فایل مقایسه سطح اطمینان قاب های فولادی مهاربندی همگرا طراحی شده با ضوابط مبحث دهم

جزئیات و دریافت

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.

چكيده:
عملکرد ساختمان در حین زلزله به عوامل بسیاری بستگی دارد، در نتیجه پیش¬بینی عملکرد لرزه‌اي سازه‌ها، به عنوان بخشی از طراحی یا ارزیابی باید چه صریحاً و چه ضمناً  مد نظر قرار گیرد. پیش¬بینی پاسخ لرزه‌اي سازه بسیار پیچیده است، که این امر نه تنها به دلیل تعداد زیاد عوامل دخیل در عملکرد بلکه به سبب پیچیدگی رفتارهای فیزیکی نیز می¬باشد. به علاوه به دلیل عدم دقت کافی برای شبیه‌سازی دقیق رفتار فیزیکی، و همچنین عدم در دست داشتن دانش در ارائه تعریفی دقیق از ویژگی¬های سازه و طبیعت تغییر پذیر زلزله‌های آتی، پیش بینی عملکرد لرزه‌اي به خودی خود مشمول عدم قطعیت‌های چشمگیری می‌شود. این عدم قطعیت‌های ذاتی در پیش بینی بارگذاری¬ها و پاسخ‌های احتمالی آینده تنها مختص رفتار لرزه‌اي نیست و به بسیاری از این موضوعات کم و بیش در آیین نامه‌های جاری از طریق استفاده از فاکتورهای بارگذاری و مقاومت اشاره شده است.
در مهندسي زلزله براساس عملكرد براي ارزيابي عملكرد سازه لازم است ظرفيت و نياز لرزه‌اي آن تعيين گردد. با توجه به پيشرفت‌هاي اخير در زمينه تحليل‌هاي كامپيوتري، امروزه امكان استفاده از آناليزهاي ديناميكي غيرخطي براي رسيدن به اين منظور ميسر است. در اين روش پاسخ سازه با در نظر گرفتن رفتار غيرخطي مصالح و رفتار غيرخطي هندسي سازه تحت اثر زلزله مشخص تعيين ميشود. در سالهاي اخير روش طراحي بر اساس ظرفيت و تقاضا مورد توجه بسياري از محققان قرار گرفته است كه باتوجه به قابليت بيان در قالب احتمالاتي مي‌تواند براي تعيين سطح اطمينان و بهبود عملكرد سازه‌ها مورد استفاده قرار گيرد.
هدف از این پژوهش مقایسه سطح اطمینان قاب‌های فولادی مهاربندی همگرا طراحی شده با ضوابط مبحث دهم (سال‌های 1384 و 1387) می باشد. با توجه به تحقیقات گذشته سطح اطمینان براي تحلیل عملکرد سازه ، در ابتدا طراحی قاب های مورد مطالعه(5 ، 8 و11) با نرم افزارEtabs انجام و روی مقاطع طراحی شده، درنرم افزارOpenSees تحلیل دینامیکی غیر خطی فزاینده(IDA)صورت گرفته و سپس با استفاده از دستورات آیین نامه FEMA351 مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان دهنده‌ي این مطلب است که سطح اطمینان در سیستم‌های مهاربندی شده هم محوری فولادی با ضوابط مبحث دهم سال 1384 بیش از سیستم‌های مهاربندی شده هم محوری فولادی با ضوابط مبحث دهم سال 1387 می‌باشد.
كلمات كليدي: عملكرد سازه  - سطح اطمینان -  مهاربندی همگرا  -  تحلیل دینامیکی غیر‌خطی فزاینده 
فهرست مطالب
عنوان                                            صفحه
فصل اول: مقدمه    1
1-1- مقدمه    2
1-2- بیان مسئله و لزوم بررسی موضوع    2
1-3- هدف تحقیق    3
1-4- فرضیات تحقیق    3
1-5- روش انجام تحقیق    4
1-6- سازماندهی مطالب پایان نامه    4
