ها 104
4-3-3-4-3بار نهایی شکست 105
4-3-4حذف میله اعمال لنگر و جایگزین کردن آن با بار ثقلی و جانبی 107
4-3-5 اعمال بار جانبی بصورت رفت و برگشتی (چرخه‌ای) 108
5 فصل پنجم 114
5-1 جمع‌بندی نتایج 115
5-2 پیشنهادات برای کارهای آتی116
منابع و مراجع117

 

تحلیل لرزه‌ای قاب‌های فولادی تحت اثر مولفه قائم زلزله با در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه

چکیده

زمین‌لرزه به‌عنوان یکی از مهم‌ترین خطرات طبیعی به شمار می‌رود که باعث از بین رفتن جان و مال بشر می‌گردد. بررسی‌ها نشان می‌دهد به‌طور میانگین، سالانه حدود 10000 نفر بر اثر زمین‌لرزه جان خود را از دست می‌دهند. علاوه بر خسارت جانی فوق، این پدیده باعث وارد شدن میلیون‌ها دلار خسارت اقتصادی می‌شود. تجربیات دهه اخیر نشان داده اسـت کـه اثـرات اندرکنش سازه و خـاک در برخی سازه‌ها (ساختمان‌های واقع بلند بر خاک‌های نرم، سازه‌های حجیم …..) قابل‌توجه می‌باشد. در این تحقیق، تحلیل لرزه‌ای قاب‌های فولادی تحت اثر مولفه قائم زلزله با در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه مورد بررسی قرارگرفته است. برای این منظور، تحلیل لرزه‌ای قاب‌هایی از یک ساختمان با تعداد طبقات 4، 10 و 15 طبقه تحت زلزله‌های مختلف با استفاده از نرم افزار اجزا محدود ABAQUS انجام شد. به ‌منظور گسترش حیطه مطالعه، فرض گردید که قاب‌های فولادی بر روی سه تیپ مختلف خاک (خاک‌های نرم، متوسط و سخت) قرار گرفته‌اند. ازجمله پارامتری که در این تحقیق موردبررسی واقع شد، حداکثر جابجایی طبقات، در حالت‌های مختلف بود،که ضمن بررسی نتایج هر قاب، مقایسه با سایر حالت‌ها ( شامل اختلاف در نوع خاک، زلزله واردشده و تعداد طبقات) صورت گرفت. نتایج حاصل حکایت از آن دارد در حالت کلی اعمال مولفه قائم، قادر به تغییر اندک نتایج تحلیل و طراحی می‌باشد. با این وجود، عدم لحاظ اثرات اندرکنش خاک و سازه در قاب‌های فولادی مرتفع واقع بر خاک‌های نرم باعث ایجاد خطاهای فاحش در تحلیل و طراحی می‌گردد.

چکیده 1
فصل اول: مقدمه، هدف تحقیق و مرور فصل‌ها 2
1ـ1ـ مقدمه 2
1ـ2ـ بیان مسئله 2
1ـ3ـ اهمیت و ضرورت تحقیق 3
1ـ4ـ اهداف پژوهش 3
1ـ5ـ فرضیات تحقیق 3
1ـ6ـ ساختار پایان نامه 4
فصل دوم: مرور ادبیات فنی 5
2ـ1ـ مقدمه 5
2ـ2ـ تاریخچه 5
2ـ3ـ نگرشی اجمالی بر مبانی مهندسی زلزله 6
2ـ3ـ1ـ ساختار زمین 6
2ـ3ـ2ـ کانون و مرکز زلزله 7
2ـ3ـ3ـ مناطق زلزله‌خیز 7
2ـ3ـ4ـ علت و آثار زمین‌لرزه 8
2ـ3ـ5ـ انواع گسل 12
2ـ3ـ6ـ قدرت زلزله 14
2ـ3ـ7ـ لرزه‌زمین‌ساخت 16
2ـ3ـ8ـ روش‌های اصلی در تحلیل خطر زلزله 16
2ـ3ـ9ـ دوره بازگشت، احتمال وقوع سالانه، و احتمال عدم وقوع 17
2ـ3ـ10ـ مفهوم خطر وقوع زلزله 17
2ـ3ـ11ـ زلزله‌های طراحی و انتخاب درصد خطر وقوع آن‌ها 18
2ـ3ـ12ـ امواج زلزله 19
2ـ3ـ13ـ امواج حجمی و سطحی 20
2ـ3ـ14ـ امواج برشی و فشاری 20
2ـ3ـ15ـ انواع لاو و ریلی 21
2ـ4ـ تاثیر زمین و واکنش سازه در زمان زلزله 22
2ـ5ـ تعریف مسئله اندرکنش خاک و سازه 24
2ـ5ـ1ـ انواع مکانیزم های اندرکنش خاک و سازه (SSI) 26
2ـ5ـ2ـ طبقه‌بندی روش‌های تحلیل اندرکنش خاک – سازه 27
2ـ5ـ3ـ ضرورت در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه 35
2ـ5ـ4ـ مراحل گام‌به‌گام جهت لحاظ اندرکنش خاک و سازه 36
فصل سوم: مروری بر پیشینه‌ی تحقیق 40
3ـ1ـ مقدمه 40
3ـ2ـ تاریخچه مطالعات اندرکنش خاک-سازه 40
فصل چهارم: مدل‌سازی اثر اندرکنش خاک و سازه در نرم‌افزار Abaqus 6.11 43
4ـ1ـ مقدمه 43
4ـ2ـ معرفی نرم‌افزار Abaqus 43
4ـ2ـ1ـ محیط‌های نرم‌افزار اجزا محدود Abaqus 44
4ـ3ـ صحت سنجی 46
4ـ4ـ تحلیل لرزه ای قاب فولادی با ارتفاع کوتاه 57
4ـ4ـ1ـ مشخصات هندسی 57
4ـ4ـ2ـ مشخصات مصالح 57
4ـ4ـ3ـ مدل اجزاء محدود 57
4ـ4ـ4ـ تحلیل دینامیکی غیرخطی 62
4ـ4ـ5ـ بررسی تنش فون مایزز در محل پای ستون ها 77
4ـ5ـ تحلیل لرزه ای قاب فولادی با ارتفاع متوسط 80
4ـ5ـ1ـ مشخصات هندسی 80
4ـ5ـ2ـ مشخصات مصالح 81
4ـ5ـ3ـ مدل اجزاء محدود 82
4ـ5ـ4ـ تحلیل دینامیکی غیرخطی 87
4ـ5ـ5ـ بررسی تنش فون مایزز در محل پای ستون ها 97
4ـ6ـ تحلیل لرزه ای قاب فولادی با ارتفاع بلند 101
4ـ6ـ1ـ مشخصات هندسی 101
4ـ6ـ2ـ مشخصات مصالح 103
4ـ6ـ3ـ مدل اجزاء محدود 103
4ـ6ـ4ـ تحلیل دینامیکی غیرخطی 108
4ـ6ـ5ـ بررسی تنش فون مایزز در محل پای ستون ها 118
فصل پنجم‌: نتیجه‌گیری و پیشنهاداتی برای تحقیقات آینده 122
5ـ1ـ نتیجه‌گیری 122
5ـ1ـ1ـ سازه های کوتاه مرتبه 122
5ـ1ـ2ـ سازه های متوسط 123
5ـ1ـ3ـ سازه های بلند مرتبه 123
5ـ2ـ مطالعات پیشنهادی برای تحقیقات آینده 124
مراجع 125

مقایسه اندرکنش خاک – سازه قاب های خمشی و مهاربندی در ساختمان های مجاور

چکیده

در این پایان نامه اثرهمجواری ساختمان‌ها با در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه مورد بررسی قرار گرفته است . مدل سازی در حالت های مختلف همجواری دو سازه 10 و 20 طبقه که با سیستم قاب مهاربندی ویژه فولادی بر روی خاک نرم (III) واقع شده‌اند انجام گرفته و محاسبات آنها براساس آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد 2800 ایران، ویرایش چهارم) و آیین‌نامه سازه‌های فولادی ایران انجام شده است. فاصله سازه‌های مجاور از همدیگر، یک چهارم بعد پی یعنی 5 متر و مدل اندرکنش سازه‌‌های مجاور برای سه زمین لرزه مختلف و مقیاس شده برای منطقه یزد می باشد و پاسخ غیرخطی سازه‌های مورد نظر از جمله تغییرمکان‌ها و دریفت‌های میان طبقه‌ای با استفاده از روش المان محدود با نرم افزار ANSYS محاسبه شده‌اند. نتایج بدست آمده نشان می‌ دهند که حضور ساختمان‌ مجاور می‌تواند با توجه به مشخصات دینامیکی خاک و سازه و محتوای فرکانسی زلزله ورودی، باعث افزایش یا کاهش پاسخ دینامیکی ساختمان‌های مجاور و میزان خسارات وارد بر آنان شود.

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق 1
1-1 مقدمه 2
1-2 ‌مروری بر تحقیقات گذشته 3
1-3 اهداف 5
فصل دوم: اندرکنش خاک و سازه 7
2-1 مقدمه 8
2-2 اثرات اندرکنش سازه 9
2-2-1 تأثیر اندرکنش خاک و سازه در رفتار دینامیکی سازه‌ها 10
2-2-2 تئوری انتشار امواج 11
2-2-3 مدول و سرعت تابع عمق 12
2-2-4 انعکاس و شکست امواج 12
2-2-5 اثرات ساختگاه 14
2-2-6 روانگرایی 15
2-3 معادلات دینامیکی سیستم خاک-سازه 15
2-3-1 بسط معادله حرکت سیستم خاک-سازه 17
2-4 اندرکنش (جنبشی) سینماتیک و اندرکنش جرمی (اینرسی) 19
2-5‌ روشهای تحلیل اندرکنش خاک-سازه 26
2-5-1‌ انواع روشهای تحلیل 26
2-5-1-1 روش المان مرزی (Boundary Elements Method) 26
2-6 معرفی روش زیرسازه 29
2-6-1 مقدمه 29
2-6-2 محاسبه مقادیر سختی و میرایی برای مدل کردن خاک با استفاده از فنر و دمپر 30
2-7 روش پارامترهای متمرکز، جهت محاسبه اندرکنش سازه‌های همجوار 30
2-8 معرفی روش مستقیم، ملاحظات و نکات مربوط به تحلیل اندرکنش خاک و سازه 32
2-8-1 مقدمه 32
2-8-2 ملاحظات المان‌بندی 33
2-8-3 شرایط مرزی 34
2-8-4 مدل مرزهای انتقالی 34
2-8-4-1 روش ارائه شده برای مدلسازی مرزهای انتقالی 35
2-9 ملاحظات عملی در تحلیل اندرکنش خاک-سازه 37
2-10 جمع بندی 37
فصل سوم: معرفی مدل و نحوه مدلسازی 39
3-1 مقدمه 40
3-2 معرفی نرم ا فزار مورد استفاده 40
3-3 اطلاعات وردی نرم افزار 40
3-3-1 لایه خاک 40
3-4-1 سازه‌ها 40
3-5 معرفی المان‌های استفاده شده برای مدلسازی سازه و خاک 42
3-6 نحوه مدلسازی رفتار غیرخطی مصالح سازه و خاک 43
3-7 مدلسازی میرایی تشعشعی، ابعاد المان‌ها، شرایط مرزی و فاصله سازه‌ها 44
3-8 رکوردهای زلزله انتخاب شده 46
3-9 بارگذاری 49
فصل چهارم: نتایج عددی 50
4-1 مقدمه 51
4-3 نتایج عددی 51
4-4 مقایسه نتایج بدست آمده از تحلیل عددی 52
4-4-1 مقایسه سیستم اندرکنش خاک سازه با سیستم اندرکنش سازه‌های یکسان مجاور هم 52
4-4-1-1 سازه 20 طبقه 52
4-4-2-1 سازه 10 طبقه 52
4-4-2 مقایسه سیستم اندرکنش سازه با سیستم اندرکنش سازه‌های غیر یکسان مجاور هم 53
4-4-2-1 سازه 20 طبقه 53
4-4-2-2 سازه 10 طبقه 53
فصل پنجم: 65
5-1 مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از مرجع [41] 66
5-1-1: سازه 20 طبقه 66
5-1-2: سازه 20 طبقه 66
5-2 جمع‌بندی 66
5-3 نتیجه‌گیری کلی 67
5-4 پیشنهادات 67
پیوست الف 68
مراجع 74

ضریب ضربه دینامیکی پل بدون درز با در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه

چکیده

بارهای زنده به دو نوع مختلف مستقل و متحرک تقسیم بندی می شوند که در این میان بار وسایل نقلیه از نوع متحرک می باشد، زیرا با انرژی خود جابجا می گردد با توجه به اینکه وسایل نقلیه دارای جرم متحرک می باشند، لذا نیروی اعمال شده از طرف آنها بر سازه پل یک نیروی دینامیکی است این در حالیست که در آیین نامه های پلسازی یک بار استاتیکی متحرک به عنوان بارگذاری وسایل نقلیه معرفی شده است جهت اعمال فاکتور دینامیکی بار ضریبی به نام ضریب ضربه دینامیکی در نیروهای داخلی پل، تحلیل شده تحت بار استاتیکی، ضرب می گردد این ضریب در اکثر آیین نامه ها تابع طول پل می باشد، در صورتی که دیدن تمام اثرات دینامیکی بار وسیله نقلیه با تنها یک مشخصه طول قابل بیان نیست، لذا در دهه های گذشته تحقیقات متعددی جهت یافتن ضریب ضربه دینامیکی انواع پل ها انجام گردید که در تمام آنها سعی بر آن بوده است تا بار ناشی از وسایل نقلیه با ماهیت واقعی دینامیکی آن بیان شود با توجه به عدم وجود مطالعه ای بر ضریب ضربه دینامیکی پل های بدون درز، لذا هدف اصلی در این تحقیق تعیین این ضریب جهت پل بدون درز با در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه می باشد باتوجه به پیچیدگی مسئله مورد تحقیق، لذا جهت یافتن نتایج تحقیق از روش عددی اجزا محدود با مدلسازی سازه در نرم افزار انسیس بهره گرفته شده است جهت حصول نتایج تحقیق یک پل تک عنصری یک، دو و سه دهانه با یک، دو و سه باند در نظر گرفته شد نتایج نشان دادند که فرکانس طبیعی اولیه یک پل دو و سه دهانه به طور متوسط به ترتیب به میزان 6/13 و 1/20 درصد نسبت به پل یک دهانه کاهش دارد همچنین نشان داده شد که فرکانس اولیه یک پل با دو و سه باند به طور متوسط به ترتیب به میزان 7/6 و 2/11 درصد نسبت به یک پل یک بانده کاهش دارد همچنین با تغییر طول دهانه از 10 متر به 15 و 20 متر در مدل دو دهانه دو بانده نتایج نشان دادند که فرکانس اولیه به میزان 3/24 و 3/55 درصد کاهش دارد ضریب ضربه دینامیکی پل مورد مطالعه در صورتی که یک کامیون بر روی پل یک، دو و سه دهانه حرکت کند، به طور متوسط 6/12، 77/22 و 23/28 درصد بدست آمد این درحالیست که متوسط ضریب ضربه دینامیکی آن جهت یک، دو و سه بانده به میزان 73/17، 53/21 و 33/24 درصد بدست آمد درصورت حرکت دو کامیون بر روی پل، متوسط ضرایب ضربه دینامیکی پل 1/31 درصد محاسبه گردید علاوه بر این درصورتی که اثرات اندرکنش خاک و سازه بر روی نتایج تحقیق دیده شوند، میزان فرکانس پل دو دهانه دو بانده به میزان 7/34 درصد افزایش یافت همچنین ضریب ضربه دینامیکی تحت یک کامیون و دو کامیون به ترتیب 7/9 و 56/20 درصد بدست آمد که به ترتیب نشان از 4/13 و 74/11 درصد کاهش نسبت به پل، بدون اثرات اندرکنش خاک و سازه، می باشد نتایج نشان دادند که روابط آیین نامه در اکثر موارد ضرایب در جهت اطمینان ارائه می دهند ولی با دیدن تمام پارامترهای موثر بر ضریب مذکور چنین نتیجه ای حاصل نمی گردد

فهرست مطالب
فصل اول : مقدمه
1-1- عنوان تحقیق 2
1-2- مقدمه ای بر تحقیق 2
1-3- لزوم انجام تحقیق 3
1-4- اهداف تحقیق و نوآوری 4
1-5- فرضیه های تحقیق 5
1-6- فرضیات تحقیق 5
1-7- مراحل انجام پژوهش 5
فصل دوم : مروری بر ادبیات فنی و پیشینه پژوهش
2-1- ادبیات فنی 8
2-1-1- پل و اجزای آن 8
2-1-2- انواع پل 8
2-1-2-1- طبقه بندی پل ها از نقطه نظر طول دهانه 9
2-1-2-2- طبقه بندی پل از نقطه نظر سیستم سازه ای 9
2-1-2-3- طبقه بندی پل از نقطه نظر مصالح 9
2-1-2-4- طبقه بندی پل از نقطه نظر شیوه ی ساخت 10
2-1-2-5- طبقه بندی پل از نقطه نظر استفاده 10
2-1-3- پل بدون درز 10
2-1-3-1- مزایای پل بدون درز 11
2-1-4- اندرکنش خاک و سازه 13
2-1-4-1- مدلسازی اندرکنش با استفاده از جرم، فنر و مستهلک کننده 14
2-1-4-2- مدلسازی اندرکنش با درنظرگرفتن خاک به صورت تیر برشی 17
2-1-4-3- مدلسازی اندرکنش با استفاده از مدل نیم بینهایت ارتجاعی خاک17
2-1-4-4- مدلسازی اندرکنش با استفاده از مدل اجزا محدود خاک18
2-1-5- ضریب ضربه دینامیکی19
2-2- پیشینه تحقیق20
فصل سوم : روش تحقیق
3- 1- مقدمه 37
3-2- محاسبه حداکثر پاسخ دینامیکی 37
3-3- محاسبه حداکثر پاسخ استاتیکی 39
3-4- محاسبه اندرکنش خاک و سازه 40
3-5-گام های انجام تحقیق 40
فصل چهارم : نتایج تحقیق
4-1- صحت سنجی نتایج 42
4-1-1- صحت سنجی دینامیکی 43
4-1-1-1- معرفی مدل مبنا جهت صحت سنجی دینامیکی 43
4-1-1-2- مدلسازی مدل مبنا و آنالیز آن 44
4-1-1-2-1- هندسه مدل در نرم افزار انسیس 45
4-1-1-2-2- تعریف مشخصات مکانیکی مواد 45
4-1-1-2-3- گسسته سازی (مش بندی) 48
4-1-1-2-4- شرایط مرزی 51
4-1-1-2-5- آنالیز 51
4-1-1-3- استخراج نتایج آنالیز مودال و صحت سنجی آنها 52
4-1-2- صحت سنجی استاتیکی 57
4-1-2-1- معرفی مدل مبنا جهت صحت سنجی استاتیکی 57
4-1-2-2- مدلسازی مدل مبنای استاتیکی و آنالیز آن 58
4-1-2-3- صحت سنجی نتایج آنالیز استاتیکی 59
4-2- نتایج تحقیق 61
4-2-1- بررسی تاثیر تعداد دهانه و ابعاد پل بر فرکانس های طبیعی آن 61
4-2-1-1- معرفی هندسه مدل های مورد مطالعه 61
4-2-1-2- مشخصات مکانیکی مدل های مورد مطالعه 67
4-2-1-3- استخراج نتایج 67
4-2-2- تعیین ضریب ضربه پل درصورت وجود یک کامیون در عرض پل 71
4-2-2-1- معرفی مدل مبنا 71
4-2-2-2- بارگذاری 71
4-2-2-3- نحوه اعمال بارها در انسیس 79
4-2-2-3-1- اعمال بار استاتیکی 79
4-2-2-3-2- اعمال بار دینامیکی 79
4-2-2-4- استخراج نتایج 80
4-2-3- تعیین ضریب ضربه پل درصورت وجود چند کامیون در عرض پل 83
4-2-3-1- بارگذاری 83
4-2-3-2- نحوه اعمال بارها در انسیس 83
4-2-3-3- استخراج نتایج 83
4-2-4- بررسی تاثیر مشخصات خاک بر نتایج تحقیق 85
4-2-4-1- بررسی تاثیر مشخصات خاک بر فرکانس 85
4-2-4-2- بررسی تاثیر مشخصات خاک بر ضریب ضربه پل با وجود 1 کامیون در عرض پل 86
4-2-4-3- بررسی تاثیر مشخصات خاک بر ضریب ضربه پل با وجود 2 کامیون در عرض پل 86

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- خلاصه نتایج تحقیق 89
5-1-1- تاثیر تعداد دهانه و ابعاد پل بر فرکانس های طبیعی آن 89
5-1-2- ضریب ضربه پل درصورت وجود یک کامیون در عرض پل 89
5-1-3- ضریب ضربه پل درصورت وجود چند کامیون در عرض پل 90
5-1-4- تاثیر مشخصات خاک بر نتایج تحقیق 90
5-1-4-1- تاثیر وجود خاک بر فرکانس 90
5-1-4-2- تاثیر وجود خاک بر ضریب ضربه پل با وجود 1 کامیون در عرض پل 91
5-1-4-3- تاثیر وجود خاک بر ضریب ضربه پل با وجود 2 کامیون در عرض پل 91
5-2- پیشنهادات 91

بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ غیرخطی لرزه های سازه ها تحت اثر زمین لرزه های با محتوی فرکانسی گسترده و طولانی مدت

چکیده

اثرات اندرکنش خاک و سازه میتواند سبب افزایش و یا کاهش پاسخ سازه تحت اثر نیروی زلزله شود. این امر به عواملی نظیر مشخصات زلزله در سطح خاک، مشخصات دینامیکی خاک، مشخصات دینامیکی سازه و مشخصات زلزله سنگ بستر نظیر محتوی فرکانسی، مدت زمان وابسته است. هدف از این پایان نامه بررسی اثر محتوی فرکانسی و مدت زمان زلزله بر سازه های ساختمانی با و بدون درنظرگیری اثر اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ لرزه ای سازه هاست. زلزله باعث ایجاد حرکت و بارگذاری پیچیده ی دینامیکی، در محدوده ی وسیعی از فرکانسها می شود. محتوی فرکانسی نحوه ی توزیع دامنه ی حرکات زمین را تشریح می نماید. پاسخ دینامیکی سازه ها با تاثیرپذیری از محتوی فرکانسی زلزله احتمال وقوع پدیده تشدید در سازه را بالا میبرد. ضمن اینکه وجود بستر نرم در زیر سازه بخصوص زمانیکه فرکانس طبیعی پروفیل خاک و فرکانسهای غالب زلزله نزدیک به هم باشند باعث تشدید پاسخ شود. مدت حرکت نیرومند زمین تاثیر بسزایی در خرابیهای ناشی از زلزله دارد. بسیاری از فرآیندهای فیزیکی مانند کاهش سختی و مقاومت انواع سازه ها و افزایش فشار آب حفره ای بوجود آمده در ماسه سست اشباع، به تعداد سیکلهای بارگذاری یا تنشی که در حین زلزله بوجود می آید بستگی دارد. یک حرکت با مدت کوتاه حتی اگر دامنه ی بزرگی داشته باشد، ممکن است تعداد کافی سیکل بار جهت رسیدن سازه به گسیختگی را ایجاد ننماید، از طرف دیگر یک حرکت طولانی مدت و با دامنه متوسط احتمالا میتواند جهت ایجاد خرابی در سازه تعداد سیکل کافی را تولید کند.در این پایان نامه با استفاده از نرم افزار Opensees دو تیپ سازه با قاب خمشی ویژه بتنی با و بدون درنظرگیری اندرکنش خاک و سازه تحت اثر رکوردهای سنگ بستر تحلیل شدند. نتایج بدست آمده از تحلیل ها مبین این هستند که نزدیکی فرکانس طبیعی سیستم مورد بررسی با فرکانس غالب زلزله باعث افزایش پاسخها می شوند. همچنین نتایج نشان می دهند که به خاطر این اثر زلزله های با محتوی فرکانسی گسترده به علت تعدد فرکانسهای با شدت نزدیک به شدت فرکانس غالب در طیف فوریه، در مقایسه با سایر زلزله ها گروه بزرگتری از سازه ها را تحت تاثیر قرار میدهند

