منبع پایان نامه درباره ضریب، پذیری، طراحی، سیستم

کلی سازه
در صورتیکه منحنی رفتار کلی سازه را اصطلاحا” به صورت منحنی الاستیک – پلاستیک (دو خطی) ایده آل نمائیم، طبق رابطه (2-16) ضریب شکل پذیری کلی سازه که با نمایش داده میشود محاسبه میشود:
(2-16)
بهتر است مقدار ضریب شکل پذیری کلی سازه ، که نماینگر ظرفیت استهلاک انرژی اجزا یا کل سازه است، از روشهای آزمایشگاهی تعیین نمود. رفتار کلی سازه که در شکل (2-1) نشان داده شده است، تنها مربوط به سیستم هایی است که می توانند انرژی را با یک رفتار پایدار مستهلک کنند، مانند قابهای مقاوم خمشی شکل پذیر ویژه، و برای سیستم های دیگر که کاهش شدید سختی و مقاومت دارند، تعریف تغییر مکان تسلیم و تغییر مکان حداکثر در رابطه (2-16) می تواند نادرست باشد. می توان گفت تعیین ضریب به خصوص برای سازه های بلندتر از یک طبقه کار پیچیده ای است. برای محاسبه این ضریب غالباً از تغییر مکان نسبی طبقه به عنوان معیار تغییر مکان استفاده می‎شود (شکل 2-1).

2-4-1-2- ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری
سازه ها توسط رفتار شکل پذیر مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را با رفتار هیسترتیک مستهلک می‎کنند، که مقدار این استهلاک انرژی، بستگی به مقدار شکل پذیری کلی سازه دارد. مقدار شکل پذیری کلی سازه نباید از شکل پذیری المانهای سازه فراتر رود. بدین منظور، هنگام طراحی لازم است حداقل مقاومت لازم سازه که شکل پذیری کلی آن را به حد شکل پذیری مشخص شده از قبل، محدود می‎کند، مشخص شود .
همان گونه که در قسمتهای قبل، توضیح داده شد، ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری ( ) طبق رابطه (2-17)، با نسبت مقاومت ارتجاعی مورد نیاز به مقاومت غیر ارتجاعی مورد نیاز تعریف می شود.
(2-17)
که در این رابطه مقاومت جانبی مورد نیاز، برای جلوگیری از تسلیم سیستم بر اثر یک زلزله مشخص و مقاومت جانبی تسلیم مورد نیاز برای محدود کردن ضریب شکل پذیری کلی سازه به مقداری کمتر و یا برابر با ضریب شکل پذیری کلی از پیش تعیین شده (هدف یا ) وقتی که سیستم در معرض همان زلزله قرار گیرد، می باشد. به طور کلی، در سازه هایی که در هنگام وقوع زلزله رفتار غیر ارتجاعی دارند، تغییر شکلهای غیر ارتجاعی با کاهش مقاومت جانبی تسلیم سازه (یا با افزایش ضریب )، افزایش مییابند.
برای یک زلزله مشخص و یک ضریب معین، مشکل اساسی محاسبه حداقل ظرفیت مقاومت جانبی است که باید در سازه به منظور جلوگیری از به وجود آمدن نیازهای شکل پذیری بزرگتر از ، تأمین گردد. در نتیجه محاسبه برای هر زمان تناوب و هر شکل پذیری هدف، شامل عملیاتی تکراری است. بدین صورت که، مقاومت جانبی تسلیم () برای سیستم در نظرگرفته و سیستم تحلیل می‎شود، این ‎کار، تا زمانی ادامه می یابد که ضریب شکل پذیری کلی محاسبه شده ()با یک تولرانس مشخص، برابر ضریب شکل پذیری کلی هدف گردد و آنگاه مقاومت جانبی متناظر با این ضریب شکل پذیری،نامیده می‎شود.
برای تعیین ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری، روش کار بدین صورت است که مقاومت جانبی ارتجاعی و غیر ارتجاعی که برای یک سیستم با زمان تناوب مشخص به دست آمده، این مقادیر به وزن سیستم، نرمال می‎شوند. این نیرو ها برای زمانهای تناوب مختلف سازه به دست می آید و با توجه به آن، طیف خطی و طیف غیر خطی با ضریب شکل پذیری محاسبه می‎شود. از از تقسیم طیف خطی به طیف غیر خطی، مقدار ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری برای آن زلزله بخصوص و ضریب شکل پذیری هدف، به دست می آید (شکل 2-3 )