فصل دوم: بررسی سیستمهای مهاربندی همگرا (با بادبندی ضربدری)وضوابط آیین نامه ای    6
2-1- مقدمه    7
2-2- مرور تاريخچه طراحي بادبندهاي CBF و فلسفه طراحي لرزهاي    7
2-3- انواع بادبندهاي  X شكل    14
2-3-1- از نظر مقاومتي    15
2-3-2- تقسيم بندي از نظر شكل پذيري    16
2-3-3- رفتار هسيترزيس بادبندی‌های X شکل    17
2-3-4- تشريح رفتار سيكلي غیرارتجاعی    18
2-3-5- اثر لاغري بر منحني هسيترزيس بادبندهاي  X شكل    20
2-4- بررسی تفاوت ضوابط آیین نامه مبحث دهم در ویرایش سال 84 و 87 در بادبندها     23
فصل سوم: مفاهیم روش طراحی بر مبناي عملکرد و روش تحلیل دینامیکی فزاینده (IDA)    26
3-1- طراحی بر مبناي عملکرد    27
3-1-1- مفهوم طراحی لرزهای بر اساس عملکرد    27
3-1-2- سطوح عملکرد    29
3-2- روش تحلیل دینامیکی فزاینده (IDA)    31
3-2-1- معرفی روش تحلیل دینامیکی فزاینده    32
3-2-2- مبانی روش IDA    33
3-2-3- پارامتر مقیاس    34
3-2-4- شاخص شدت مقیاس حرکت زمین    34
3-2-5- شاخص خسارت    35
3-2-6- منحنی IDA یگانه    35
3-2-7- مفهوم ظرفیت و مقاومت نهایی در منحنی‌های IDA یگانه    41
3-2-8- منحنی IDA چندگانه     44
3-2-9- تعریف شرایط حدی روی یک منحنی IDA    46
3-2-10- خلاصه سازی IDAها      47
3-3- سودبردن از داده ها    49
فصل چهارم: كلياتي در مورد عدم قطعيت و سطح اطمینان سازه‌ها    51
4-1- مقدمه    52
4-2- عدم قطعیت    52
4-3- عدم قطعيتهای موجود در سازه و تاریخچه آن    53
4-4- منابع عدم قطعیتها    54
4-4-1- زمان    55
4-4-2- محدودیت آماری    55
4-4-3- مدل سازی    55
4-4-4- متغیرهای تصادفی    56
4-4-5- خطاهای انسانی    56
4-5- منابع عدم قطعیت در تعیین عملکرد سازه    57
4-5-1- منابع عدم قطعیت در ظرفیت سازه    57
4-5-2- منابع عدم قطعیت در تقاضا سازه    58
4-6- قابليت اطمینان و لزوم بررسي آن    58
4-6-1- خرابی و احتمال خرابی    60
4-6-2- تابع شرایط حدی و شاخص قابلیت اطمینان    61
4-7- سطح اطمینان سازه وتاریخچه آن    66
4-8- محاسبه سطح اطمینان    67
4-8-1- پارامتر اعتماد λ    67
4-8-2- پارامتر خطرk    68
4-8-3- پارامترتقاضا γ و aγ    68
4-8-4- پارامتر ظرفیت φ    71
4-9-  ارزیابی اعتماد    72
فصل پنجم: مدل سازی و مقایسه¬ی نتایج    74
5-1- مقدمه    75
5-2- مدل سازی    76
5-2-1- تشریح    76
5-2-2- کنترل ضوابط    78
5-3- تحلیل مدل مورد مطالعه    83
5-3-1- تحلیل دینامیکی غیرخطی فزاینده (IDA)    84
5-3-2- شتابنگاشتهای موردبررسی    85
5-3-3- مراحل انجام تحلیل    86
5-3-4- نتایج حاصل از تحلیل IDA    86
5-4- قابلیت اعتماد    90
5-4-1- محاسبه پارامترهای تقاضا    90
5-4-2- محاسبه پارامترهای ظرفیت    91
5-4-3- پارامترهای اعتماد سازه    93
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات    96
6-1- مقدمه    97
6-2- نتیجه‌گیری    97
6-3- پیشنهاداتی برای مطالعات آتی:    99
مراجع    100