فصل 1 کلیات 1
1-1- مقدمه 2
1-2- ضرورت انجام تحقیق 3
1-3- اهداف‌ پژوهش 4
1-4- سازمان‌بندی پایان‌نامه 4
فصل 2 مطالعات پیشین 7
2-1- مروری بر مدلسازی اندرکنش خاک و سازه 8
2-1-1 مقدمه 8
2-1-2 اندرکنش سینماتیک 8
2-1-3 اندرکنش اینرسی 10
2-1-4 روشهای عددی برای شبیه سازی اندرکنش خاک و سازه 10
2-1-5 بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ لرزه ای سازهها 15
2-1-6 اندرکنش خاک و سازه در آیین نامه 2800 17
2-1-7 مقررات آیین نامه برای در نظر گیری اندرکنش خاک و سازه 18
2-2- بررسی پارامترهای مهندسی زمین لرزهها 23
2-2-1 مقدمه 23
2-2-2 پارامترهای حرکات دامنه 24
2-2-3 پارامترهای محتوی فرکانسی 25
2-2-4 مدت زمان حرکت 26
فصل 3 روش تحقیق 29
3-1- مقدمه 30
3-2- نرم افزار استفاده در این پژوهش 30
3-3- طراحی سازه و مدلسازی آن در Opensees 30
3-4- مدلسازی محیط خاک در Opensees 35
3-5- انتخاب و مقیاس سازی شتابنگاشتها 36
3-6- معیار پیشنهادی برای در نظرگیری اثر محتوی فرکانسی و مدت زمان 37
3-7- نتایج صحت سنجی مدل خاک با مدل نوشته شده Openseeswiki 38
فصل 4 نتایج و بحث 39
4-1- مقدمه 40
فصل 5 نتیجهگیری و پیشنهادها 89
5-1 مقدمه 90
5-2- نتیجه گیری 90
5-3 پیشنهادات برای مطالعات آتی 92
منابع 94

اثر اندرکنش خاک-سازه بر انرژی ورودی لرزه ای سیستم های یک درجه آزاد واقع بر بستر انعطاف پذیر

چکیده

پس از وقوع زلزله های شدید در سال های اخیر و تخریب بسیاری از ساختمان های طراحی شده بر اساس آئین نامه ها و روش های طراحی مبتنی بر شتاب یا جابجایی، محققان روش انرژی را به عنوان یک روش برای طرح سازه ها پیشنهاد کردند. همچنین تحقیقات مختلف نشان داده است که‌ انرژی ورودی به سازه در طی زلزله یک شاخص مهم برای اندازه گیری اثر زمین لرزه بر سازه ها می باشد. عموماً در تحلیل سازه ها فرض می شود که خاک واقع در زیر سازه صلب است و از اثر اندرکنش خاک-سازه صرف نظر می گردد. این درحالی است که خاک در واقعیت صلب نیست و وجود خاک در زیر سازه باعث تغییر خصوصیات دینامیکی سازه و در نتیجه پاسخ آن می گردد. اثر اندرکنش خاک-سازه بر طیف انرژی ورودی تاکنون بررسی نشده است. در این تحقیق اثر اندرکنش خاک-سازه بر انرژی ورودی زلزله از طریق انجام یک مطالعه پارامتریک صورت گرفته است. برای این منظور، سیستم خاک-سازه تحت یک مجموعه از 15 زمین لرزه که در خاک آبرفتی ثبت شده اند، قرار می گیرد. برنامه OPENSEES برای تحلیل دینامیکی استفاده شده است و یک برنامه نوشته شده تحت MATLAB برای محاسبه طیف الاستیک انرژی ورودی سیستم خاک-سازه و سیستم با پای ثابت ایجاد شده است. در این مطالعه، خاک زیرسازه بر اساس مدل مخروطی مدل شده است. پاسخ سیستم خاک-سازه اساساً به اندازه سازه، خصوصیات دینامیکی خاک و سازه، پروفیل خاک و همچنین تحریک ورودی بستگی دارد. به عبارت دیگر، پاسخ دینامیکی سازه می تواند بر اساس خصوصیات روسازه نسبت به خاک زیر آن تفسیر شود. نشان داده شده است که اثر این عوامل می تواند توسط تعدادی پارامتر بی بعد مانند فرکانس بی بعد، نسبت لاغری سازه، نسبت جرم فونداسیون به سازه و… توصیف شود.اثر پارامترهای بی بعد بر انرژی ورودی الاستیک سیستم یک درجه آزاد اندرکنشی به طور پارامتریک مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که در سازه های لاغر که دوره تناوب کم دارند، اندرکنش خاک-سازه به طور کلی انرژی ورودی الاستیک را در مقایسه با مدل پایه ثابت متناظر آن افزایش می دهد درحالیکه برای دوره تناوب های بیشتر،‌این روند برعکس می شود. همچنین فرکانس بی بعد می تواند اثر مهم تری با توجه به پارامترهای بی بعد دیگر بر انرژی ورودی الاستیک سیستم اندرکنشی داشته باشد.

فهرست مطالب
فصل1: مقدمه 1
1-1 – مقدمه 2
فصل 2: مروری بر تحقیقات گذشته 6
1-2- تاریخچه ی پژوهشهای انجام شده در زمینه انرژی 7
2-2- تاریخچه ی پژوهش های انجام شده در زمینه اندرکنش خاک-سازه 15
فصل 3: معادلات بنیادی روش انرژی و کاربری آن در طرح لرزه ای سازه ها 22
1-3- مقدمه 23
2-3- اهداف کلی آئین نامه ها از طرح لرزه ای سازه ها 24
3-3- معادله ی بنیادی طرح لرزه ای سازه ها 25
4-3- پارامترهای موثر در طرح لرزه ای سازه ها 25
1-4-3- ضریب شکل پذیری 25
2-4-3- ضریب رفتار (ضریب کاهش) 30
3-4-3- رفتار چرخه ای سازه ها 34
4-4-3- مدت زمان زلزله 35
5-3- تجزیه و تحلیل روش طراحی لرزه ای مرسوم 38
1-5-3- طرح لرزه ای سازه ها براساس شکل پذیری 38
2-5-3- ارزیابی طرح لرزه ای سازه ها براساس شکل پذیری 39
3-5-3- فلسفه طراحی لرزه ای براساس انرژی 40
6-3- معادلات انرژی در سیستم یک درجه آزاد 44
1-6-3- معادله انرژی مطلق 45
3-6-2- معادله انرژی نسبی 47
3-6-3- تعیین تفاوت انرژی های ورودی براساس دو تعریف مطلق و نسبی 48
7-3- کاربری روابط انرژی در طرح لرزه ای سازه 50
1-7-3- مقدمه 50
2-7-3- انتخاب پارامترهای هدف 51
1-2-7-3- تخمین خواسته (انرژی ورودی) 53
2-2-7-3- طیف انرژی ورودی 54
3-2-7-3- طیف سرعت معادل 54
3-7-3- تأثیر پارامترهای سازه ای بر انرژی ورودی 56
4-7-3- طیف ارتجاعی 57
فصل 4: اندرکنش خاک و سازه 62
1-4- مقدمه 63
4-2- نحوه برخورد با سیستم خاک-سازه 63
4-3- تحقیقات انجام شده در زمینه رفتار اندرکنشی سازه در ناحیه ارتجاعی 65
4-4- مدل در نظر گرفته شده در این تحقیق 71
1-4-4- مدل خاک 72
1-1-4-4- مدل مخروطی انتقالی 73
2-1-4-4- مدل مخروطی چرخشی 74
3-1-4-4- مدل های مجزا 76
4-1-4-4- تصحیحات انجام شده در مدل مخروطی پی سطحی 77
1-4-1-4-4- اصلاح سرعت موج فشاری 78
2-4-1-4-4- اصلاح سختی 79
5-1-4-4- سختی دینامیکی در حوزه فرکانس 80
1-5-1-4-4- ضرایب سختی دینامیکی در حوزه فرکانس برای حرکت انتقالی 81
2-5-1-4-4- ضرایب سختی دینامیکی در حوزه فرکانس برای حرکت دورانی 82
6-1-4-4- میرایی خاک 84
2-4-4- مدل سازه 87
4-4-3- مدل خاک – سازه 88
4-4-4- معادلات تعادل دینامیکی سیستم 90
فصل 5: روش تحقیق 96
1-5- معرفی پارامترهای بی‌بعد 97
1-1-5- پارامترهای اصلی (کلیدی) 97
1-1-5-1- نسبت لاغری سازه (ضریب لاغری سازه) 97
2-1-1-5- شاخص سختی سازه به خاک (فرکانس بی بعد) 97
2-1-5- پارامترهای فرعی 99
5-1-2-1- نسبت جرمی 99
2-2-1-5- ضریب پواسون خاک 100
3-2-1-5- نسبت جرم پی به جرم سازه 100
4-2-1-5- نسبت ضریب میرایی خاک و نسبت ضریب میرایی سازه 100
5-2- رکوردهای زلزله 101
5-3- روش تحلیل 103
5-4- معرفی نرم افزار ” Open Sees ” 103
فصل 6: نتایج 105
1-6- مقدمه 106
2-6- اثر اندرکنش خاک و سازه بر انرژی ورودی ارتجاعی 106
1-2-6- اثر فرکانس بی بعد و نسبت لاغری بر انرژی ورودی 113
2-2-6- اثر پارامترهای بی بعد مهم بر انرژی ورودی در حالت اندرکنشی 128

فصل 7: نتیجه گیری و ارایه پیشنهادها 149
1-7 – نتیجه گیری 150
2-7 – ارائه پیشنهاد برای ادامه کار 152
مراجع 153

تاثیر اندرکنش خاک و سازه بر نتایج شناسایی دینامیکی سیستم های سازه ای با استفاده از آزمون ارتعاش اجباری(بررسی موردی)

چکیده

یکی از عوامل مهم در مبحث شناسایی خصوصیات دینامیکی سازه‌ها، پدیده‌ی اندرکنش خاک و سازه می‌باشد اگر سازه دارای جرم و سختی زیادی بوده و بر روی بستر انعطاف پذیر قرار گرفته باشد، این پدیده تاثیر مهمی روی نتایج خصوصیات دینامیکی سازه خواهد گذاشت در این تحقیق برای سنجش خصوصیات دینامیکی سازه، اثر اندرکنش خاک و سازه و محاسبه‌ی تاثیر آن بر یکدیگر، از آزمون ارتعاش اجباری در یک ساختمان چهار طبقه‌ی بتنی استفاده شده است این آزمایش در چهار مرحله انجام شده است در مرحله‌ی اول سازه کاملا سالم است در مرحله‌ی دوم یکی از دیوارهای برشی طبقه‌ی سوم بریده می‌شود در سومین مرحله دیوار دیگری از طبقه‌ی سوم بریده می‌شود و نهایتاً در مرحله‌ی چهارم دو دیوار برشی از طبقه‌ی دوم بریده می‌شوند نتایج حاصل از تحقیق بیانگر این است که هر چه سختی سازه کمتر شود، اثر اندرکنش خاک و سازه کمتر خواهد شد و نیز در هر مرحله‌ی آزمایش، سازه تحت تأثیر اندرکنش خاک و سازه، دارای فرکانس مود اول کمتر و نسبت میرایی مود اول بیشتری نسبت به حالتی است که سازه روی بستر صلب قرار گرفته باشد همچنین مشاهده می‌شود که فرکانس مود اول سیستم از مرحله‌ی یک تا چهار به دلیل کاهش سختی ساختمان، کاهش یافته است نسبت میرایی مود اول ساختمان نیز به علت کاهش یافتن اثرات اندرکنش خاک و سازه، ناشی از کاهش سختی ساختمان نسبت به خاک بستر، کاهش یافته است در نهایت با حذف اثر اندرکنش خاک و سازه از سیستم مورد بررسی، مشاهده شد که نرخ افت فرکانس مود اول و سختی، در حالت وجود اندرکنش، از مرحله‌ی اول تا چهارم کمتر از نرخ افت فرکانس مود اول و سختی در حالت بستر صلب می‌باشد

فصل ۱ کلیات تحقیق 1
۱-۱) مقدمه 2
1-2) بیان مسأله و ضرورت انجام تحقیق 2
1-3) اهداف تحقیق 3
1-4) سوالات و فرضیه‌های تحقیق 4
1-5) متغیرهای پژوهش 5
فصل 2 ادبیات تحقیق (مروری بر تحقیقات مرتبط انجام گرفته) 6
2-1) مقدمه 7
۲-۲) بررسی رفتار دینامیکی کارخانه انرژی هسته‌ای کاشیوازاکی 7
2-3) به دست آوردن خصوصیات دینامیکی ساختمان رابرت میلیکان 8
2-4) محاسبه تابع پاسخ فرکانسی سیستم سازه‌ای تحت شرایط مختلف بستر 9
2-5) بررسی ویژگی‌های وابسته به دامنه نوسانی یک سازه موجود قبل و بعد از مقاوم‌سازی 11
2-6) آزمون ارتعاش محیطی کف ساختمان برای شرایط مختلف بستر 11
2-7) شبیه‌سازی عددی اثرات اندرکنش خاک و سازه بر روی میز لرزان آزمایش 12
2-8) اثر اندرکنش خاک و سازه روی خصوصیات دینامیکی و پاسخ لرزه‌ای سازه‌های دارای پی عمیق 13
2-9) بررسی مدل‌های دو بعدی آزمایشگاهی و تئوریک برای مطالعه اثرات اندرکنش سازه‌ـ خاک‌ـ سازه 13
2-10) اثرات اندرکنش خاک و سازه روی جداساز لرزه‌ای پایه 14
2-11) تأثیرات ویژگی‌های دینامیکی سیستم تحت اثر امواج SH، بر روی اندرکنش خاک و سازه 14
2-12) محاسبات تجربی اثرات اندرکنش خاک و سازه 15
2-13) تحقیقات انجام گرفته در داخل کشور 17
2-14) نتیجه‌گیری 19
فصل ۳ معرفی سازه‌ی مورد بررسی و آزمون ارتعاش اجباری 20
3-1) مقدمه 21
3-2) معرفی سازه‌ی مورد نظر 21
3-3) شرح آزمایش ارتعاش اجباری بر روی سازه 25
فصل ۴ روش‌های محاسبات و مدلسازی 31
4-1) مقدمه 32
4-2) تابع پاسخ فرکانسی 32
4-3) چندجمله‌ای‌های کسری گویا 36
4-۳-1) نمایش کسر گویای توابع پاسخ فرکانسی 37
4-۳-2) نمایش کسر جزئی توابع پاسخ فرکانسی 37
4-۳-3) خطای ایجاد شده به هنگام فرمولاسیون 38
4-3-3-1) معیار خطا 39
4-3-3-2) کمینه کردن خطا 40
4-4) اثر اندرکنش خاک و سازه و نحوه‌ی محاسبه‌ی آن 41
4-4-1) مقدمه 41
4-4-2) روش محاسبه درصد اندرکنش خاک و سازه 43
4-5) خصوصیات دینامیکی خاک بستر 44
4-6) حذف اثر اندرکنش خاک و سازه 47
4-6-1) روش توابع امپیدانس سیستم 47
4-۶-2) روش تابع انتقال سیستم در حالت بستر صلب 47
فصل ۵ نتایج و خروجی‌ها 51
5-1) مقدمه 52
5-2) توابع پاسخ فرکانسی سازه، ناشی از آزمون‌های ارتعاش 52
5-3) برازش چند جمله‌ای‌های کسری گویا به توابع پاسخ فرکانسی با استفاده از روش ریچاردسون 59
5-4) مقدار درصد اندرکنش خاک و سازه در چهار مرحله‌ی آزمایش روی ساختمان 67
۵-5) مقدار سختی فنرهای دینامیکی خاک در فرکانس‌های مختلف (توابع امپیدانس) در طی چهار مرحله‌ی آزمایش 68
5-6) مقدار فرکانس و ضریب میرایی مود اول سازه، در صورت حذف اثر اندرکنش با خاک 73
5-7) نرخ کاهش فرکانس طبیعی و سختی سازه در دو حالت بستر صلب و بستر انعطاف‌پذیر 77
فصل ۶ بحث و نتیجه‌گیری 79
6-1) جمعبندی 80
6-2) نتیجهگیری و تفسیر نتایج 80
6-3) پیشنهادات برای پژوهش‌های آینده 82
مراجع 83
چکیده انگلیسی 86

تحلیل عددی رفتار المان اتصال دهنده پی های اجرا شده در دو تراز ارتفاعی متفاوت با در نظر گرفتن اندرکنش سازه و خاک

چکیده

با توجه به دلایل مختلفی چون شیب دار بودن زمین و یا وجود اختلاف تراز ارتفاعی در طبقه ممکن است پی سازه در دو تراز متفاوت بصورت پله ای طراحی و اجرا گردد. در این حالت دو پی توسط المان اتصال دهنده ای که همچون دیوار حائل می باشد به یکدیگر متصل میشوند. لازم به ذکر می باشد که این المان اتصال دهنده بنا به شرایط بارگذاری تحت بارهای مختلفی قرار میگیرد که یکی از آن ها فشار جانبی خاک می باشد. با توجه به اینکه در کتاب ها و آئین نامه های موجود،پی پله ای با اختلاف تراز ارتفاعی کم مورد بحث قرار گرفته شده است و همچنین مطالب کافی از رفتار چنین المانی وجود ندارد، مطالعه و تحقیق در این زمینه بسیار ضروری می باشد. بدست آمدن اطلاعاتی در زمینه رفتار پی های که با اختلاف تراز اجرا می شوند، می تواند به شناخت بیشتر مهندسین و بکارگیری آن در طراحی ها و آئین نامه ها ی مربوطه منجر گردد. به این منظور مطالعه ی اثرات پارامترهای مختلف بر روی این المان با در نظر گرفتن اندرکنش خاک – سازه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. رفتار عضو قائم اتصال دهنده دو تراز پی تا حدی میتواند مشابه رفتار دیوار حائل باشد که از طرف خاک تحت بار جانبی قرار میگیرد. تفاوت اصلی عضو قائم پی پله ای با دیوار حائل در این است که علاوه بر بار جانبی بار قائم نیز تحمل میکند. همچنین نحوه اتصال در دوسر و به دنبال آن جابه جایی آنها نیز متفاوت می باشد. برای بررسی این عضو اتصال دهنده نیاز داریم رفتار عضو را در تماس با خاک تحت انواع بارگذاری های محتمل بررسی کنیم و همچنین اثر اندرکنشی بین عضو قائم پی و خاک را لحاظ کنیم. با توجه به اینکه پی هر سازه در ارتباط مستقیم با خاک می باشد و بار سازه را به زمین منتقل می کند شناخت اندرکنش پی با خاک به ما کمک میکند که رفتار پی تحت بارگذاری های مختلف را بهتر بشناسیم.اندرکنش خاک – سازه همواره تاثیر اساسی بر روی پاسخ های سازه دارد که این رفتار با توجه به شرایط محل، نوع سازه و محل قرارگیری سازه متفاوت می باشد. به این منظور مطالعه ی اثرات پارامترهای مختلف بر روی این المان با در نظر گرفتن اندرکنش خاک – سازه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.با توجه به اینکه مطالعات اندکی درباره طراحی و اجرای پی پله ای انجام گرفته است و شناخت کمی از این نوع پی ها وجود دارد، آئین نامه ها محدودیت های زیادی را برای اجرای این نوع پی ها قائل شده اند. با انجام مطالعات گسترده و جامع در این مورد می توان از این نوع پی با ابعاد هندسی دلخواه استفاده مطمئن نمود.در این مطالعه ابتدا به بررسی پی پله ای در آئین نامه ها، کتب و مقالات و نتایج تحقیقات انجام گرفته توسط دیگر محققین می پردازیم. قابل ذکر است که با توجه به اینکه چنین مثال موردی در گذشته مورد بررسی قرار نگرفته است، پیشینه تحقیق محدودی در این زمینه بدست آمده است. در این مطالعه با استفاده از نرم افزار اجزا محدود به مدلسازی پی پله ای و بارگذاری می پردازیم و رفتار پی پله ای با هندسه های متفاوت تحت بارگذاری های متفاوت مورد بررسی قرار میگیرد. از نتایج بدست آمده از تحلیل عددی، مشاهده شده است که با توجه به تغییر در هندسه (تغییر در اختلاف تراز) ، ضخامت پی، سختی پی نیز تغییر کرده است. و از انجا که جنس خاک نیز به عنوان عامل تاثیر گذار در این تحقیق مورد مطالعه قرار گرفته است، سختی خاک نیز تغییر یافته است. در نتیجه اندرکنش بین خاک و سازه نیز تغییر می باید و به دنبال آن رفتار خاک و پی تغییر می یابد. این تغییر در سختی پی باعث تغییر در رفتار اندرکنشی خاک و پی می شود. به عنوان مثال مشاهده شد

فصل ۱-کلیات
-۱-۱پیشگفتار
-۲-۱ضرورت انجام تحقیق
-۳-۱معرفی موضوع
-۴-۱اهداف تحقیق
-۵-۱کاربردها
-۶-۱ساختار پایان‎نامه
فصل ۲- مروری بر انواع پی و فشار جانبی خاک پشت دیوار
-۱-۲مقدمه
-۲-۲ ظرفیت باربری پی
-۳-۲انواع پی
-۴-۲دیوار حایل
فصل ۳- بیان روش تحقیق در نظر گرفته شده
-۱-۳مقدمه
-۲-۳ روش اجزا محدود
-۳-۳نرم افزار آباکوس
-۴-۳نرم افزار پلکسیس
۳-۵-صحت سنجی
فصل ۴-نتایج حاصله از بررسی عددی
-۱-۴مقدمه
-۲-۴ مدلسازی عددی پی پله ای
۴-۳-مدل سازی اندرکنش
-۴-۴نتایج
فصل ۵- خلاصه و نتیجه گیری
-۱-۵مقدمه
-۲-۵نتیجه گیری
-۳-۵پیشنهادات
مراجع

