بخشی از مقاله
خلاصه
در سال های اخیر استفاده از ورق های CFRP در امر مقاومسازی سازه های موجود بسیار مورد توجه قرار گرفته است . و از این رو مطالعات علمی بر روی این موضوع ضروری به نظر می رسد . امروزه گرایش به سمت دهانه های بزرگ و سیستم سقف سبکتر منجر به افزایش تعداد نوسان طبقات و به تبع آن شکایت ساکنان ساختمان ها شده است .
در این نوشتار سقف مرکب ساختمانی با کاربری مسکونی تحت بار ناشی از راه رفتن انسان مورد بررسی قرار گرفت و جهت بهبود رفتار ساختمان موجود تحت ارتعاش ناشی از راه رفتن انسان ، استفاده از ورق های CFRP را مورد مطالعه قرار دادیم . به همین منظور ساختمان یک طبقه ، یک دهانه ای را در نرم افزار Sap2000 مدل و تحت بارگذاری راه رفتن انسان توسط تحلیل تاریخچه زمانی پاسخ های دینامیکی آن شامل شتاب و تغییر مکان دینامیکی مرکز دال استخراج شد .
سپس نمونه هایی برای بررسی تاثیر ورق های CFRP ساخته و با استفاده از تحلیل های مودال و تاریخچه زمانی ، فرکانس و مقادیر ماکزیمم شتاب و جابجایی استخراج شد . مقادیر به دست آمده با محدوده مجاز در آیین نامه ها برای ادراک انسان از ارتعاش مقایسه شد . روش مورد استفاده با وجود این که موجب کاهش شتاب و جابجایی سقف نسبت به نمونه اولیه شدند ولی با توجه به محدوده مجاز برای ادراک انسان ، در این محدوده قرار نگرفتند .
.1 مقدمه
امروزه در علم مهندسی سازه شرایط بهره برداری و قابلیت خدمت پذیری بیش از پیش دارای اهمیت می باشد تا آن جایی که اگر سازه پیش از زمان بهره برداری در محدوده مجاز خدمت پذیری قرار نداشته باشد ، طراحی باید مجدد صورت پذیرد . به عنوان مثال سقف سازه باید در برابر نیروھای وارده مقاومت نماید و قابلیت خدمت پذیری آن در برابر ارتعاش و لرزش سقف در محدوده مجاز قرار گیرد و آرامش و ایمنی را برای ساکنین فراهم آورد .
هنگامی که افراد روی کف ها ، راه پله ها و به صورت کلی تر سازه هایی که بارگذاری دینامیکی به آنها اعمال می گردد راه می روند ، باعث ارتعاش آن سازه می گردند . امروزه استفاده از سقف های مرکب به دلیل عملکرد مطلوب میان بتن و فولاد بسیار رایج است . این سقف ها به علت وزن سبک و میرایی کم سیستم سازه ای و همچنین زیاد بودن فاصله تیرچه ها نسبت به بارهای دینامیکی بسیار حساس هستند .
ارتعاش و نوسانهای سقف های مرکب در ساختمان های مسکونی ، اداری و غیره تحت حرکات ساکنین این ساختمانها ممکن است اثرات روانی زیادی به همراه داشته باشد . لذا در مسائل طراحی علاوه بر این که به مقاومت و استحکام سازه توجه شود، باید این گونه ارتعاش ها نیز مورد توجه قرار گیرد و ضوابطی برای کنترل کردن آنها وجود داشته باشد .
اولین ضوابط کنترلی برای ارتعاش دینامیکی تنها به فرکانس ارتعاشی کف محدود می شد . اما روش های جدید تر بر اساس اثر متقابل فرکانس کف و یکی از پارامترهای ارتعاش دینامیکی گذرا مثل شتاب یا تغییر مکان سقف استوار هستند . تحلیل ارتعاش های سازه توسط یک تحلیل دینامیکی و مقایسه بین شتاب یا تغییر مکان پیش بینی شده با مقادیر مجاز برای انسان صورت می گیرد .
در این تحقیق ساختمان یک طبقه ، یک دهانه ای را در نرم افزار Sap2000 مدل و تحت بارگذاری راه رفتن انسان توسط تحلیل تاریخچه زمانی پاسخ های دینامیکی آن شامل شتاب و تغییر مکان دینامیکی مرکز دال استخراج می کنیم . سپس نمونه هایی برای بررسی تاثیر CFRP جهت بهبود رفتار ساختمان موجود تحت ارتعاش ناشی از راه رفتن انسان ، با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی مورد مطالعه قرار می گیرد . فرکانس و مقادیر ماکزیمم شتاب و جابجایی استخراج می شود و با مقادیر به دست آمده با محدوده مجاز در آیین نامه ها برای ادراک انسان از ارتعاش مقایسه می شود .
.2 سقف مرکب مورد مطالعه
سقف مورد مطالعه دارای ابعاد 8 متر در 8 متر می باشد . مشخصات مصالح به کار رفته در سقف در جدول - 1 - آورده شده است.
جدول - : - 1 مشخصات مصالح مدل مورد بررسی
برای مدلسازی از نرم افزار Sap2000.Ver15 استفاده شده است . برای تیرها و ستون ها از المان Beam و
برای کف از المان Shell استفاده شده است . به منظور مدلسازی سقف مرکب عرشه فولادی با المان Shell باید یک ضخامت معادل برای سقف در نظر گرفته شود . طبق مطالعات انجام شده توسط مرجع [5] به منظور محاسبه ضخامت معادل سقف عرشه فولادی مدل سه بعدی از سقف در نرم افزار ساخته می شود . بر اساس تئوری صفحات ایزوتروپیک ، تغییرمکان ماکزیمم صفحه مسطح با تکیه گاه ساده تحت بار گسترده در مرکز آن از رابطه زیر به دست می آید :
در رابطه فوق برای نسبت ابعاد 1 مقدار ضریب برابر با 0/00406 می باشد.
مدل سه بعدی ساخته شده از سقف مورد مطالعه با نرم افزار Abaqus ساخته شد . مدل سه بعدی سقف مرکب عرشه فولادی را تحت بار گسترده یک کیلونیوتن بر متر قرار داده و با استفاده از تحلیل استاتیکی تغییرمکان ماکزیمم در مرکز سقف را به دست می آوریم . سپس با استفاده از روابط قبل ضخامت معادل را به دست می آوریم . نتایج تحلیل صورت گرفته در جدول - 2 - آمده است.
جدول : - 2 - مشخصات صفحه ایزوتروپیک معادل سقف
.3 اعتبارسنجی تحلیل
نتایج حاصل از تحلیل و مدلسازی باید با روش های مناسب مورد ارزیابی و کنترل قرار گیرد . به منظور صحت سنجی نرم افزاری مدلی که توسط ، مرجع [7] بررسی شده بود ، در نرم افزار مدل شد .