فهرست جدول¬ ها
عنوان                                                       صفحه
جدول3-1. ظرفیت‌های خلاصه شده برای هریک از حالت‌های حدی عملکردی    48

جدول4-1. مقادیر پیش فرض شیب لگاریتمی منحنی خطر k برای خطر‌های احتمالی لرزش خاک    68
جدول4-2. عدم قطعیت لگاریتمی پیشفرض β_DU  برای روش های مختلف آنالیز    70
جدول4-3. فاکتورهای بی نظمی پیشفرض C_B    71

جدول5-1. مشخصات فولاد مصرفی    77
جدول5-2. بار مرده وزنده طبقات    77
جدول5-3. ضریب برش پایه ساختمان ها    79
جدول5-4. مشخصات شتابنگاشت‌های استفاده شده در آنالیز دینامیکی    85
جدول5-5. مقایسه پریود سازه مدل شده در Etabs و OpenSees برای قاب 11 طبقه    86
جدول5-6. تقاضا و عدم قطعیت‌های موجود    91
جدول5-7. ظرفیت و عدم قطعیت‌های موجود    93
جدول5-8. پارامتر‌های اطمینان    95

فهرست شكل¬ها
عنوان                                                                   صفحه
شکل2- 1. اشكال مختلف بادبندهاي همگرا    8
شکل2- 2.كمانش موضعي در بادبند    9
شکل2- 4. اعوجاج شديد تير، بدون تكيه گاه جانبي در محل اتصال به بادبندهاي شورون    10
شکل2- 5.گسيختگي اتصالات جوشي بادبندها    11
شکل2- 8. منحني هيسترزيس بادبندهاي X شكل فقط كششي    16
شکل2- 9. منحني هيسترزيس بادبندهاي X شكل با مقطع (دوبل نبشي)    17
شکل2- 10. الف ) بر اساس مدل تجربي . ب) بر اساس مدل عددي و تئوريكي    19
شکل2- 11. تعییر شکل اعضای بادبند    19
شکل2- 13. الف) بر اساس مدل تجربي  ب) بر اساس مدل عددي و تئوريكي    22
شکل2- 14.الف) بر اساس مدل تجربي ب) بر اساس مدل عددي    22

شکل3-1. نمونه‌ای از منحنی IDA یگانه برای یک سازه 30 طبقه با قاب خمشی فولادی با پریود 4 ثانیه    36
شکل3-2. منحنی‌های IDA برای یک سازه 5 طبقه با قاب فولادی مهاربندی شده که پریود اصلی آن 8/1 ثانیه می‌باشد    37
شکل3-3. منحنی‌های IDA برای هرکدام از طبقات یک ساختمان 5طبقه با قابفولادی مهاربندی شده مشخص شده با پریود اصلی برای 8/1 ثانیه    39
شکل3-4. احیاء مجدد سازه‌ای روی یک منحنی IDA برای یک قاب خمشی فولادی سه طبقه با دوره تناوب 3/1 ثانیه    39
شکل3-5. پاسخ شکل‌پذیری یک نوسانگر با پریود T_1=1sec)) تحت مقیاس‌های مختلف یک زلزله جاری شدن زودهنگام در سطح زلزله بالاتر باعث شده است که سازه مقدار پاسخ کمتری از خود نشان دهد    40
شکل3-6. قانون محدود نمودن DM برای مشخص کردن ظرفیت یک سازه 3 طبقه با قاب خمشی فولادی    42
شکل3-7. منحنی‌های چندگانه IDA برای یک قاب خمشی فولادی 9 طبقه    44
شکل3-8. منحنی‌های چنداگانه IDA در برای 30 شتابنگاشت برای یک ساختمان 5 طبقه با قاب فولادی مهاربندی شده    45
شکل3-9. منحنی‌های 16% و 50% و 84% IDA در مقیاس لگاریتمی برای 20 شتابنگاشت برای یک ساختمان 5 طبقه با قاب فولادی مهاربندی شده با پریود اصلی 8/1 ثانیه    45
شکل3-10. حالات حدی، تعریف شده طبق منحنی IDA    46
شکل3-11. 20منحنی‌ IDA و ظرفیت‌های حدی مربوطه    47
شکل3-12. خلاصه منحنی‌های IDA و ظرفیت‌های مربوطه در مقادیر 16% ، 50% و 84%    48
شکل3-13. بیشینه مقادیر چرخش برای تمام طبقات در چندین  (T_1,5%) Sa    50
شکل3-14. منحنی‌های IDA طبقات فرد برای رکورد شماره 1    50

