دانلود تحقیق بررسی مدل سازه در حالت خطی

بررسی مدل سازه در حالت خطی:

پس از جمع آوری اطلاعات لازم برای مدلسازی سازه جهت ارزیابی اولیه سازه تحت یک آنالیز خطی استاتیکی مطابق با آئین نامه 2800 قرار گرفت تا اولاً ضغف های آن مشخص گردد و ثانیاً نیاز به مقاوم سازی سازه بررسی گردد.

برای مدلسازی سازه از آنجا که طبقه زیرزمین سازه دارای دیوارهای آجری با کیفیت خوب و به ضخامت5/1 متر بوده و اطراف آن نیز خاک نسبتاً متراکم قرار دارد، و از طرف دیگر به دلیل پاره ای از مسائل دسترسی به تعدادی از اجزای سازه ای در طبقه زیرین ممکن نبوده و نیاز به عملیات سونداژ داشته است. به نحوی که اطلاعات کافی جهت مدلسازی دقیق غیرخطی برای سازه، فراهم نشده است. لذا در حالت خطی سازه در دو حالت با در نظر گرفتن طبقه زیرین و بدون در نظر گرفتن آن مورد بررسی قرار گرفته است و در هر حالت نیز بطور جداگانه اثرات سختی اتصال خورجینی روی رفتار سازه بررسی شده است.

 در نهایت با مقایسه نتایج برای دو حالت با درنظر گرفتن زیرزمین و بدون درنظر گرفتن زیرزمین مشاهده می شد به دلیل سختی زیاد طبقه زیرین عملاً می توان تراز پایه را از طبقه همکف فرض نموده و از طبقه زیرزمین در مدلسازی سازه صرفنظر نمود.

 در آنالیز استاتیکی سازه مشاهده می شود که سازه در تحمل بارهای قائم مشکلی نداشته و قادر به تحمل بارهای مرده و زنده اختصاص داده شده باشد. از طرف دیگر سازه در تحمل بارهای جانبی بسیار ضعیف بوده و تنش های تعداد زیادی از تیرها، اتصالات، و بخصوص ستونها فراتر از حد قابل تحمل مصالح بوده و لذا ضعف مفرط سازه در تمل بارهای جانبی مشاهده می گردد. علاوه بر ضعف سازه در تحمل نیروهای جانبی  با توجه به زمان تناوب سازه در جهت های مختلف مشاهده می گردد که سختی سازه بسیار کم بوده و عملاً زمان تناوب سازه بسیار بالاتر از حدود معمول برای قاب ساختمان ده طبقه است. همینطور تغییر مکانهای کلی ونسبی سازه تحت نیروهای زلزله بسیار فراتر از حدود مجاز آئین نامه می باشد. بنابراین با توجه به نتایج گرفته شده از آنالیز خطی سازه نیاز سازه به مقاوم سازی کاملاً مشخص می باشد.

در ادامه با توجه به گستردگی نتایج بدست آمده خلاصه اهم نتایج بدست آمده در حالت خطی ارائه می شود.

 تحلیل غیرخطی سازه موجود:

 پس از مدلسازی در حالت خطی، سازه در نرم افزار Perform  بصورت سه بعدی مدلسازی شد و تحت آنالیز استاتیکی غیرخطی قرار گرفته است.

 به این منظور کلیه مشخصات اعضای تیروستون  شامل مشخصات پلاستیک مقاطع مطابق با ضوابط FEMA356 محاسبه شده، و در نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته است.

 جهت ارزیابی سازه المانهای سازه به دو گروه کنترل شونده توسط نیرو و کنترل شونده توسط تغییر شکل طبقه بندی می شوند. در این ارتباط در قسمت های بعدی توضیحات بیشتری ارائه می گردد.

 در آنالیز اولیه غیرخطی سازه در جهت x مشاهده می شود که مفاصل پلاستیک در تیر لانه زنبوری در ناحیه ای بین دو ورق تقویتی تیر که در آنجا تیر فاقد ورق پرکننده جان است تشکیل می گردد، و از آنجا که انتظار نمی رود تیرهای لانه زنبوری در این قسمت ظرفیت لازم جهت تغییر شکل پلاستیک را داشته باشند، لذا در مدلسازی تیر و در ناحیه های با جان غیرپر، تیر کنترل شونده توسط نیرو در نظر گرفته شده است بطوریکه هنگامی که لنگرهای وارده در این نواحی از حد الاستیک تجاوز نماید، تیر در نقاط موردنظر مقاومت خود را از دست می دهد.

