یکی از پدیده هایی که در خلال زلزله های شدید قابل رویت است برخورد بین ساختمانهای مجاور هم در نتیجه ارتعاش ناهمگون ساختمان ها می باشد. نیرویی که از برخورد بین ساختمانها بوجود می آید) نیروی تنهای(Pounding)( در طراحی در نظر گرفته نمیشود و در نتیجه منجر به شکل گیری تغییر شکلهای پلاستیک و گسیختگی های موضعی و کلی می گردد. از مهمترین راهکارهای ارائه شده در زمینه حذف نیروی تنه ای می توان به تعبیه درز انقطاع کافی بین دو ساختمان مجاور هم، اشاره کرد. در این تحقیق فاصله مورد نیاز بین سازه های با سیستم قاب خمشی فولادی با تحلیل غیر خطی به روش ارتعاشات پیشا محاسبه شده و اثر پارامتر ها ی دینامیکی (زمان تناوب، میرایی، جرم) روی این فاصله بررسی گردید. همچنین رابطه ای برای محاسبه درز انقطاع مدلهای سازه ای مورد نظر پیشنهاد شده و نتایج حاصل از این رابطه با روابط آیین نامه های IBC2006 و استاندارد 2800 ایران مقایسه گردید.
نتایج نشان می دهند که با نزدیک شدن زمان تناوب دو سازه و همچنین افزایش میرایی، فاصله بین سازهها کاهش می یابد. با مقایسه درز انقطاع محاسباتی به روش ارتعاشات تصادفی در دو حالت تحلیل خطی و غیر خطی مشاهده می شود که برای مدلهای تا چهار طبقه نتایج تحلیل خطی و غیر خطی تقریبا نزدیک به هم می باشند. ولی برای سازه های بیشتر از چهار طبقه، نتایج تحلیل خطی بیشتر از تحلیل غیر خطی می باشد و با افزایش تعداد طبقات این اختلاف بیشتر می شود. همچنین، درز انقطاع محاسباتی بر اساس استاندارد 2800 ایران برای سازه های تا 7 طبقه، کمتر و برای سازه های بیشتر از 7 طبقه، بیشتر ازمقدار بدست آمده بر اساس آیین نامه IBC2006 و روش استفاده شده در این تحقیق می باشد
در هنگام زلزله در اثر حرکات زمین، ساختمانها تحت نیروهای دینامیکی قرار می‌گیرند و به ارتعاش در می‌آیند. در ساخت و سازهای شهری به مواردی برخورد می‌کنیم که ساختمانهای مجاور به هم چسبیده و یا با فاصله کم از یکدیگر قرار دارند. این سازهها بدلیل اختلاف خواص دینامیکی در یک جهت معین دارای زمان تناوبهای مساوی نمی‌باشند. تفاوت زمان تناوب در سازه باعث اختلاف در واکنشهای آنها نسبت به شتاب زمین خواهد شد و در نتیجه با توجه به تعییر مکانهای آنها در لحظات مختلف، در طول زلزله دو سازه گاهی به هم نزدیک و گاهی از هم دور خواهد شد. و اگر فاصله دو سازه به اندازه کافی بزرگ نباشد، در هنگام زلزله ممکن است با یکدیگر برخورد کرده و ضربه‌ای به همدیگر وارد نمایند برای جلوگیری از این رخداد باید فاصله بین ساختمانهای مجاور قرار داده شود تا از برخورد آنها جلوگیری گردد، این فاصله را درز انقطاع گویند. در این پایان نامه درز انقطاع بین دو سازه با روش ارتعاشات تصادفی و فرض رفتار غیر خطی اعضاء محاسبه و اثر پارامتر های مختلف بر روی آن بررسی می شود.