شکل4- 1. تابع چگالی احتمال خرابی    63
شکل4-2. شاخص قابلیت اطمینان هاسوفر- لیند Hasofer & Lind))    65

شکل5-1. پلان ساختمان طراحی شده    76
شکل5-2. مقاطع بدست آمده از تحلیل نرم افزار Etabs    80
شکل5-3. مقاطع بدست آمده از تحلیل نرم افزار Etabs  بعدازاعمال ضریب B    80
شکل5-4. مقاطع بدست آمده از تحلیل نرم افزار Etabs  بعد از اعمال وتشدید بار ویژه به ستون‌های اطراف بادبند    81
شکل5-5. مقاطع بدست آمده از تحلیل نرم افزار Etabs    81
شکل5-6. مقاطع بدست آمده از تحلیل نرم افزار Etabs  بدون اعمال ضریب (B)    82
شکل5-7. مقاطع بدست آمده از تحلیل نرم افزار Etabs  بعد از اعمال وتشدید بار ویژه به ستون‌های اطراف بابند    82
شکل5-8. منحنی IDA حاصل از آنالیز دینامیکی غیر‌خطی فزاینده – 5 طبقه - 1387    87
شکل5-9. منحنی IDA حاصل از آنالیز دینامیکی غیر‌خطی فزاینده – 5 طبقه – 1384    88
شکل5-10. منحنی IDA حاصل از آنالیز دینامیکی غیر‌خطی فزاینده – 8 طبقه – 1384    88
شکل5-11. منحنی IDA حاصل از آنالیز دینامیکی غیر‌خطی فزاینده – 8 طبقه – 1387    88
شکل5-12. منحنی IDA حاصل از آنالیز دینامیکی غیر‌خطی فزاینده – 11 طبقه – 1384    89
شکل5-13. منحنی IDA حاصل از آنالیز دینامیکی غیر‌خطی فزاینده – 11 طبقه – 1387    89

فهرست علائم
علامت    نشانه
R    ضریب رفتار سازه  
C_d    ضریب تغییر شکل پلاستیک
K    ضریب طول موثر
B    ضریب اصلاحی لاغری بادبند
Ω_0    ضریب تشدید نیروی زلزله  
"θ" _"max"     نسبت انحراف بین طبقه ای ماکزیمم
T_1    اولین دوره تناوب از مواد اول سازه
"S" _"a"     شتاب طیفی
"P" _"f"     احتمال خرابی
"X"     متغیر تصادفی
G(x)    تابع شرایط حدی
f(x)    تابع چگالی احتمال
a_"1" ^     ضریب جرم مودی برای اولین مود طبیعی
λ    پارامتر اعتماد
γ    فاکتور متغیر تقاضا
γ_a    فاکتورعدم قطعیت آنالیز
φ         پارامتر ظرفیت
C    ظرفیت سازه
D    تقاضای سازه
K    پارامتر خطر (شیب لگاریتمی  منحنی خطر)
β_DR    انحراف استاندارد لگاریتم های طبیعی پارامتر تقاضا
b    ضریب میزان افزایش تقاضا
CB    ضریب بی نظمی
β_Du    انحراف استاندارد لگاریتمی در پیش بینی تقاضا
φ_R    فاکتور ظرفیت از نقطه نظر تصادفی بودن
φ_u    فاکتور ظرفیت از نقطه نظر عدم قطعیت
β_CR    انحراف استاندارد لگاریتم های طبیعی پارامتر ظرفیت
β_Cu    انحراف استاندارد لگاریتم های طبیعی در پیش بینی ظرفیت
kx    متغیر استاندارد نشای ناشی از احتمال X
β_ui    انحراف استاندارد
DL    بار مرده
LL    بار زنده
L(m)    طول دهانه قاب
C    ضریب برش پایه
I    ضریب اهمیت ساختمان
A    شتاب مبنای طرح
B    ضریب بازتاب ساختمان
T(s)    زمان تناوب سازه های مهاربندی شده
Fy(kg/cm2)    تنش حد تسلیم فولاد
W    بارمرده ساختمان به علاوه قسمتی از بار زنده مورد نظر
h    ارتفاع طبقه از روی تراز پایه 
Es(kg/cm2)    ضریب مدول الاستیسیته فولاد
g(kg/cm2)    شتاب ثقل
Sd    جابجایی طیفی
H(m)    ارتفاع کل ساختمان
Fa(kg/cm2)    تنش فشاری مجاز
Fas(kg/cm2)    تنش فشاری مجاز مهار بند
 

