پایان نامه مقایسه شاخص های خسارت در ساختمان های فولادی و بتنی تحت اثر مؤلفه های افقی و قائم زلزله به کمک تحلیل های دینامیکی غیرخطی
چکیده
خرابی های سازه ای هنگامی اتفاق می افتد که تغییر شکل های دائمی و بزرگ بر اثر بارهای وارده به سازه ، در آن ایجاد گردد.
یک مدل خرابی در صورتی واقعی می باشد که مقادیر آن همبستگی مناسبی با وضعیت خرابی مشاهده شده بعد از زلزله ، داشته باشد.
به دنبال توسعه آسیب پذیری کمّی ، معیارهایی برای بیان آسیب پذیری از سوی محققان مطرح شده است . این معیارها که مفهوم میزان خرابی سازه را با ارائه یک تئوری مناسب ، بیان می دارند، به محاسبه ء یک عدد مشخص به نام شاخص خسارت می انجامد.
شاخص های خسارت وسیله ای برای بیان عددی میزان خسارت وارده به سازه بر اثر بار زلزله می باشند و ممکن است به صورت محلی (فقط برای یک عضو) یا کلی (برای کل سازه ) تعریف شوند. همچنین یک سری شاخص های خسارت در مقیاس طبقه تعریف شده است . شاخص های خسارت طبقه برای تعریف شاخص های کلی خسارت ،قابل استفاده می باشند.
از طرفی ، مؤلفه قائم زلزله و تأثیر آن در تحلیل ساختمان ها از مدت ها پیش مورد توجه محققین و مهندسین طراح قرار داشته است . ولی تا این زمان هنوز ملاحظات ناشی از اثر مؤلفه قائم زلزله در طراحی ساختمان ها (بجز در موارد خاص ) به صورت دستورالعمل اجرایی کامل در نیامده است . در این میان بررسی آسیب پذیری و مطالعه خسارت وارده بر ساختمان ها تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله به دلیل پیچیدگی های خاص خود از اهمیت ویژه ای برخوردار است چرا که برای جلوگیری ازخطرات و خسارات ناشی اززمین لرزه ،بایستی اثرات توأم مؤلفه افقی و قائم زلزله رابرسازه هاپیش بینی نمود.
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
چکیده .................................................................................................................................................................١
مقدمه ................................................................................................................................................................ ٢
فصل اول : کلیات و مروری بر کارهای گذشته ......................................................................................... ٤
١-١)هدف ......................................................................................................................................................................................................................٥
١-٢) تاریخچه مطالعات ..............................................................................................................................................................................................٥
١-٢-١) مطالعات انجام شده در رابطه با ارزیابی شاخص خسارت .............................................................................................................٥
١-٢-٢) مطالعات انجام شده در رابطه با مؤلفه قائم زلزله .......................................................................................................................... ١٠
١-٢-٢-١) بررسی رفتار دینامیکی پل ها تحت اثر مؤلفه قائم زلزله ................................................................................................. ١٠
١-٢-٢-٢) بررسی اثرات مؤلفه قائم زلزله بر پاسخ قاب های ساختمانی .......................................................................................... ١١
١-٢-٢-٣) بررسی اثر مؤلفه قائم زلزله در زلزله های اخیر.................................................................................................................. ١٢
١-٢-٢-٣-١) زلزله ١٧ ژانویه سال ١٩٩٤ نورثریج کالیفرنیا....................................................................................................... ١٢
١-٢-٢-٣-٢) زلزله ١٧ ژانویه سال ١٩٩٥ هیوگوکن نانبو ژاپن ................................................................................................... ١٤
١-٢-٢-٣-٣)زلزله ٢٦ دسامبر٣ ٢٠٠ بم .......................................................................................................................................... ١٥
١-٣) روش کار و تحقیق ............................................................................................................................................................ ١٨
فصل دوم : معرفی شاخص های خسارت ........................................................................٢١
٢-١) مقدمه ............................................................................................................................................................................................. ٢٢
٢-٢) طبقه بندی روش های ارزیابی خسارت ...................................................................................................................................................... ٢٢
٢-٢-١) روش های کیفی .................................................................................................................................................................................... ٢٣
٢-٢-٢) روشهای کمّی ......................................................................................................................................................................................... ٢٤
٢-٣) متغیرهای خسارت ........................................................................................................................................................................................... ٢٤
٢-٣-١) نیاز در برابر ظرفیت .............................................................................................................................................................................. ٢٥
٢-٣-١-١) نیاز مقاومت ................................................................................................................................................................................. ٢٥
٢-٣-١-٢) تغییر شکل مورد نیاز................................................................................................................................................................ ٢٥
٢-٣-١-٣) نیاز استهلاک انرژی .................................................................................................................................................................. ٢٥
٢-٣-٢) کاهندگی ................................................................................................................................................................................................. ٢٦
٢-٣-٢-١) کاهش سختی ........................................................................................................................................................................... ٢٦
٢-٣-٢-٢) کاهش مقاومت ........................................................................................................................................................................... ٢٦
٢-٣-٢-٣) کاهش ظرفیت استهلاک انرژی ............................................................................................................................................. ٢٦
٢-٤) تعریف شاخص خسارت ....................................................................................................................................................................... ٢٦
٢-٤-١) شاخص های محلی خسارت ............................................................................................................................................................ ٢٨
٢-٤-١-١) شاخص های خسارت غیر تجمّعی ........................................................................................................................................ ٢٩
٢-٤-١-٢) مدلسازی هیسترزیس ............................................................................................................................................................... ٣١