شکل (2-3): طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت

یافتن رابطه بین وبرای سیستم های یک درجه آزادی موضوع پژوهشهای فراوانی در سالهای اخیر بوده است. از جمله کسانی که در این مورد تحقیق کرده اند، عبارتند از: کراوینکلرو نصر، میراندو و برترو، نیومارک و هال، لای و بیگز، ریدل و نیومارک، القادمسی و محرز، ریدل، هیدالگو و کروز، آریاس و هیدالگو، تسو و نائوموسکی، ویدیک، فایفر و فیشینگر، فیشینگر و فایفر، تسنیمی و محمودی، لی، هان و اوه، ال سلیمانی و روست، پنگ و همکاران و نهایتاً تاکدا و همکاران.

2-4-2- مقاومت افزون18
هنگامی که یکی از اعضای سازه به حد تسلیم رسیده و اصطلاحاً در آن لولای خمیری تشکیل شود، مقاومت سازه از دیدگاه طراحی در حالت بهره برداری به پایان می رسد، ولی در حالت طراحی انهدام، پدیده فوق به عنوان پایان مقاومت سازه به حساب نمی آید، زیرا عضو مورد نظر همچنان می تواند با تغییر شکل غیر ارتجاعی، انرژی ورودی را جذب کند تا به مرحله گسیختگی و انهدام برسد. با تشکیل لولاهای خمیری، به تدریج سختی سازه با کاهش درجه نامعینی استاتیکی کاهش می یابد، و لی سازه همچنان پایدار است و قادر خواهد بود در مقابل نیروهای خارجی از خود مقاومت نشان دهد. وقتی که نیروی خارجی باز هم افزایش یابد، روند تشکیل لولاهای خمیری نیز ادامه یافته و لولاهای بیشتری در سازه پدید می آید تا جایی که سازه از نظر استاتیکی ناپایدار شده و دیگر توان تحمل بار جانبی اضافی را نداشته باشد.
مقاومتی که سازه بعد از تشکیل اولین لولای خمیری تا مرحله مکانیزم (ناپایداری) از خود بروز می دهد، مقاوت افزون نامیده می شود، در طراحی لرزه ای سازه ها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازه را متناسب با مقاومت افزون آنها کاهش می دهند. برای این منظور، مقدار ضریب رفتار سازه ها متناسب با مقاومت افزون افزایش داده می شود تا مقاومت مورد نیاز کاهش یافته، محاسبه گردد.
سالهاست که پژوهشگران اهمیت مقاومت افز
ون را در جلوگیری از خراب شدن برخی سازه ها به هنگام رخداد زلزله های شدید شناخته اند. برای مثال، در زلزله سال 1985 مکزیک، وجود مقاومت افزون عامل بسیار مؤثری در جلوگیری از خرابی برخی ساختمانها بوده است. همچنین زلزله سال 1369 (ه.ش) رودبار و منجیل بسیاری از ساختمانهای 7-8 طبقه در شهر رشت که دارای اتصالات خُرجینی و شکل پذیری ناچیز بودند، بر اثر وجود مقاومت افزون (که عمدتاً به دلیل وجود عناصر غیر سازه ای، پارتیشن ها و نما ایجاد شده بود) از فرو ریختن کامل جان سالم به در بردند.
در مطالعات انجام شده بر روی میز لرزان برای ساختمانهای چند طبقه بتن مسلح و فولادی به وسیله پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی در سالهای 1984 تا 1989 نیز بر اهمیت ضریب مقاومت افزون تأکید شده است.

2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون
مقاومت افزون یک سازه در واقع مقدار مقاومتی است که بر اثر عوامل مختلف در سازه ذخیره شده و انهدام سازه را به تأخیر می اندازد. ذیلاً به پاره ای از عوامل مؤثر در مقاومت افزون اشاره می شود.
1- بیشتر بودن مقاومت واقعی مصالح از مقاومت اسمی آنها
2- بزرگتر بودن ابعاد اعضا و مقادیر میلگرد از مقادیر مورد نیاز در طراحی
3- استفاده از مدلهای ریاضی ساده شده و محافظه کارانه در تحلیل ها
4- ترکیب های مختلف بار
5- مقاومت اعضای غیر سازه ای(نظیر دیوارهای میانقاب) و اعضای سازه ای (نظیر دالها) که در برآورده ظرفیت مقاومت جانبی به حساب نمی آیند.
6- افزایش مقاومت ناشی از محصور شدگی بتن
7- رعایت حداقل الزامات آیین نامه های طراحی در مورد محدود کردن تغییر مکانهای جانبی، تغییر شکلهای اعضاء، ابعاد مقاطع، عناصر تسلیح و فاصله خاموتها
8- استفاده از روش معادل استاتیکی در تحلیل لرزه ای سازه ها
9- باز توزیع نیروهای داخلی در محدوده غیر ارتجاعی بر اثر نامعینی سازه
10- صرف نظر از اثر بعد سوم در تحلیل های دو بعدی
11- افزایش مقاومت اعضای بتنی بر اثر سرعت بارگذاری (اثر نرخ کرنش)
12- نوع سیستم سازه ای
13- هندسه سازه و آرایش پلان
14- ارتفاع سازه (زمان تناوب ارتعاش)
15- آیین نامه طراحی
16- لرزه خیزی منطقه (نسبت بارهای جانبی به بارهای قائم)
17- ملاحظات معماری
18- سطح فرهنگ و تکنولوژی ساخت