رفتار لرزه‌ای ساختمان‌های دارای طبقات زیر سطح زمین با لحاظ اثر اندرکنش خاک-سازه

چکیده

در این پایان‌نامه به بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه در ساختمان‌های دارای طبقات زیر زمین پرداخته شده است. برای بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه از روش مستقیم استفاده شده که در آن خاک به صورت نیمه بی‌نهایت و پیوسته مدل شده است. همچنین، مدلسازی سازه و خاک پیرامون آن در محیط نرم افزار ABAQUS بصورت سه بعدی انجام شده است. مدل رفتاری برای خاک، الاستو پلاستیک در نظر گرفته شده است. مدلهای بررسی شده در این پژوهش چهار سازه با حالت‌های مختلف است که شامل ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین، ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین، ساختمان دوازده طبقه با سه طبقه زیرزمین و ساختمان دوازده طبقه با هفت طبقه زیر زمین می‌باشد. در این پژوهش از تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی برای مقایسه مدل‌ها با تغییر در نوع خاک و سختی دیوارهای زیر زمین آنها استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که اثرات اندرکنش خاک و سازه و وجود خاک انعطاف پذیر در زیر فونداسیون و اطراف دیوار زیر زمین بر روی پاسخ‌های سازه‌ها تأثیر بسزایی دارد و لحاظ نکردن آن موجب نتایج غیر واقعی و غیر منطقی می‌شود. تأثیر لحاظ کردن تراز پایه در سطح زمین برای خاک نوع II بسیار محافظه کارانه و غیر اقتصادی است در حالیکه در خاک نوع IV بالا بردن تراز پایه، پاسخ سازه را به طور قابل توجهی نسبت به حالت واقعی آن کاهش می‌دهد. همچنین در نظر نگرفتن تعداد طبقات زیر زمین و سختی دیوارها و همچنین نوع خاک پیرامون ساختمان در روش پیشنهادی آیین نامه زلزله ایران برای حل سازه‌های دارای طبقات زیر زمین بسیار غیر منطقی و غیر معقول است. نتایج بدست آمده از تحلیل مدل‌ها در حالت‌های مختلف حاکی از آن است که اندرکنش خاک با سازه و دیوارهای زیر زمین اثر قابل توجهی روی تغییر مکان و برش روسازه دارد و در نظر گرفتن این پدیده بخش جدایی ناپذیر ارزیابی لرزه‌ای ساختمان‌ها می‌باشد. بنابراین ترکیب اثر طبقات زیرزمین، دیوارهای زیر زمین، خاک زیر فونداسیون و خاک اطراف دیوار، نیازمند یک مدل کامل از روسازه، زیر سازه و خاک پیرامون آن، جهت لحاظ اثر بخش زیرزمینی سازه است.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: کليات پژوهش
1-1-مقدمه 2
1-2- بیان مسأله 4
1-3- ضرورت پژوهش 5
1-4- فرضیه (فرضیه¬های) پژوهش 6
1-5- هدف پژوهش 6
1-6- روش انجام کار 7
1-7- فصل بندی پایان نامه 7
فصل دوم: مباني نظري پژوهش
2-1- مقدمه 10
2-2- ترازپایه 11
2-2-1-توصیه آیین نامه زلزله ایران (استاندارد 2800) در خصوص سختی و زمان تناوب 14
2-3- بررسی پدیده اندرکنش خاک و سازه 15
2-3-1- هدف از تحلیل اندر کنش خاک و سازه 16
2-3-2- تعریف اندرکنش 17
2-3-3- پیشینه ی پژوهش 18
2-3-4- روش¬هاي تحلیل اندرکنش 20
2-3-4-1- سیستم جرم- فنر- میراگر 20
2-3-4-2- روش مستقیم 21
2-3-4-3- روش زیر سازه 23
2-3-4-4- روش هاي حل مختلط 24
2-3-4-4-1- المان¬هاي محدود + المان¬هاي نامحدود 25
2-3-4-4-2- المان¬هاي محدود + اجزاي مرزي 27
2-3-4-4-3- روش¬هاي پیوندي 29
2-3-5- نتیجه گیري و مقایسه روش¬هاي تحلیل 30
2-3-6- تأثیر اندرکنش بین خاک و سازه بر روي پارامترهاي ساختمان 30
2-4- ساختمان¬های دارای دیوار زیرزمین 33
2-5- طبقه بندی خاک در آیین نامه های مختلف 35
2-5-1- استاندارد 2800 ایران و Eurocode 8 35
2-5-1-1- تراکم خاک 36
2-5-1-2- سفتی خاک‌های چسبنده 37
2-5-2- بررسی طبقه‌بندی خاک‌های دانه‌ای در استاندارد 2800 ایران 39
2-5-3- طبقه بندی ساختگاه در ASCE/SEI 7-05 39
فصل سوم: روش تحقیق
3-1- مقدمه 42
3-2- مشخصات ساختمان‌های مورد بررسی 42
3-2-1- مشخصات مصالح 44
3-2-2- بارگذاری 44
3-2-2-1- بارهای ثقلی 44
3-2-2-2- بارهای جانبی 44
3-2-2-3- نیروی زلزله 44
3-2-3- فشار جانبی خاک 48
3-2-3-1- حالت سکون 49
3-2-3-2- فشار حالت محرک و مقاوم در شرایط دینامیکی 50
3-2-3-3- فشار محرک خاک در حالت استاتیکی 50
3-2-3-4- اضافه فشار محرک خاک در هنگام زلزله 52
3-2-3-4-1- تعیین محل اثر نیروی 54
3-2-4- ترکیبات بارگذاری 55
3-2-4-1- ترکیب بارهای طراحی ساختمان فولادی 55
3-2-4-2- ترکیب بارهای طراحی دیوار بتنی 55
3-2-5- طراحی دیوارهای زیر زمین 57
3-2-6- طراحی ساختمان 57
3-3- مدلسازی در ABAQUS 59
3-3-1- آشنایی با ABAQUS 59
3-3-2- شرایط اولیه و المان¬ها 59
3-3-3- المان های استفاده شده در تحقیق 60
3-3-4- رفتار غیرخطی در ساختمان ها 61
3-3-5- رفتار غیرخطی با منشأ هندسی 61
3-3-6- رفتار غیرخطی ناشی از خواص مکانیکی مواد 62
3-3-7- تحلیل غیرخطی 62
3-3-8- مدل کردن خاک‌ 62
3-3-9- معیار تسلیم دراکرپراگر 63
3-4- تعیین پارامترهای خاک 64
3-4-1- پارامترهای زیر فونداسیون خاک 64
3-4-2- تعیین پارامترهای خاک پشت دیوار زیرزمین 65
3-4-3- تعیین میرایی خاک 65
جدول 3-10: ضرایب میرایی رایلی برای خاک‌های مختلف 66
3-5- تعریف تماس بین سازه و خاک 67
شکل 3-9: رابطه ی فشار تماسی- فاصله برای تماس سخت 67
3-6- تعیین ابعاد بهینه‌ی خاک 68
3-7- تعیین مشخصات ساختمان¬ها و مشخصات ساختگاه 69
3-8- نام گذاری مدل¬ها 70
3-8-1- نام گذاری مدل¬های هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین 70
3-8-2- نام گذاری مدل¬های هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین 71
3-8-3- نام گذاری مدل¬های دوازده طبقه با سه طبقه زیر زمین 71
3-8-4- نام گذاری مدل¬های دوازده طبقه با هفت طبقه زیر زمین 72
3-9- شکل مدل¬ها 73
3-10- صحت سنجی 78
3-11- انتخاب شتاب نگاشت‌ها 82
3-8-1- مقیاس کردن شتاب نگاشت¬ها 82
3-12- بررسی اثر ساختگاه برامواج زلزله در نرم افزار NERA 83
فصل چهارم: نتايج تحقیق
4-1- مقدمه 88
4-2- تحلیل تاریخچه زمانی 88
4-3- نحوه ارزیابی و مقایسه نتایج 90
4-4- اثر در نظر گرفتن تراز پایه در سطح زمین 91
4-4-1- مقایسه تغییر مکان طبقات روسازه 91
4-4-1-1- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین 91
4-4-1-2- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین 93
4-4-2- مقایسه برش پایه طبقات روسازه 94
4-4-2-1- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین 94
4-4-2-2- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین 96
4-5- تاثیر نوع خاک بر عملکرد ساختمان‌های دارای طبقات زیر زمین 97
4-5-1- تاثیر نوع خاک بر تغییر مکان جانبی ماکزیمم 98
4-5-1-1- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین و سختی دیوار به طور کامل (K=1) 98
4-5-1-2- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین و سختی دیوار به طور کامل (K=1) 99
4-5-1-3- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین و دیوارههای با سختی بسیار ناچیز (K=0) 100
4-5-1-4- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین با سختی بسیار ناچیز برای دیوار (K=0) 101
4-5-2- تاثیر نوع خاک بر برش پایه ماکزیمم در ساختمان‌های دارای طبقات زیر زمین 102
4-5-2-1-ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین با سختی دیوار به طور کامل (K=1) 102
4-5-2- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین با سختی کامل برای دیوار (K=1) 104
4-5-2-3- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین و سختی بسیار ناچیز برای دیوار(K=0) 105
4-5-2-4- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین با سختی ناچیز برای دیوار (K=0) 106
4-6- تاثیر سختی دیوار بر عملکرد ساختمان‌های دارای طبقات زیر زمین 107
4-6-1- تاثیر سختی دیوار بر تغییر مکان جانبی ماکزیمم ساختمان‌های دارای طبقات زیر زمین 107
4-6-1-1- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین 107
4-6-1-2- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین 111
4-6-2- تأثیر سختی دیوار بر تغییر برش پایه ماکزیمم ساختمان¬های دارای زیر زمین 114
4-6-2-1- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین 114
4-6-2-2- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین 118
4-7- اثر تعداد طبقات زیر زمین بر رفتار ساختمان 122
4-7-1- اثر تعداد طبقات زیر زمین بر تغییر مکان ساختمان 122
4-7-1-1- ساختمان هشت طبقه با سه و هفت طبقه زیر زمین 122
4-7-1-2- ساختمان دوازده طبقه با سه و هفت طبقه زیر زمین 125
4-7-2- اثر تعداد طبقات زیر زمین بر برش پایه ماکزیمم 129
4-7-2-1- ساختمان هشت طبقه با سه و هفت طبقه زیر زمین 129
4-7-2-2- ساختمان دوازده طبقه با سه و هفت طبقه زیر زمین 132
4-8- اثر مدلسازی خاک پشت دیوار بر رفتار ساختمان 135
4-8-1- اثر مدلسازی خاک پشت دیوار بر تغییر مکان ساختمان¬های دارای طبقات زیر زمین 135
4-8-1-1- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین 135
4-8-1-2- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین 139
4-8-2- اثر مدلسازی خاک پشت دیوار بر برش پایه ماکزیمم طبقات ساختمان 143
4-8-2-1- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین 143
4-8-2-2- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین 147
4-9- مقایسه سهم دیوار و سهم قاب از برش پایه 151
4-9-1- ساختمان هشت طبقه با سه طبقه زیر زمین 151
4-9-2- ساختمان هشت طبقه با هفت طبقه زیر زمین 154
فصل پنجم: نتيجه‌گيري و پیشنهادات
5-1- مقدمه 158
5-2- نتایج 158
5-3- پیشنهادات 160
فهرست منابع و مآخذ 161

 

تحلیل لرزه‌ای قابهای خمشی فولادی شامل اتصالات با مقطع کاهش یافته تیر با لحاظ اندرکنش خاک و سازه

چکیده

گرچه قابهای خمشی فولادی از جمله سیستم های بسیار متداول مقاوم در برابر بارهای جانبی مانند زلزله و باد می باشند، با این وجود با افزایش بار جانبی قاب، مفاصل پلاستیک در نقاط متعدد و نامناسبی از قاب از جمله در چشمه اتصال ستون ها ایجاد می-گردد. با اجرای اتصال کاهش یافته، مفاصل پلاستیک به مقاطع مشخصی از تیر انتقال یافته و از ایجاد مفصل پلاستیک در چشمه اتصال ممانعت می‌گردد. در سال های اخیر استفاده از اتصالات کاهش یافته مورد توجه بسیاری از طراحان سازه قرار گرفته است. از طرف دیگر، در تحلیل دینامیکی سازه‌ها عموماً‌ فرض می‌شود که فونداسیون سازه صلب‌ و ‌از‌ انعطاف‌ پذیری ‌خاک در‌ زیر ‌سازه ‌صرف‌‌‌‌‌ نظر ‌می‌شود‌. با این وجود اندرکنش خاک و سازه در اثر عبور امواج زلزله از بین سیستم خاک و سازه همواره اتفاق می-افتد. در این تحقیق رفتار لرزه ای قاب های خمشی فولادی شامل اتصالات با مقطع کاهش یافته تیر با لحاظ اثرات اندرکنش خاک و سازه مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور قاب‌های فولادی با مقاطع کاهش یافته تحت رکوردهای مختلف زمین زلزله با استفاده از نرم‌افزار اجزا محدود ABAQUS تحلیل شده‌اند. روش تحلیل مورد استفاده آنالیز دینامیکی ضمنی با لحاظ اثرات غیرخطی مواد است. نتایج عددی بدست آمده از این تحقیق نشان می‌دهد که لحاظ اثرات اندرکنش خاک و سازه در طراحی لرزه‌ای قاب‌های فولادی شامل اتصالات کاهش یافته واقع بر روی خاک‌های نرم امری ضروریست.

فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل اول : مقدمه
1-1 مقدمه 1
فصل دوم : اندرکنش خاک و سازه
2-1 مقدمه 4
2-2 تعریف اندرکنش خاک – سازه 4
2-3 روش های در نظرگیری اندرکنش خاک و سازه 5
2-3-1 روش مستقیم 5
2-3-2 روش زیر سازه 5
2-4 مدل مخروطی 6
2-4-1 مدل مخروطی انتقالی 6
2-4-2 مدل مخروطی دورانی 9
2-4-2-1 روش مدل های مجزا 10
2-4-3 تصحیحات انجام شده در مدل مخروطی 11
2-4-4 اصلاح سرعت موج فشار 12
2-4-5 میرایی خاک 12
فصل سوم : اتصال با مقطع کاهش یافته در تیر (RBS)
3-1 مقدمه 13
3-2 اتصال با مقطع کاهش یافته بال تیر (RBS) 15
3-2-1 کاهش مقطع در بال پایینی 18
3-3 اتصال RBS با جان کاهش یافته 18
3-4 اتصال RBS با جان موجدار 21
3-5 بررسی اقتصادی اتصالات RBS 22
3-6 اثر RBS در جلوگیری از تردشکنی اتصال و کنترل تنش ها در بر ستون 24
3-7 اثر دال بتنی در رفتار اتصالات RBS 25
3-8 اثر مقاومت چشمه اتصال بر رفتار اتصالات RBS 27
3-9 اثر نحوه اتصال جان تیر به بال ستون بر رفتار اتصالات RBS 28
3-10 رفتار اتصالات RBS تیر به ستون عمیق 28
فصل چهارم : مدل سازی عددی
4-1 مقدمه 30
4-2 صحت سنجی مدل عددی 30
4-3 ساخت مدل 35
4-4 مشخصات مصالح 36
4-5 نوع المان 37
4-6 اندرکنش 38
4-7 شرایط مرزی 39
4-8 بارگذاری 41
4-9 مش بندی 42
4-10 نوع تحلیل 44
4- 11 بررسی نتایج تحلیل 47
4-11-1 تحلیل لرزه ای قاب یک طبقه فولادی با مقطع کاهش یافته در با لحاظ اندرکنش خاک و سازه 47
4-11-2 تحلیل استاتیکی غیر خطی 48
4-11-3 تحلیل غیر دینامیکی غیر خطی 53
4-11-4 تحلیل لرزه ای قاب سه طبقه فولادی با مقطع کاهش یافته در با لحاظ اندر کنش خاک و سازه 64
4-11-5 تحلیل استاتیکی غیر خطی 66
4- 12 نتیجه گیری 79
4-13 پیشنهادات برای مطالعات آتی 80
منابع 82
چکیده لاتین 83

 

تحلیل اندرکنش پی-خاک و سازه در رفتار لرزه‌ای پل‌ها به روش المان محدود (مطالعه موردی)

چکیده

در تحلیل دینامیکی سازه‌ها عموماً فرض می‌رود که خاک زیر شالوده صلب است و از انعطاف‌پذیری آن صرف‌نظر می‌رود . در این حالت پاسخ سازه متأثر از خواص دینامیکی خود سازه است و انعطاف‌پذیری خاک، تأثیری در پاسخ سازه ندارد .با لحـاظ نمـودن انعطاف‌پذیری خاک زیر شالوده انتظار می‌رود پاسخ سازه تحت تأثیر سیستم دینامیکی جدید خاک-فونداسیون و سازه قـرار بگیـرد. اثر اندرکنش خاک و سازه در پاسخ سازه‌ها موضوع اصلی این تحقیق را دربرمی گیرد .در عمل، سازه بر لایه‌های خاک انعطاف‌پذیر واقع‌شده است. بنابراین خاک نیز باید بمانند سازه مدل شود. یک سـازه بـا تکیه‌گاه صلب، و یک سازه با تکیه‌گاه انعطاف‌پذیر از این لحاظ با یکدیگر اختلاف دارند که ممکن است قسمت اصـلی انـرژی ارتعاشـی به‌وسیله‌ی تشعشع امواج و نیز توسط عمل هیسترزیس در خاک مستهلک شود. در آیین‌نامه‌ی 2800 خاک زیر سازه صلب فرض شده اسـت و از اثـرات اندرکنش خاک – سازه صرف‌نظر شده است. در این تحقیق سعی شده تا تئوری و اساس تأثیر اندرکنش خاک – سازه بر پاسخ‌های ارتعاشی برای سازه‌ها بررسی شود و روشی بر پایه‌ی المان‌های محدود ارائه شود. [ امین فر.م.ج،ف آ.ب،ص.ه،ب.م 1392]تعداد زیادی از سازه های تحت بار لرزه ای به علت اثرات پیش بینی نشده اندر کنش خاک-شمع-سازه دچار خرابی ویا گسیختگی در شمع ویا حتی کل سازه شده اند.پیچیدگی های موجود در مسایل اندرکنش شمع-خاک-سازه از عوامل موثر در عدم پیش بینی رفتار سازه به هنگام وقوع زلزله میباشد.در این تحقیق سعی شده است با استفاده از نرم افزارهای المان محدود CSIBridge و ABAQUS وبا کمک نرم افزار های جانبی SEISMO SIGNAL و ROW2COL مراحل و روش های مختلف اندرکنش وپاسخ لرزه ای پل ها بررسی گردد. هدف ابتدایی از انجام این تحقیق چنانکه پیش تر توضیح داده شد،بررسی اثرات اندرکنشی خاک-سازه در اثر اعمال بار لرزه ای برپل واقع بر شمع با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی مصالح از طریق روش المان محدود است.برای نزدیک شدن نتایج به واقعیت وبررسی اثرات اندر کنش در یک مدل واقعی،پل کابلی تبریز به عنوان مدل اصلی این تحقیق انتخاب شده است وتمامی بررسی ها برروی این سازه انجام گرفته است.در مجموع اهداف این تحقیق عبارتند از:(الف) ساخت مدل المان محدود پل با سازه تیروستون وپایه پل،شمع وخاک پیرامونی شمع ها که به درستی اندرکنش سینماتیکی واینرسیال یک سیستم یکپارچه رامدل کند که این کار با دو نرم افزار مذکور به روش های متفاوت انجام شده است.(ب)بررسی ومقایسه پاسخ لرزه ای سازه مورد نظر درنیروهای لرزه ای و ترکیب بارهای مختلف در سه حالت بستر صلب،مدل سازی خاک با فنر ومدلسازی واقعی خاک.(ج)بررسی صحت طراحی های انجام شده واثرات زلزله وجابجایی ها بر پایداری پل مورد مطالعه.برای این منظور ،آنالیز های دینامیکی با بار گذاری تاریخچه زمانی تغییر مکان زلزله های بم والسنترو با ترکیب بار های مختلف بر روی پل کابلی تبریز اعمال گردیده وپاسخ سازه در حالات مختلف با یکدیگر مقایسه شده است. مدل ها بر بستر سخت،با مدلسازی شمع و خاک بصورت فنر (با نرم افزارCSIBridge)و مدلسازی شمع و خاک(بانرم افزارABAQUS) ساخته شده وتمامی ویژگی های خاک واجزای سازه طبق واقعیت محاسبه و اعمال گردید.در نهایت تغییر مکان های عرشه پل با دو مدل اول ونرم افزارCSIBridge پس از محاسبه فاصله و تعداد بهینه فنرها در بیست نقطه متفاوت محاسبه گردیده ومقایسه شد. با توجه به بررسی های انجام شده توسط طراح سازه پل(شرکت پردیسان) پاسخ های لرزه ای قابل قبول بوده همچنین با توجه به پاسخ های دریافتی از این مدل ها ساز

صفحه عنوان(فهرست مطالب)
1 فصل 1:مقدمه
1 1-1-پیشگفتار
1 1-2-لزوم انجام تحقیق
3 1-3-دامنه وفرضیات تحقیق
4 1-4-ساختار پایان نامه
5 فصل 2:مروری بر مطالعات انجام شده
5 2-1-معرفی
7 2-2- رفتار شمع تحت بار جانبی
9 2-3- تاریخچه تحقیقات راجع به اندرکنش خاک وسازه
11 2-4- مطالعه موردی برای در نظر گرفتن مسئله اندرکنش
15 فصل3:مواد وروش ها وفرض ها وابزارهای مورد استفاده برای مدلسازی
15 3-1-مقدمه
18 3-2-فرضیات وروابط
18 3-2-1- روش های تحلیل اندرکنش
21 3-2-2- میرایی امواج تنش
21 3-2-3-میرایی مصالح
25 3-2-4-میرایی تشعشعی
27 3-2-5-معادلات دینامیکی سیستم خاک –سازه
29 3-2-5-1-بسط معادله حرکت سیستم خاک سازه
32 3-2-6-اندرکنش سینماتیک واندر کنش جرمی
35 3-2-7-اندر کنش جرمی
36 3-3- روش های تحلیل اندر کنش خاک – سازه
36 3-3-1- انواع روش های تحلیل
37 3-3-1-1- روش مستقیم
38 3-3-1-2- روش زیر سازه
39 3-4-معادلات حرکت
39 3-4-1- معادلات حرکت برای روش مستقیم در حوزه زمان
41 3-4-1-1- روش های تحلیل پاسخ زمین
41 3-4-1-1-1-تحلیل یک بعدی پاسخ زمین
43 3-4-1-1-2-روش خطی
48 3-4-1-1-3-ارزیابی توابع تبدیل
56 3-4-1-1-4-روش خطی معادل برای تعیین پاسخ غیر خطی
57 3-4-2-مدل خطی معادل خاک
58 3-4-2-1- معرفی روش خطی معادل
63 3-5- مرفی روش زیر سازه
63 3-5-1- مقدمه
64 3-5-2- محاسبه مقادیر سختی ومیرایی برای مدل کردن خاک با استفاده از فنر ودمپر
68 3-6-معرفی روش مستقیم وملاحظات ونکات مربوط جهت آنالیز اندرکنش خاک وسازه
68 3-6-1- مقدمه
69 3-6-2- ملاحظات المان بندی
69 3-6-3- شرایط مرزی
70 3-6-4- مدل مرز های انتقالی
75 3-3- ملاحظات عملی در تحلیل اندرکنش خاک – سازه
75 3-3-1- مقدمه
75 3-3-2- روش تحلیل واکنش آبرفت
76 3-7-انتخاب مدل مناسب برای نشان دادن خواص خاک
77 3-8-انتخاب روش آنالیز
78 3-9- انتخاب سنگ کف لرزه ای
79 3-10- انتخاب حرکات ورودی مناسب
80 فصل 4: صحت سنجی نتایج نرم افزار ها
80 4-1- صحت سنجی در نرم افزارABAQUS
84 4-2- صحت سنجی در نرم افزار CSI Bridge
89 فصل 5: مدل ها ونتایج اندرکنش خاک – شمع – سازه در پاسخ لرزه ای مدل
89 5-1- ویژگی های پل کابلی تبریز
92 5-2- مدلسازی با نرم افزار CSI Bridge
92 5-2-1- مقدمه
92 5-2-2- ویژگی های مدل با نرم افزار CSI Bridge
93 5-2-3- نحوه مدلسازی المان محدود خاک
95 5-2-4- تحلیل تاریخچه زمانی
96 5-2-5- مشخصات مصالح مصرفی
97 5-2-6- نتایج تحلیل
105 5-3- مدلسازی با نرم افزارABAQUS
105 5-3-1- مقدمه
105 5-3-2- مدل در نرم افزارABAQUS
106 5-3-3-یافتن ابعاد مناسب نوده خاک در نرم افزارABAQUS
109 5-3-4- مشخصات مدل نهایی ونتایج آن در نرم افزار آباکوس
111 5-4- تحلیل نتایج ونمودارها
111 5-4-1- مدل CSI Bridge
112 ABAQUS5-4-2- مدل آباکوس
113 فصل 6: نتیجه گیری
113 6-1- نتایج
113 6-2- پیشنهادات برای تحقیقات پیش رو
115 فصل7: منابع ومراجع

 

مطالعه پاسخ دینامیکی پی‌های سطحی تحت اثر نیروی زلزله با در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه

چکیده

در هنگام وقوع زلزله لایه‌های خاک تحت تاثیر تنش‌های برشی تناوبی قرار می‌گیرند. این تنش‌ها سبب ایجاد تغییر شکل و تغییر خصوصیات رفتاری خاک می‌گردند. در واقع می‌توان گفت زلزله تاثیر جدی بر پایداری پی سازه دارد. پارامترهای مقاومتی و پارامتر های تغییر شکلی خاک نظیر سختی، زاویه اصطکاک، نسبت پواسون و وزن مخصوص خاک، رفتار سازه‌ها را در اثر زلزله تحت تاثیر قرار می‌دهد. علاوه بر عوامل یاد شده شرایط محل پروژه نظیر تراز آب زیرزمینی از اهمیت بالایی در پاسخ رفتار سازه در هنگام زلزله برخوردار است. لذا شناخت نوع خاک و آگاهی از رفتار خاک بسیار حائز اهمیت می باشد. در هنگام اثر امواج برشی نظیر زلزله خاکهای نرم در مقایسه با خاکهای سخت تمایل بیشتری به تشدید حرکات دارند. بعنوان یک قاعده کلی می‌توان گفت که در خاکهای نرم در مقایسه با خاکهای سخت حرکات ورودی تحت تشدید بیشتری قرار می‌گیرند. در واقع پاسخ دینامیکی سازه حین لرزه‌های اعمالی، متغیری از خاک زیر پی بوده و بدون در نظر گرفتن تاثیر آن نمی‌توان تخمین واقع گرایانه‌ای از اثرات ناشی از اعمال زلزله بر سازه داشت. پی بخشی از سازه است و در باز توزیع نیروهای داخلی آن سهیم است. لذا برای تحلیل دقیق‌تر پی و سازه لازم است اثر اندرکنش خاک و پی درنظر گرفته شود و با تغییر پارامترهای خاک و شرایط محل به بررسی اثرات آن ها پرداخت. بدین منظور با استفاده از نرم افزار اجزا محدود پلکسیس مدل‌هایی ایجاد می‌شود. در تمامی این مدل‌ها محیط خاک بصورت پیوسته و خطی در نظر گرفته شده و به روش استاتیکی و دینامیکی تحلیل می‌شوند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که کم دقتی در انتخاب پارامتر های مذکور می تواند سبب شود نتایج حاصل از مدل سازی خلاف واقعیت شود. بنابراین دقت در انتخاب پارامترهای مذکور و پیش بینی تغییرات تراز آب زیرزمینی می تواند باعث جلوگیری از ایجاد خسارات به سازه ها و سایر ابنیه فنی گردد