ابتدا نیروی تنهای تعریف میشود. سپس، مطالبی در مورد اهمیت مسئله ذکر شده و استفاده از درز انقطاع به عنوان یکی از راهکارهای کاهش نیروی تنه ای معرفی میگردد. در فصل دوم تاریخچه نسبتاً مفصلی از تحقیقات صورت گرفته در طی سالیان گذشته برای تعیین درز انقطاع ارائه میگردد. در فصل سوم مدل تحلیلی مورد استفاده در تعیین پاسخ تغییر مکانی سازه معرفی و روش تحلیل به همراه توضیحات کامل در مورد فرضیات به کار گرفته شده ارائه میگردد. در فصل چهارم فاصله لازم بین مدلهای سازه ای مورد نظر با روش ارتعاشات پیشا محاسبه شده واثر پارامترهایی مثل زمان تناوب، میرایی، جرم و رفتار خطی و غیرخطی اعضاء سازه روی این فاصله بررسی میگردد. در فصل پنجم رابطه ای برای تعیین درز انقطاع با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی اعضاء سازه ارائه میشود و با روابط آیین نامه های مختلف مقایسه می شود. در فصل هفتم نتایجی که از این تحقیق بدست آمده در قالب پیشنهاداتی ارائه می گردد.
نتایج نشان می دهند که با نزدیک شدن زمان تناوب دو سازه و همچنین افزایش میرایی، فاصله لازم برای درز انقطاع کاهش می یابد. همچنین درز انقطاع محاسباتی بر اساس استاندارد 2800 ایران برای سازه های تا 7 طبقه، کمتر و برای سازه های بیشتر از 7 طبقه، بیشتر ازمقدار بدست آمده بر اساس آیین نامه IBC2006 و روش استفاده شده در این تحقیق می باشد
1ـ2ـ نیروی تنهای و اهمیت آن
مقصود از نیروی تنهای (Pounding) نیروی حاصل از برخورد ساختمانها در هنگام زلزله می باشد. در بسیاری از زلزله‌های بزرگ گذشته در اکثر کلان شهرهای موجود در سراسر دنیا، خرابی ناشی از نیروهای تنهای مشاهده شده است. بحث نیروی تنهای (Pounding) یکی از رایجترین و مرسوم ترین پدیده‌های است که در خلال زلزله‌های شدید قابل رویت است. نیروی تنهای می‌تواند باعث ایجاد خسارتهای سازهای و معماری در ساختمان شده و بعضاً باعث ریزش کلی ساختمان میگردد.
در خلال زلزله 1985 مکزیکوسیتی حدود 15% از 330 ساختمان تحت اثر نیروی برخورد (تنهای) تخریب شدند. همچنین در خلال زلزله 1989 لوماپریوتا، تا حدود 200 مورد شکل گیری نیروی تنهای مشاهده گردید. در این زلزله حدود 79 درصد از ساختمانها دچار تخریب معماری شدند ]1[.
در طی زلزله 1964 آلاسکا[1] برج هتل آنچوراگ وستوارد[2] دراثر برخورد با قسمتی از یک سالن رقص سه طبقه مجاور هتل، تخریب شد. همچنین، خرابی های ناشی از نیروی تنه ای در زلزله های 1967 ونزوئلا3 و 1971سانفرناندو4 نیز مشاهده گردید]2[.
از طرف دیگر برخورد بین عرشهها وپایههای کناری پلها در طی زلزله 1971 سانفرناندو مشاهده شد. در سال 1995در اثر زلزله هایاکو کن نانبو5 در ژاپن حرکت طولی المانهای پل هان شین[3] تا 3/0متر نیز رسید. از این زلزله به بعد تحقیقات اساسی بر روی نیروی تنهای شکل گرفت]2[.
جنبه‌های اساسی تحقیقات انجام گرفته در زمینه نیروی تنه ای شامل موارد زیر می‌باشد:
- 1- بررسی خسارتهای ایجاد شده در گذشته، شناخت و ارائه راهکارهای مقابله با این پدیده مبهم و پیچیده
- 2- تلاش جهت درک دینامیکی نیروی تنهای (عمده رفتار نیروی تنهای بصورت غیر خطی می‌باشد)
- 3- تلاش برای فراهم کردن یکسری ضوابط طبقه‌بندی شده جهت آموزش به مهندسین و کاربرد آنها در آیین نامه‌ها معتبر
- 4- کاهش خسارتهای ناشی از نیروی تنهای به کمک روشهای مرسوم
نکته مهم اینکه نیروی تنهای بین دو ساختمان یکی از پیچیده‌ترین پدیده‌هایی است که منجر به شکل‌گیری تغییر شکلهای پلاستیک و همچنین گسیختگی‌های موضعی و کلی میگردد. در دهه‌های گذشته روشهای مختلفی جهت کاهش نیروی تنهای توسط محققین مختلف معرفی شده است که از مهمترین آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- 1- قرار دادن ساختمانهای جدید در فاصله مناسب از ساختمانهای قبلی (رعایت درز انقطاع)
- 2- متحد کردن پاسخ دو سازه از طریق یکسری فنرهای ارتباطی
- 3- استفاده از دیوارهای ضربه گیری (Bomber wall)
- 4- پر کردن فاصله ساختمانها با ملاتهای ضربه گیر
- 5- تعبیه عناصر مقاوم جانبی کافی جهت محدود کردن جابجایی سازه
از بین روشهای اعمال شده راحت‌ترین و موثرترین روش، ایجاد درز انقطاع بین ساختمانها مجاور یکدیگر است. این فاصله بستگی به عوامل مختلفی از قبیل جرم و سختی طبقات، میرائی ساختمانها، ارتفاع طبقات و بزرگی و مدت زلزله مورد نظر دارد. علاوه بر آن نوع رفتار دو ساختمان هم جوار نیز از پارامترهای موثر بر تخمین این فاصله می باشد.
درز انقطاع بین دو ساختمان باید مطابق اصول موجود در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله تعیین و در هنگام اجرا رعایت گردد. نکته اصلی این است که آیا این فاصله که توسط ضوابط آیین نامه تعیین میگردد مناسب است یا خیر و آیا آییننامه ها کلیه پارامترهای موثر بر درز انقطاع را در نظر می گیرند یا خیر؟
عمده معایب استفاده از درز انقطاع عبارتند از:
- 1- دشوار بودن تهیه و اجرای دیتیلهای اجرایی مطابق نقشه های سازها
- 2- بالا بودن قیمت زمین در کلان شهرهاو عدم رضایت مالکین به کاهش زمین
- 3- محدودیت زمین در مراکز پر جمعیت کلان شهرها
روشهای موجود در محاسبه درز انقطاع شامل موارد زیر می باشند:
- 1- روش ارتعاشات تصادفی
- 2- روش تاریخچه زمانی
- 3- روش ضرایب لاگرانژ
- 4- روش تفاضل طیفی
- 5- روش طیف پاسخ
Alaska [1]
Anchorage Westward 2
3 Venezuela
Hanshin [3]
SanFernando 4
Hyago-KenNanbu 5
فصل 1 معرفی درز انقطاع و پارامترهای موثر بر آن
- مقدمه
- نیروی تنه ای و اهمیت آن
فصل2 مروری بر تحقیقات انجام شده
2-1 سوابق تحقیق
2-1-1 Anagnostopouls 1988
2-1-2 Westermo 1989
2-1-3 Anagnostopouls 1991
2-1-3-1 تاثیر مقاومت سازهای
2-1-3-2 تاثیر میرایی اعضاء
2-1-3-3 تاثیر بزرگی جرم سازه
2-1-3-4 خلاصه نتایج
2-2-4 Maision,kasai,Jeng 1992