فصل اول

  مقدمه

مقدمه
امروزه سیستم مهاربندی همگرا، متداول‌ترین سیستم سازه‌ای برای مقابله با بار‌های لرزه‌ای در ساخت و سازهای فولادی می¬باشد و استفاده از آن به دلیل صرفه اقتصادی، طرح و اجرای آسان روز به روز رواج بیشتری می¬یابد. تمایل مهندسین به استفاده از این سیستم پس از زمین لرزه (1994) Northridge و خسارت¬های غیر‌منتظره¬ای که در جریان آن به قاب¬های خمشی فولادی وارد آمد، به طور چشمگیری در سراسر دنیا افزایش یافته است. ضوابط طراحی لرزه¬ای قاب¬های مهاربندی¬شده همگرا، در دهه گذشته تغییرات زیادی یافته است. آیین¬نامه¬های ساختمانی پیش از (1994) UBC، با قاب¬های مهاربندی شده همگرا مانند خرپاهای الاستیک رفتار می¬کردند. در این آیین نامه¬ها، سعی می¬گردید تا با محدود نمودن لاغری و کاهش مقاومت فشاری مهاربند از کمانش آن جلوگیری شود. در نتیجه سازه¬هایی که با استفاده از این آیین¬نامه¬ها طراحی می¬شد، از شکل پذیری محدودی برخوردار بودند. [1]
در سال¬های اخیر روش "مهندسی زلزله بر اساس سطح عملکرد" توسعه زیادی یافته و پیشرفت¬های بزرگی در تحلیل خطر لرزه-ای، شبیه¬سازی رفتار لرزه¬ای و ارزیابی عملکرد لرزه¬ای سازه¬ها ایجاد شده است. بنابراین با توجه به کاربرد گسترده سیستم مهاربندی همگرا در ساخت و ساز¬ها و نگرانی¬های زیادی که درباره عملکرد این سیستم وجود دارد. ارزیابی عملکرد لرزه¬ای سیستم مهاربندی همگرا با استفاده از روش¬های نوین، ضروری به نظر می¬آید.

بیان مسئله و لزوم بررسی موضوع 
در مبحث دهم سال 1384 ضوابط مربوط به طراحی بادبندها مطابق1997 UBC می باشد[2]که در آن تنش مجاز فشاری بر اساس لاغری با ضریب B اصلاح می‌شود.در حالی‌که این ضریب در مبحث دهم سال 1387 وجود ندارد و تأثیر لاغری در ضوابط لرزه‌ای بادبندها وارد نشده است. همچنین، ترکیب بارهای تشدید یافته (ویژه) در دو نسخه سال‌های 1384 و 1387 مبحث دهم متفاوت می‌باشد که در مکانیزم مفصل شدن ستون‌های اطراف مهاربند و همچنین ترتیب مفصل‌ها تأثیر گذار است[3و4].
 در این آیین نامه‌ها سعی می‌گردید تا با محدود نمودن لاغری و کاهش تنش مجاز فشاری مهاربند، از کمانش در سیکل‌های رفت و برگشتی زلزله جلوگیری شود، در نتیجه این سازه‌ها از شکل‌پذیری محدودی برخوردار بودند که این امر در ضوابط لرزه‌ای آیین نامه‌های جدید رعایت نشده و باعث افزایش تنش مجاز فشاری بادبندها و تأثیر در مکانیزم مفصل شدن ستون‌های اطراف مهاربند شده که به نظر می‌رسد سطح اطمینان در حالت اول بیشتر از حالت دوم می‌باشد که این موضوع مستلزم به انجام تحقیق می‌باشد.