فهرست مطالب
شماره و عنوان مطالب صفحه
فصل 1: مقدمه 1
1-1- مقدمه 2
1-2- اهداف تحقیق 4
1-3- ضرورت تحقیق 4
1-4- ساختار پایان نامه 5
فصل 2: مفاهیم پایه 6
2-1- مقدمه 7
2-2- طراحی ژئوتکنیکی پی 7
2-3- فشار تماسی خاک و پی 7
2-3-1- ارزیابی صلبیت و انعطاف پذیری پیها 9
2-4- بررسی مدلهای رفتاری خاک 12
2-4-1- مدل الاستیسیته خطی 12
2-4-2- مدل کشسان خمیری 13
2-4-3- مدل موهر-کلمب 15
2-4-4- مدل دراگر-پراگر 17
2-5- اندرکنش خاک و سازه 19
2-6- عوامل تاثیرگذار در اندرکنش خاک و سازه 20
2-7- مولفههای مسئله اندرکنش خاک-سازه 20
2-7-1- اندرکنش اینرسی (جرمی) 20
2-7-2- اندرکنش جنبشی (سینماتیکی) 21
2-8- روشهای تحلیل 22
2-8-1- روش محیط پیوسته (مستقیم) 22
2-8-1-1- روش اجزا مرزی 22
2-8-1-2- روش تیر برشی 24
2-8-1-3- روش اجزا محدود 24
2-8-1-4- روش تفاضلات محدود 26
2-8-1-5- مدل سازی خاک به صورت یک نیم فضای الاستیک 27
2-8-1-6- مدلسازی خاک به صورت یک نیم فضای غیر الاستیک 28
2-8-2- مدلهای ساده شده 28
2-8-2-1- مدل وینکلر 31
2-8-2-2- روش فنرهای مزدوج 32
2-8-2-3- روش کنترل تنشهای مجاز: 33
2-8-2-4- روش فنرهای شبه مزدوج: 33
2-8-2-5- روش پیشنهادی آییننامه FEMA: 35
2-8-2-6- روشهای چند پارامتری 36
2-8-2-7- مدلهای پیشنهادی هوروات 37
2-8-3- روش زیرسازه 38
2-9- معادلات حرکت 39
2-9-1- میرایی امواج تنش 39
2-9-2- میرایی تشعشعی 43
2-9-3- معادلات دینامیکی سیستم خاک-سازه 45
2-9-4- اندرکنش سینماتیکی و اندرکنش جرمی 50
فصل 3: مروری بر مطالعات پیشین 52
3-1- مقدمه 53
3-2- تحقیقات انجام گرفته درباره مدل سیستم خاک سازه 53
فصل 4: روش تحقیق 67
4-1- مقدمه 68
4-2- چگونگی انتخاب نرمافزار مورد استفاده در مطالعه 68
4-3- نحوه انجام پروژه توسط نرم افزار انتخابی 69
4-3-1- برنامه ورودی 69
4-3-2- برنامه محاسبات 72
4-3-3- برنامه خروجی 74
4-3-4- برنامه منحنیها 75
4-4- اجزا موجود در نرمافزار 75
4-4-1- اجزا خاک 75
4-4-2- اجزا تیری 77
4-4-3- اجزا ژئوتکستایل 77
4-4-4- اجزا اندرکنش خاک-سازه 78
4-4-5- اجزا مهاری 82
4-4-6- اجزا تونل 82
4-5- مدلهای تحلیلی 83
4-5-1- مدل کرنش صفحه ای 83
4-5-2- مدل با تقارن محوری 83
4-5-3- مدل سهبعدی با تقارن محوری 83
4-6- مدل سازی رفتار خاک 84
4-6-2- مدل الاستیک خطی 85
4-6-3- مدل موهر-کلمب 85
4-6-4- مدل خاک سخت شونده 85
4-6-5- مدل خاک نرم 85
4-6-6- مدل خاک نرم توام با خزش 86
4-7- نوع رفتار ماده 86
4-7-1- رفتار زهکشی شده 86
4-7-2- رفتار زهکشی نشده 86
4-7-3- رفتار غیرمتخلخل 87
4-8- بارگذاری 88
4-9- مدل سازی و تحلیل مسئله اندر کنش خاک و سازه 89
4-9-1- معرفی هندسه و خصوصیات مدل 89
4-9-2- معرفی رکورد زلزله به برنامه و تحلیل برنامه 92
4-9-3- نتایج تحلیل دینامیکی 93
4-9-4- مقایسه مدل ها و بررسی نتایج 105
فصل 5: 107
5-1- مقدمه 108
5-2- نتایج تحقیق 108
5-3- پیشنهاد برای تحقیقات آتی 109
پیوست : 113
مراجع : 122

 

ارزیابی لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی با درنظر گرفتن اثر اندرکنش خاک سازه و چشمه اتصال

چکیده

آسیب‌های وارده به سازه‌ها در زلزله‌های اخیر ضرورت ارزیابی احتمال خرابی را در برابر زلزله‌های آینده مطرح می‌سازد اخیرا برای برآورد آسیب‌های لرزه‌ای سازه‌ها، از منحنی‌های شکنندگی به عنوان یک ابزار مفید و کارآمد استفاده می‌شود منحنی‌‌های شکنندگی احتمال رسیدن و یا فراگذشت خرابی سازه نسبت حد معینی از خرابی را در برابر شدت مشخصی از زلزله بیان می‌نماید مشخصات خاک زیر سازه در پاسخ سازه در برابر زلزله تاثیر فراوانی دارد، لذا باید اثرات اندرکنش خاک و سازه در تحلیل و بررسی عملکرد لرزه‌ای سازه‌ها درنظر گرفته شود در این مطالعه، دو نمونه سازه سه و پنج طبقه فولادی انتخاب گردیده است مدل‌سازی و تحلیل دینامیکی افزایشی برای این نمونه‌ها توسط نرم‌افزار Opensees در دو حالت با درنظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه و بدون آن با استفاده از 10 رکورد زلزله انجام گرفته است تا ظرفیت سازه تعیین شود براساس نتایج این تحلیل‌ها، منحنی‌های شکنندگی بر حسب شدت زلزله اعمال شده برای سطح تخریب با فرض توزیع لوگ‌ نرمال رسم شده است و در نهایت با مقایسه منحنی‌های شکنندگی به بررسی تاثیر اندرکنش خاک و سازه در آسیب‌پذیری لرزه‌ای سازه‌ها پرداخته شده است از مقایسه سازه در حالت با اندرکنش نسبت به حالت بدون اندرکنش، میتوان دریافت که اندرکنش باعث انرژی جذب شده در هر طبقه میشود

عنوان صفحه
فصل 1
مقدمه و کلیات 1
1-1 پیشگفتار 2
1-2 تاریخچه 3
1-3هدف تحقیق 5
1-4ساختار گزارش 6
فصل دوم 7
مبانی اندرکنش خاک-سازه و مدل سازی 7
2-1مبانی اندرکنش خاک-سازه 8
2-1-1 مقدمه 8
2-1-2- روش‌های مدل‌سازی اندرکنش خاک-سازه 10
2-1-3- انتشار موج در یک میله نامحدود 12
2-1-4- مدل‌سازی فضای نیمه بینهایت 13
2-1-4-2-روش‌های عمومی 18
2-1-5- مقایسه دو روش محلی و کلی 19
2-1-6- معادله حاکم بر سیستم اندرکنش خاک-سازه 21
2-2مدل‌سازی سیستم اندرکنش خاک-سازه 24
2-2-1- روش‌های مدل‌سازی اتصالات قاب‌های خمشی فولادی 24
2-2-2- مدل تحلیل اتصال تیر 26
2-2-3- بررسی پارامترهای غیرخطی هندسی و مصالح 27
2-2-4- مدل‌سازی سیستم اندرکنش خاک و سازه در نرم‌افزار OpenSees 29
2-2-5- معرفی اجمالی نرم‌افزار OpenSees 29
2-2-6- توصیف مدل قاب دو بعدی 30
2-2-6-2- مدلسازی چشمه اتصال 31
2-2-6-3- مدل‌سازی خاک 32
فصل سوم 34
روش‌های تحلیل سازه برای ارزیابی لرزه‌ای و منحنی‌های شکنندگی 34
3-1- روش‌های تحلیل سازه برای ارزیابی لرزه‌ای 35
3-1-1- مقدمه 35
3-1-2-روش طراحی براساس عملکرد 35
3-1-2-1- دستورالعمل HAZUS 37
3-1-2-2- طبقه‌بندی سازه در HAZUS 37
3-1-3- شاخص آسیب و سطوح آسیب 38
3-1-4- حالات خرابی در دستورالعمل HAZUS 39
3-1-5- انواع روش‌های تحلیل برای ارزیابی لرزه‌ای 40
3-1-5-1- تحلیل استاتیکی غیرخطی فزاینده 40
3-1-5-2- تحلیل دینامیکی افزایشی (IDA) 41
3-1-6- ورودی‌ها و خروجی‌های تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی 42
3-1-7- تحلیل دینامیکی افزایشی تک رکورده 43
3-1-8-دینامیکی افزایشی چند رکورده 44
3-1-9- منحنی تحلیل دینامیکی افزایشی (IDA) 45
3-1-10- انتخاب IM و روش صحیح مقیاس کردن 47
3-2- منحنی‌های شکنندگی 49
3-2-1- معرفی 49
3-2-1-1- منحنی‌های شکنندگی تجربی 50
3-2-1-2- منحنی‌های شکنندگی براساس قضاوت مهندسی 51
3-2-1-3- منحنی‌های شکنندگی تحلیلی 51
3-2-1-4- منحنی شکنندگی ترکیبی 53
3-2-2- توابع شکنندگی 53
3-2-3- منحنی شکست در HAZUS 54
3-2-4 مدلهای نیاز لرزهای احتمالاتی 55
فصل چهارم 58
مثال‌های عددی 58
4-1- معرفی 59
4-2- نتایج طراحی سازه 60
4-3- انتخاب رکوردهای زلزله 61
4-4- تحلیل IDA 62
4-5- خلاصه منحنی‌های IDA 67
4-6- منحنی‌های شکنندگی سازه‌های مورد مطالعه 69
فصل پنجم 75
نتیجه‌گیری 75
5-1- نتیجه‌گیری 76
5-2- پیشنهاد ها 76
منابع 77

 

تحلیل استاتیکی غیرخطی قاب‌های بتنی واقع در زمین‌های شیبدار با لحاظ اثر اندرکنش خاک و سازه

چکیده

اگر خاک بستر زیر سازه را صلب فرض کنیم خاک در پاسخ لرزه ای سازه تاثیر چندانی نخواهد داشت اما با لحاظ انعطاف پذیری خاک پاسخ سازه تحت سیستم جدید حاصل از ارتباط خاک با فونداسیون و سازه قرار می‌گیرد این تعامل سیستمی که از آن به اندر کنش خاک و سازه یاد می‌شود با ایجاد تغییر شکل خاک باعث می‌شود که حرکت تکیه‌گاه سازه متفاوت از حالتی باشد که شتاب زلزله بطور مستقیم به تکیه‌گاه وارد می‌شود. رفتار سازه تحت اثر اندرکنش خاک و سازه با توجه به شرایط محل و نوع سازه متفاوت می‌باشد. یکی از این شرایط اندرکنش خاک وسازه در زمین‌های شیبدار است که تاثیر مهمی روی رفتار سازه دارد. از پارامترهای تاثیرگذار در این مطالعات شرایط توپوگرافی منطقه، نوع و خصوصیات خاک و سازه می‌باشد. در این پژوهش در نظر است اثرات اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ لرزه‌ای قاب‌های بتنی واقع در زمین‌های شیبدار مورد بررسی قرار گیرد. نتایج پژوهش نشان می‌دهد که لحاظ اندرکنش خاک و سازه سبب افزایش تغییر مکان‌ سازه‌ها می‌شود همچنین حداکثر بار قابل تحمل سازه که از محاسبات بدست ‌می‌آید در حالتی که اندرکنش لحاظ شود با حالت عدم لحاظ آن متفاوت خواهد بود. لذا عدم لحاظ خاک در مدلسازی و طراحی سبب می‌شود نکات مهمی از واقعیات رفتاری سازه از دید طراح و محاسب سازه پنهان بماند. بررسی میزان انطباق روش ساده فنرها برای تحلیل اندرکنش خاک و سازه با روش دقیق و نوین اجزا محدود از دیگر مباحثی است که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. اساس نتایج ارائه شده در این مطالعات بر اساس روش اجزا محدود می‌باشد.

فهرست مطالب
چکیده ۱
فصل اول : مقدمه، هدف تحقیق و مرور فصل‌ها ۲
۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- تحلیل لرزه‌ای سازه ها ۵
فصل دوم : مبانی اندرکنش خاک و سازه ۷
۲-۱- تاریخچه ۷
۲-۲ تعریف اندرکنش خاک و سازه ۸
۲-۳- مکانیزم اندرکنش خاک و سازه۸SSI
۲-۴- اثرات اندرکنش خاک و سازه بر رفتار سازهها ۹
۲-۵- روشهای تحلیل اندرکنش خاک و سازه ۱۰
۲-۵-۱- روش مستقیم ۱۰
۲-۵-۲- روش زیر سازه ۱۱
۲-۵-۳- سیستم جرم-فنر-میراگر ۱۲
۲-۵-۴- روشهای حل مختلط ۱۳
۲-۵-۵- روش المانهای محدود ۱۶
۲-۶- ضرورت در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه ۱۷
۲-۷- مراحل گام به گام جهت لحاظ اندرکنش خاک و سازه ۱۹
۲-۷-۱- چگونگی لحاظ اثرات اندرکنش در آیین نامه‌های طراحی ۲۰
فصل سوم : نگاهی به پیشینه تحقیق ۲۳
۳-۱- طراحان قدیم ۲۳
۳-۲- مروری بر تحقیقات گذشته ۲۳
فصل چهارم : مدلسازی اندرکنش خاک و سازه در سازههای واقع بر زمینهای شیبدار ۳۴
۴-۱- معرفی نرم افزار اجزا محدود۳۵Abaqus
۴-۱-۱- محیط‌های نرم افزار اجزا محدود۳۵Abaqus
۴-۲- مدلسازی اندرکنش خاک و سازه ۳۶
۴-۲-۱- معرفی روش۳۷Wolf
۴-۳- مدلسازی بر مبنای روش اجزا محدود ۳۸
۴-۳-۱- تحلیل استاتیکی غیر خطی پوش اور۳۸POA
۴-۳-۲- مزایا و معایب روش استاتیکی غیر خطی ۳۹
۴-۳-۳- فرایند تحلیل استاتیکی غیر خطی در نرم افزار ۴۰
۴-۴- مدلسازی سازه‌ها در نرم افزار آباکوس ۴۰
۴-۴-۱- مشخصات و خصوصیات مصالح ۴۳
۴-۴-۲- نتایج و نمودارها ۴۵
۵-۱- نتیجهگیری ۶۵
۵-۲- مطالعات پیشنهادی برای تحقیقات آینده ۶۶
منابع ۶۶

ارزیابی عملکرد ساختمانهای بتن مسلح واقع بر شالوده سطحی با در نظر گرفتن اندرکنش غیرخطی خاک و سازه

چکیده

اندرکنش خاک و سازه به ‌عنوان یک پدیده ی پیچیده می تواند اثرات مثبت یا منفی بر روی عملکرد لرزه ای سازه ها داشته باشد که البته بنا بر تصور اغلب پژوهشگران مبنی بر اثرات مثبت آن در عملکرد سازه ها، معمولاً از این پدیده صرف نظر می شود این در حالی است که اندرکنش خاک و سازه می تواند تأثیر چشمگیری بر روی پاسخ دینامیکی، عملکرد لرزه ای و فروریزش سازه ها داشته باشد در این پایان نامه ساختمان های چهار، هشت، دوازده و شانزده طبقه قاب خمشی ویژه بتن مسلح، واقع شده بر روی خاکهای متراکم (C)، سفت (D) و نرم (E) طبقه بندی شده مطابق آیین‌نامه ASCE/SEI7-05، با استفاده از نرم افزار OpenSees مورد تحلیل و ارزیابی قرار می گیرند ساختمانهای مورد مطالعه با استفاده از نرم افزار ETABS با بهره گیری از آیین نامه های ASCE/SEI7-05 و ACI318-08 طراحی شده اند در بخش اول این پایان نامه، با در نظر گرفتن ضوابط آیین نامه FEMA-P695 و با استفاده از تحلیل های استاتیکی غیرخطی، سطوح عملکرد قابلیت استفاده بی‌ وقفه (IO)، ایمنی جانی (LS) و آستانه فروریزش (CP) را برای تمامی ساختمانهای چهار، هشت، دوازده و شانزده طبقه به دست می آید نتایج حاصل از مقایسه سطوح عملکرد در حالت پایه انعطاف پذیر نسبت به حالت پایه ثابت، نشان‌دهنده‌ی بهبود سطوح عملکرد در قابها می باشد در ادامه، پارامترهای مربوط به ضریب اصلاح پاسخ (R) مطابق با آیین نامه FEMA-P695 مورد بررسی قرار گرفتند نتایج نشان دادند که مقادیر ضریب اصلاح پاسخ در حالت پایه انعطاف پذیر نسبت به حالت پایه ثابت، تفاوت محسوسی نداشتند مقادیر نسبت دریفت درون طبقات هم بررسی شد که نتایج پاسخ، افزایش دریفت در حالت با پایه انعطاف پذیر نسبت به حالت پایه ثابت، در همه قاب‌های مورد مطالعه را نشان می دهند در ادامه، برای به دست آوردن ظرفیت فروریزش سازه ها از تحلیل دینامیکی افزایشی (IDA) با استفاده از چندین شتابنگاشت از زلزله های گذشته در سطوح خطر مختلف، استفاده شد سپس با استفاده از نتایج تحلیل های دینامیکی افزایشی به تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه ای در ساختمانهای مورد مطالعه پرداخته شد در نهایت، جهت ارزیابی دقیق اثرات اندرکنش خاک و سازه در فروریزش قابهای بتنی، با بهره گرفتن از توابع توزیع لوگ نرمال، منحنی های احتمالاتی شکنندگی ترسیم شدند و منحنی های شکنندگی به دست آمده در دو حالت قابهای با تکیه گاه انعطاف پذیر و قابهای با تکیه گاه صلب با یکدیگر مقایسه شدند نتایج حاصله در نگاه اول نشان‌دهنده‌ی افزایش احتمال فروریزش برای قابهای قرار گرفته بر روی تکیه گاه های انعطاف پذیر در شتاب طیفی یکسان می باشد؛ اما با استفاده از منحنی های شکنندگی انعطاف پذیر اصلاح شده مشاهده می شود که در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه سبب کاهش احتمال فروریزش می شود

فهرست مطالب
عنوان صفحه

فصل 1- کلیات 1
1-1- مقدمه 2
1-2- سوالات تحقیق 3
1-3- لزوم انجام تحقیق 3
1-4- شیوه تحقیق 4
1-5- هدف از انجام تحقیق 4
1-6- ساختار پایان نامه 5
فصل 2- مروری بر تحقیقات گذشته 6
2-1- مقدمه 7
2-2- مروری بر روش های مختلف مدل‌سازی اندرکنش 7
2-3- انتخاب نحوه ی مدل‌سازی اندرکنش 10
2-4- اندرکنش خاک و سازه در آیین نامه ها 11
2-5- مدل‌سازی اندرکنش غیرخطی خاک و سازه (SSI) 12
2-6- مروری بر مدل‌سازی غیرخطی 14
2-6-1- انواع مدل های غیرخطی 15
2-6-2- مدل فایبر 17
2-6-3- مدل مفصل متمرکز 18
2-7- طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد 18
2-8- تاریخچه منحنی شکنندگی 19
2-9- جمع بندی فصل دوم 21
فصل 3- روش تحقیق 22
3-1- مقدمه 23
3-2- طراحی مدل ها 23
3-2-1- طراحی قاب‌های خمشی بتنی 23
3-2-2- نیروهای طراحی زلزله در آیین نامه ASCE/SEI7-05 26
3-2-3- طراحی پی 29
3-3- مدل‌سازی قاب خمشی 30
3-4- پارامترهای مورد نیاز برای مدل BNWF 30
3-4-1- تعیین ظرفیت باربری شالوده ها 31
3-4-2- ابعاد شالوده 31
3-4-3- تعیین سختی قائم و جانبی فنرهای وینکلر 32
3-4-4- فاصله و نحوه آرایش فنرهای قائم 34
3-4-5- میرایی تشعشعی 39
3-4-6- ظرفیت کششی 40
3-5- تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش آور) بر اساس آیین نامه FEMAp695 40
3-5-1- نیروهای جانبی طراحی 42
3-5-2- سطوح عملکرد 42
3-6- تحلیل دینامیکی افزایشی IDA و محاسبه ی نمودار شکنندگی 44
3-6-1- تعیین و انتخاب رکوردها 45
3-6-2- ضریب مقیاس رکوردها 47
3-6-3- معیارهای فرو ریزش قابها 48
3-6-4- نمودار شکنندگی 51
3-13- جمع بندی فصل سوم 52
فصل 4- تحلیل نتایج و بحث 53
4-1- مقدمه 54
4-2- مقایسه زمان تناوب قابها در حالت پایه صلب با پایه ی انعطاف پذیر 54
4-3- تأثیر ستون ثقلی 55
4-4- ضریب اصلاح پاسخ 55
4-5- بررسی سطوح عملکرد مدل های مورد مطالعه 59
4-6- جابجایی جانبی طبقات 63
4-7- منحنی های IDA 64
4-8- مقایسه بین نمودار شکنندگی برای قاب های خمشی با پایه گیردار و انعطاف پذیر 70
4-9- نتایج منحنی های شکنندگی 73
4-10- مقایسه ی نتایج به دست آمده با تحقیقات دیگر 78
4-11- جمع بندی فصل چهارم 81
فصل 5- نتیجه‌گیری و پیشنهادات 82
5-1- نتیجه گیری 83
5-2- پیشنهادات 84
پیوست ها 85
پیوست (الف) نرم افزار OpenSees 86
الف-1- طریقه نصب نرم افزار OpenSeesexe و TCL و TCLEditor 87
پیوست (ب) دستورات OpenSees 88
ب-1- دستورات مدل سازی 88
ب-2- دستورات بارگذاری 92
ب-3- دستورات تحلیل 93
ب-4- دستورات خروجی 94
پیوست (ج) کدهای ورودی برای پی وینکلر 94
منابع 96

اثر اندرکنش غیرخطی خاک و سازه بر روی نیازهای لرزه ای قاب های فولادی

چکیده

تحلیل اثرگذاری دوطرفه‌ی پاسخ‌های خاک و سازه بر روی هم تحت عنوان اندرکنش خاک و سازه بررسی می‌شود و شامل فرآیندی است که پاسخ سازه با درنظرگیری انعطاف‌پذیری خاک زیر سازه محاسبه می‌شود. اندرکنش خاک و سازه به دو طریق بر روی پاسخ مجموعه‌ی خاک و سازه تاثیر می‌گذارد؛ نخست با تغییر در مشخصات زلزله‌ی ورودی و تبدیل آن به تحریک ورودی سازه (اندرکنش سینماتیکی) و دوم افزایش میرایی و طولانی‌تر‌شدن زمان تناوب سازه در اثر انعطاف‌پذیری خاک و پی (اندرکنش اینرسی). این پژوهش قصد دارد تا با مدل‌سازی قاب‌های خمشی فولادی به همراه خاک زیر آن‌ها و انجام تحلیل‌های خطی و غیرخطی بر روی این مجموعه به این پرسش پاسخ دهد که در درجه‌ی اول تحلیل پاسخ زمین و مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه به روش‌های خطی و غیرخطی چه تاثیری بر روی پاسخ خاک (اندرکنش سینماتیکی) و پاسخ سازه (اندرکنش اینرسی) خواهد داشت و در درجه‌ی دوم آیا می‌توان تفاوت میان رویکردهای خطی و غیرخطی در تحلیل اندرکنش خاک و سازه را به ویژه در تحریک‌های نسبتاً شدید ساده‌سازی کرد و یا نادیده‌گرفت. این مطالعه بر روی قاب‌های خمشی فولادی کوتاه‌مرتبه و میان‌مرتبه که دارای پی‌های سطحی هستند و می‌توان خروجی‌های تحلیل پاسخ زمین را مستقیماً به عنوان تحریک ورودی برای آن‌ها استفاده کرد، تمرکز می‌کند. یازده شتاب‌نگاشت و پروفیلی از خاک ماسه‌ای به عمق 39 متر در نرم‌افزار DEEPSOIL مدل‌سازی شده و پاسخ پروفیل خاک با چهار روش غیرخطی، خطیِ معادل و خطی (حوزه زمان و فرکانس) محاسبه و مقایسه شده‌است. مدل‌سازی اندرکنش اینرسی به کمک مدل تیر متکی بر شالوده‌ی غیرخطی وینکلر (BNWF) و در چارچوب نرم‌افزار OpenSees انجام شده‌است. این روش در مدل‌سازی مرز میان خاک و پی و سازه مجموعه‌ای از فنرهای گسترده‌ی یک بعدی را که مدول آن‌ها علاوه بر مشخصات خاک و کرنش پی تابعی از مود پاسخ، هندسه و سختی پی است، به کار می‌گیرد. دو قاب پنج و نه طبقه با پی‌های تکی در نرم‌افزار ETABS طراحی و در نرم‌افزار OpenSees مدل‌سازی شده و پاسخ دینامیکی آن‌ها با اعمال تحریک‌هایی که در نرم‌افزار DEEPSOIL به صورت غیرخطی اصلاح شده‌اند، محاسبه شده‌است.بر مبنای تحلیل‌های انجام‌شده در این مطالعه روش غیرخطی شبه‌شتاب طیفی را در زمان تناوب‌های 5/0، 1 و 5/1 ثانیه به ترتیب 4/9، 2/30 و 9/33 درصد کم‌تر از روش خطی معادل برآورد کرده‌است. برش پایه در سازه با پی الاستیک در مقایسه با حالت پی مقید در قاب‌های پنج و نه طبقه به ترتیب 04/3، 42/3 درصد کم‌تر به‌دست آمده، در حالی که همین پارامتر با تغییر رفتار پی از مقید به غیرخطی در قاب‌های پنج و نه طبقه به ترتیب دچار 80/25 و 05/14 درصد کاهش شده‌است. تفاوت قابل‌ملاحظه‌ای که به ویژه در تحریک‌های شدید میان نتایج حاصل از تحلیل اندرکنش خاک و سازه به روش‌های خطی و غیرخطی وجود دارد، درستی و دقتِ ساده‌سازی رفتار غیرخطیِ مجموعه‌ی خاک و پی به صورت خطی را زیر سوال می‌برد.

