بخشی از مقاله
چکیده
بطور کلی در پروسه طراحی براساس سعی و خطا برای تحلیل و طراحی یک سازه قاب ویژه بتنی، یکی از مواردی که همواره باید برای تخمین ابعاد اعضاء تیر و ستون مورد ارزیابی و کنترل قرار گیرد، کنترل تیر ضعیف- ستون قوی - کنترل خاص شکل پذیریهای زیاد - و کنترل برش در گرههای اتصال در اعضاء سازه میباشد. در این تحقیق تلاش شد تا با مدلسازی قابهای بتن آرمه با سیستم قاب خمشی ویژه با روش تحلیل استاتیکی غیرخطی یا روش بار افزون به ارزیابی تاثیر روابط کنترل تیر ضعیف- ستون قوی بر دریفت طبقات براساس آیین نامه های مختلف طراحی - ایران و کانادا - پرداخته شود. به همین منظور برای انجام تحقیق، مدل ساختمان یا قاب بتن آرمه با تعداد طبقات 12، با سیستم قاب خمشی ویژه انتخاب گردیده و سپس بر مبنای آییننامه طراحی سازههای بتنی ایران - آبا - بارگذاری، تحلیل و طراحی شدهاند. سپس نتایج این تحلیلها با نتایج حاصل از تحلیل بار افزون مدلها تحت اثر شکلهای بارگذاری مختلف مقایسه میگردد و در نهایت شکل یا اشکال بارگذاری جانبی مناسب انتخاب شده و پیشنهادات لازم جهت بهبود نتایج تحلیل بار افزون ارائه گردید. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که استفاده از عدد 1/1 یا 1/15 به جای عدد 1/2 می تواند نتایج بهتری را در پی داشته باشد. لذا می توان انتظار داشت که در این اعداد نیز سازه قابلیت استفاده بی وقفه را دارا باشد.
-1مقدمه
تحقیقات وسیع در ارتباط با علل آسیب سازهها ناشی از زلزلههای قوی در مناطق مختلف جهان نشان داده است که تأثیر تشکیل مفاصل پلاستیک در عناصر سازه ای به هنگام وارد شدن نیروهای جانبی زلزله در تغییر شکل مودهای ارتعاشی سازه را میتوان در کنار عوامل متعدد صدمات زلزله از قبیل زمین لغزش، نشستهای غیریکنواخت، روانگرایی و. .. برشمرد. براساس تحقیقات تجربی و میدانی بعمل آمده در سالهای اخیر، ارتعاشات زمین در اثر زلزله عامل تخریب بسیاری از سازهها و بروز خسارتهای سنگین مالی و جانی گزارش شده است. این ارتعاشات نتیجه انتقال امواج از سنگ بستر به لایههای نرمتر فوقانی خاک میباشند. قابلیتی که زلزله در تخریب مراکز پرجمعیت داراست، سبب شده که شناخت نیروهای زلزله و تأثیر آن بر رفتار دینامیکی سازهها در دستور کار مهندسین در سراسر جهان قرار گیرد. با توجه به اینکه نیروهای زلزله از طریق سازه به فونداسیون اعمال میشوند، پس یکی از عوامل مهم در پایداری سازهها اثر المانهای سازه ای و شناخت رفتار آنها در پاسخهای استاتیکی و دینامیکی میباشد - دانشجو، . - 1385 بنتو و لوپز در سال 2000 با استفاده از مفهوم طراحی براساس ظرفیت سازه ها، با مدلسازی و مقایسه تعدادی قاب که گسترش مفاصل پلاستیک در آنها مشاهده می گردید، به این نتیجه دست یافتند که موقعیت تشکیل مفاصل پلاستیک در سازه ها بر رفتار لرزه ای سازه بسیار موثر بوده و بهتر است که برای عملکرد مطلوب قابهای بتن آرمه مفاصل پلاستیک در ستونها تشکیل شوند . - Bento and Lopes, 2000 -