هدف تحقیق
در این تحقیق با عنوان "مقایسه سطح اطمینان قاب های فولادی مهاربندی همگرا طراحی شده با ضوابط مبحث دهم" سعی گردیده با تعیین عملکرد سازه¬ بر طبق ضوابط مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (بارهای وارده بر ساختمان) [5]، مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (طراحی ساختمان¬های فولادی) سال های 84و87 [3و4] طراحی وآنالیز دینامیکی فزاینده(IDA)[6]ودستورات آیین نامه FEMA351[7] تحلیل شده¬اندرا مورد بررسی قرارداده وبا توجه به ضوابط آن‌ها ویرایشی که سطح اطمینان بیشتری را در ارزیابی لرزه‌ای بادبند مذکور دارا می¬باشد، معرفی گردد.

فرضیات تحقیق
فرضیات مربوط به این تحقیق را می‌توان به دو بخش فرضیات مربوط به مدل‌سازی و رفتار سازه و بخش مربوط به مدل عدم اطمینان در نظر گرفته شده تقسیمبندی نمود لذا این فرضیات را می‌توان به صورت زیر بیان نمود:
    مهاربند به صورت مهاربند همگرای ضربدری در نظر گرفته شده است.
    بارگذاری به صورت یکطرفه در نظر گرفته شده است.
    ساختمان با پلان ومهاربندی منظم در نظر گرفته شده است.
    اتصال تیر و ستون در تمامی قاب ها مفصلی می باشد.
    تحلیل¬ دینامیکی انجام شده از نوع غیرخطی فزاینده (IDA) می¬باشد.
    مقایسه سطح اطمینان برابر مفهوم ودستورالعمل FEMA351 در نظر گرفته شده است.
    تحلیل غیرخطی قاب¬ها به صورت دو بعدی انجام شده است.
    پاسخ سازه با در نظرگرفتن رفتار غیر‌خطی مصالح ورفتار غیرخطی هندسی تحت اثر زلزله‌ی مشخص تعیین میشود.
    سخت شوندگی کرنش در این مدل ها برابر 3% در نظر گرفته شده است[8].
     شدت حرکات خاک برای ساختمان¬ها برابر با  g35/0 مد نظر قرار گرفت.

روش انجام تحقیق
این تحقیق بر اساس مراحل ذیل با استفاده از روش تحلیل دینامیکی فزاینده برای بدست آوردن سطح عملکرد و ارزیابی سطح اطمینان انجام گرفته است.    
    ساختمان¬ مورد بررسی با کاربری مسکونی، در منطقه¬ای با خطر لرزه‌ای زیاد و بر روی خاک نوع II در نظر گرفته شده است. در این پژوهش بارگذاری ثقلی بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و بارگذاری لرزه‌ای بر اساس آئین نامه 2800 انجام می‌شود.
    طراحی سه قاب سه دهانه، پنج، هشت ویازده طبقه با ارتفاع طبقات 2/3 و طول دهانه 5 متر، براساس ضوابط مبحث دهم سال های 1384و 1387 با استفاده از نرم افزار Etabs[9].
    استخراج قاب های دوبعدب (براساس بحرانی بودن).
    تحلیل قاب هابر اساس آنالیز دینامیکی غیر‌خطی فزاینده با استفاده از نرم افزار OpenSees[10].
    محاسبه سطح اطمینان با توجه به مفهوم عملکردی سازه براساس دستور العمل Fema351 و منحنی IDA
    ارزیابی و مقایسه سطح اطمینان سیستم های قاب های مهاربندی همگرا طراحی شده با ضوابط مبحث دهم سال 84 و 87.