2-4-2-2- چگونگی محاسبه مقاومت افزون
به دست آوردن مقادیر مقاومت افزون با در نظر گرفتن سهم تمام عوامل یاد شده، بسیار پیچیده بوده و نمی تواند در طراحی سازه ای، قابل اعتماد باشد. از این رو لازم است پاره ای از عوامل کیفی ثابت در نظر گرفته شود و عوامل کمی نیز دسته بندی شده و به عوامل مهم تر توجه گردد، سهم سایر عوامل نیز در ظرفیت سازه لحاظ شود.
برای تعیین مقدار ضریب مقاومت افزون می توان علاوه بر روشهای آزمایشگاهی، از روشهای تحلیلی نیز استفاده نمود. بدین منظور می توان از روشهای تحلیل استاتیکی غیر خطی(مانند روش تحلیل پوش آور، یا روش طیف ظرفیت)، استفاده کرد.
برای تعیین مقاومت افزون یک سازه، به این صورت عمل می شود که نیروهای ثقلی بر سازه اعمال شده و مقدار نیروی جانبی سازه با یک الگوی خاص (مثلاً الگوی مثلثی آیین نامه) به طور یکنواخت افزایش داده می شود و مقادیر برش پایه و تغییر مکان بام به طور مداوم ثبت می گردد. این عمل تا آنجا که اولین عضو سازه، جاری شده و در آن لولای خمیری به وجود آید، ادامه می یابد. افزایش نیرو بعد از این مرحله باعث باز توزیع نیروها در بقیه اعضا شده و سازه قادر به تحمل نیروی جانبی بیشتر می شود. نیروی جانبی مجدداً افزایش داده می شود تا در بقیه اعضا نیز لولای خمیری تشکیل شود و در صورتی تحلیل متوقف می گردد که سازه ناپایدار (مکانیزم) شود یا شکل پذیری محلی یکی از اعضا از حد مجاز تجاوز نماید(عضو گسیخته شود)، یا معیارهای تعریف شده دیگری حاکم گردد. در این حالت، از تقسیم حداکثر نیروی جانبی تحمل شده توسط سازه به نیروی حد جاری شدن اولین عضو در سازه (تشکیل اولین لولای خمیری)، ضریب مقاومت افزون به دست می آید (شکل 2-1 ).

2-4-2-3- استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری آیین نامهها
مقررات NEHRP مربوط به سالهای 1997 و 2000، در یکی از ترکیبهای بار ویژه خود از ضریب مقاومت افزون استفاده میکند. در این مورد قید شده است که هرگاه در این مقررات تصریح شود که نیروهای طراحی لرزهای در اجزای سازه به آثار مقاومت افزون سازه حساس هستند، باید ترکیب بار به شرح رابطه های (2-18) و (2-19) به ترتیب برای حالتهایی که این آثار افزاینده یا کاهنده آثار، مورد استفاده قرار گیرد.
(2-18)
(2-19)
در رابطه های (2-18) و (2-19):
: اثر نیروهای افقی و قائم زلزله،: شتاب طیفی طراحی در زمانهای تناوب کوتاه که از مقررات NEHRP محاسبه میشود،: اثر بارهای مرده،: اثر نیروهای افقی زلزله و: ضریب مقاومت افزون سیستم است. همچنین جمله در رابطههای فوق، لازم نیست که از حداکثر نیروی به وجود آمده در عضو تحت تحلیل خمیری یا پاسخ غیر خطی، بیشتر باشد. ضمناً استفاده از این ترکیبات بار ویژه برای طراحی اجزای سازهای در گروه لرزهای A، لازم نمیباشد.
آیین نامه UBC-1997، در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را وارد کرده است. این ترکیب بار که در هر یک از جهت های افقی بارگذاری لرزهای باید اعمال شود، بصورت رابطه (2-20) است :
(2-20)
در رابطه (2-32): برابر حداکثر نیروی زلزله برآورد شده
که در سازه به وجود خواهد آمد، ضریب افزایش نیروی زلزله ناشی از اثر مقاومت افزون و بار زلزله به واسطه برش پایه V است.
پآیین نامه IBC-2000 نیز در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را به صورت رابطه (2-33) وارد کرده است:
(2-33)
در رابطه فوق تعریف و مانند تعریف فوق برای آیین نامه UBC بوده، : اثر نیروهای افقی زلزله، : شتاب طیفی طراحی و: اثر بارهای مرده است.