٢-٤-١-٣) شاخص تجمعی بر مبنای تغییر شکل ................................................................................................................................ ٣٣
٢-٤-١-٤) شاخص تجمّعی بر مبنای انرژی ............................................................................................................................................ ٣٥
٢-٤-١-٥) شاخص ترکیبی .......................................................................................................................................................................... ٣٧
٢-٤-١-٦) بحثی پیرامون شاخص آسیب محلی ..................................................................................................................................... ٤٢
٢-٤-٢) شاخص کلی خسارت ............................................................................................................................................................. ٤٢
٢-٤-٢-١) شاخص های میانگین وزنی ..................................................................................................................................................... ٤٣
٢-٤-٢-٢) شاخص های آسیب پذیری بر اساس پارامترهای مدی .................................................................................................... ٤٤
٢-٤-٢-٢-١) شاخص های نرم شدگی ................................................................................................................................ ٤٤
٢-٤-٢-٢-٢) تعیین محل آسیب با استفاده از شکل مدها .......................................................................................................... ٤٨
٢-٤-٢-٣) بررسی شاخص های آسیب کلی .......................................................................................................................... ٤٨
٢-٤-٣) شاخص های مالی ............................................................................................................................................... ٤٩
فصل سوم : مطالعات تحلیلی و ارزیابی خطی سازه ها ......................................................................... ٥٠
٣-١) مقدمه .................................................................................................................................................................................................................. ٥١
٣-٢) محدوده و هدف مدلسازی .............................................................................................................................................................................. ٥١
٣-٣) مشخصات سیستم سازه ای ........................................................................................................................................................................... ٥١
٣-٣-١) مشخصات ساختمان های مورد مطالعه ........................................................................................................................................... ٥١
٣-٣-٢) قاب های منتخب .................................................................................................................................................................................. ٥٣
٣-٣-٣) مشخصات هندسی مقاطع قاب های منتخب ............................................................................................................................... ٥٤
٣-٤) بارگذاری ............................................................................................................................................................................................................. ٥٧
٣-٤-١) بارگذاری ثقلی ....................................................................................................................................................................................... ٥٧
٣-٤-٢) بارگذاری جانبی ..................................................................................................................................................................................... ٥٨
٣-٥) تحلیل استاتیکی معادل و تحلیل دینامیکی طیفی ................................................................................................................................. ٦١
٣-٥-١) توزیع نیروی جانبی زلزله در ارتفاع ساختمان ............................................................................................................................... ٦١
٣-٥-٢) آنالیز مودال ............................................................................................................................................................................................ ٦٥
٣-٥-٢-١) مدلسازی ...................................................................................................................................................................................... ٦٥
٣-٥-٢-٢) محاسبه مقادیر مشخصه .......................................................................................................................................................... ٦٥
٣-٥-٣) تحلیل طیفی .......................................................................................................................................................................................... ٦٧
٣-٥-٣-١) طیف استاندارد ........................................................................................................................................................................... ٦٧
٣-٥-٣-٢) گسترش مدها............................................................................................................................................................................. ٦٨
٣-٥-٣-٣) ترکیب آثار مدها ........................................................................................................................................................................ ٦٨
٣-٥-٣-٤) بارگذاری طیفی .......................................................................................................................................................................... ٦٩
٣-٥-٣-٥) همپایه کردن نتایج ................................................................................................................................................................... ٧٠
٣-٥-٣-٦) نتایج تحلیل طیفی برای نیروی افقی طبقات ..................................................................................................................... ٧٠
٣-٦) کنترل سازه ........................................................................................................................................................................................................ ٧٢
٣-٦-١) ترکیبات بارگذاری ساختمان .............................................................................................................................................................. ٧٢
٣-٦-٢) بررسی نتایج کنترل مقاطع ................................................................................................................................................................ ٧٢
٣-٧) بارگذاری و تحلیل طبق آیین نامه ٠٥-٧ ASCE.SEI .............................................................................................................................. ٧٨
٣-٧-١) ضوابط مربوط به مؤلفه قائم زلزله در استاندارد ٠٥-٧ ASCE.SEI............................................................................................. ٧٨
٣-٧-٢) تحلیل قاب ها طبق ضوابط استاندارد ٠٥-٧ ASCE.SEI............................................................................................................... ٨٠
٣-٧-٣) مقایسه نتایج .......................................................................................................................................................................................... ٨٠
