توجه : این فایل به صورت فایل ورد (Word) ارائه میگردد و قابل تغییر می باشد
بخشی از متن دانلود رایگان توسعه منحنی های شکنندگی برای ارزیابی لرزه ای سازه های فولادی :
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.
چکیده:
امروزه ارزیابی عملکرد سازه¬ ها در برابر زلزله، به یکی از بحث ¬های رایج در بین محققین تبدیل شده¬است. یکی از ابزار های کلیدی در ارزیابی آسیب ¬پذیری لرزه¬ای سازه¬ ها، توابع شکنندگی است که احتمال فراگذشت آسیب سازه از یک سطح آسیب مشخص را برای چندین سطح خطر از جنبش¬های لرزه¬ای زمین بیان می¬نماید. هدف از این مطالعه، تعیین منحنی شکنندگی آسیب¬پذیری لرزه¬ای سیستم ساختمانی فولادی طراحی شده بر اساس آیین¬ نامه¬ی طراحی ایران بر روی خاک نوع III در منطقه¬ای با خطر لرزه¬ای زیاد می¬باشد. مدل¬ های مورد نظر، ساختمان ¬های فولادی 5، 8 و12 طبقه¬ی با سیستم قاب مقاوم خمشی ویژه می¬باشند. مدل سازی این ساختمان ¬ها در نرم افزار opensees انجام شده و تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی (IDA) برروی مدل¬ ها انجام گرفته¬است. در این بررسی، تغییر مکان جانبی نسبی سازه¬ ها به عنوان معیار آسیب در نظر گرفته شده است. حدود تعیین شده برای تغییر مکان جانبی نسبی در دستورالعمل HAZUS برای تعیین حالات خرابی مورد استفاده قرار گرفته¬ است که این حالات خرابی عبارتند از: حالت خرابی کم، متوسط، گسترده و کلی.
منحنی شکست سازه¬ ها بر اساس مقادیر تغییر مکان جانبی نسبی و ضرایب موجود در دستور العمل HAZUS تهیه شده¬اند. نتایج بدست آمده نشان می¬دهند که با افزایش تعداد طبقات ، شکنندگی افزایش می¬یابد
در سازه های مدل شده در حالات خرابی کم و متوسط منحنی های شکست مدل های 5 و 8 طبقه بسیار به هم نزدیک هستند و منحنی شکست مدل 12 طبقه فاصله¬ی نسبتاً قابل توجهی با منحنی شکست دو مدل دیگر دارد.
دانلود رایگان توسعه منحنی های شکنندگی برای ارزیابی لرزه ای سازه های فولادی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: کلیات تحقیق..........................................................................................................................1
1-1 مقدمه...............................................................................................................................................2
1-2 شرح مسئله......................................................................................................................................3
1-3 اهداف و ضرورت تحقیق................................................................................................................4
1-4 روش اجرای طرح و مدل¬های مورد بررسی....................................................................................5
1-5 ساختار پایان-نامه..............................................................................................................................5
فصل دوم: منحنی های شکنندگی...........................................................................................................6
2-1 منحنی¬های شکنندگی لرزه-ای...........................................................................................................7
2-1-1 منحنی¬های شکنندگی تجربی.....................................................................................................8
2-1-2 منحنی¬های شکنندگی بر اساس قضاوت مهندسی.......................................................................9
2-1-3 منحنی¬های شکنندگی تحلیلی.....................................................................................................9
2-1-4 منحنی شکنندگی ترکیبی.............................................................................................................12
2-2 توابع شکنندگی................................................................................................................................12
2-3 حالات خرابی در دستورالعمل HAZUS......................................................................................13
2-4 دستورالعمل HAZUS..................................................................................................................13
2-4-1 طبقه¬بندی ساختمان¬ها در HAZUS.........................................................................................15
2-4-2 منحنی شکست در HAZUS...................................................................................................16
2-5 پیشینه¬ی تحقیق................................................................................................................................18
2-5-1 پژوهش جوزف کارلو مارانو و همکاران....................................................................................20
2-5-2 مطالعات روییزگارسیا و همکاران...............................................................................................26
2-5-3 مطالعات شکنندگی در تایوان برای زلزله¬ی چی-چی...................................................................28
2-5-4 مطالعات میشاییل تانتالا و جورج دوداتیس.................................................................................29
2-5-5 مطالعات اربریک و ال-ناشی........................................................................................................32
2-5-6 سایر مطالعات.............................................................................................................................34
فصل سوم: قاب های مقاوم خمشی فولادی............................................................................................47
3-1 مقدمه.............................................................................................................................................48
3-2 قاب های خمشی كاملاً صلب و نیمه صلب....................................................................................50
3-2-1 قاب های خمشی كاملاً صلب....................................................................................................50
3-2-2 قاب های خمشی نیمه صلب......................................................................................................50
3-4 انواع قاب های مقاوم خمشی MRF.............................................................................................50
3-4-1 قاب های خمشی ویژه...............................................................................................................51
3-5 شکل پذیری....................................................................................................................................58
3-5-1 انتخاب عضوی از قاب خمشی به عنوان عضو شکل پذیر..........................................................59
3-6 مقایسه مکانیزم های خرابی در قاب خمشی فولادی.......................................................................60
فصل چهارم: مطالعات عددی..................................................................................................................62
4-1 مقدمه...............................................................................................................................................63
4-2 پارامترهای قاب های مورد تحلیل...................................................................................................64
4-3 انتخاب رکوردهای زلزله..................................................................................................................65
4-4 معرفی اجمالی نرم افزار OpenSees............................................................................................66
4-4-1 ویژگی های نرم افزار OpenSees............................................................................................67
4-5 شاخص آسیب و سطوح آسیب.......................................................................................................67
4-6 بررسی روش تحلیل دینامیكی افزایشی (IDA).............................................................................68
4-6-1 تحلیل دینامیكی افزایشی (IDA)...............................................................................................68
4-6-2 ورودیها و خروجیهای تحلیل دینامیكی غیر خطی افزایشی........................................................70
4-6-3 تحلیل دینامیكی افزایشی تك ركورده.........................................................................................72
4-6-4 تحلیل دینامیكی افزایشی چند ركورده.........................................................................................74
4-6-5 منحنی تحلیل دینامیكی افزایشی (IDA)...................................................................................75
4-6-6 دسته منحنیIDA.......................................................................................................................75
4-6-7 انتخاب IM و روش صحیح مقیاس كردن................................................................................77
4-6-8 روش های مختلف بدست آوردن رابطه IM در مقابل EDP..................................................79
4-6-9 استفاده از نتایج IDA و بدست آوردن مقدارG_EDP/IM(y/im).........................................................79
4-7 تحلیل مدل......................................................................................................................................80
4-8 کلیات تحلیل نیاز لرزه¬ای احتمالاتی..............................................................................................80
4-9 مدل¬های نیاز لرزه¬ای احتمالاتی........................................................................................................81
4-10 تحلیل شکنندگی لرزه¬ای مدل-ها....................................................................................................85
4-10-1 مقدمه........................................................................................................................................85
4-10-2 روش تحقیق............................................................................................................................87
4-10-3 منحنی های شکنندگی مربوط به سازه ی مورد مطالعه.............................................................87
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات.....................................................................................................93
5-1 نتیجه گیری......................................................................................................................................94
5-2 پیشنهادها.........................................................................................................................................95
منابع........................................................................................................................................................97
ضمیمه.....................................................................................................................................................104
فصل اول
کلیات تحقیق
1-1 مقدمه
انسان از آغاز خلقت همواره با موضوع بلایای طبیعی مواجه بوده و تلاش نموده¬ است تا این حوادث و سوانح طبیعت را مدیریت و كنترل نماید و زندگی خود را از این خطرات، ایمن و محفوظ دارد. از میان بلایای طبیعی، زلزله از ویژگی¬های خاصی برخوردار بوده و در قرن گذشته با توجه به عوامل زیر اهمیت بیشتری به مدیریت بحران زلزله داده شده است:
افزایش تعداد شهر ها در نقاط مختلف كه بسیاری در مناطق فعال لرزه¬ خیز واقعند.
گسترش و توسعه شهرها به گونه¬ای كه گسل¬های زیادی در داخل شهرها قرار گرفته¬اند.
افزایش تراكم جمعیت شهرها كه باعث افزایش تعداد قربانیان زلزله گردیده است.
افزایش كمی و كیفی تأسیسات و امكانات مختلف شهری، كه باعث افزایش سرمایه¬گذاری انسان در شهرها و گسترش خسارات مالی ناشی از زلزله شده ¬است.
پیشرفت دانش لرزه ¬شناسی و مهندسی زلزله، كه بشر را قادر به ثبت اطلاعات زلزله ¬های گذشته و تجزیه و تحلیل هر چه دقیق¬تر آنها نموده است.
ایران از نظر لرزه ¬خیزی در منطقه¬ی فعال جهان قرار دارد و به گواهی اطلاعات حاصل از مستندات علمی و مشاهدات قرن بیستم از خطر پذیرترین مناطق جهان در اثر زمین ¬لرزه¬ های پرقدرت محسوب می¬شود. در سال¬ های اخیر به طور متوسط هر پنج سال یك زمین¬ لرزه با صدمات جانی و مالی بسیار بالا در نقطه ای از كشور رخ داده است و در حال حاضر ایران در صدر كشور هایی است كه وقوع زلزله در آن با تلفات جانی بالا همراه است.
گرچه جلوگیری كامل از خسارات ناشی از زلزله¬ های شدید بسیار دشوار و حتی غیر ممکن است، لیكن با افزایش سطح اطلاعات در رابطه با لرزه¬ خیزی كشور و مطالعه دقیق وضعیت آسیب¬ پذیری ساختمان -ها، تأسیسات زیربنایی و شریان¬ های حیاتی و ایمن ¬سازی و مقاوم¬ سازی صحیح و اصولی آنها، می توان تا حد مطلوب تلفات و خسارات ناشی از زلزله¬ های آتی را كاهش داد.
امروزه یکی از راه ¬های بررسی آسیب ¬پذیری ساختمان ¬های موجود، استفاده از منحنی ¬های شکنندگی می¬ باشد که این منحنی ¬ها می توانند کاربرد های فراوانی قبل و بعد از زلزله داشته باشند.
1-2 شرح مسئله
خطر لرزه ¬ای بیانگر پتانسیل خسارت ایجاد شده در سازه ناشی از وقوع زلزله است. خسارت یا شکست در سیستم سازه ای، بصورت عدم حفظ عملکرد مطلوب آن در هنگام وقوع زلزله تعریف می¬شود ( Nielson ، 2005 ).
به منظور تحلیل شکست از دیدگاه مهندسی در یک سیستم سازه-ای، بایستی آستانه¬ ی رخداد شکست با استفاده از پارامتر های ریاضی به صورت کمی بیان شود. یکی از پارامتر های مهم در برآورد خسارت سازه¬ ای بزرگی و شدت زمین¬ لرزه می¬باشد. از جمله پارامتر هایی که در تحلیل شکنندگی بعنوان معیار بزرگی و شدت جنبش¬ های لرزه¬ ای زمین در نظر گرفته می¬شود، می¬توان از بیشینه شتاب زمین (PGA)، بیشینه سرعت زمین (PGV)، بیشینه تغییر مکان زمین (PGD)، شتاب طیفی (Sa)، سرعت طیفی (Sv)، تغییر مکان طیفی (Sd) و شدت مرکالی نام برد( شهسوار، 1381).
در برآورد خطر لرزه ¬ای سازه پارامتر هایی نظیر شکل پذیری تغییر مکانی، شکل پذیری انحنایی، تغییر مکان مطلق عضو، انرژی هیسترتیک جذب شده توسط المان و .... برای تعیین حالات خسارت مورد استفاده قرار می¬گیرد. در تحلیل آسیب پذیری یک سیستم، به دنبال جمع ¬آوری و پردازش داده¬ های پاسخ سازه تحت اعمال جنبش شدید زمین هستیم. به منظور پردازش آماری رفتار سازه¬ های مختلف، با استفاده از تئوری احتمالات می توان ارتباط بین شدت زلزله و آسیب پذیری سازه ¬ها را در قالبی آماری مورد بررسی قرارداد. بررسی این ارتباط از دو دیدگاه حائز اهمیت است:
با در دست داشتن ارتباط آماری بین شدت زلزله و گسترده آسیب سازه¬ ها می توان پیامد های رخداد زلزله¬ های آینده را پیش ¬بینی نمود.
با شناخت بیشتر نقص¬ های موجود در طراحی سازه¬ ها، امکان بهبود بیشتر آیین¬نامه¬ های لرزه¬ ای فراهم شده و در نهایت باعث افزایش ایمنی سازه¬ ها می¬گردد (Nielson، 2005).
یکی از ابزارهای کلیدی در ارزیابی خطر¬پذیری لرزه ای که امروزه استفاده از آن رواج یافته است، منحنی شکنندگی است. منحنی شکنندگی، احتمال فراگذشت آسیب سازه از یک سطح آسیب مشخص را برای چندین سطح خطر از جنبش های لرزه ای زمین بیان می¬کند. این منحنی کاربردهای فراوانی قبل و بعد از وقوع زلزله دارد، بطوریکه ضمن ارزیابی آسیب پذیری لرزه¬ای در مواردی دیگر از جمله تعیین اولویت¬ ها در مقاوم¬ سازی سازه¬ ها و همچنین برنامه ¬ریزی مدیریت بحران مورد استفاده قرار می¬گیرد.
1-3 اهداف و ضرورت تحقیق
امروزه ارزیابی عملکرد ساختمان ¬ها در برابر زلزله، به یکی از بحث¬ های رایج در بین محققین تبدیل شده است. با توجه به اینکه در طراحی تعداد زیادی از ساختمان¬ های موجود اثرات تخریبی زمین ¬لرزه در نظر گرفته نشده است و یا اینکه دانش طراحی لرزه ¬ای در حین ساخت آنها ناکافی بوده است، بروز خسارات وسیع در سازه¬ های موجود بر اثر وقوع یک زمین¬لرزه¬ی نسبتاً شدید دور از انتظار نخواهد بود ( رهگذر و همکاران، 1387 ).
همان¬ طور که بیان شد منحنی شکست تابعی است که تجاوز خرابی سازه را از یک معیار تعیین شده، در مقابل افزایش شدت زمین¬ لرزه تعیین می کند و از این رو یکی از راه¬ های بررسی میزان خرابی سازه¬ها است.
با توجه به اینکه کشور ما یکی از مناطق لرزه¬ خیز است، و نیز با توجه به اینکه اکثر سازه¬ های موجود با ضوابط لرزه¬ ای ساخته نشده¬اند، آسیب ¬پذیری لرزه¬ ای سازه¬ های موجود، به ویژه تیپی از سازه¬ها که بیشتر مورد استفاده قرار می¬گیرند، لازم و ضروری به نظر می¬رسد.
1-4 روش اجرای طرح و مدل¬ های مورد بررسی
در این پژوهش سعی خواهیم کرد آسیب¬ پذیری لرزه¬ ای یکی از تیپ¬ های ساختمانی رایج در سطح کشور، یعنی سازه ¬های فولادی دارای سیستم قاب خمشی ویژه با تعداد طبقات تعداد طبقات 5، 8 و 12 را بررسی کنیم و برای این سازه¬ها منحنی شکنندگی تولید خواهیم کرد.
برای رسیدن به اهداف این پایان¬نامه، مدل¬ها بصورت دو¬بعدی درنرم¬افزار opensees مدل سازی شده و تحت اثر 10 رکورد زلزله که هر یک از این رکوردها از مقدار 0.1g تا 1.5g مقیاس شده-اند، تحت تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی قرار می¬گیرند. سپس مقادیر نیاز و ظرفیت در مؤلفه¬ های سازه مقایسه و مؤلفه Drift در ارائه شکنندگی در تعیین آسیب ¬پذیری بررسی خواهد شد و سپس با اعمال تکنیک¬های آماری لازم بر روی داده¬ ها، منحنی¬ های شکنندگی برای هریک از مدل ¬ها تولید خواهد شد.
1-5 ساختار پایان¬نامه
پایان ¬نامه¬ی حاضر در 5 فصل تهیه شده است. در فصل اول اطلاعاتی کلی در خصوص پایان ¬نامه، اهداف آن و روش تحقیق ارائه شده است. در فصل دوم در مورد انواع منحنی شکست و روش¬ های تهیه¬ی آن و نیز در مورد اطلاعات و داده¬ های مورد نیاز برای تهیه¬ی منحنی شکست توضیحاتی ارائه شده است. دستور العمل HAZUS نیز به صورت مختصر دراین فصل معرفی شده است. و همچنین مروری بر تعدادی از پژوهش¬های انجام شده در زمینه¬ی منحنی شکست برای سازه¬ ها در این فصل انجام شده است. در فصل سوم مطالعاتی در مورد قاب های مقاوم خمشی فولادی انجام شده است.