2-4-2-3- تاریخچه اعدادی محاسبه شده برای مقاومت افزون
فریمن،ضرایب تقریبی مقاومت افزون را برای قابهای خمشی بتن مسلح چهار و هفت طبقه به ترتیب برابر با 8/2 و 8/4 برآورد کرده بودند.
یوانگ و معروف در سال 1993، دو ساختمانی را که زلزله سال 1989 لوما پریتا تجربه کرده بودند، مورد تحلیل قرار دادند: یک ساختمان 13 طبقه با قاب فولادی و یک ساختمان 6 طبقه بتن مسلح با قابهای خمشی پیرامونی. ضرایب مقاومت افزون برای این دو ساختمان پس از اعمال اصلاحات به منظور منعکس کردن اثر طراحی بر اساس مقاومت، به ترتیب 4 و 9/1 گزارش شد.
هوانگ و شینوزوکا در سال 1994، یک ساختمان بتن مسلح چهار طبقه با قاب خمشی میانی را که در ناحیه لرزه خیزی 2 آیین نامه UBC قرار داشت، مورد مطالعه قرار دادند. برش پایه طراحی برای این ساختمان W0.09 بود. حداکثر مقاومت جانبی ساختمان W0.62 محاسبه شد که در صورت عدم محدودیت برای آسیب سیستم، ضریب مقاومت افزون 2/2 به دست آمده بود. (اگر سطح عملکرد در طراحی «بدون آسیب» انتخاب شده بود، ضریب مقاومت افزون تقریباً 6/1 می شد).
برترو و تیلمو در سال 1999 اثر نامعینی و باز توزیع نیرو های داخلی را در طراحی مقاوم لرزه ای مورد مطالعه قرار دادند، نتیجه این مطالعات آن شد که باز توزیع نیرو های داخلی می تواند اثرات مفیدی بر پاسخ سازه در هنگام وقوع زلزه داشته باشد و مسئله مقاومت افزون کاملا وابسته به شکل پذیری می باشد.
با مقایسه مقادیر به دست آمده توسط پژوهشگران مختلف برای سازه های متفاوت چنین به نظر می رسد که پراکندگی در مقادیر گزارش شده برای ضریب مقاومت افزون قابل توجه و برای استفاده در طراحی حرفه ای زیاد است. بدیهی است که برای توسعه ضرایب مقاومت افزون با قابلیت اعتماد کافی که بتواند در آیین نامه های طراحی لرزه ای به کار رود، به مطالعات ویژه در مورد هر یک از سیستم های سازه ای با شرایط مختلف، نیاز است.

2-4-3- درجه نامعینی
نامعینی سیستم های سازه ای مفهوم مهمی است که از دیرباز مورد توجه مهندسان بوده است. پس از مشاهده تخریب تعداد زیادی از سیستم های سازه ای با درجات نامعینی کم، در زلزله های 1994 نورتریج و 1995 کوبه، موضوع نامعینی سازه ای، به شکل جدی تری مطرح شد. تاکنون تعریفها و تفسیرهای متفاوتی از نامعینی سازه ای، که وابسته به عدم قطعیت نیز و ظرفیت سازه هاست، ارائه شده است. از این رو، استفاده از مفاهیم عدم قطعیت، مبنای یکی از روشهای مطالعه نا معینی سیستم های سازه ای تحت بارهای لرزه ای است.
در سال 1978، کرنل برای در نظرگرفتن عدم قطعیت در سیستم های سازه ای، ضریبی بنام ضریب نامعینی پیشنهاد کرد. این ضریب به عنوان احتمال شرطی گسیختگی سیستم معرفی و اولین

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *