اثرات نا منظمی در ساختمانهای بتنی جداسازی شده پایه تحت سه مولفه زلزله با تحلیل غیر خطی

فایل با فرمت پی دی اف در 271 صفحه + فایل ورد تا ((  ٣-١٠-تحلیل دینامیکی غیرخطی ))

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

چکیده :

یکی از مسایل مهم در طراحی سازه ها، طراحی آنها در برابر بارهای جـانبی بـویژه بارهـای جـانبی پیشا نظیر زلزله است . تا کنون روشهای بسیاری برای مقاوم ساختن سازه ها در برابر زلزلـه ابـداع شـده است که برخی از آنها مانند نصب اعضای مهاربندی در قابها، قابهای خمشی ، دیوارهـای برشـی و ... رواج بیشتری دارد.اکثر این روشها بر اساس این فرض استوار است که نیروی ناشی از زلزله از طریـق پـی بـه سازه ساختمان منتقل شده و سپس این نیرو در میان عناصر خاصی که برای این منظور در سازه تعبیـه شده است ، توزیع و توسط آنها تحمل می گـردد. در ایـن تحقیـق در خـصوص روش جدیـدی از مقـاوم سازی در برابر زلزله بحث شده که جداسازی لرزه ای نام دارد. هـدف اصـلی در ایـن روش جلـوگیری از انتقال مستقیم نیروی زلزله از پی به سازه است .

 رفتار ساختمانهای نامنظم در زلزله های گذشته نشاندهنده رفتار نامناسب این سازه ها در مقایـسه با ساختمانهای منظم است . به همین منظور بررسی رفتار لرزه ای قابهای خمشی بتنـی ویـژه نـامنظم از نظر سختی و از نظر جرم و مقایسه آن با قاب منظم هدف اصلی این پروژه می باشـد. استحـصال هـدف مذکور با روشهای تحلیل سازه ای خطی و غیر خطی شامل تحلیل های استاتیکی و دینـامیکی خطـی و تحلیل های استاتیکی و دینامیکی غیر خطی ، با استفاده از رکوردهای زلزله السنترو ، طبس و گلبافت و با کمک نرم افزارهای ٩ Etabs و Sap2000 تحقق یافته است .

با تعریف ٦ قاب با پایه ثابت و ٦ قاب با پایه جداسازی شده به صورت مدل دو بعدی اثـر جداسـازی بر رفتار سازه ای مورد بررسی قرار گرفته است و پارامترهایی نظیر توزیع نیروی استاتیکی زلزلـه ، بـرش پایه ، تغییر مکان ، تغییر مکان نسبی و شکل مودی و زمان تناوب مورد بررسی قرار گرفته است

بطور کلی مشاهده گردید که جداسازی پایه تقریباً اثر نامنظمی ( جرمی و سختی ) را ازکمتـر مـی نماید، بطوریکه برش پایه را به نصف تقلیل داده و با افزایش زمان تناوب سازه های جداسازی شـده ، اثـر زلزله به نحو قابل توجهی کاهش پیدا کرده است . لازم به توضیح است که نمودار تغییر مکان بـام بـرش

پایه و توزیع مفاصل در تحلیل استاتیکی غیر خطی نشاندهنده رفتـار خطـی تـر سـازه جداسـازی شـده نسبت به رفتار غیر خطی سازه های با پایه ثابت و کـاهش انتقـال نیـروی زلزلـه بـه تیرهـا و سـتونهای طبقات فوقانی می باشد.

کلید واژه ها:

جداسازی پایه ، نامنظمی جرمی ، نامنظمی سختی ، تحلیل استاتیکی غیر خطـی ، تحلیـل دینـامیکی غیر خطی ، مفاصل پلاستیک

 فهرست:

چکیده                                                                                              20

مقدمه                                                                                              23

فصل اول

کلیات                                                                                              25

١-١-عنوان                                                                                       26

١-٢-بیان مسئله                                                                                  26

١-٣-هدف از تحقیق                                                                             26

١-٤-فرضیات اصلی تحقیق                                                                    27

١-٥-تاریخچه ومروری بر کارهای گذشته                                                    27

 ١-٦-شرح ساختمان مورد مطالعه                                                            29

١-٦-١-مدلسازی ساختمان بتنی توسط نرم افزار ETABS                                29

١-٧-عناوین فصلهای این پایان نامه                                                            30

فصل دوم

کاربرد جداسازی لرزه ای در ساختمانهای منظم                                             32

٢-١- مفهوم جداسازی ارتعاشی                                                                33

٢-٢-شیوه های جدید در طرح انواع مختلف سازه های مقاوم در مقابل زلزله            39

٢-٣-مقایسه بین روشهای متداول و سیستم جداگر ارتعاشی                                 40

٢-٤-سیستم های جداساز لرزه ای                                                             44

٢-٥-اجزاء جداساز و پارامترهای آن                                                         45

٢-٧-اجزاء در یک سیستم جداگر                                                              47

٢-٨-صلبیت برای بارهای کم                                                                  49

٢-٩-انواع جداساز های لرزه ای                                                              49

٢-٩-١-جداسازهای الاستومری                                                                49

٢-٩-٢-جداسازهای لغزشی                                                                    51

٢-١٠-سیستم های جداسازی لرزه ای                                                         51

٢-١٠-١-سیستم جداساز سربی ـ لاستیکی                                                     51

٦                           

٢-١٠-١-١-خصوصیات تکیه گاههای سربی ـ الاستیکی                                    52

٢-١٠-١-٢-خستگی و درجه حرارت                                                         52

٢-١٠-٢-سیستم جداساز (LRB)Laminated Rubber bearing( )                   52

٢-١٠-٢-١-ساختار و اجزای جداساز (LRB)                                              53

٢-١٠-٣-سیستم جداساز (EDF)(Electric De France  )                              53

٢-١٠-٣-١-اثر مشارکت بالشتک و صفحه اصطکاکی                                     54

٢-١٠-٣-٢-انتخاب جنس صفحه لغزش                                                       55

٢-١٠-٤-سیستم جداساز اصطکاکی (PF)Pure Friction System( )                 55

٢-١٠-٥-سیستم جداساز (R-FBI)Isolation Resilient- friction Base( )        56

٢-١٠-٦-سیستم جداساز با لاستیک طبیعی و مصنوعی با میرایی کم                      58

٢-١٠-٧-سیستم جداساز با لاستیک طبیعی با میرایی بالا                                   59

٢-١٠-٨- سیستم کارخانه برق فرانسه                                                         61

٢-١٠-٩-سیستم جداساز ترکیبی EERC                                                      61

٢-١٠-١١-سیستم جداساز تاس (TASS)                                                     62

٢-١٠-١٢-سیستم جداسازآونگ اصطکاکی (FPS)Friction Pendulum System( )    62

٢-١٠-١٣-سیستم های جداساز فنری                                                          63

٢-١٠-١٤-سیستم GERB                                                                     63

٢-١٠-١٥-سیستم جداسازی با استفاده از شمهای غلاف دار (Sleeved-pile Isolation)            64

٢-١٠-١٦-سیستم های گهواره (System  Rocking )                                   64

٢-١١-پیکربند یهای جداسازی لرزه ای                                                       65

٢-١٢-جزئیات اتصال                                                                           66

٢-١٣-سیستم ایمنی پشتیبان                                                                     67

٢-١٤-تمهیدات لازم برای بر داشتن بالشتک                                                 68

٢-١٥-نواع بالشتک ها                                                                          69

٢-١٥-١-بالشتک های واقع در زیر تراز  زیر زمین                                        69

٢-١٥-٢-بالشتکهای واقع در قسمت فوقانی ستونهای زیرزمین                             70

٧                           

٢-١٥-٣-بالشتکهای واقع در زیر ستون های طبقه اول                                     71

٢-١٥-٤-بالشتکهای واقع در قسمت فوقانی ستونهای طبقه اول                            72

٢-١٦-سازه های با جداساز لرزه ای (پاسخ ها و ساز و کارهای پاسخ )                 73

٢-١٧-تغییر در انعطاف پذیری ، میرایی و زمان تناوب                                     80

٢-١٨-اثرات کلی جداگرها بر رفتار لرزه ای سازه ها                                      83

٢-١٩-مشارکت سایر مودها در رفتار لرزه ای سازه های جداسازی شده                 85

٢-٢٠-زمانهای تناوب و شکلهای مودی                                                       86

٢-٢١-رفتار ساختمانهای متقارن و نامتقارن با جداسازی لرزه ای                         87

٢-٢٢-اثر خروج از مرکزیت بر سیستم لغزشی                                             88

٢-٢٣-تکان سازه های بلند و باریک همراه بلند شدن                                        88

٢-٢٤-مؤلفه های دیگر برای انعطاف پذیری جداساز ستونهای بلند و پایه های آزاد     90

٢-٢٤-١-اتصالات و کابلهای معلق                                                            91

٢-٢٤-٢-غلتکها، ساچمه و کاسه ها                                                           92

فصل سوم  

تئوری مدلسازی تحلیل سازه های نامنظم با پایه ثابت و جداسازی شده                  93

٣-١-مدلسازی و تحلیل سازه های با پایه ثابت                                                94

٣-٢-ساختمانهای نامنظم                                                                         94

٣-٢-١-نامنظمی در پلان                                                                       94

٣-٢-٢-نامنظمی در ارتفاع                                                                     95

٣-٢-٣-نامنظمی بررسی شده در این تحقیق                                                  96

٣-٣-طرح سازه های مقاوم بر اساس شکل پذیری                                           96

٣-٤-ضریب شکل پذیری                                                                       97

٣-٥-حدود شکل پذیری                                                                         98

٣-٦-تحلیل سازه های با پایه ثابت                                                              98

٣-٦-١-تحلیل خطی                                                                             98

٣-٦-٢-تحلیل دینامیکی طیفی (خطی )                                                       101

٣-٦-٢-١-مودهای نوسان                                                                      102

٣-٦-٢-٢-اصلاح مقادیر بازتابها                                                              102

٨                           

٣-٦-٢-٣-رفتار غیر خطی اجزا سازه ای                                                   102

٣-٧-مدلسازی اعضا غیرخطی سازه                                                         104

٣-٨-سطوح  خطر  لرزه ای                                                                  107

٣-٩-تحلیل استاتیکی غیر خطی                                                               109

٣-٩-١-هدف از تحلیل استاتیکی غیر خطی                                                  109

٣-٩-٢-بارگذاری                                                                               111

٣-٩-٣-محدودیت های تحلیل استاتیکی غیر خطی                                          113

٣-١٠-تحلیل دینامیکی غیرخطی                                                              115

٣-١١-محدوده روش های غیر خطی                                                         120

٣-١٢-مدلسازی                                                                                 121

٣-١٣-مدلسازی و تحلیل سازه های جداسازی شده                                          122

٣-١٣-١-مدلهای خطی                                                                         122

٣-١٣-٢-مدلهای غیر خطی                                                                   124

٣-١٤-انتخاب روش تحلیل                                                                     125

٣-١٤-١-روشهای خطی                                                                       125

٣-١٤-١-١-مشخصات تغییر شکل سیستم جداساز                                           125

٣-١٤-١-٢-حداقل تغییر مکان جانبی                                                         125

٣-١-١٤-٣-حداقل نیرو های جانبی                                                           128

٣-١-١٤-٤-طراحی بر اساس روشهای خطی                                              129

٣-١٥-تحلیل طیفی                                                                              131

٣-١٥-١-زلزله مورد استفاده                                                                  132

 ٣-١٥-٢-میرایی مودی                                                                        132

٣-١٥-٣-ترکیب مولفه های زلزله                                                            132

٣-١٥-٤-مقیاس کردن نتایج                                                                    132

٣-١٥-٥- نیروها و تغییر شکل های طراحی                                                133

٣-١٦-روشهای تحلیل غیر خطی                                                             133

٣-١٧-روش استاتیکی غیر خطی                                                             134

٣-١٨-روش دینامیکی غیر خطی                                                             135

٣-١٨-١-استفاده از تاریخچه های زمانی زمین لرزه ها                                    135

٩                           

٣-١٨-٢-ضوابط UBC97                                                                    136

٣-١٩-جزئیات مورد نیاز سیستم جداساز                                                     138

٣-٢٠-سیستم سازه ای                                                                          140

فصل چهارم  

مشخصات ساختمانهای نامنظم جهت تحلیل غیر خطی                                      142

٤-١-تعریف مدلهای مورد بررسی                                                            143

٤-٢-اختصار و علامات مدل ها                                                               143

٤-٣-پارامترهای لحاظ شده در مدل ها                                                       148

٤-٤-بارگذاری ثقلی                                                                             148

٤-٥-ترکیب بارگذاری                                                                          149

٤-٦-تحلیل های انجام شده                                                                      149

٤-٧-پارامتر های مورد استفاده در نرم افزار                                                150

٤-٧-١-مشخصات جداساز های به کار رفته                                                 151

٤-٨-طراحی                                                                                    152

٤-٩-معرفی مفاصل پلاستیک جهت تحلیل غیر خطی                                      153

٤-٩-١-معرفی مفاصل پلاستیک                                                              153

٤-٩-٢-نحوه تعریف مفاصل پلاستیک                                                        153

٤-١٠-نحوه تحلیل غیر خطی                                                                  154

٤-١٠-١-نحوه تحلیل استاتیکی غیر خطی                                                    154

٤-١٠-٢-تحلیل دینامیکی غیر خطی                                                          154

٤-١١-مشخصات زلزله ها                                                                     155

فصل پنجم  

نتایج تحلیل استاتکی غیر خطی برای مدلهای مورد نظر                                   159

٥-١-موارد مورد بررسی به تفکیک نوع تحلیل و نوع سازه                               160

٥-١-١-تحلیل مودال                                                                            160

٥-١-٢-تحلیل استاتیکی خطی                                                                  160

٥-١-٣-تحلیل استاتیکی غیر خطی                                                            160

٥-٢-زمان تناوب                                                                                161

٥-٣-شکلهای مودی                                                                             170