فهرست عناوین صفحه
1 فصل اول کلیات 1
1‌.1‌ ضرورت انجام تحقیق 3
1‌.2‌ اهداف تحقیق و نوآوری 3
1‌.3‌ فرضیه‌های تحقیق 3
1‌.4‌ فرضهای تحقیق 4
1.5 روش تحقیق 5
1.6 فصول تحقیق 6
1.7 فلوچارت تحقیق 6
2 فصل دوم مروری بر تاریخچه‌ی تحقیقات پیشین و معرفی روش تیرِ متکی بر شالوده‌ی غیرخطی وینکلر (BNWF) 9
2‌.1‌ مقدمه‌ای پیرامون اندرکنش خاک و سازه و مروری بر تاریخچه‌ی تحقیقات پیشین 10
2‌.2‌ معرفی و توصیف مدل تیرِ متکی بر شالوده‌ی غیرخطی وینکلر (BNWF) 17
2‌.3‌ مشخصات و محدودیت‌های مدل تیرِ متکی بر شالوده‌ی غیرخطی وینکلر (BNWF) 18
2‌.4‌ مدل‌های مصالح در مدلسازی به روش تیرِ متکی بر شالوده‌ی غیرخطی وینکلر (BNWF) 19
2‌.4‌.1‌ مدل مصالح QzSimple1 19
2‌.4‌.2‌ مدل مصالح PySimple1 24
2‌.4‌.3‌ مدل مصالح TzSimple1 25
2‌.5‌ پارامترهای مدل تیرِ متکی بر شالوده‌ی غیرخطی وینکلر (BNWF) 26
2‌.5‌.1‌ ظرفیت باربری نهایی (قائم و جانبی) 28
2‌.5‌.2‌ سختی قائم و جانبی (Kv و Kh) 29
2‌.5‌.3‌ ظرفیت کششی (TP) 31
2‌.5‌.4‌ نوع خاک 32
2‌.5‌.5‌ نسبت طولی انتهایی (Re) 33
2‌.5‌.6‌ نسبت شدت سختی (Rk) 34
2‌.5‌.7‌ فاصله‌ی بین فنرها (یا همان تعداد فنرها) (le/L) 35
2‌.5‌.8‌ محدوده‌ی الاستیک (Cr) 36
2‌.5‌.9‌ سختی پساتسلیم (Kp) 36
2‌.5‌.10‌ سختی باربرداری (Kunl) 37
3 فصل سوم تحلیل پاسخ زمین و اندرکنش سینماتیکی خاک و سازه 38
3‌.1‌ تحلیل یک بعدی پاسخ زمین با رویکرد غیرخطی 40
3‌.1‌.1‌ تحلیل یک بعدی پاسخ زمین با روش خطیِ معادل 40
3‌.1‌.2‌ تحلیل یک بعدی پاسخ زمین با روش غیرخطی 41
3‌.2‌ تحلیل یک بعدی پاسخ زمین در نرم‌افزار DEEPSOIL 43
3‌.2‌.2‌ محاسبه‌ی مقاومت برشی 46
3‌.2‌.3‌ فرمول‌بندی میرایی ویسکوز 46
3‌.2‌.3‌.1‌ فرمول‌بندی میرایی ویسکوز در تحلیل غیرخطی (حوزه‌ی زمان) 46
3‌.2‌.3‌.2‌ فرمول‌بندی میرایی ویسکوز در تحلیل خطیِ معادل 47
3‌.2‌.4‌ گام زمانی در تحلیل در حوزه‌ی زمان 47
3‌.2‌.5‌ میرایی سنگ بستر، تعداد تکرارها، نسبت تنش موثر برشی و به‌روز‌کردن ماتریس میرایی 48
3‌.3‌ انتخاب تحریک‌های ورودی و تصحیح شتاب‌نگاشت‌ها 49
3‌.4‌ مدل‌سازی عددی 52
3‌.4‌.1‌ مدل‌سازی مصالح و مشخصات پروفیل خاک 52
3‌.4‌.2‌ لایه‌بندی سایت 55
3‌.5‌ تجزیه و تحلیل داده‌ها 57
3‌.5‌.1‌ طیف‌های پاسخ 58
3‌.5‌.1‌.1‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR01 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 58
3‌.5‌.1‌.2‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR02 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 60
3‌.5‌.1‌.3‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR03 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 60
3‌.5‌.1‌.4‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR04 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 63
3‌.5‌.1‌.5‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR05 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 63
3‌.5‌.1‌.6‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR06 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 66
3‌.5‌.1‌.7‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR07 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 68
3‌.5‌.1‌.8‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR08 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 68
3‌.5‌.1‌.9‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR09 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 68
3‌.5‌.1‌.10‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR10 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 72
3‌.5‌.1‌.11‌ طیف‌های پاسخ زلزله‌ی GMR11 و نسخه‌های اصلاح‌شده‌ی آن 72
3‌.5‌.2‌ بیشینه‌ی شتاب زمین 75
3‌.5‌.3‌ بیشینه‌ی جابه‌جایی زمین 79
3‌.5‌.4‌ بیشینه‌ی کرنش برشی خاک 82
4 فصل چهارم اندرکنش اینرسی خاک و سازه 87
4‌.1‌ صحت‌سنجی روش مدل‌سازی 88
4‌.2‌ مدل‌سازی عددی 90
4‌.2‌.1‌ معرفی سازه‌ی پنج طبقه و مدل‌سازی آن‌ها در نرم‌افزار ETABS 90
4‌.2‌.2‌ مدل‌سازی سازه‌ها در نرم‌افزار OpenSees 92
4‌.2‌.3‌ مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه در نرم‌افزار OpenSees 96
4‌.2‌.4‌ انتخاب تحریک‌های ورودی و مقیاس‌سازی شتاب‌نگاشت‌ها 98
4‌.3‌ تجزیه و تحلیل مدل‌ها 102
4‌.3‌.1‌ نتایج تحلیل مقادیر ویژه 102
4‌.3‌.2‌ برش پایه 104
4‌.3‌.3‌ لنگر پایه 111
4‌.3‌.4‌ شتاب 118
4‌.3‌.5‌ جابه‌جایی 125
4‌.3‌.6‌ شاخص دریفت میان‌طبقه‌ای 131
5 فصل پنجم جمع‌بندی و نتیجه‌گیری 139
5‌.1‌ نتایج 140
5‌.2‌ ارائه‌ی پیشنهادات برای مطالعات آینده 142
منابع و مراجع 143

بررسی رفتار اندرکنش خاک-سازه با جداسازهای لرزه ای در ساختمان های با مصالح بنایی با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی

چکیده

جداسازی لرزه ای پایه در سازه ها در بسیاری از کشورهای زلزله خیز تاحدودی زیادی مراحل تئوری و آزمایشگاهی خود را طی کرده و جنبه کاربردی پیدا کرده است ساختمانهای آجری در زلزله های گذشته آسیبهای شدیدی را متحمل شده اند باتوجه به تعداد زیاد این ساختمان ها در ایران و در سایر نقاط جهان ، ارزیابی عملکرد لرزه ای آنها از ضرورت خاصی برخوردار است در این پژوهش با توجه به ضرورت عملکرد مناسب سازه های بنایی به مدلسازی و بررسی تاثیر استفاده از سیستم جداگر پایه لاستیکی بر پاسخ سیستم می پردازیم برای دستیابی به نتایج دقیقتر از اثرات اندرکنش بین خاک و سازه چشم پوشی نکرده و از آنجا که جداساز لرزه ای بر مبنای طراحی بر اساس عملکرد انجام می شود تامین نیازهای شکل پذیری و کنترل آسیب در اعضای کلیه سازه ها در ساختمان تا حد زیادی وابسته به مدلسازی خاک در زیر پی و تاثیر آن در توضیع تقاضای شکل پذیری در اعضای سازه ای می باشد و اثرات آن را با مدلسازی سیستم لحاظ می کنیم نتایج بدست آمده حاکی از عملکرد مناسب سیستم تقویت شده با استفاده از جداگر سربی لاستیکی باهسته سربی استکه در این تحیقیق بیانگر عملکرد مناسب سازه های جداسازی شده با مصالح بنایی نسبت به سازه هایی با پایه های ثابت میباشد در سازه های جداسازی شده، به دلیل وجود لایه لغزشی بین روسازه و پی، کاهش قابل ملاحظه ای در مقدار برش پایه رخ میدهد که نشان از اهمیت و ضرورت کاهش ارتعاش سازه در هنگام زلزله دارد

فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده1
فصل اول : کلیات تحقیق 2
1-1- کلیات تحقیق 3
2-1- مقدمه 4
3-1- بیان مسئله 6
4-1- ضرورت انجام تحقیق 7
5-1- اهداف تحقیق 8
6-1- سوالات تحقیق 8
7-1- جنبه جدید بودن موضوع 8
8-1- فرضیات تحقیق 9
9-1- سوابق تحقیق 9
9-1- 1-ساختمانهای بنایی 10
9-1- 2-ساختمانهای بنایی جداسازی شده و رفتار آنها 11
10-1-تعریف واژه ها و اصطلاحات فنی و تخصصی 11
فصل دوم: پیشینه تحقیق 13
1-2- مقدمه 14
2-2-انواع ساختمان‌های با مصالح بنایی 15
1-2-2- ساختمان‌های بنایی با کلاف کامل 15
2-2-2- ساختمان‌های بنایی با کلاف افقی زیرین و رویی 15
3-2-2- ساختمانهای بنایی با کلاف افقی زیرین و کلاف قائم 15
4-2-2- ساختمان‌های بنایی با کلاف افقی زیرین 16
5-2-2- ساختمانهای بنایی تک میلگردی 16
6-2-2- ساختمان‌های آجری، بلوک سیمانی و سنگی بدون کلاف 16
7-2-2- ساختمانهای بنایی مختلط 16
3-2- دسته بندی ساختمان‌های آجری 17
1-3-2- ساختمان‌های آجری غیر مسلح 17
2-3-2- ساختمان‌های آجری نیمه مسلح 17
3-3-2- ساختمان‌های آجری مسلح 17
4-3-2- ساختمان‌های آجری مرکب (قاب بندی شده) 18
4-2- مروری بر کارهای تحقیقاتی در زمینه ساختمان‌های آجری 18
5-2-اهمیت مقاوم سازی بناهای تاریخی 19
1-5-2- علل آسیب پذیری بناهای تاریخی 19
6-2- انواع مکانیزم‌های شکست در ساختمان‌های بنایی آجری 20
1-6-2- شکست خارج از صفحه 20
7-2- شکست داخل صفحه 22
7-2- 1 رفتارساختمان‌های بامصالح بناییدر مقابل زلزله 22
8-2- توزیعنیروهایزلزله در ساختمان‌هایآجری 23
9-2- دلیلبنیادیناپایداریلرزهایساختمان‌هایآجریغیرمسلحدربرابرزلزله 24
10-2- کاربردهای جداساز لرزه ای 25
11-2- جداسازی لرزه‌ای 32
12-2- انواع سیستم‌هایجداگر 32
13-2- تاثیرات جداگرهای لرزه‌ای 34
14-2- انواع ایزولاتورها 35
15-2فواید استفاده از جداساز لرزه ای36
16-2- بالشتک های لاستیکی با میرایی کم دارای هسته رسی 36
17-2 بالشتک های لاستیکی با میرایی زیاد37
18-2- مزایا و معایب جداگرهای لرزه‌ای 38
19-2- اندرکنشخاکوسازه 39
20-2- اثراتاندرکنشخاکـسازه 40
21-2 انالیز دینامیکی41
22-2- انتخاب رکورد زلزله 41
1-22-2 زلزله نورث ریچ 41
2-22-2 زلزله طبس، خراسان، ایران 1357 42
23-2- ملاحظات عمومی در زمان طراحی جداسازها 44
فصل سوم: روش تحقیق 47
1-3- مقدمه 48
2-3-روش المان محدود در طراحی سازه ها 49
3-3- مزایای طراحی به روش المان محدود51
4-3- معرفی نرم افزار 53
5-3- تعریف المان‌های مورد نیاز 54
6-3- المان solid65 54
6-3- 1 اطلاعات ورودی مورد نیاز المان 55
6-3- 2 اطلاعات خروجی مورد نیاز المان 55
6-3 -3 ساخت شبکه بندی مدل هندسی55
6-3 -4 اعمال شرایط مرزی و اعمال بار برروی مدل56
7-3- تنظیمات بارگذاری وحل 56
7-3- 1-انتخاب نوع انالیز56
7-3- 2-تلورانس همگرایی57
8-3- بررسی صحت مدل‌سازی 58
فصل چهارم : بررسی نتایج 62
1-4- مدلسازی عددی 63
2-4- مشاهده نتایج مدل‌های مورد بررسی تحت اثر رکورد زلزله طبس 68
2-4 -1- مقایسه مدل‌های مورد بررسی تحت اثر رکورد زلزله طبس 68
2-2-4- لحظه شروع تسلیم 69
3-4- مشاهده نتایج مدل‌های مورد بررسی تحت اثر رکورد زلزله نورثریج 70
1-3-4- مقایسه مدل‌های مورد بررسی تحت اثر رکورد زلزله نورث ریج 71
2-3-4- لحظه شروع تسلیم 72
4-4- بررسی عملکرد سیستم با استفاده از تحلیل استاتیکی غیر خطی 73
1-4-4- بررسی مدل MW 9 73
2-4-4- لحظه شروع تسلیم 73
3-4-4- بررسی مدل MW 10 74
4-4-4- لحظه شروع تسلیم 75
5-4-4- بررسی مدل MW 11 76
6-4-4- لحظه شروع تسلیم 76
7-4-4- بررسی مدل MW 12 77
8-4-4- لحظه شروع تسلیم 78
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و ارائه پیشنهادات 79
5-1- مقدمه 80
2-5- نتایج 80
1-2-5-نتایج عملکرد سیستم تحت اثر رکورد زلزله طبس 80
2-2-5-نتایج عملکرد سیستم تحت اثر رکورد زلزله نورث ریج 80
3-2-5- نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی 81
3-5- پیشنهادات 81

 

تحلیل لرزه ای قاب های فولادی با لحاظ اثرات اندرکنش خاک و سازه: مقایسه میان مدلسازی دوبعدی و سه بعدی

چکیده

تجربیات گذشته نشان می دهد که خاک زیر پی بر روی رفتار دینامیکی سازه تاثیر می گذارد. پاسخ دینامیکی سازه حین لرزه‌های اعمالی، متغیری از نوع خاک زیر پی بوده، لذا بدون در نظر گرفتن تاثیر آن نمی توان تخمین واقع گرایانه ای از نیروهای اعمالی زلزله بر سازه داشت. همچنین پی بخشی از سازه است و در بازتوزیع نیروهای داخلی آن سهیم است. فرض انعطاف پذیر بودن پی ممکن است باعث افزایش نیروهای داخلی اعضای سازه ای نیز شود. لذا برای تحلیل دقیق تر پی و سازه لازم است اثر اندرکنش پی و سازه و خاک در نظرگرفته شود. از آنجا که پاسخ‌های واقعی یک سیستم خاک – سازه نسبت به پاسخ‌های سازه قرار گرفته بر روی زمین صلب گاهی تفاوت‌های زیادی دارند، عدم لحاظ اثر اندرکنش خاک-سازه به ویژه برای سازه‌های خاص گاهی نمی‌تواند توجیهی داشته باشد. تغییر شکل های یک سازه در هنگام زلزله تحت تأثیر اندرکنش سه سیستم مرتبط سازه، فونداسیون و مشخصات لایه های خاک زیر و اطراف فونداسیون قرار دارد. اندرکنش خاک و سازه در اثر عبور امواج زلزله از بین سیستم خاک و سازه همواره اتفاق می افتد. از طرفی، برای انجام یک تحلیل اندرکنشی دقیق، نیاز به مدل کردن رفتار خاک و سازه به شکلی است که در طبیعت با آن مواجه می‌شویم. آنچه که در این تحقیق به بحث و بررسی آن پرداخته شده است، مقایسه تحلیل لرزه ای قاب های فولادی با لحاظ اثرات اندرکنش خاک-سازه است که در دوحالت دوبعدی و سه‌بعدی انجام شده‌است. برای این منظور سه نوع قاب فولادی کوتاه (چهار طبقه)، متوسط (ده طبقه) و بلند (پانزده طبقه) تحت شتاب‌های مختلف زلزله قرار گرفته‌اند که با استفاده از نرم افزار اجزا محدود ABAQUS و با لحاظ اثرات متقابل خاک و سازه مدلسازی و تحلیل شده اند. نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان می دهد که برای سازه‌های کوتاه درحالتی‌که سازه پایه گیردار باشد و یا خاک زیر سازه از نوع سفت باشد می‌توان از مدلسازی دوبعدی بجای سه‌بعدی استفاده نمود. در مورد سازه‌های متوسط زمانی جایز به استفاده از مدلسازی دوبعدی می‌باشیم که سازه پایه گیردار باشد یا حالتی که خاک زیر آن از نوع سفت باشد و در مورد سازه های بلند جز درحالتی‌که سازه پایه گیردار باشد در سایر موارد مجاز به استفاده از مدلسازی دوبعدی بجای سه‌بعدی نمی‌باشیم.

چکیده 1
فصل اول: مقدمه، هدف تحقیق و مرور فصل‌ها 3
1ـ1ـ مقدمه 3
1ـ2ـ هدف تحقیق 5
1ـ3ـ ساختار پایان نامه 5
فصل دوم: مرور ادبیات فنی 6
2ـ1ـ مقدمه 6
2ـ2ـ تاریخچه 6
2ـ3ـ تعریف مسئله اندرکنش خاک و سازه 7
2ـ3ـ1ـ انواع مکانیزم های اندرکنش خاک و سازه (SSI) 7
2ـ3ـ1ـ1ـ اندرکنش کینماتیک 7
2ـ3ـ1ـ2ـ اندرکنش اینرسی 8
2ـ3ـ2ـ طبقه‌بندی روش‌های تحلیل اندرکنش خاک – سازه 8
2ـ3ـ2ـ1ـ روش مستقیم 9
2ـ3ـ2ـ2ـ روش زیر سازه 9
2ـ3ـ2ـ3ـ روشهای حل مختلط 10
2ـ3ـ2ـ4ـ سیستم جرم – فنر – میراگر 14
2ـ3ـ3ـ ضرورت در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه 15
2ـ3ـ4ـ مراحل گام به‌گام جهت لحاظ اندرکنش خاک و سازه 17
2ـ3ـ5ـ چگونگی لحاظ اثرات اندرکنش در آیین‌نامه‌های طراحی 19
فصل سوم: مروری بر پیشینه‌ی تحقیق 21
3ـ1ـ مقدمه 21
3ـ2ـ تاریخچه مطالعات اندرکنش خاک-سازه 21
3ـ3ـ مولفه‌های مسئله اندرکنش خاک-سازه 29
فصل چهارم: مدل‌سازی اثر اندرکنش خاک و سازه در نرم‌افزار Abaqus 6.11 30
4ـ1ـ مقدمه 30
4ـ2ـ معرفی نرم‌افزار Abaqus 30
4ـ2ـ1ـ محیط‌های نرم‌افزار اجزا محدود Abaqus 31
4ـ3ـ صحت سنجی 33
4ـ4ـ تحلیل لرزهای قاب فولادی با ارتفاع کوتاه 44
4ـ4ـ1ـ مشخصات هندسی 44
4ـ4ـ2ـ مشخصات مصالح 45
4ـ4ـ3ـ مدل اجزاء محدود 46
4ـ4ـ4ـ تحلیل دینامیکی غیرخطی 48
4ـ5ـ تحلیل لرزه ای قاب فولادی با ارتفاع متوسط 56
4ـ5ـ1ـ مشخصات هندسی 56
4ـ5ـ2ـ مشخصات مصالح 58
4ـ5ـ3ـ مدل اجزاء محدود 59
4ـ5ـ4ـ تحلیل دینامیکی غیرخطی 63
4ـ6ـ تحلیل لرزه ای قاب فولادی با ارتفاع بلند 69
4ـ6ـ1ـ مشخصات هندسی 69
4ـ6ـ2ـ مشخصات مصالح 71
4ـ6ـ3ـ مدل اجزاء محدود 71
4ـ6ـ4ـ تحلیل دینامیکی غیرخطی 76
فصل پنجم : نتیجه‌گیری و پیشنهاداتی برای تحقیقات آینده 82
5ـ1ـ نتیجه‌گیری 82
5ـ2ـ مطالعات پیشنهادی برای تحقیقات آینده 84
مراجع 85

طراحی بهینه قاب خمشی فولادی با در نظرگرفتن اثر اندرکنش خاک – سازه

چکیده

زلزله بعنوان یک پدیده مخرب در اغلب مناطق دنیا، ایمنی سازه ها و زندگی ساکنان آن را در معرض تهدید قرار می دهد رفتار ساختمان ها در برابر زلزله به عوامل مختلفی بستگی دارد که یکی از این عوامل وزن ساختمان می باشد هر قدر وزن ساختمان کمتر باشد، نیروهای ناشی از زلزله بر آن کمتر خواهد شد که این امر باعث کاهش هزینه ساخت می شود در تحلیل دینامیکی سازه ها عموماً فرض می شود خاک زیر شالوده صلب است و از انعطاف پذیری آن صرف نظر می شودکه در این حالت پاسخ سازه متأثر از خواص دینامیکی خود سازه است و انعطاف پذیری خاک تأثیری در پاسخ سازه ندارد با لحاظ نمودن انعطاف پذیری خاک زیر شالوده انتظار می رود پاسخ سازه تحت تأثیر سیستم دینامیکی جدید خاک- فونداسیون و سازه قرار بگیرد در اکثر موارد در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه باعث افزایش مقادیر تغییر مکان های نسبی طبقات نسبت به مدل بدون اندرکنش می شود، از این رو صرفنظر کردن از اثرات اندرکنش خاک و سازه می تواند باعث خارج شدن یک طرح لرزه ای از حاشیه ی اطمینان شود هدف این مطالعه بهینه سازی قاب های خمشی فولادی با در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک – سازه می باشد برای این منظور قاب های 3و6 طبقه تحت آنالیز دینامیکی بررسی شده است جهت بهینه کردن قاب های خمشی فولادی با در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک- سازه از الگوریتم جامعه پرندگان(PSO) استفاده شده است در این مطالعه تحلیل سیستم خاک و سازه در نرم افزار OpenSeesانجام شده است و سپس باکدنویسی در نرم افزار MATLB با استفاده از الگوریتمPSO وزن قاب ها بهینه شده است نتایج این مطالعه نشان می دهد که با لحاظ کردن اندرکنش خاک- سازه، سیستم نرم تر شده و افزایش شکل پذیری مورد انتظار پیش بینی می شود که این امر منجر به بالا رفتن ابعاد اعضاء و یا شماره پروفیل های مورد استفاده در سازه می شود؛ لذا وزن سازه افزایش یافته و به مقاطع قوی تری نیاز دارد