اشنایدر و روئدر با بررسی تاثیر تیر ضعیف-ستون قوی در قابهای فولادی به ارزیابی رفتار این قابها با استفاده از تحقیقات آزمایشگاهی و مدلسازی پرداخته اند. نتایج تحقیقات آنها نشان داد که قابهایی که اتلاف انرژی در ستونهای آنها رخ داده، عملکرد لرزه ای ضعیفی در زلزله های بزرگ داشته و مقاومت نهایی آنها در اثر تشکیل مفاصل پلاستیک کمتر از مقدار ظرفیت آنها در مقابل نیروهای بزرگ لرزه ای خواهد بود و بر این اساس پیشنهاداتی را درخصوص تغییر ضرایب ترکیب بارگذاری در آئین نامه ها ارائه نمودند . - Schneider and Roeder, 2002 - لیو و همکاران در سال 2012 در مقاله ای با استفاده از تحلیل بار افزون، به بررسی مکانیزم آسیب پذیری ستون در قابهای بتن آرمه پرداخته اند و بر این اساس اثر نسبت ممان اینرسی ستون به تیر - اصل تیر ضعیف-ستون قوی - را بر این مکانیزم مورد بررسی قرار داده اند. براساس نتایج بدست آمده، نشان داده شد که در نظر گرفتن نیروهای داخلی بر روی قابهای بتن مسلح که در نرم افزار مدلسازی و طراحی سازه ها - نرم افزار تحلیل و طراحی سازه های بتن آرمه در چین - از اثر آن صرفنظر شده است، با اعمال اثر تیر ضعیف-ستون قوی تاثیر بسزایی در مکانیزم آسیب پذیری سازه خواهد داشت . - Liu et al ., 2012 -
وانگ و همکاران در سال 2013 با مدلسازی عددی مفصل تیر-ستون روی یک قاب بتن آرمه با استفاده از نرم افزار Adina پرداختند. نتایج مدلسازی آنها نشان داد که تنش در آرماتورها با اعمال دریفت در جهت افقی، بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. همچنین نتایج تحقیقات آنها نشان داد که در مفاصل تشکیل شده در کنار شکافهای موجود در تیر، زمان تسلیم و گسیختگی افزایش یافته و در مقابل میزان ترکها در ستونها کمتر می گردد . - Wang et al ., 2012 - تحقیقات وسیع در ارتباط با علل آسیب سازهها ناشی از زلزلههای قوی در مناطق مختلف جهان نشان داده است که تأثیر تشکیل مفاصل پلاستیک در عناصر سازه ای به هنگام وارد شدن نیروهای جانبی زلزله در تغییر شکل مودهای ارتعاشی سازه را میتوان در کنار عوامل متعدد صدمات زلزله از قبیل زمین لغزش، نشستهای غیریکنواخت، روانگرایی و. .. برشمرد.
از جمله تحقیقات و پایان نامه های انجام شده در ارتباط با پایان نامه حاضر در کشور ایران نیز می توان به موارد زیر اشاره نمود:
موسی زاده و کیوانی در سال 1390 پایان نامه ای با عنوان "بررسی عوامل موثر در شکل پذیری اتصالات ساختمان های بتن آرمه در مناطق لرزه خیز" عنوان نموده اند که اتصال تیر به ستون یکی از مهمترین ناحیه در ساختمانهای بتن آرمه از لحاظ شکل پذیری در مناطق لرزه خیز می باشد و بر این اساس به بررسی عوامل موثر در تامین شکل پذیری اتصالات بتن آرمه و تاثیر محصورشدگی تیر و ستون در ناحیه مشترک پرداخته اند. رویکرد جدیدی که در این پژوهش در نظر گرفته شده، استفاده از کابل برای دورپیچ کردن تیرها و ستون ها در محل اتصال به یکدیگر بوده است و نتایج آنها با نتایج کارهای دیگران تقریبا همخوانی خوبی را نشان داده است - موسی زاده و کیوانی، . - 1390
-2روش تحقیق
برای بررسی تئوری تیر ضعیف-ستون قوی، ساختمان فرضی 12طبقه تحت تحلیل استاتیکی خطی و تحلیل استاتیکی غیرخطی قرار گرفت تا نتایج مربوط به ایده تیر ضعیف- ستون قوی در مورد آنها مورد ارزیابی قرار بگیرد. بر این اساس، ابتدا مدل ها تحت تحلیل استاتیکی، مدلسازی و طراحی شدند. بدین طریق، نسبت لنگر ستون ها به تیرها به نسبت های 1/1 و 1/15 و 1/2 بسته شد و سپس مدل ها تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی قرار گرفتند تا با تشکیل مفاصل پلاستیک در تیرها و ستون ها بررسی شود که آیا در این حالت این سازه ها سطح عملکرد بی وقفه1 را اغنا می کند یا خیر و رفتار سازه چگونه خواهد بود.
تحلیل استاتیکی خطی
در پژوهش حاضر سازه ها با اهمیت خیلی زیاد - نظیر بیمارستان - مطابق آیین نامه 2800 و CSA تحلیل و طراحی شدند در جدول1 مشخصات سازه ها آمده است.