2-1-5 Jeng,Hsiang,Lin 1997
2 -1-6 Lin و Weng 2001
2-1-7 Biego Lopez Garcia 2005
2-1-7-1 مدل خطی
2-1-7-2 مدل غیر خطی
2-1-8 فرزانه حامدی 1374
2-1-9 حسن شفائی 1385
2-1-10 نوید سیاه پلو 1387
2-2 روشهای آیین نامه ای
2-2-1 آیین نامه IBC 2006
2-2-2 آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد2800)
فصل 3 معرفی تئوری ارتعاشات پیشا
3-1 فرایند ها و متغیر های پیشا
3-2 تعریف متغیر پیشای X
3-3 تابع چگالی احتمال
3-4 امید های آماری فرایند راندم (پیشا)
3-4-1 امید آماری مرتبه اول (میانگین) و دوم
3-5-2 واریانس و انحراف معیار فرایندهای راندم
3-5 فرایندهای مانا و ارگادیک
3-5-1 فرایند مانا
3-5-2 فرایند ارگادیک
3-6 همبستگی فرایندهای پیشا
3-7 تابع خود همبستگی
3-8 چگالی طیفی
3-9 فرایند راندم باد باریک و باند پهن
3-10 انتقال ارتعاشات راندم
3-10-1 میانگین پاسخ
3-10-2 تابع خود همبستگی پاسخ
3-10-3 تابع چگالی طیفی
3-10-4 جذر میانگین مربع پاسخ
3-11 روشDavenport
فصل 4 مدلسازی و نتایج تحلیل دینامیکی غیر خطی
4-1 مقدمه
4-2 روشهای مدلسازی رفتار غیرخطی
4-3 آنالیز غیرخطی قاب های خمشی
4-4 مشخصات مدلهای مورد بررسی
4-4-1 طراحی مدلها
4-4-2 مدل تحلیلی
4-4-3 مشخصات مصالح
4-4-4 مدلسازی تیر ها و ستونها
4-4-5 بارگذاری
4-5 روش آنالیز
4- 5-1 معرفی روش آنالیز تاریخچه پاسخ
4-5-1-1 انتخاب شتاب نگاشتها
4-5-1-2 مقیاس کردن شتاب نگاشتها
4-5-1-3 استهلاک رایلی
4-5-1-4 روش نیوتن _ رافسون
4-5-1-5 همگرایی
4-5-1-6 محاسبه پاسخ سازه ها
4-6 محاسبه درز انقطاع
4-7 تاثیر زمان تناوب دو سازه
4-8 تاثیر میرایی
4-9 تاثیر تعداد دهانه های قاب خمشی
4-10 تاثیر جرم سازهها
فصل 5 روش پیشنهادی برای محاسبه درز انقطاع
5-1 مقدمه
5-2 روش محاسبه جابجایی خمیری سازه ها
5-2-1 تحلیل دینامیکی طیفی
5-2-1-1 معرفی طیف بازتاب مورد استفاده در تحلیل
5-2-1-2- بارگذاری طیفی
5-2-1-3- اصلاح مقادیر بازتابها
5-2-1-4 نتایج تحلیل طیفی
5-2-2 آنالیز استاتیکی غیر خطی
5-2-2-1 محاسبه ضریب اضافه مقاومت
5-2-2-2 محاسبه ضریب شکل پذیری ()
5-2-2-3 محاسبه ضریب کاهش مقاومت در اثر شکل پذیری
5-2-2-4 محاسبه ضریب رفتار
5-2-3 محاسبه تغییر مکان غیر الاستیک
5-2-4 محاسبه ضریب
5-3 محاسبه درز انقطاع
5-4 محاسبه جابجایی خمیری بر حسب ضریب رفتار
فصل6 مقایسه روشهای آیین نامه ای
6-1 مقدمه
6-2 آیین نامه (IBC 2006)
6-3 استاندارد 2800 ایران
6-4 مقایسه نتایج آیین نامه ها با روش استفاده شده در این تحقیق
فصل7 نتیجه گیری و پیشنهادات
7-1 جمع بندی و نتایج
7-2 روش پیشنهادی محاسبه درز انقطاع
7-3 پیشنهادات برای تحقیقات آینده
مراجع
پیوست یک: آشنایی و مدلسازی با نرم‌افزار المان محدود Opensees
پیوست دو: واژه نامه انگلیسی به فارس
شامل 138 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق فاصله موردنیاز ساختمانهای باقاب خمشی فولادی به منظور جلوگیری ازبرخورد درحین زلزله باتحلیل غیرخطی