 با توجه به نتایج حاصله در این مرحله مشاهده می شود که در جهت y دیوار برشی به دلیل خردشدن بتن مقاومت خود را از دست می دهد و لذا منحنی ظرفیت سازه پله ای شکل بوده و بعد از اینکه دیوار برشی مقاومت خود را از دست می دهد، افت قابل توجهی در منحنی ظرفیت مشاهده می شود که سبب افزایش تغییر مکان هدف برای سازه می گردد.

 به هر حال مشاهده می گردد ه که حتی در حالت ایمنی جانی، دیوارهای برشی و ستونهای زیادی در سازه دارای ظرفیت کافی نمی باشند و بعلاوه سازه دارای تغییر مکان هدف بسیار بالایی می باشد و در ضمن کلیه اتصالات خورجینی دارای دوران های پلاستیک قابل توجه فراتر از ظرفیت تحمل خود می باشند. همچنین در مهاربندهای واگرا نیز ظرفیت تیرها کافی نبوده و دوران خمیری آنها فراتر از حدود مجاز مطابق دستورالعمل FEMA356 می باشد. لذا سازه از نظر دستورالعمل FEMA356 آسیب پذیر بوده و نیاز به مقاوم سازی دارد.

در جهتx نیز سازه به دلیل ضعف مهاربندها وستونها وشکست تیرهای لانه زنبوری غیر شکل پذیر دارای ضعف های عمده ای می باشد که حتی در حالت ایمنی جانی تغییر شکلهای بسیار زیادی در سازه ایجاد می گردد و بعلاوه تعداد بسیار زیادی از ستونها نیز دارای ظرفیت مقاوم لازم نمی باشند و نیاز به تقویت دارند.

لازم به ذکر است که برای دستیابی به هدف بهسازی مبنا مطابق دستورالعمل FEMA356  علاوه بر حالت ایمنی جانی، ضواب مربوط به سطح عملکردی آستانه فروریزش نیز باید ارضاء گردد.

( نتابج شامل عکس فنی پوش لور و DCR ها و ....)

طیف مورد استفاده :

 در این تحقیق از آنجا که هدف تنها مقایسه روشهای مختلف برای ارتقاء عملکرد لرزه ای سیستم می باشد. طیف انتخابی چندان تأثیرگذار نبوده و تنها مبنایی برای مقایسه این روشها با یکدیگر است. از این ور در این تحقیق جهت سازگاری با نرم افزار مورد استفاده از طیف سه خطی ارائه شده  در دستورالعمل ATC  و FEMA استفاده شده است. دلایل استفاده از این طیف به شرح زیر است:

1- نرم افزار مورد استفاده تطابق و سازگاری بسیار خوبی با طیف های ATC داشته و از سوی دیگر بدلیل پاره ای از مشکلات نرم افزاری با معرفی طیف های دیگر در نرم افزار مشکلاتی مشاهده می شود.

2- از آنجا که دستورالعمل های FEMA,ATC برای ارزیابی استفاده می شود، بهتر است از طیف های ارائه شده و سازگار با این دستورالعمل استفاده گردد.

 3- آئین نامه 2800 ایران طیف مربوط به زلزله حداکثر مطابق با سطح خطر -2 را ارائه نداده است. و لذا از آنجا که بدلیل هدف عملکردی موردنظر به این طیف نیز علاوه بر سطح خطر -1 احتیاج می باشد. بهتر است از طیف های ATC که در آنها حالت زلزله حداکثر نیر پیش بینی شده است استفاده گردد.

 شکل کلی طیف :ACT 

برای تعریف طیف مطابق شکل تنها به مقادیر احتیاج می باشد. این ضراب که به ترتیب مربوط به ناحیه شتاب و سرعت می باشند، از روی جداول ارائه شده در فصل دوم40 ATC تعیین می گردند. برای این منظور براساس مقادیر شدت لرزش که بصورت ضرائب Z.E.N بیان می شود و در آن Z ضریب لرزه ای مربوط به منقطه E ضریبی است که برای زلزله طراحی یا سطح -1 برابر یک و برای زلزله حداکثر یا سطح خطر -2 برابر 5/1 و برای زلزله حد سرویس برابر 5/0 منظور می شود. N نیز ضریب مربوط به نزدیکی گسل می باشد، مقادیر براساس نوع خا ک موردنظر تعیین می گردند.

شکل 1-1: طیف ACT40

بنابراین با توجه به جداول ارائه شده مقادیر برای  سطوح، سطح -1 و سطح خطر -2 تعیین می گردد.

 در این تحقیق با فرض نوع خاک   که مطابق با خاک نوع دوم در آئین نامه ایران است مقادیر  در حالت سطح خطر-1 مطابق با سطح عملکرد ایمنی جانبی به ترتیب برابر 35/0 و 51/0 تعیین شده است همچنین برای سطح خطر -2 مطابق با سطح عملکرد آستانه فروریزش این مقادیر به ترتیب برابر 525/0 و 74/0 تعیین شده است.