١٠

٥-٤-مشارکت جرمی مودی                                                                   174

٥-٥-بررسی تغییر مکان                                                                       176

٥-٦-بررسی تغییر مکان نسبی                                                                184

٥-٧-برش طبقات                                                                               193

٥-٨-توزیع نیروی استاتیکی زلزله                                                            201

٥-٩-تحلیل استاتیکی غیر خطی                                                               210

٥-٩-١-برش پایه تغییر مکان و توزیع مفاصل پلاستیک                                    210

فصل ششم  

نتایج تحلیل دینامیکی غیر خطی برای مدلهای مورد نظر                                  224

٦-١-موارد مورد بررسی درتحلیل دینامیکی غیر خطی به تفکیک نوع سازه            225

٦-٢-بررسی و مقایسه سازه های مورد مطالعه تحت زلزله السنترو                      226

٦-٣-بررسی و مقایسه سازه های مورد مطالعه تحت زلزله گلباف                        238

٦-٤-بررسی و مقایسه سازه های مورد مطالعه تحت زلزله طبس                         250

فصل هفتم  

نتیجه گیری و پیشنهادات                                                                      262

٧-١-بررسی نتایج در سازه های مختلف از نظر نوع تحلیل                               263

٧-٢-خلاصه و نتیجه گیری نهایی                                                             264

٧-٣-پیشنهادات مطالعات آینده                                                                  266

مراجع فارسی                                                                                   267

مراجع لاتین                                                                                      269

 270   ABSTRACT

::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

مقدمه :

ایمن سازی سازه ها در مقابل حرکات قوی زمین با استفاده از دو روش مقاومت و جداسازی امکـان پذیر است . در طراحی سازه با روش مقاومت فرض بر این است کـه نیروهـای زلزلـه مـستقیماً بـه سـازه منتقل می شوند و چنین فرضی جهت طراحی اختیار می شود.

جداسازی پایه یک روش طراحی مقاوم در برابر زلزله می باشد کـه سـاختمان را در برابـر خطـرات ناشی از نیروهای زلزله ، توسط مکانیسمی که انتقال شتاب افقی به سازه را کاهش مـی دهـد، محافظـت می کند. یکی از اهداف مطلوب در جداسازی پایه ، کاهش فرکانس اصلی ارتعاش سازه به مقداری کمتـر از فرکانسهای غالب حاوی انرژی زلزله می باشد و هدف دیگری در این سیستم فراهم کردن زمینه اتلاف انرژی و به تبع ان کاهش شتاب انتقال یافته به سازه فوقانی می باشد. .....

....

١-٦- شرح ساختمان مورد مطالعه

١-٦-١-مدلسازی ساختمان بتنی توسط نرم افزار ETABS  

ساختمان مربوطه در شهر تهران ، در دو مدل ٥ و ٨ طبقه طرح شده که ارتفاع طبقات ٣ متـر بجـز در طبقات اول ساختمانهای نامنظم از نظر سختی که طبقه اول آنها ٤,٥ متر مـی باشـد. سیـستم بـاربر جانبی در این سازه ، سیستم قاب خمشی بتنی ویژه بوده و بر اساس آئین نامه ACI و با در نظر گرفتن اثرات P-Δ و ضوابط آئین نامه زلزله ٢٨٠٠ طراحی شده است . تغییـر مکانهـای نـسبی بـین طبقـه ای ، براساس ضوابط آئین نامه ٢٨٠٠ بوده و مجاز می باشد.

بتن مصرفی در طراحی این سازه ، دارای مقاومت مشخصه cm2 .280kg  = ′FC بوده و سقف هـا بـه صورت صلب و یکپارچه در نظر گرفته شده است . بارگذاری ثقلی سازه براسـاس آئـین نامـه ٥١٩ ایـران صورت گرفته است ، بار مرده در طبقات m2 .600kg  و بار زنده m2 .200kg  با عرض بارگیر ٥ متـر در نظر گرفته شده است . ( بجز در سازه های با نامنظمی جرمی که جرم طبقات آخر بـه دو برابـر افـزایش پیدا کرده است .)

بارگذاری جانبی براساس آئین نامه زلزله ٢٨٠٠ انجام گرفته که در هر سازه ضـریب C متفـاوت بـا توجه به ضریب رفتار و دوره تناوب به دست آمده در نظر گرفته شده است . در طراحی مـدلها اثـرات -P

Δ، با اعمال ترک خوردگی مقاطع ، طبق آئین نامه ACI ( ممان اینرسی تیرها به ٠,٣٥ و ممان اینرسی ستونها به ٠,٧ کاهش می یابد) لحاظ گردید. برای تحلیلهای مربوطه ، ضریب کاهش ٢٠ درصـدی بـرای زنده در نظر گرفته شده است . ...

...