فصل اول :
کلیات پژوهش
مقدمه
1-2 ضرورت انجام تحقیق
1-3 هدف از انجام تحقیق
1-4 ساختار پایان‌نامه

فصل دوم :
پیشینه پژوهش

فصل سوم:
طراحی سازه‌ها براساس سطح عملکردی و تحلیل آنها
3-1 مقدمه
3-2 مزایای روش طراحی بر اساس عملکرد سازه‌ها
3-3 سطوح عملکردی
3-4 طراحی براساس عملکرد مطابق با آیین‌نامه FEMA 273/356
3-4-1سطوح عملکرد سازه‌ای
3-4-2 سطوح عملکرد سیستم غیرسازه‌ای
3-5 سطوح خطرپذیری لرزه‌ای
3-6 تحلیل‌های خطی
3-7 تحلیل‌های غیرخطی
3-8 انواع تحلیل سازه‌ها
3-8-1 روش استاتیکی خطی
3-8-2 روش دینامیکی خطی
3-8-3 روش استاتیکی غیر خطی(بار افزون)
3-8-4 روش دینامیکی غیرخطی

فصل چهارم :
مبانی و مدلسازی اندرکنش خاک-سازه
4-1 مقدمه
4-2روش‌های مدل‌سازی اندرکنش خاک-سازه
4-2-1 روش محیط پیوسته(مستقیم)
4-2-2 روش زیرسازه
4-3 انتشار موج در یک میله نامحدود
4-4 مدل‌سازی فضای نیمه بی‌نهایت
4-4-1 روش‌های محلی
4-4-1-1 روش اجزای نامحدود
4-4-1-2 روش مرز انتقالی
4-4-1-3 روش لایه جاذب
4-4-2 روش‌های عمومی
4-4-2-1روش اجزای مرزی
4-4-2-2 روش لایه‌ نازک
روش تلفیقی اجزای محدود و اجزای مرزی
مقایسه دو روش محلی و کلی
معادله حاکم بر سیستم اندرکنش خاک-سازه
مدلسازی سیستم اندرکنش خاک- سازه
معرفی نرم افزار OpenSees
ویژگی‌های نرم‌افزار OpenSees
4-10 مدلسازی خاک

فصل پنجم :
مبانی بهینه‌سازی سازه‌ها 5-1 مقدمه
5-2 پیشینه و روش‌های کلی بهینه‌سازی
5-3 معرفی مساله بهینه‌سازی
5-3-1 تابع هدف
5-3-2 متغیرهای طراحی
5-4 روشهای بهینه‌سازی سازه‌ها
5-5 روش‌های بهینه‌سازی الهام‌گرفته از طبیعت
5-6 روش‌های هوشمند (الگوریتم گروه ذرات)
5-6-1 مروری بر زندگی مصنوعی
5-6-2 مطالعه رفتار پرندگان و ایده اولیه “PSO”
5-7 الگوریتم “PSO”
5-7-1راهنمای انتخاب پارامترها
5-7-2 شرط توقف در الگوریتم‌های بهینه‌سازی
5-7-3 مزیت‌های “PSO” در قیاس با سایر الگوریتم‌های جستجو
5-7-4 دیگر مدل‌های ارائه شده برای “PSO”
5-7-5 رهیافت‌هایی جدید برای بهبود همگرایی “PSO”
5-8 بهینه‌سازی مقید سازه‌ها
5-8-1 جریمه‌های ساکن
5-8-2 جریمه‌های پویا
5-8-3 جریمه‌های پویای طبقه‌بندی شده

فصل ششم :
بحث و نتایج
6-1 مقدمه
6 -1- 1 بخش اول: انتخاب و آماده‌سازی رکوردهای زلزله برای تحلیل دینامیکی سازه‌ها
6-2 بخش دوم: آنالیز سازه‌های مورد مطالعه
6-2-1 بررسی قاب‌های3 طبقه بدون و با درنظرگرفتن اندرکنش خاک- سازه
6-2-2 بررسی قاب‌های6 طبقه بدون و با درنظرگرفتن اندرکنش خاک- سازه
6-3 بخش سوم: بهینه‌سازی قاب‌های مورد مطالعه براساس عملکرد
6-3-1 تابع هدف
6-3-2 متغیرهای طراحی
6-3-3 قیود بهینه‌سازی
6-3-4 بهینه‌سازی قاب 3 طبقه
6-3-4-1 قاب 3 طبقه بدون اندرکنش خاک- سازه
6-3-4-2 قاب 3 طبقه با درنظرگرفتن اندرکنش خاک- سازه
6-3-4-3 مقایسه قاب 3 طبقه بدون و با درنظرگرفتن اندرکنش خاک- سازه
6-3-5 بهینه‌سازی قاب 6 طبقه
6-3-5-1 قاب 6 طبقه بدون اندرکنش خاک- سازه
6-3-5-2 قاب 6 طبقه با درنظرگرفتن اندرکنش خاک و سازه
6-3-5-3 مقایسه قاب 6 طبقه بدون و با درنظرگرفتن اندرکنش خاک- سازه
6-4 خلاصه و نتیجه‌گیری
6-5 پیشنهادات
منابع و مآخذ
الف) منابع فارسی
ب) منابع انگلیسی

بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه بر پدیده لنگی برشی در ساختمان‌های بتن مسلح با سیستم لوله‌ای

چکیده

در ساختمان‌های بلند با سیستم لوله‌ای ستون‌ها و تیرهای اطراف سازه وظیفه تحمل بارهای جانبی را به عهده دارند. در این سیستم سازه‌ای پدیده لنگی‌برشی به دلیل وجود تیرهای کوتاه و عمیق جانبی اتفاق می افتد. میزان اثر پدیده لنگی‌برشی به عواملی مانند انعطاف‌پذیری تیرهای جانبی، فاصله و ابعاد ستون‌های جانبی، ارتفاع سازه و دیگر مشخصات سازه بستگی دارد. تعیین اثر پدیده لنگی‌برشی بر توزیع نیروی جانبی بین المان‌های سازه‌ای اهمیت زیادی دارد. در این تحقیق میزان اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه بر پدیده لنگی‌برشی، تغییرشکل‌ها، نحوه توزیع نیروهای جانبی بین ستون‌های جانبی ساختمان و روند تشکیل مفصل‌های پلاستیک در سازه‌های لوله‌ای بتن‌آرمه بررسی می‌شود. همچنین مقایسه‌ای بین نتایج تحلیل خطی و غیر‌خطی صورت گرفته و اثرات رفتار P-Deltaبر نتایج تحلیل استاتیکی غیر‌خطی بررسی شده‌است. با مدل کردن یک ساختمان بتنی 50 طبقه با سیستم لوله‌ای در نرم افزار SAP2000 و تحلیل این سازه تحت اعمال بارهای جانبی ناشی از زلزله در دو حالت، یک‌بار با در‌نظر‌‌گرفتن اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه و یک‌بار بدون در‌نظر‌گرفتن آن، میزان اثرات اندرکنش‌خاک‌و‌سازه بررسی شده‌است. تحلیل‌های مورد‌‌‌‌نظر هم با روش خطی و هم با روش غیرخطی انجام شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که به‌‌طور‌‌کلی وجود اندرکنش‌خاک‌و‌سازه باعث کاهش پدیده لنگی‌برشی و افزایش تغییر‌شکل می‌شود.

1 مقدمه 1
2 مبانی نظری و تحقیقات گذشته 9
2‌.1‌ ساختمان‌های بلند 10
2‌.1‌.1‌ تاریخچه ساختمان‌های بلند 10
2‌.1‌.2‌ عوامل موثر بر روند افزایش ارتفاع و فرم‌های سازه‌ای 11
2‌.2‌ طبقه‌بندی سیستم‌های سازه‌ای در ساختمان‌های بلند 12
2‌.2‌.1‌ سیستم قاب صلب (قاب خمشی) 13
2‌.2‌.2‌ سیستم قاب خمشی مهاربندیشده ( یا قاب و دیوار برشی) 13
2‌.2‌.3‌ سیستم کمربند خرپایی و مهار بازویی 14
2‌.2‌.4‌ سیستم لوله‌ای 15
2‌.2‌.5‌ سیستم لوله‌ای مهاربندیشده 18
2‌.2‌.6‌ سیستم لوله‌های دسته‌شده یا همراه 19
2‌.3‌ پديده لنگی‌برشی در سازه‌های لوله‌ای 21
2‌.4‌ عوامل موثر بر پدیده لنگی‌برشی 24
2‌.4‌.1‌ وجود مهاربند‌های جانبی 24
2‌.4‌.2‌ وجود هسته مرکزی 25
2‌.4‌.3‌ ابعاد و سختی تیرها و ستون‌ها 25
2‌.4‌.4‌ فاصله ستون‌ها 26
2‌.4‌.5‌ وضعیت قرارگیری ستون‌ها 26
2‌.4‌.6‌ لاغری سازه 26
2‌.4‌.7‌ نحوه بارگذاری جانبی 27
2‌.4‌.8‌ سیستم سازه‌ای 27
2‌.5‌ اندرکنش‌خاک‌و‌سازه 28
2‌.6‌ اثرات P-Delta 29
3 مدل‌سازی 31
3‌.1‌ کلیات مدل‌سازی 32
3‌.2‌ ابعاد مدل 32
3‌.3‌ اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه 33
3‌.4‌ انواع روش‌های تحلیل 34
3‌.4‌.1‌ روشهای تحلیل خطی 34
3‌.4‌.1‌.1‌ تحلیلاستاتیکیخطی 34
3‌.4‌.1‌.2‌ تحلیلدینامیکیخطی 35
3‌.4‌.2‌ روشهای تحلیل غیرخطی 37
3‌.4‌.2‌.1‌ تحلیل استاتیکی غیرخطی 37
3‌.4‌.2‌.2‌ تحلیل دینامیکی غیرخطی 37
3‌.5‌ انتخاب روش تحلیل 38
3‌.5‌.1‌ اعمال بار جانبی با روش تحلیل‌استاتیکی‌خطی 38
3‌.5‌.2‌ اعمال بار جانبی با روش تحلیلطیفی 38
3‌.5‌.3‌ اعمال بار جانبی با روش تحلیل‌استاتیکیغیرخطی 39
3‌.5‌.4‌ اعمال بارهای ثقلی و بار جانبی با روش تحلیل‌استاتیکیغیرخطی 39
3‌.5‌.4‌.1‌ با اثر P-Delta 39
3‌.5‌.4‌.2‌ بدون اثر P-Delta 40
4 تفسیر نتایج 41
4‌.1‌ نتایج تحلیل خطی 42
4‌.1‌.1‌ اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه بر لنگی‌برشی 42
4‌.1‌.2‌ اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه بر تغییرشکل‌های قائم و جانبی 44
4‌.1‌.3‌ اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه بر تغییرات لنگیبرشی در ارتفاع سازه 46
4‌.2‌ نتایج تحلیل غیرخطی 49
4‌.2‌.1‌ نتایج تحلیل غیرخطی فقط با اعمال بار جانبی 49
4‌.2‌.1‌.1‌ مقایسه نتایج تحلیل خطی و غیرخطی 49
4‌.2‌.1‌.2‌ اثر تشکیل مفصل‌های پلاستیک بر تغییرشکل‌های قائم و جانبی 52
4‌.2‌.1‌.3‌ اثر تشکیل مفصل‌های پلاستیک بر لنگی‌برشی 59
4‌.2‌.1‌.4‌ اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه بر تشکیل مفصل‌های پلاستیک 62
4‌.2‌.2‌ نتایج تحلیل غیرخطی با اعمال بارهای ثقلی و بار جانبی 64
4‌.2‌.2‌.1‌ اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه 67
4‌.2‌.2‌.2‌ اثر P-Delta 70
4‌.2‌.2‌.3‌ اثر تشکیل مفصل‌های پلاستیک بر لنگیبرشی 74
4‌.2‌.2‌.4‌ مقایسه منحنی‌های Pushover 75
4‌.2‌.3‌ روند تشکیل مفصل‌های پلاستیک 77
4‌.2‌.3‌.1‌ اثر P-Delta 78
4‌.2‌.3‌.2‌ اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه 79
5 جمع‌بندي و نتيجه‌گيري 85
منابع و مراجع 89
پيوست‌ها 91

 

مطالعه پارامتریک اثر اندرکنش خاک-سازه بر شاخص خرابی سازه ها

چکیده

در طول سه دهه گذشته تلاش‌های فراوانی به منظور جایگزینی روش‌های طراحی سنتی با روش‌های مبتنی بر عملکرد لرزه‌ای سازه‌ها صورت پذیرفه است. ضوابط موجود در آیین‌نامه‌های طراحی اغلب بر پایه تغییرمکان و مقاومت نیاز اعضای سازه‌ای ایجاد شده‌اند در‌حالی‌که در روش‌های طراحی مبتنی بر عملکرد لرزه‌ای، تغییرات عملکرد سازه‌ها در طول زلزله مورد ارزیابی قرار می‌گیرد که علاوه بر جابجایی و مقاومت، رفتار هیسترزیس اعضای سازه‌ای را نیز در بحث طراحی لحاظ می‌کند. انرژی که در هنگام زلزله توسط اجزای سازه‌ای تلف می‌شود، در واقع نشانگر رفتار غیرارتجاعی اعضای سازه‌ای است. همچنین نشان داده شده است که خسارت ایجاد شده در المان های سازه‌ای، به وسیله تعداد سیکل‌های بارگذاری و حداکثر جابجایی سازه تحت تاثیر قرار می‌گیرد. برای تعیین سطح عملکرد سازه‌ها در هنگام زلزله نیاز به معیاری کمی جهت تخمین خرابی‌های احتمالی در سازه داریم که در این راستا شاخصی تحت عنوان شاخص خرابی ارائه شده است. همچنین در نظر گرفتن مسئله اندرکنش خاک و سازه از یک سو به دلیل تغییر جابجایی میدان آزاد ناشی از اثر سینماتیکی و از سوی دیگر به دلیل بروز تحریکات ثانویه ناشی از نیروهای اینرسی اعمالی به سازه می‌تواند پاسخ سیستم را متفاوت از حالت پای ثابت تحت تحریکات میدان آزاد سازد. با این حال، اثرات اندرکنش خاک و سازه بر روی شاخص خرابی سازه‌های با زوال سختی، تا کنون مورد بررسی قرار نگرفته و مطالعات صورت گرفته نیز اغلب بر روی سازه‌های واقع بر بستر صلب انجام شده‌اند و در آن‌ها سازه فوقانی با استفاده از مدل غیرارتجاعی دوخطی مدل شده و از اثرات زوال سختی در آن‌ها صرف نظر شده است. هدف اصلی این تحقیق، مطالعه پارامتریک اثرات اندرکنش خاک و سازه بر روی شاخص خرابی، با لحاظ زوال سختی در منحنی رفتاری سازه است. چنین نتیجه گیری شده است که به‌طورکلی، با افزایش اندرکنش خاک و سازه، شاخص خرابی کاهش می‌یابد؛ البته این رفتار برای تمام حالات اتفاق نمی‌افتد به‌طوری‌که در سازه‌های لاغر، افزایش اندرکنش خاک و سازه تا قبل از یک دوره تناوب آستانه، مقدار خرابی سازه افزایش و بعد از آن دوره تناوب، باعث کاهش خرابی سازه می‌شود. به علاوه زوال سختی در سازه‌های با پای ثابت و اندرکنشی می‌تواند تاثیر قابل توجهی بر شاخص خرابی داشته باشد.

فصل اول: کلیات
1-1- آسیب پذیری سازه ها 3
1-1-1- مدل کیفی 4
1-1-2- مدل کمی 4
فصل دوم: شاخص‌های خرابی و مدل‌های هیسترزیس
2-1- شاخص های خرابی 8
2-1-1- عوامل موثر در تعریف یک شاخص خرابی 9
2-1-2- طبقه بندی خرابی 10
2-1-3- ویژگی‌های شاخص‌های خرابی 12
2-1-4- انواع شاخص‌های خرابی 12
2-1-4-1- شاخص‌های خرابی موضعی 14
2-1-4-2- شاخص‌های خرابی کلی 15
2-1-5- تاریخچه مطالعات 15
2-1-6- شاخص خرابی ویلیام و سکسمیت [30] 19
2-1-7- شاخص خرابی وابسته به شکل‌پذیری 19
2-1-8- شاخص خرابی خمشی 20
2-1-9- شاخص خرابی استفان و یاو [32] 21
2-1-10- شاخص خرابی ونگ و شاه [11] 22
2-1-11- شاخص خرابی کراونیکلر و زهرهای [13] 24
2-1-12- شاخص خرابی دالی و کرول [33] 26
2-1-13- شاخص خرابی جنونگ و یوان [30] 27
2-1-14- شاخص خرابی کراتزیگ [34] 27
2-1-15- مدل خرابی مهنی – دیرلین [35] 29
2-1-16- شاخص خرابی فایفر 31
2-1-17- شاخص خرابی بانون [36] 31
2-1-18- شاخص خرابی پارک و انگ [18] 32
2-1-18-1- مدل اولیه پارک و انگ 33
2-1-18-2- مدل اصلاح شده پارک و انگ 34
2-1-18-3- اشکالات مدل پارک و انگ 35
2-1-18-4- استفاده از مدل پارک و انگ در طراحی و کنترل عملکرد سازه 36
2-1-19- شاخص خرابی برچی و همکاران [39] 37
2-1-20- شاخص خرابی بزرگ نیا و برترو [40] 39
2-1-21- شاخص خرابی رافائل و میر [19] 41
2-1-22- شاخص خرابی کاماریس و همکاران [41] 43
2-1-23- شاخصهای خرابی مودال 44
2-1-24- شاخص خرابی کلی پارک و انگ 47
2-1-25- شاخص خرابی کلی برچی و همکاران 49
2-1-26- شاخص‌های خرابی هزینه‌ای 49
2-2- مروری بر مدل‌های هیسترزیس نیرو – تغییرمکان 51
2-2-1- رفتار الاستوپلاستیک 51
2-2-2- رفتار افزایش مقاومت 53
2-2-3- رفتار کاهندگی سختی 53
فصل سوم: اندرکنش خاک – سازه و رفتار دینامیکی سازه‌ها
3-1- اندرکنش خاک – سازه 56
3-1-1- روش مستقیم 58
3-1-2- روش زیر سازه 59
3-2- رفتار دینامیکی سازه ها 61
3-2-1- پاسخ ارتجاعی سازه‌ها 61
3-2-1-1- مطالعات جهانخواه و همکاران [60] 68
3-2-2- پاسخ غیرارتجاعی سازه‌ها 69
3-2-2-1- مطالعات مولر و همکاران [62] 69
3-2-2-2- مطالعات بازان – مولینا – بیلاک – اریاس [63] 70
3-2-2-3- مطالعات رودریگز – مونتس [64] 71
3-2-2-4- مطالعات آویلس و پرز – روچا [3] 74
3-2-2-5- مطالعات قناد و احمدنیا [65] 77
3-2-2-6- مطالعات قناد و جهانخواه [66] 78
3-2-2-7- مطالعات نخعی و قناد [67] 79
3-2-2-8- مطالعات کوروش نیا، جهانخواه و قناد [68] 80
3-2-2-9- مطالعات گنجوی و هاو [69] 80
3-2-2-10- مطالعات یانگ‌لو، حاج‌رسولیها و مارشال [70] 81
3-2-2-11- مطالعات گنجوی، حاج‌رسولیها و بلورچی [71] 81
فصل چهارم: مدل خاک – سازه
4-1- مدل خاک 84
4-1-1- روابط تقریبی ولتسوس و وربیک ]74[ در تعیین سختی دینامیکی پی ‌سطحی 85
4-1-2- مدل مخروطی برای پی سطحی 87
4-1-2-1- مدل مخروطی انتقالی 88
4-1-2-2- مدل مخروطی چرخشی 91
4-1-3- مدل گسسته برای پی سطحی 94
4-1-3-1- درجه آزادی انتقالی 95
4-1-3-2- درجه آزادی چرخشی 95
4-1-4- روش بازگشتی 96
4-1-5- تصحیحات انجام شده در مدل مخروطی پی سطحی 97
4-1-5-1- اصلاح سرعت موج فشاری 99
4-1-5-2- اصلاح سختی 99
4-1-6- میرایی خاک 101
4-1-6-1- در نظر گرفتن میرایی خاک در مدل مخروطی 103
4-1-6-2- در نظر گرفتن میرایی خاک در مدل گسسته 104
4-2- مدل سازه 107
4-3- مدل خاک سازه 109
4-4- معادلات حرکت 110
4-4-1- معادلات حرکت مستقل از فرکانس تحریک 111
4-4-2- معادلات حرکت وابسته به فرکانس تحریک 113
4-4-3- بی‌بعد سازی معادلات تعادل دینامیکی سیستم 115
4-4-4- معرفی پارامترهای بی‌بعد 117
4-4-4-1- نسبت لاغری سازه 117
4-4-4-2- شاخص سختی سازه به خاک (فرکانس بی‌بعد) 117
4-4-4-3- نسبت جرمی 118
4-4-4-4- نسبت جرم پی به جرم سازه 119
4-4-4-5- نسبت ضریب میرایی خاک و نسبت ضریب میرایی سازه 120
4-4-5- مقادیر پارامترهای ثابت فرض شده 120
4-5- آنالیز 120
4-5-1- روش‌های حل عددی معادلات دینامیکی 121
4-5-2- شاخص خرابی استفاده شده 122
4-5-3- رکوردهای استفاده شده 124
فصل پنجم: اثر اندرکنش خاک – سازه بر انرژی هیسترزیس سازه
5-1- اثر فرکانس بی‌بعد 128
5-2- اثر نسبت لاغری 130
5-3- اثر شکل‌پذیری 130
فصل ششم: اثر اندرکنش خاک – سازه بر شاخص خرابی سازه‌ها
6-1- مدل دوخطی بدون زوال سختی 139
6-1-1- شاخص خرابی مرتبط با مولفه جابجایی نسبی ماکزیمم 139
6-1-2- شاخص خرابی مرتبط با مولفه انرژی هیسترزیس تجمعی 140
6-1-3- شاخص خرابی کلی پارک و انگ 141
6-2- مدل کلاف اصلاح‌شده 143
6-2-1- شاخص خرابی مرتبط با مولفه جابجایی نسبی ماکزیمم 143
6-2-2- شاخص خرابی مرتبط با مولفه انرژی هیسترزیس تجمعی 144
6-2-3- شاخص خرابی کلی پارک و انگ 145
6-3- مدل زوال سختی در باربرداری و بارگذاری 146
6-4- مقایسه نتایج حاصل از مدل‌های رفتاری مختلف 169
6-4-1- شاخص خرابی کلی پارک و انگ 169
6-4-2- شاخص خرابی مرتبط با مولفه انرژی هیسترزیس تجمعی 170
6-4-3- شاخص خرابی مرتبط با مولفه جابجایی نسبی ماکزیمم 171
6-5 نتایج دو مدل کاهنده سختی نسبت به مدل الاستوپلاستیک دوخطی 172
6-6- درصد مشارکت‌های مولفه انرژی هیسترزیس تجمعی و مولفه جابجایی نسبی ماکزیمم در سه مدل رفتاری مختلف 173
6-6-1- مدل رفتاری الاستوپلاستیک دوخطی 173
6-6-2- مدل رفتاری کلاف اصلاح شده 174
6-6-3- مدل رفتاری زوال سختی 176
6-7- مقایسه نتایج طیف‌های درصد مشارکت حاصل از مدل‌های رفتاری مختلف 176
6-7-1- درصد مشارکت مولفه جابجایی ماکزیمم شاخص خرابی پارک و انگ 176
6-7-2- درصد مشارکت مولفه انرژی هیسترزیس شاخص خرابی پارک و انگ 177
نتیجه گیری 210
مراجع 213

تاثیر توزیع دیوار در پلان بر پاسخ لرزه‌ای سیستم‌های قاب خمشی بتنی-دیوار بتنی با در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک-سازه

چکیده

براساس اینکه عنوان پایان نامه تاثیر توزیع دیوار در پلان بر پاسخ لرزه ای سیستمهای قاب خمشی بتنی – دیوار بتنی با در نظر گرفتن اثر اندر کنش خاک و سازه بوده است سازه ای در نظر گرفته شده است که در پلان از یک جهت پنج دهانه و در جهت دیگر شش دهانه می باشد. در پژوهش انجام گرفته، تعدادی چینش دیوار برشی، برای بررسی رفتار لرزه هم چنین در این ای ساختمان های بتن آرمه قابی همراه با دیوار برشی با در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه مورد تحلیل قرار گرفت. تحلیل ها 4 پارامتر دوره تناوب سازه، برش پایه، جابجایی کلی طبقات و جابجایی نسبی بین طبقه ای با هم در چینش های مختلف مقایسه شد که نتایج ذیل حاصل گردید:با نزدیک شدن چینش دیوارهای برشی به یکدیگر، دوره تناوب مود اول سازه کاهش می یابد.با کاهش دهانه هایی که در آن ها دیوار برشی وجود دارد، دوره تناوب سازه کاهش خواهد یافت.با نزدیک شدن چینش دیوارهای برشی به مرکز سطح طبقه، دوره تناوب سازه کاهش می یابد. با تغییر چینش دیوارهای برشی روند خاصی در تغییر حداکثر میزان برش پایه مشاهده نشد.با نزدیکتر شدن چیدمان دیوارهای برش به یکدیگر، میزان تغییر شکل کلی طبقه کاهش یافت و باعث بهبود عملکرد لرزه ای سازه گردید.با نزدیکتر شدن چینش دیوارهای برشی به مرکز جرم طبقه، مقدار جابجایی کلی طبقه کاهش می یابد و باعث بهبود عملکرد لرزه ای سازه می شود.با کاهش دهانه های دیوار برشی میزان جابجایی مطلق طبقات افزایش می یابد.با نزدیکتر شدن چیدمان دیوارهای برش به یکدیگر، میزان تغییر شکل نسبی بین طبقه ای کاهش یافت و باعث بهبود عملکرد لرزه ای سازه گردید.با نزدیکتر شدن چینش دیوارهای برشی به مرکز جرم طبقه، میزان تغییر شکل نسبی بین طبقه ای کاهش می یابد و باعث بهبود عملکرد لرزه ای سازه می شود.با کاهش دهانه های دیوار برشی میزان تغییر شکل نسبی بین طبقه ای طبقات افزایش می یابد.