- طبقه بندی اجزای سازه:

در ارزیابی عملکرد سازه اجزای سازه باید مطابق ضوابط و دستورالعمل FEMA به اجزای کنترل شونده توسط نیرو و اجزای کنترل شونده توسط تغیر شکل طبقه بندی می شوند. در فصول قبلی در رابطه با نوع رفتار هر یک از این اجزاء و منحنی رفتاری آنها توضیحاتی ارائه شده است. در اینجا بطور خلاصه اجزایی از سازه که کنترل شونده توسط تغییر شکل و یا کنترل شونده توسط نیرو فرض شده اند، معرفی می گردند.

 اجزای کنترل شونده توسط تغییر شکل:

در این تحقیق اجزای سازه ای زیر کنترل شوند توسط تغییر شکل فرض شده اند:

 مهاربندهای همگرا، تیرهای رابط  در مهاربندهای واگرا ستونهای تحت کشش، کلیه میراگرهای مورد استفاده، تیرهای خورجینی، درخمش و برش و اتصالات خورجینی و همچنین در کلیه ستونهایی که در آنها نیروی محوری فشاری کمتر از  می باشد. تلاش خمشی کنترل شونده توسط تغییر شکل بوده و مقدار حداکثر دوران با توجه به فشردگی مقطع و مقدار نیروی محوری تعیین می شود.

 اجزای کنترل شونده توسط نیرو:

اجزای سازه ای زیر مطابق دستورالعمل FEMA کنترل شونده توسط نیرو فرض می شوند. مهاربندهای سیستم های مهاربندی واگرا، نیروی فشاری در ستونها، کنترل شونده توسط نیرو بوده و بعلاوه در صورتی که نیروی محوری فشاری از  تجاوز  نماید تلاش خمشی نیز کنترل شونده توسط نیرو خواهد بود. همچنین کلیه مهاربندیهایی که میراگرها به آنها متصل می شوند، نیز کنترل شونده توسط نیرو خواهند بود، زیرا بدیهی است که برای عملکرد میراگرها، این مهاربندها باید بصورت الاستیک باقی بمانند.

- استفاده از میراگر TADAS :

مطابق با توضیحات ارائه شده در فصل مربوط به میراگر TADAS. مشخصات این میراگر برای سازه و جهات y,x برای مقادیر مختلف SR,U مطابق روش مشروحه تعیین شده است. و برای مدلسازی در برنامه Perform استفاده شده است. همچنین سخت شدگی کرنشی میراگر با شیب 5% در مدل دوخطی در نظر گرفته شده است. بنابراین با تعین تغییر مکان جاری شدن طبقات قاب  و سختی طبقات سختی میراگر و نیروی جاری شدن میراگر با توجه به مقادیر SR,U مفروض قابل محاسبه و مدلسازی است. برای محاسبه از هر دو روش یعنی هم تحلیل خطی و هم تحلیل غیرخطی استفاده شده است البته نتایج حاصل از دو روش تفاوت اندکی دارند با این حال از نتایج حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی، مشروحه در فصل مربوطه جهت تعیین و سختی طبقات استفاده شده است.

جدول 1-4- محاسبه مشخصات میراگر

برای این منظور در جهت x مشخصات میراگر برای 4 مقدار متفاوت U,SR محاسبه شده است. با توجه به سختی کم قاب در این وضعیت مشاهده می گردد که مقدار SR=4 به نتایج بهتری منجر می شود. با کاهش مقدار U و افزایش نیروی جاری شدن میراگر، کارائی میراگر درسازه کاهش می یابد چرا که ستونهای سازه قابلیت تحمل نیروهای وارده را نداشته و از حالت الاستیک خارج می شوند. برای سازه در جهت y نیز برای سه مقدار مختلف U مشخصات میراگر محاسبه شده و نتایج مربوطه ارائه شده است. همینطور با توجه به شکل پذیری کم دیوار برشی به ناچار مجبوریم از 4 میراگر توسط TADAS در طبقه اول در هر محور 1و8 استفاده نمائیم تا از تشکیل مفصل خمیری و خردشدن بتن در دیوار برشی جلوگیری شود.

استفاده از میراگر ویسکو الاستیک:

سازه در جهات y,x هرکدام برای سه درصد میرایی مختلف تحت آنالیز دینامیکی غیرخطی قرار گرفته است میراگر ویسکوالاستیک بصورت فنر و میراگری موازی( مدل کلوین) در برنامه Perform مدلسازی شده است.