فصل چهارم : تحلیل های تاریخچه زمانی و تعیین میزان خسارت قاب ها........................................ ٨٣
٤-١) مقدمه ............................................................................................................................................................................................... ٨٤
٤-٢) آشنایی با نرم افزار IDARC...........................................................................................................................................................................84
٤-٢-١) سازمان برنامه .................................................................................................................................................................................. ٨٦
٤-٢-٢) مدلسازی برای تحلیل های غیرخطی به کمک نرم افزار IDARC ...............................................................................................٨٧
٤-٢-٢-١) مدلسازی اعضای سازه ای ......................................................................................................................................................... ٨٨
٤-٢-٢-٢) مدل های هیسترزیس غیرخطی .............................................................................................................................................. ٩٠
٤-٢-٣) مدل خسارت پارک و انگ .................................................................................................................................................................. ٩١
٤-٢-٤) انواع روشهای آنالیزغیرخطی درنرم افزار .................................................................................................................................... ٩٣
٤-٢-٥) پاسخ های سازه ای خروجی برنامه .................................................................................................................................................. ٩٤
٤-٢-٦) جمع بندی نهایی مشخصات و کارایی نرم افزار IDARC ................................................................................................................٩٤
٤-٣) مدلسازی قاب های نمونه ............................................................................................................................................................................... ٩٥
٤-٣-١) هندسه مدل ........................................................................................................................................................................................... ٩٥
٤-٣-٢) بارگذاری .................................................................................................................................................................................................. ٩٦
٤-٤) تحلیل دینامیکی غیرخطی ............................................................................................................................................................................ ٩٧
٤-٥) شتابنگاشت های طراحی .......................................................................................................................................................... ١٠٠
٤-٦) نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی .................................................................................................................................................... ١٠٥
٤-٦-١) تاریخچه زمانی پاسخ تغییرمکان جانبی طبقات ......................................................................................................................... ١٠٦
٤-٦-١-١) تاریخچه پاسخ تغییر مکان جانبی طبقه ششم قاب بتنی ............................................................................................ ١٠٦
٤-٦-٢-٢) تاریخچه پاسخ تغییر مکان جانبی طبقه ششم قاب فولادی ........................................................................................ ١١١
٤-٦-٢) حداکثر پاسخ تغییرمکان جانبی طبقات ....................................................................................................................................... ١١٦
٤-٦-٢-١) حداکثر پاسخ تغییرمکان جانبی طبقات قاب بتنی ........................................................................................................ ١١٦
٤-٦-٢-٢) حداکثر پاسخ تغییرمکان جانبی طبقات قاب فولادی .................................................................................................... ١٢٠
٤-٦-٣) اثر مؤلفه قائم زلزله بر نیروی محوری ستون ها......................................................................................................................... ١٢٤
٤-٦-٣-١) قاب بتنی ................................................................................................................................................................................... ١٢٥
٤-٦-٣-٢) قاب فولادی .............................................................................................................................................................................. ١٢٩
٤-٦-٤) ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای بر مبنای شاخص خسارت پارک – انگ ............................................................................... ١٣٣
٤-٦-٤-١) شاخص خسارت کلی قاب های ساختمانی ..................................................................................................................... ١٣٣
٤-٦-٤-٢) توزیع خسارت درطبقات ساختمان .................................................................................................................................. ١٣٤
٤-٦-٤-٢-١) قاب بتنی ............................................................................................................................................................ ١٣٤
٤-٦-٤-٢-٢) قاب فولادی ......................................................................................................................................................... ١٣٨
٤-٦-٤-٣) شاخص خسارت تیرهاوستون ها................................................................................................................................... ١٤٢
٤-٦-٤-٣-١) قاب بتنی ........................................................................................................................................................... ١٤٢
٤-٦-٤-٣-٢) قاب فولادی ..................................................................................................................................................... ١٤٩
٤-٦-٤-٤) شاخص خسارت حداکثر اعضاء ................................................................................................................................ ١٥٦
٤-٦-٤-٥) بررسی وضعیت مفاصل خمیری تحت زلزله بم ............................................................................................................... ١٥٧
٤-٦-٤-٥-١) بررسی وضعیت مفاصل خمیری قاب بتنی تحت زلزله بم ................................................................................ ١٥٧
٤-٦-٤-٥-٢) بررسی وضعیت مفاصل خمیری قاب فولادی تحت زلزله بم ............................................................................ ١٦٠
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات ............................................................................................... ١٦٣
٥-١) نتیجه گیری ............................................................................................................................................................. ١٦٤
٥-٢) پیشنهادات ............................................................................................................................................................. ١٦٥