صفحه
فصل اول: 1
اندرکنش خاک – سازه 1
1-1 مقدمه 3
1-2- تفکیک اندرکنش سینماتیکی و اینرسیایی 3
1-2-1- اندرکنش سینماتیکی 3
1-2-2- اندرکنش اینرسیایی 3
1-3- اثرات اندرکنش بر رفتار سازه 4
1-3-1- حالت اول – ساختمان در مقایسه با توده خاک زیر شالوده، سبک و انعطاف پذیر است. 4
1-3-2- حالت دوم – ساختمان در مقایسه با توده خاک زیر شالوده، سنگین و صلب است. 5
1-4- حدود بررسی مسئله اندرکنش خاک – سازه 6
1-5- تعیین پارامترهای مناسب خاک برای تحلیل اندرکنش خاک – سازه 8
1-5-1- مدول برشی 8
1-5-1-1- عوامل موثر بر مدول برشی خاکها: 9
1-5-2- خواص میرایی خاک 9
1-5-2-1- میرایی در مصالح: 9
1-5-2-2- میرایی تشعشعی: 9
1-6- مطالعات صورت گرفته در زمینه اندرکنش خاک – سازه 10
1-6-1- مطالعات بایلاک 11
1-6-2- مطالعات مولر 11
1-6-3- مطالعات تاکواکی 12
1-6-4- مطالعات روریگز و مونتس 12
فصل دوم: 15
پیشینه تحقیق 15
2-1 مقدمه 17
2-2- تعریف دیوار برشی 17
2-3- انواع دیوارهای برشی 17
2-3-1- انواع دیوار برشی بتن مسلح: 18
2-4- ديوار برشي راه‌حل مقابله با زلزله 18
2-5- دیوار برشی کوپله 20
2-5-1- سیستم دیوار برشی کوپله 21
2-6- مودهای گسیختگی دیوارهای برشی کوپله 23
2-6-1- مود گسیختگی خمشی 23
2-6-2- مود گسیختگی برشی 24
2-6-3- مود گسیختگی مرکب 24
2-7- آنالیز دیوارهای برشی کوپله 25
2-7-1- روش محیط پیوسته 25
2-7-2- آنالیز کامپیوتری به کمک شبیه سازی قاب 28
2-7-2-1- آنالیز قاب مشابه 29
2-7-2-2- حل مستقیم مدل 29
2-7-2-3- استفاده از ماتریس سختی برای جزء تیری با انتهای صلب 30
2-7-2-4- استفاده از اعضای ماهیچهای 32
2-7-2-5- استفاده از تیرهای اتصالی یکنواخت معادل 32
فصل سوم: 35
روش تحقیق 35
3-1-نحوه مدلسازی سازه اصلی: 37
3-1-1 مدلسازی فولاد ساختمانی: 37
3-1-2 مدل رفتاری بتن: 40
3-1-3 مدلسازی دیوار برشی: 41
3-2- مدلسازی اندرکنش خاک و سازه: 42
3-3 مشخصات خاک و سازه 48
3-4 مدلسازی خاک 48
فصل چهارم: 51
نتایج عددی 51
فصل پنجم: 77
جمع بندی و پیشنهادات 77
5-1 نتیجه گیری 79
5-2 پیشنهادات 80
منابع و مآخذ 81

 

بررسی اثر اندرکنش خاک – فونداسیون – سازه، نوع خاک و اتصالات بر رفتار قاب های خمشی فولادی

چکیده

تحلیل سازه ها در برابر نیروهای دینامیکی بخصوص زلزله از اهمیت فراوانی برخوردار بوده و از دیرباز مورد توجه محققان قرار گرفته است با در نظر گرفتن اندرکنش خاک – سازه، می توان پاسخ سازه، فونداسیون و خاک را نسبت به تحریکات زلزله ارزیابی کرد در این پژوهش، تأثیر مدلسازی اتصالات تیر به ستون، نوع سیستم سازه ای، ارتفاع سازه، نوع خاک، نوع فونداسیون سطحی و ضریب اطمینان طراحی فونداسیون ها بر پاسخ لرزه ای سازه های فولادی ارزیابی شده است بدین منظور ساختمان 5 و 10 طبقه با دو نوع قاب خمشی فولادی متوسط و ویژه واقع بر دو نوع خاک متفاوت (II و IV) در نظر گرفته شده است اتصالات به کار رفته برای این ساختمان ها از نوع اتصالات از پیش تأیید شده می باشد برای سازه های 5 طبقه، دو نوع فونداسیون سطحی (منفرد و نواری) با سه ضریب اطمینان مختلف و برای سازه های 10 طبقه، یک نوع فونداسیون سطحی (نواری) با یک ضریب اطمینان طراحی گردیده است برای بررسی اثر اندرکنش خاک – سازه از روش مستقیم استفاده گردیده و رفتار غیرخطی خاک به صورت فنرهای وینکلر غیرخطی مدلسازی شده است به منظور ارزیابی عملکرد این سازه ها، مدل های اجزاء محدود با لحاظ اثر اتصالات و اندرکنش خاک – فونداسیون – سازه و مدل های بدون لحاظ اتصالات با تکیه گاه صلب توسط نرم افزار OpenSees به صورت دوبعدی ساخته شده اند این مدل ها تحت تحلیل های مودال، استاتیکی غیرخطی و دینامیکی تاریخچه ی زمانی غیرخطی توسط هفت رکورد زلزله ی حوزه ی دور قرار گرفته و پاسخ های آن ها با یکدیگر مقایسه گردیده است نتایج بدست آمده نشان می دهد که اثر اتصالات و اندرکنش خاک – فونداسیون – سازه و وجود خاک نوع IV، تأثیر بسزایی بر شکل پذیری و پاسخ های غیرخطی قاب های خمشی فولادی دارد و عدم لحاظ آن ها منجر به ایجاد نتایج غیرواقعی می گردد با لحاظ اثر اتصالات و خاک در مدل های واقع بر خاک نوع IV، ماکزیمم تغییرمکان جانبی و ماکزیمم تغییرمکان نسبی نسبت به مدل های بدون لحاظ اتصالات و دارای تکیه گاه صلب افزایش و ماکزیمم برش پایه کاهش می یابد و در مدل های واقع بر خاک نوع II، ماکزیمم تغییرمکان جانبی، ماکزیمم تغییرمکان نسبی و ماکزیمم برش پایه کاهش می یابد در قاب های خمشی 5 طبقه واقع بر خاک نوع IV، سازه با لحاظ اثر اتصالات و فونداسیون منفرد، حد تسلیم و برش پایه ی کمتری نسبت به سازه با فونداسیون نواری و مدل بدون اتصالات و با تکیه گاه صلب دارد بررسی اثر تغییر ضریب اطمینان طراحی فونداسیون ها نشان می دهد که شکل پذیری و ماکزیمم برش پایه در سازه با فونداسیون منفرد با افزایش ضریب اطمینان، افزایش می یابد، اما تغییر ضریب اطمینان در سازه های با فونداسیون نواری منجر به تغییر جزئی پارامترهای مذکور می گردد در قاب های خمشی واقع بر خاک نوع II، ضریب اطمینان طراحی و نوع فونداسیون تأثیر چندانی بر حد تسلیم و پاسخ های دینامیکی ندارد

فصل اول: کلیات پژوهش
1-1- مقدمه2
1-2- بیان مسأله4
1-3- اهداف پژوهش5
1-4- فرضیه‌های پژوهش5
1-5- فصل‌بندی پایان-نامه6

فصل دوم: مبانی نظری پژوهش
2-1- مقدمه8
2-2- هدف از تحلیل اندرکنش خاک – سازه8
2-3- پیشینه‌ی پژوهش9
2-4- تأثیر اندرکنش خاک – سازه بر پارامترهای سازه-ای15
2-4-1- میرایی16
2-4-1-1- میرایی تشعشعی16
2-4-1-2- میرایی هیسترزیس خاک16
2-4-2- زمان تناوب16
2-4-3- تغییرمکان سازه16
2-5- اندرکنش دینامیکی خاک – سازه17
2-5-1- اندرکنش اینرسی17
2-5-2- اندرکنش سینماتیکی17
2-6- مدل‌های اندرکنش خاک – سازه19
2-6-1- سیستم جرم – فنر – میراگر19
2-6-2- مدل تیر برشی20
2-6-3- مدل نیمه بی-نهایت20
2-6-4- مدل المان محدود21
2-6-5- مدل ترکیبی نیم فضا و المان محدود21
2-7- روش‌های تحلیل اندرکنش خاک – سازه22
2-7-1- روش مستقیم22
2-7-2- روش زیرسازه24
2-7-3- روش‌های حل مختلط25
2-7-3-1- روش‌های پیوندی26
2-8- مدل‌های رفتاری مصالح خاک در نرم‌افزار OpenSees28
2-8-1- مصالح الاستیک خطی28
2-8-2- مصالح الاستوپلاستیک کامل28
2-8-3- مصالح گپ الاستوپلاستیک کامل29
2-8-4- مصالح چرخه-ای29
2-8-5- مصالح QzSimple129
2-8-6- مصالح PySimple133
2-8-7- مصالح TzSimple133
2-9- مدل تیر بر روی بستر غیرخطی وینکلر (BNWF)34
2-9-1- پارامترهای مدل BNWF37
2-9-1-1- ظرفیت باربری نهایی (قائم و جانبی)37
2-9-1-2- سختی قائم، جانبی و دورانی37
2-9-1-3- ظرفیت کششی (Tp)38
2-9-1-4- نوع خاک38
2-9-1-5- نسبت طول انتهایی (Re)38
2-9-1-6- نسبت شدت سختی (Rk)38
2-9-1-7- فاصله‌ی فنرها le / L))40
2-9-1-8-محدوده‌ی ارتجاعی ( Cr)41
2-9-1-9- سختی پس از تسلیم (kp)41
2-9-1-10- سختی باربرداری (kunl)41
2-10- رویکرد آیین‌نامه‌های لرزه‌ای برای در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک – سازه42
2-10-1- کلیات استاندارد 2800 برای لحاظ اثر اندرکنش خاک ـ سازه42
2-10-2- کلیات آیین‌نامه‌ی ASCE7-10 برای لحاظ اثر اندرکنش خاک ـ سازه42
2-10-3- کلیات آیین‌نامه‌ی NEHRP برای لحاظ اثرات اندرکنش خاک و سازه43
2-10-4- کلیات آیین‌نامه‌ی FEMA-440 برای لحاظ اثرات اندرکنش خاک و سازه43

فصل سوم: روش تحقیق
3-1- مقدمه46
3-2- معرفی سازه‌های مورد بررسی46
3-3- مشخصات مصالح48
3-3-1- مشخصات مصالح سازه-ای48
3-3-2- مشخصات خاک-48
3-4- جزئیات بارگذاری51
3-4-1- بارگذاری ثقلی51
3-4-2- بارهای جانبی51
3-4-2-1- محاسبه‌ی ضریب زلزله51
3-5- طراحی سازه-ها52
3-6- طراحی اتصالات53
3-6-1- اتصالات گیردار از پیش تأیید شده 56
3-7- طراحی فونداسیون-ها60
3-7-1- محاسبه‌ی ظرفیت باربری فونداسیون‌های منفرد و نواری واقع بر خاک نوع II (دانه‌ای) با استفاده از نتایج آزمایش SPT61
3-7-2- محاسبه‌ی ظرفیت باربری فونداسیون‌های منفرد و نواری واقع بر خاک نوع IV با استفاده از روابط میرهوف62
3-8- مدلسازی با نرم‌افزار OpenSees64
3-8-1- فرضیات مدلسازی در OpenSees65
3-8-1-1- مدلسازی تیرها و ستون-ها65
3-8-1-2- مدلسازی اتصالات خمشی تیرها و ستون-ها66
3-8-1-3- مدلسازی فونداسیون‌های سطحی و فنرهای غیرخطی وینکلر68
3-8-1-4- سایر فرضیات مدلسازی70
3-9- تصویر شماتیک مدل-ها70
3-10- تحلیل مودال72
3-11- صحت سنجی78

فصل چهارم: نتایج تحقیق
4-1- مقدمه81
4-2- تحلیل استاتیکی افزایشی غیرخطی81
4-3- نحوه‌ی ارزیابی و مقایسه‌ی نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی82
4-3-1- تأثیر تغییر نوع فونداسیون82
4-3-2- تأثیر تغییر ضریب اطمینان85
4-3-3- تأثیر تغییر نوع سیستم باربر جانبی87
4-3-3-1- تأثیر تغییر نوع سیستم باربر جانبی در سازه‌های 5 طبقه87
4-3-3-2- تأثیر تغییر نوع سیستم باربر جانبی در سازه‌های 10 طبقه87
4-4- تحلیل دینامیکی تاریخچه‌ی زمانی غیرخطی90
4-4-1- انتخاب شتاب‌نگاشت-ها90
4-4-2- مقیاس کردن شتاب‌نگاشت-ها91
4-4-3- بررسی اثر ساختگاه بر امواج زلزله در نرم افزار NERA92
4-5- نحوه‌ی ارزیابی و مقایسه‌ی نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی99
4-6- اثر مدلسازی اجزاء مختلف99
4-6-1- مقایسه‌ی تغییرمکان جانبی طبقات99
4-6-1-1- مدل 5 طبقه با قاب خمشی متوسط99
4-6-1-2- مدل 5 طبقه با قاب خمشی ویژه100
4-6-1-3- مدل 10 طبقه با قاب خمشی متوسط و ویژه103
4-6-2- مقایسه‌ی تغییرمکان نسبی طبقات107
4-6-2-1- مدل 5 طبقه با قاب خمشی متوسط107
4-6-2-2- مدل 5 طبقه با قاب خمشی ویژه110
4-6-2-3- مدل 10 طبقه با قاب خمشی متوسط و ویژه111
4-6-3- مقایسه‌ی برش پایه طبقات112
4-6-3-1- مدل 5 طبقه با قاب خمشی متوسط112
4-6-3-2- مدل 5 طبقه با قاب خمشی ویژه118
4-6-3-3- مدل 10 طبقه با قاب خمشی متوسط و ویژه121
4-7- تأثیر نوع خاک بر رفتار سازه-ای121
4-7-1- تأثیر نوع خاک بر تغییرمکان جانبی طبقات122
4-7-1-1- مدل 5 طبقه با قاب خمشی متوسط122
4-7-1-2- مدل 5 طبقه با قاب خمشی ویژه123
4-7-1-3- مدل 10 طبقه با قاب خمشی متوسط و ویژه123
4-7-2- تأثیر نوع خاک بر تغییرمکان نسبی طبقات126
4-7-2-1- مدل 5 طبقه با قاب خمشی متوسط126
4-7-2-2- مدل 5 طبقه با قاب خمشی ویژه127
4-7-2-3- مدل 10 طبقه با قاب خمشی متوسط و ویژه127
4-7-3- تأثیر نوع خاک بر برش پایه طبقات130
4-7-3-1- مدل 5 طبقه با قاب خمشی متوسط130
4-7-3-2- مدل 5 طبقه با قاب خمشی ویژه131
4-7-3-3- مدل 10 طبقه با قاب خمشی متوسط و ویژه131
4-8- تأثیر تغییر نوع فونداسیون بر رفتار سازه‌‌های 5 طبقه131
4-8-1- تأثیر تغییر نوع فونداسیون بر تغییرمکان نسبی طبقات134
4-8-1-1- مدل 5 طبقه با قاب خمشی متوسط و ویژه134
4-8-2- تأثیر تغییر نوع فونداسیون بر برش پایه طبقات

تاثیر اندرکنش خاک و سازه بر حاشیه اطمینان سازه‌ها در برابر فروریزش

چکیده

هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر اندرکنش خاک و سازه بر پتانسیل فروریزش لرزه‌ای سازه‌ها و هم‌چنین تاثیر کاهش برش پایه‌ی طراحی بر پتانسیل فروریزش سازه‌های طراحی‌شده بر اساس ضوابط لرزه‌ای موجود است. با توجه به خصوصیات سازه و تحریک لرزه‌ای مورد استفاده، اندرکنش خاک و سازه موجب کاهش، افزایش یا عدم‌ تغییر حداکثر نیروهای ایجادشده در سازه می‌شود. با توجه به ضوابط طراحی معرفی‌شده در استاندارد ASCE/SEI 7-10 برای سازه‌های با بستر صلب، اندرکنش خاک و سازه موجب کاهش نیروی برش پایه‌ی طراحی می‌شود. بنابراین استفاده از این ضوابط موجب کاهش برش پایه می‌شود. مبنای این ضوابط رفتار خطی سازه‌ها است. درحالی‌که رفتار سازه‌‌ها در محدوده‌ی غیرخطی متفاوت با حالت خطی است؛ بنابراین انتظار می‌رود با به‌کارگیری این ضوابط عملکرد سازه‌ها در سطح فروریزش ازجمله حاشیه اطمینان سازه‌ها در برابر فروریزش نسبت به سازه‌ی طراحی‌شده با فرض صلبیت بستر تغییر کند. بدین منظور سه سیستم مورد بررسی قرار گرفته است: سازه با پای صلب، سازه بر روی بستر انعطاف‌پذیر و سازه با برش پایه‌ی کاهش‌یافته بر روی بستر انعطاف‌پذیر. میزان تاثیرگذاری استفاده از ضوابط اندرکنش خاک و سازه بر حاشیه اطمینان سازه‌ها در برابر فروریزش توسط دو استاندارد ASCE/SEI 7-10 و NEHRP 2015 بررسی و مقایسه شده است. در این پایان‌نامه‌، سازه‌ی تک‌-درجه آزادی با خصوصیات سیستم قاب خمشی ویژه و با نرم‌شدگی در نمودار نیرو-جابجایی بر فونداسیون سطحی و با درنظرگرفتن وابستگی سختی دینامیکی خاک به فرکانس تحریک بررسی شده است. طبق ضوابط گزارش FEMA-p695 و با استفاده از مدل دوخطی بدون اثر کاهندگی چرخه‌ای و به روش تحلیل دینامیکی افزاینده، ظرفیت فروریزش سیستم‌های خاک و سازه محاسبه شده است. نتایج نشان می‌دهند که اندرکنش خاک و سازه در بیشتر موارد حاشیه اطمینان سازه‌ها را در برابر فروریزش افزایش می‌دهد. هم‌چنین کاهش برش پایه‌ی طراحی طبق ضوابط لرزه‌ای موجود موجب افزایش احتمال فروریزش سازه‌ها می‌گردد. استفاده از ضوابط استاندارد NEHRP 2015 برای درنظرگرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه موجب بهبود عملکرد سازه‌ها در سطح فروریزش نسبت به ضوابط ارائه‌شده در استاندارد ASCE/SEI 7-10 می‌شود.