 مطابق با روابط ارائه شده برای میراگرهای ویسکوالاستیک در فصل(؟)درصدهای میرایی با توجه به رابطه(؟) تعیین شده است.

بدین منظور با فرض  توزیع یکنواخت میراگر در سازه، نمودار تغییرات زمان تناوب یا فرکانس اصلی سازه نسبت به افزایش سختی ناشی از اضافه نمودن میراگرویسکوالاستیک بصورت قطری، برای هر دو جهت سازه محاسبه و ترسیم شده است. برای ترسیم این نمودارها سازه چندین بار براساس مقادیر مختلف سختی مهاربندهای قطری اضافه شده، تحلیل شده و زمانهای تناوب مربوط به هر سختی بدست آمده است.

 برای در نظر گرفتن اثر سختی مهاربندها برروی عملکرد میراگر ویسکوالاستیک، سختی مؤثر  و ضریب اتلاف مؤثر  مربوط به سیستم مهاربند ومیراگر در حالت سری با درنظر گرفتن متغیرهای مختلط از معادلات زیر قابل محاسبه می باشد:

با برابر قراردادن قسمت های موهری و صحیح معادله قبل ضریب اتلاف مؤثر از رابطه زیر حاصل می شود:

 (4-1)                                               

در این رابطه n نسبت سختی مهاربند به سختی میراگر ویسکوالاستیک می باشد. در ضمن سختی مؤثر نیز از رابطه زیر بدست می آید. هرچند که مقدار سختی مؤثر به مقدار n حساس نبوده و اغلب برابر سختی میراگر فرض می شود.

بنابراین در رابطه (x?) بجای  از مقدار ضریب اتلاف مؤثر  استفاده می گردد. به این ترتیب با داشتن نمودار تغییرات سختی، و زمان تناوب و مشخص بودن ضریب n( نسبت سختی مهاربندها به سختی میراگر) مقدار درصد میرائی ایجادشده در سازه از معادله(؟x ) بدست می آید.

 برای مدلسازی نیز کافی است سختی معادل با درصد میرایی فروض از روی نمودار مربوطه محاسبه شده و مقدار میرایی متناسب با آن نیز بصورت موازی با سختی مدلسازی گردد.

 با بررسی این نمودارها مشخص می گردد که در جهت y حداکثر درصد میرایی قابل دستیابی برابر 10 درصد و در جهت y برای سه درصد میرایی 10و7و4 درصد مورد بررسی قرار گرفته است.

 لازم  به تذکر است که در محاسبه ضریب n فرض شده است که ازمهاربندهای دوبل نبشی استفاده می شود و حداکثر سختی مهاربند معادل سختی دوبل نبشی 200 در نظر گرفته شده است.

استفاده از میراگرهای ویسکوز:

مطابق با توضیحات ارائه شده در فصل(؟) برای مدلسازی میراگرهای ویسکوز از مدل فنر و میرایی سری استفاده شده است. برای این منظور کافی است مقادیر«C » برای میراگر معرفی گردد. با فرض رفتار خطی میراگرهای ویسکوز، مقادیری برای C در نظر گرفته شده و رفتار سازه با این میراگر بررسی شده است.

 برای محاسبه تقریبی درصد میرایی ایجادشده در سازه بوسیله میراگرهای ویسکوز می توان از روابط موجود در دینامیک سازه ها استفاده نمود. برای این منظور فرض شده است که این میراگرها بطور یکنواخت در کل ساختمان بصورت قطری توزیع می شوند. بنابراین با فرض شکل مود اول برای تغییر شکل سازه میرایی لازم برای دستیابی به درصد خاص میرایی بحرانی  از رابطه زیر بدست می آید:

زاویه میراگر با افق و فرکانس ارتعاش سازه در مود اول  تابع تغییر شکل مربوط به مد اول سازه بوده که از آنالیز مودال سازه بدست می آید. نیز جرم مؤثر سازه بوده و از معادله زیر حاصل می شود:

که در آن  جرم طبقه i ام ساختمان می باشد.

 البته از آنجا که بدلیل رفتار غیرخطی سازه پس از واردشدن سازه به حالت غیرخطی بدلیل نرمی سازه زمان تناوب سازه افزایش می یابد و بناراین درصد میرایی اعمال شده واقعی به سازه از مقادیر مفروض با حالت رفتار خطی تا حدودی بیشتر می باشد. با این حال از آنجا که هدف تنها بررسی رفتار سازه با اضافه نمودن میراگرهای ویسکوز با ضریب میرایی C مشخص می باشد، این امر اهمیت چندانی ندارد. بنابراین مطابق جدول زیر مقادیر مختلف C برای دستیابی به درصدهای میرایی مختلف محاسبه می گردد.