مطالعات عددی در مورد مدل ¬ها و روش این پایان¬ نامه در فصل چهارم آمده است که در آن فرضیات و مراحل کامل روش¬ های مورد استفاده برای رسیدن به نتیجه¬ی مورد نظر ارائه شده¬اند. منحنی¬ های شکست تولید شده نیز در همین فصل نمایش داده شده-اند. نهایتاً فصل پنجم به نتیجه¬ گیری و ارائه¬ی پیشنهادات برای تحقیقات آتی اختصاص یافته است.
فصل دوم
منحنی های شکنندگی
2-1 منحنی¬های شکنندگی لرزه¬ای
منحنی شکنندگی، احتمال خرابی متناظر با یک حالت خرابی معین را در چندین سطح از جنبش¬ های لرزه ¬ای زمین بیان می¬کند. در واقع منحنی شکنندگی، نسبت بین شدت زمین ¬لرزه و سطح خرابی لرزه¬ ای محتمل را توصیف می¬کند. جهت تعیین دقیق چنین نسبتی انتخاب صحیح شدت زلزله در منطقه¬ ی سازه¬ی تحت بررسی مهم می¬باشد. از شاخص ¬هایی که شدت زلزله را بطور مناسب جهت تحلیل شکنندگی معرفی می¬نمایند می¬توان از بیشینه شتاب زمین PGA، بیشینه سرعت زمین PGV، بیشینه تغییر مکان زمین PGDنام برد. این منحنی ¬ها را می¬توان از تحلیل رگرسیون منطقی اطلاعات خرابی واقعی یا شبیه¬ سازی شده و یا روش¬های حل عددی بدست آورد.
با توجه به اینکه آسیب ¬پذیری لرزه ¬ای زمانی رخ می¬دهد که احتمال فراگذشت سازه از سطح خرابی تعریف شده وجود داشته باشد، گسیختگی زمانی رخ می¬دهد که سازه¬ی موجود نتواند شرایط لازم برای سطح عملکرد تعریف شده را ارضا کند.
استفاده از منحنی شکست برای ارزیابی رفتار سازه¬ ها و خطر ناشی از زلزله، در دو دهه ی اخیر به طور گسترده ¬ای توسط جامعه¬ی علمی مورد استفاده قرار گرفته است. روش منحنی شکست یک امتیاز مهم دارد و آن امتیاز، این است که آسیب -پذیری سازه و مؤلفه¬های آن را با یک روش ساده نشان می¬دهد و اجازه می¬دهد که سطح خرابی مورد انتظار برای شدت زلزله¬ی معین را تخمین بزنیم ( مارانو ،2009) .
روش¬ های مختلفی برای تهیه¬ی منحنی شکست وجود دارد که مهم¬ ترین آنها به شرح زیر است:
روش تجربی یا آزمایشگاهی
روش قضاوت مهندسی
روش تحلیلی
روش ترکیبی که توضیحات مربوط به هر روش در ادامه آمده است.
2-1-1 منحنی¬ های شکنندگی تجربی
منحنی¬های شکنندگی بر اساس مشاهدات اطلاعات مربوط به آسیب ¬های سازه ¬ای به دست آمده از زلزله¬ های گذشته به دست می-آید. این منحنی¬ها انواع مختلف سازه را مشخص نمی کنند. یعنی تأثیر پارامتر های مکانیکی ساختمان، عملکرد ساختمان ( استاتیکی یا دینامیکی )، تغییرات ورودی (حوزه ی فرکانسی ) و ... در نظر گرفته نمی شود. بنابراین این روش برای تعیین سطح خرابی یک سیستم خاص مناسب نمی¬باشد.
منحنی¬های شکنندگی تجربی، اغلب همراه با کمبود داده می¬باشند و فقط قابل استفاده در مناطق محدود هستند ولی از آنجایی که منحنی -های شکنندگی تجربی برگرفته از مشاهدات خسارت¬ های ناشی از زلزله-های واقعی روی سازه هستند، نقش اجتناب ¬ناپذیری در مطالعه روی منحنی ¬های شکنندگی ایفا می¬کنند. منحنی های شکنندگی تجربی در صورت تعیین براساس داده¬ های خرابی به تعداد کافی می-توانند به عنوان معیار در برآورد صحت منحنی¬ های شکنندگی تحلیلی و آن دسته از منحنی ¬های آزمایشگاهی که فقط تحت شرایط آزمایشگاهی ایجاد می¬شوند، مورد استفاده قرار داده شوند ( نیلسن، 2005 ).