چکیده ‌أ
فهرست مطالب ‌ب
فهرست شکل‌ها ‌د
فهرست جدول‌ها ‌ح
1 کلیات 1
1-1 مقدمه و تعریف مساله 1
1-2 ساختار پایان‌نامه 3
2 مرور ادبیات فنی 4
2-1 پتانسیل فروریزش سازه‌ها 4
2-2 اندرکنش خاک و سازه 7
2-3 اثر اندرکنش خاک و سازه بر پتانسیل فروریزش سازه‌ها 10
2-4 استانداردهای طراحی سیستم خاک و سازه 11
3 دستورالعمل گزارش FEMA-p695 برای محاسبه‌ی پتانسیل فروریزش سازه‌ها 12
3-1 پارامترهای مدل رفتاری 12
3-2 نمودارهای IDA و منحنی شکنندگی فروریزش 16
3-3 دسته رکورد دور از گسل معرفی‌شده در FEMA-p695 18
3-4 پارامتر CMR 21
4 مدل‌سازی سیستم خاک و سازه و روش حل معادلات آن 23
4-1 مدل سیستم خاک و سازه 23
4-2 فرمول‌بندی مساله 27
4-3 روش حل عددی معادلات تعادل 30
4-4 معرفی پارامترهای مدل 31
5 مراحل محاسبه‌ی حاشیه‌ی اطمینان سازه‌ها دربرابر فروریزش 33
5-1 فرضیات این پژوهش 33
5-1-1 پارامترهای لرزه‌خیزی 33
5-1-2 سیستم سازه‌ای مورد مطالعه 34
5-1-3 پارامترهای سیستم خاک و سازه 34
5-1-4 نمودار رفتاری 34
5-1-5 دسته رکورد استفاده‌شده 35
5-2 نحوه‌ی طراحی طبق ضوابط استاندارد ASCE/SEI 7-10 و NEHRP 2015 35
5-2-1 برش پایه‌ی سازه روی بستر صلب طبق استاندارد ASCE/SEI 7-10 36
5-2-2 برش پایه‌ی کاهش‌یافته‌ی سازه روی بستر انعطاف‌پذیر طبق ضوابط ASCE/SEI 7-10 36
5-2-3 برش پایه‌ی کاهش‌یافته‌ی سازه روی بستر انعطاف ‌پذیر طبق ضوابطNEHRP 2015 38
5-3 برنامه کامپیوتری 40
5-3-1 بررسی صحت نتایج برنامه 40
5-3-2 خروجی‌های برنامه 46
5-3-3 محاسبه‌ی حاشیه‌ی ایمنی فروریزش سازه 48
6 تاثیر اندرکنش خاک و سازه بر حاشیه اطمینان سازه‌ها در برابر فروریزش 50
6-1 تغییرات پارامتر CMR برحسب پریود 50
6-2 تغییرات تقاضای شکل‌پذیری سازه‌ها در شدت زلزله‌ی MCE برحسب پریود 52
6-3 تغییرات احتمال فروریزش سازه‌ها در شدت طیفی برحسب پریود 56
7 تاثیر به‌کارگیری ضوابط ASCE/SEI 7-10 بر حاشیه اطمینان سازه‌ها در برابر فروریزش 58
7-1 تغییرات پارامتر CMR برحسب پریود 58
7-2 تغییرات تقاضای شکل‌پذیری سازه‌ها در شدت زلزله‌ی MCE برحسب پریود 61
8 تاثیر به‌کارگیری ضوابط NEHRP 2015 بر حاشیه اطمینان سازه‌ها در برابر فروریزش 65
8-1 تغییرات پارامتر CMR برحسب پریود 65
8-2 تغییرات تقاضای شکل‌پذیری سازه‌ها در شدت زلزله‌ی MCE برحسب پریود 67
8-3 مقایسه‌ی پارامتر CMR سیستم‌های کاهش برش یافته طبق ضوابط ASCE/SEI 7-10 و NEHRP 2015 70
9 نتیجه‌گیری و پیشنهادات پژوهشی 73
9-1 خلاصه نتایج 73
9-2 رویکردهای پژوهشی آینده 74
مراجع 75

رفتارلرزه ای سازه‌های جداشده‌ ی هوشمند با در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک-سازه

چکیده

پایان نامه ی حاضر شامل دو مرحله ی مطالعاتی می باشد. در مرحله ی اول، ضمن ارزیابی رفتار لرزه ای سازه های جدا شده در پایه، اثرات اندرکنش خاک و سازه بر رفتار لرزه ای این سازه ها ارزیابی می شوند. به منظور انجام یک مطالعه پارامتریک، سه نوع خاک شامل خاک نرم، خاک با سختی متوسط(خاک متوسط) وخاک سخت و چهار زلزله‌ی معروف دنیا و یک زلزله ی مصنوعی و طیف گسترده ای از دوره تناوب روسازه برای ارزیابی لرزه ای اثرات نوع خاک بر عملکرد لرزه ای سازه مورد مطالعه در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی ضرورت در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه را تایید می کند. در مرحله ی دوم، این مطالعه بر روی سازه ها ی هوشمند جداشده در پایه انجام شده است. الگوریتم اتخاذ شده برای تنظیم نیروی کنترلی نقش موثری در اجرای موفقیت آمیزی از سازه است. با این حال، در بسیاری از مطالعاتی که در گذشته انجام شده، این الگوریتم ها برای حالت بدون در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه طراحی شده است. با توجه به اثرات اندرکنش خاک و سازه، یک کنترل کننده ی مناسب (LQR) برای کنترل لرزه ای سازه های هوشمند جدا شده در پایه استفاده شده است. مشابه مرحله اول، یک مطالعه پارامتری گسترده ای به منظور بررسی اثرSSI در زمین لرزه روند کنترل ساختارهای جدا شده هوشمند در پایه انجام شده است. نتایج نشان می دهد که در طراحی کنترل کننده ها، در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه بسیار تاثیر گذار می باشد. علاوه بر این، نتایج شبیه سازی نشان می دهد که نادیده گرفتن اثرات SSI یک سیستم کنترلی نامطلوب را فراهم می کند که ممکن است منجر به کاهش در عملکرد لرزه ای سازه های هوشمند جداشده در پایه در حالت با در نظر گرفتن اثرات SSI باشد.کلمات کلیدی: جداسازی پایه، اندرکنش خاک و سازه، سازه هوشمند جدا شده در پایه، کنترل کننده LQR، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات

1-تاریخچه ی تحقیق، تبیین ضرورت و روش کلی تحقیق 1
1-1- مقدمه 3
1-2- مروری بر کارهای انجام شده 4
1-3- انگیزه ی تحقیق 7
1-4- اهداف تحقیق 8
1-5- روش کلی تحقیق 9
1-6- ساختار پایان نامه 9
2-مروری بر مباحث عملی و تئوری، گردآوری اطلاعات و تجزیه و تحلیل داده ها 11
2-1- مقدمه 13
2-2- سیستم سازه های غیر هوشمند 13
2-2-1-کنترل غیر فعال: 15
2-2-1-1-سیستم های جاذب انرژی 18
2-2-1-1-1-سیستم های اصطکاکی 18
2-2-1-1-2-سیستم‌های ویسکوالاستیک 19
2-2-1-1-3سیستم‌های جاری‌شونده 20
2-2-1-2- سیستم‌های انتقال انرژی ارتعاشی سازه اصلی به سیستم نوسان کننده ی فرعی 22
2-2-1-2-1-روش میراگر و ستون مایع تنظیم‌شونده (TLCD) 22
2-2-1-2-2-روش میراگر و جرم تنظیم شونده (TMD) 22
2-2-1-3- سیستم‌های تغییر دهنده‌ی فرکانس سازه 23
2-2-1-3-1-روش جداسازی لرزه ای 23
2-2-1-3-1-1-عملکرد جداسازی لرزه ای 25
2-2-1-3-1-2-انواع جداسازهای لرزه ای 27
2-2-2-مشکلات سیستم کنترل غیر فعال: 31
2-3- مباحث عملی سازه های هوشمند 31
2-3-1- سازه های هوشمند: 31
2-3-1-1-کنترل فعال 33
2-3-1-1-1- کنترل فعال با کابل‌های فعال 34
2-3-1-1-2-سیستم میراگر جرمی تنظیمشده فعال (ATMD) 35
2-3-1-1-3- کنترل‌کننده‌های ضربه‌ای 37
2-3-1-1-4- کنترل با استفاده از زائده‌های آئرودینامیک 37
2-3-1-2- کنترل نیمه‌فعال 38
2-3-1-2-1- ایزوله‌گر پایه‌ای نیمه‌فعال 39
2-3-1-2-2-میراگرهای‌های نیمه‌فعال MR/ER 39
2-3-1-2-3- میراگرهای ویسکوز نیمهفعال 42
2-3-1-2-4- ستون مایع تنظیمشونده‌ی نیمهفعال 44
2-3-1-2-5- میراگر جرمی تنظیمشده نیمهفعال 44
2-3-1-2-6- میراگر اصطکاکی نیمه‌فعال 45
2-3-1-3- کنترل مرکب 46
2-4-مباحث تئوری سازه های هوشمند 47
2-4-1- الگوریتم‌های کنترلی 47
2-4-1-1-الگوریتم کنترل بهینه LQR 48
2-4-1-1-1- فرآیند سیستمی کنترلکننده LQR 50
2-4-1-2- روش کنترل بهینه آنی 53
2-4-1-3- روش تخصیص قطب‌ها 54
2-4-1-4- الگوریتم کلیپ کنترل 55
3-مروری بر مباحث اندرکنش خاک و سازه 57
3-1-مقدمه: 59
3-2-طبقه بندی نوع زمین 60
3-3-تأثیر اندر کنش خاک و سازه در رفتار دینامیکی سازه‏ها 61
3-4- مقدمه ای بر روش های تحلیلی اندرکنش خاک- سازه 63
3-4-1- روش مستقیم 63
3-4-2- روش زیر سازه 64
3-4-3- انواع مدل های تحلیل اندرکنش خاک- سازه 65
3-5- اثر اندرکنشی خاک و سازه 67
نتیجه 69
4-مدلسازی سازه ها ی جداشده در پایه غیر فعال و هوشمند با در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه 71
4-1- مقدمه 73
4-2- معادلات دینامیکی حاکم بر رفتار سازه های جداشده 73
4-2-1-مدل سازی سازه ی جداشده در پایه با لحاظ نمودن اثرات اندرکنش خاک-سازه 73
4-2-2- مدل سازی سازه ی جداشده هوشمند با ملحوظ نمودن اثرات اندرکنش خاک-سازه 77
4-3- مطالعات عددی 78
4-4- زلزله های طراحی: 79
4-5- مدلسازی سازه هوشمند با لحاظ نمودن اثرات اندرکنش خاک – سازه 91
5-نتیجه گیری و پیشنهادات 113
5-1- مقدمه 115
5-2- نتیجه گیری 115
5-3- پیشنهاد برای ادامه کار 117
منابع 119
پیوست ها 1
پیوست 1 3

مطالعه اندرکنش خاک-پی-سازه حین زلزله با نگاه ویژه به اثرات گود دائم مجاور سازه (مطالعه موردی)

چکیده

اثرات اندرکنش خاک و سازه از انعطاف‌پذیری خاک زیر پی، ارتعاشات نسبی بین پی و سطح آزاد ناشی می‌شود. بامنظور کردن این اثرات می‌توان نیروهای اینرسی و تغییر مکان‌های واقعی یک سیستم سازه – پی – خاک را تحت اثر حرکات لرزه‌ای سطح آزاد تعیین کرد. در طول سه دهه اخیر تحقیقات گسترده‌ای برای تعیین مشخصات مهندسی اثرات اندرکنش خاک-سازه به‌عمل‌آمده است. نتایج این تحقیقات در بسیاری از آیین‌نامه‌های زلزله نظیر NEHRP,UBC,ATC و… آمده است. بسیاری از ساخت ‌و سازها نیازمند گودبرداری‌ها عمیق و وسیع که ممکن است روند احداث و بهره‌برداری از آن‌ها چندین سال به طول بیانجامد، هستند. حفاری‌های عمیق و وسیع در یک محیط شهری که در آن محل حفاری توسط بسیاری از ساختمان‌ها احاطه ‌شده است، امری پراهمیت است که دارای تأثیر بر محیط اطراف هست. چالش بسیار حیاتی این است که اثر متقابل بین گود و ساختمان حین زلزله موردبررسی قرار گیرد. آیین‌نامه‌های زلزله این اثر را مورد بررسی قرار نداده‌اند لذا در این پایان‌نامه سعی بر آن شد تا اثر وجود گود در مجاورت سازه بر عملکرد سازه حین زلزله مورد بررسی قرار گیرد. نتایج برای ساختمان همیاری شهرداری کرمانشاه که در مجاورت گود ناشی از احداث شیب‌راه ورودی قطار شهری قرار دارد افزایش مقادیر جابجایی، افزایش پریود سازه و کاهش برش پایه را نشان می‌دهد. در نتیجه بررسی اثر وجود گود در مجاورت سازه در تحلیل امری بسیار ضروری است.

فصل اول: مقدمه، کلیات و هدف از تحقیق
1-1-مقدمه و کلیات 2
1-2-بیان مسئله و روش تحقیق 3
1-3-اهداف تحقیق 3
1-4-فرضیات تحقیق 3
1-5-نتایج مورد انتظار 4
1-6-ساختار پایان‌نامه 4

فصل دوم: مرور تحقیقات اخیر، روشها و مبانی تئوری
2-1-مقدمه 8
2-2-مرور تحقیقات 8
2-3-روش‌ها و مبانی تئوری 11
2-4-مدل‌های خاک برای اندر کنش خاک و سازه 12
2-4-1-مدل فنر – کمک فنر و جرم معادل 13
2-4-2-مدل تیر برشی 13
2-4-3-مدل نیم بی‌نهایت 14
2-4-4-مدل عناصر محدود برای خاک 14
2-4-5-مدل ترکیبی نیم فضا و المان محدود 15
2-5-بررسی آیین نامه‌های زلزله 16
2-5-1-آیین نامه2800 16
2-5-2-آیین نامهASCE05-7 17
2-5-3-آیین نامه UBC1997 17
2-5-4-آیین نامهIBC2003 18
2-5-5-آیین نامهEURO code8-1998 18
2-5-6-آیین نامه FEMA368(NEHRP) 18
2-6-جمع بندی 19

فصل سوم: معرفی نرم افزار، مراحل مدلسازی و صحت سنجی
3-1-معرفی نرم افزار ABAQUS 22
3-2-1-بخش‌های آباکوس 22
3-2-2-مبانی نرم‌افزار ABAQUS 23
3-2-3-المان‌ها در ABAQUS 24
3-2-4-محیط‌های ABAQUS 25
3-3- سطوح تماس 25
3-4-شرایط مرزی 26
3-5-مدل رفتاری خاک 27
3-6-سازه همیاری شهرداری و ساختمان 15طبقه نامنظم 28
3-7- مش بندی مدل 29
3-8-تحریک لرزه‌ای ورودی 31
3-9-صحت سنجی 37
3-9-1-معرفی 37
3-9-2-مدل سازی 39
3-9-3-آزمایشات میز لرزه در مدل سازه‌های با پای گیردار 41
3-9-10- آزمایشات میز لرزه در مدلسازی سازه واقع بر فنداسیون گسترده 43
3-10-جمع بندی 46

فصل سوم: گزارشات ژئوتکنیکی بخش جنوبی مسیر خط یک قطار شهری کرمانشاه
4-1-مقدمه 48
4-2-زمین شناسی منطقه 48
4-2-1-مقدمه 48
4-2-2-موقعیت منطقه در زمین شناسی ایران 48
4-2-3-سابقه لرزه خیزی 49
4-3-روند انجام مطالعات ژئوتکنیک 51
4-3-1- بافت تحت‌الارضی 52
4-4- نتایج آزمایش‌های صحرایی 53
4-4-1- آزمایش برش مستقیم برجا 53
4-4-2- آزمایش بارگذاری صفحه 53
4-4-3- آزمایش پرسیومتری 54
4-4-4- تعیین مدول الاستیسیته و مدول برشی استاتیکی 56
4-5- نتایج آزمایش‌های آزمایشگاهی 57
4-5-1- آزمایش‌های شناسایی 57
4-6- گمانه BH-5 58
4-7- آزمایش برش مستقیم 10*10 سانتی متر در شرایط اشباع و غیر اشباع 59
4-8- جمع‌بندی و ارائه پارامترهای ژئوتکنیکی 60
4-9- مطالعات ژئوفیزیک 61
4-9-1- مقدمه 61
4-10- تئوری روشهای لرزه‌ای 63
4-10-1- حدود مقادیر سرعت امواج مصالح مختلف و پارامترهای دینامیکی 66
4-11-آیین نامه‌های مورد استفاده 67
4-12- نتایج مطالعات لرزه‌ای 69
4-13- جمع بندی و نتیجه گیری 72

فصل پنجم: مطالعه ساختمان همیاری شهرداری و سازه 15 طبقه
5-1- مقدمه 76
5-2- بررسی خاک در میدان آزاد 76
5-3- بررسی آنالیز دینامیکی ساختمان همیاری شهرداری 82
5-3-1- سازه متکی بر تکیه گاه صلبfixed base – 82
5-3-1-1-آنالیز مودال سازه در حالت متکی بر تکیه گاه صلب 82
5-3-1-2- جابجایی جانبی طبقات سازه در حالت متکی بر تکیه گاه صلب 83
5-3-1-3- برش پایه وارد بر سازه در حالت متکی بر تکیه گاه صلب 86
5-3-2-پاسخ سازه همیاری شهرداری در حال اندرکنش خاک و سازه hamyari-SSI 86
5-3-2-1- نتایج آنالیز مودال(زمان تناوب سیستم‌های اندرکنش خاک و سازه) 86
5-3-2-2- جابجایی جانبی طبقات در تحلیل لرزه‌ای اندرکنش خاک و سازه 87
5-3-2-3- برش پایه وارد بر سازه در حالت اندرکنش خاک و سازه 92
5-3-3-پاسخ سازه همیاری شهرداری در حال اندرکنش خاک و سازه و گود مجاور(SSEI or SSI-adjust excavation) 93
5-3-3-1- نتایج آنالیز مودال(زمان تناوب سیستم‌های اندرکنش خاک و سازه و گود مجاور) 93
5-3-3-2-جابجایی جانبی طبقات در تحلیل لرزه‌ای اندرکنش خاک و سازه و گود مجاور 94
5-3-3-3- برش پایه وارد بر سازه در حالت اندرکنش خاک و سازه و گود مجاور 98
5-3-4-1- پریود سازه 99
5-3-4-2-حداکثر جابجایی جانبی طبقات 99
5-3-4-3-حداکثر نیروی برشی پایه 100
5-3-4-4- طیف پاسخ شتاب 101
5-3-4-5-دریفت طبقات 103
5-4- بررسی اثر عمق گود بر پاسخ لرزه‌ای سازه بلند مرتبه 103
5-4-1- ساختمان در حالت متکی بر پایه صلب 104
5-4-1-1- آنالیز مودال سازه در حالت متکی بر تکیه گاه صلب 104
5-4-1-2-جابجایی جانبی طبقات سازه در حالت متکی بر تکیه گاه صلب 104
5-4-2-ساختمان در ابتدای مسیر زیرگذر-قسمت کم عمق 107
5-4-2-1-آنالیز مودال سازه در اندرکنش خاک-سازه-گود وقتی سازه در نزدیکی قسمت کم عمق قرار دارد 107
5-4-2-2-جابجایی جانبی طبقات سازه در حالت متکی بر اندرکنش خاک-سازه-گود وقتی سازه در نزدیکی قسمت کم عمق قرار دارد 108
5-4-3- ساختمان در ابتدای مسیر زیرگذر-قسمت عمیق 112
5-4-3-1-آنالیز مودال سازه در اندرکنش خاک-سازه-گود وقتی سازه در نزدیکی قسمت عمیق قرار دارد 112
5-4-3-2- جابجایی جانبی طبقات سازه در حالت متکی بر اندرکنش خاک-سازه-گود وقتی سازه در نزدیکی قسمت عمیق قرار دارد 113
5-4-4- مقایسه بین پاسخ‌های لرزه‌ای ساختمان در اندرکنش خاک-سازه-زیرگذر 117
5-4-4-1-پریود سازه 117
5-4-4-2- حداکثر جابجایی جانبی طبقات 118
5-4-4-3- حداکثر نیروی برشی پایه 119
5-4-4-4- دریفت طبقات 119

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات
6-1- نتیجه گیری 122
6-2-پیشنهادات 124

پیوست: فرمول بندی المان‌های نامحدود 125

منابع 129

مطالعه پارامتری اثرات انفجار سطحی بر پاسخ قاب فولادی با در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه

چکیده

امروزه به علت گسترش حملات تروریستی راههای مقاوم سازی ساختمان ها و کاهش خسارات و صدمات وارده بر سازه ها در برابر انفجار و بطور خلاصه توجه به مقوله پدافند غیرعامل بسیار حائز اهمیت استدر این تحقیق کاهش اثرات موج انفجاربه علت حضور گودال در مجاورت ساختمانی فولادی که مقاوم در برابر نیروی زلزله طراحی شده است به کمک نرم افزار المان محدود آباکوس مورد بررسی قرار گرفته است دراین تحقیق ابعاد گودال و اشکال مختلف و استفاده از ترکیب گودال و دیوار بتنی و اینکه کدام حالت تاثیر بیشتری بر پاسخ سازه در برابر انفجار دارد، مطالعه شده است و با عدم حضور گودال مقایسه شده ونتیجه حاصل میدهد که حضور گودال و تغییر ابعاد آن در برخی حالات باعث کاهش جابجایی های طبقات و تنش های وارده بر آن و در شرایطی باعث افزایش تنش و جابجایی وارده به قاب ،در برابر موج انفجار شده است نتایج نشان داده اند که عملکرد قاب در اثر حضور گودال در فواصل نزدیک به قاب بهتر بوده و افزایش ابعاد گودال در صورتی می تواند باعث کاهش تنش وارده به قاب شود که گودال خالی بوده و در فواصل نزدیک به قاب تعبیه شده باشد، به صورتی که گودال مستطیلی با ابعاد 4*1 در فاصله 3 متری در انفجار 100Kg TNT در 10 متری قاب ، باعث کاهش 6% تنش وارده به قاب شده استدر پایان با بررسی نتایج حاصل از گودال های مختلف در حالات خالی و پرشده با آب و بنتونیت ، در فواصل متفاوت مناسب ترین نوع گودال با دیوار های بتنی با ابعاد مختلف ترکیب شده و عملکرد قاب در این حالات بررسی شده است مشخص شد که افزایش ارتفاع تأثیر چندانی نداشته ولی کاهش ضخامت و نزدیک بودن به قاب سبب کاهش تنش وارده به قاب می‌شود

فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه2
1-2- مروري بر ساختمان¬هاي آسیب‌دیده در اثر انفجار3
1-3- موضوع موردبحث پایان‌نامه5
1-4- ساختار پایان‌نامه6
فصل دوم : مروری بر منابع
2-1- مقدمه 8
2-2- شناخت پدیده انفجار و موارد آیین‌نامه‌ای و مرور تحقیقات مشابه8
2-2-1- تعریف پدیده انفجار8
2-2-2- مواد منفجره8
2-2-3- بارهای ناشي از انفجار10
2-2-3-1- امواج ناشي از انفجار10
2-2-3-1-1- موج ضربه10
2-2-3-1-2- موج فشار 11
2-2-3-1-3-انتشار موج انفجار 12
2-2-3-2- طبقه‌بندی انفجارها13
2-2-4-انفجار در هوا15
2-2-4-1-فشار مبناي انفجار Pso15
2-2-4-1-1- روابط براد15
2-4-1-2- روابط هنريش16
2-2-4-2- پارامترهاي جبهه موج انفجار17
2-2-4-3- بازتاب (انعكاس) موج انفجار و فشارهاي ناشي از آن18
2-2-4-4- پارامترهاي مهم موج انفجار در هوا 19
2-2-4-4-1- مدت زمان فاز مثبت (زمان تداوم انفجار)19
2-2-4-4-2 تكانه ويژه انفجار21
2-2-4-4-3 طول موج22
2-2-4-5-قانون مقياس انفجار23
2-2-4-6- پروفيل فشار موج انفجار23
2-2-5- انفجارهای سطحی24
2-2-6- انفجار در داخل زمین24
2-2-7- انفجار داخلی25
2-2-8- تركش‌ها 25
2-2-9- بمب¬های انفجار26
2-2-10- نحوه اعمال باربر سازه28
2-2-11 پاسخ سازه31
2-2-12 معیار چگونگی عملکرد سازه¬ها در برابر انفجار32
2-2-13-رفتار غیرخطی هندسي33
2-2-13-1-رفتار مصالح در نرخ کرنش‌های بالا34
2-2-13-2- خواص ديناميكي بتن در نرخ کرنش بالا35
2-2-13-3- خواص ديناميكي فولاد در نرخ کرنش بالا 36
2-2-13-3-1- رفتار الاستيك و غير الاستيك فولاد38
2-2-14-بنتونیت39
2-2-14-1-خصوصیات بنتونیت 39
2-2-14-2- مصارف انواع بنتونيت ها 40
2-2-14-3- كاربرد در مهندسي عمران 40
2-2-14-4- آب‌بندی سطوح 41
2-2-14-5- نرم‌افزارABAQUS 41
2-2-14-6- پیشینه پژوهش 43
2-2-14-7- شناخت و ارزیابی مواد منفجره و دینامیک موج‌های انفجاری44
2-2-14-8- تأثیر موج‌های انفجاری برسازه44
2-2-14-8-1- پاسخ اجزاي مختلف سازه 45
2-2-14-8-2- تأثیر حضور ترانشه در کنار ساختمان در نیروهای وارده بر سازه 51
فصل سوم : روش تحقیق
3-1- مقدمه 55
3-2- مدل‌سازی اجزا محدود55
3-2-1 رفتار مصالح مدل اجزا محدود58
3-2-1-1خاک58
3-2-1-1-1- المان های سطح مشترک 59
3-2-1-2 قاب فولادی62
3-2-1-3- آب64
3-2-1-4 بنتونیت64
3-3 بارگذاری64
3-4 شرايط مرزي و تنش‌های برجا65
3-5 نحوه جز بندی مدل‌ها67
3-6 صحت‌سنجی68
فصل چهارم : نتایج و تفسیر آنها
4-1- مقدمه 70
4-2: نتایج مدل‌سازی تحت انفجار70
4-2-1-گودال مستطیلی خالی70
4-2-2- گودال تونل دایروی خالی75
4-2-3- گودال مستطیلی حاوی آب80
4-2-4- گودال تونل دایروی حاوی آب85
4-2-5- گودال مستطیلی پر از بنتونیت90
4-2-6- گودال تونل دایروی پر از بنتونیت94
4-2-7- بهینه‌ترین گودال برای کاهش تنش99
4-2-7-1- گودال مستطیلی99
4-2-7-2- گودال تونلی100
4-2-8- ترکیب دیوار بتنی و گودال101
4-2-8-1- اثر کاهشی در میزان تنش وارده101
4-2-7-2- اثر کاهشی در میزان جابجایی قاب102
فصل پنجم : جمع بندی و پیشنهادات
5-1- مقدمه105
5-2- نتیجه گیری105
5-3- پیشنهادات ادامه تحقیق108
مراجع110پیوست 116

 

————————————————————————————————————————————–

برای دریافت فایل بر روی لینک زیر کلیک نمایید.

تومان49,000 تومان39,000افزودن به سبد خرید


————————————————————————————————————————————–