بخشی از مقاله
چکیده
اصطلاح خرابی پیشرونده به معنی نارسایی سازه در جلوگیری از گسترش زنجیروار خرابی است . به طوری که خرابی نهایی از نظر وسعت و اندازه قابل مقایسه با خرابی اولیه سازه نیست . خرابی پیشرونده و اثرات آن عمدتا در طی حذف یک عضو باربر - ستون، دیوار، مهاربند،و ... - ودر پی آن برآورد پاسخ سازه بررسی می شود . عمدتا بارگذاری های ناگهانی در یک سازه موجب ایجاد این پدیده می شوند . بار های غیر عادی - باری که اثر آن روی سازه در زمان طراحی در نظر گرفته نشده است - نیز می توانند باع ث ایجاد خرابی پیشرونده در سازه شوند . از جمله
خرابی هایی که می توان برای این المان ها در نظر گرفت کمانش فشاری و جاری شدن کششی و انواع شکست و تغییر شکل تحت اثر جذب انرژی و... را میتوان نام برد.
1 مقدمه
خرابی برج های تجارت جهانی باعث شد محققان آیین نامه های خرابی پیشرونده را تالیف کنند که در ایالات متحده امریکا، استاندارد اداره خدمات عمومی امریکا GSA و وزارت دفاع DOD حاصل این تحقیقات شد.[6,5] طبق دستورالعمل - GSA - معیار خرابی - DCR - - نسبت نیروی داخلی موجود به مقاومت موجود - بهقرار زیر است :[5] - 1 - Qud DC = Q ce در این رابطه - - Qud نیرویی است که از تحلیل استاتیکی خطی عضو به دست می آید - لنگر یا برش یا نیروی محوری یا .... - است . و - - Qce ظرفیت نهایی مورد انتظار عضو است . برای تمامی اعضا DCR 3 قابل قبول است . در این حالت اجازه ی تغییر شکل های غیرارتجاعی داده می شود . همچنین در نشریه 360 ایران این مقدار باید کمتر از 2 باشد .[1]
معیار خرابی تحلیل به روش استاتیکی غیرخطی و دینامیکی غیرخطی بر اساس میزان چرخش محور تیر θ ≤ 120 و شکل پذیری عضو 20 - است . چرخش محور تیر، نسبت تغییرمکان قائم نهایی نقطه بالای ستون حذف شده، به طول تیر است . وشکل پذیری هم نسبت تغییر مکان قائم نهایی نقطه بالای ستون حذف شده به تغییرمکان قائم حد ارتجایی همان نقطه است . پس با این وجود، در می یابیم که هدف از تحلیل های غیرخطی، محاسبه تغییرمکان سازه در محل حذف ستون است .[6]
1-1 نگاهی گذرا بر تحقیقات اخیر
در سال های گذشته بسیاری از محققان با استفاده از این روش و مواردی مشابه آن، ب ه بررسی و تعیین مقادیر خرابی پرداخته اند . که به صورت موضوعی به برخی از این تحقیقات اشاره میکنیم:
نجی و ایرانی [7] یک روش تقریبی برای محاسبه تغییرمکان سازه پس از حذف ستون ارائه کرده اند .پاسخ های این روش، با پاسخ های تحلیل دینامیکی غیرخطی، مطابقت خوبی دارد. بریان و همکاران [8] در تحقیقات خود دریافتند که معیار خرابی سازه ها در تحلیل دو بعدی بیشتر از تحلیل سه بعدی است . چون نیرو در تحلیل دو بعدی بزرگتر از تحلیل سه بعدی است. پاچناری و همکاران [9]، با تحلیل استاتیکی وتحلیل دینامیکی غیرخطی یک قاب متوس بتنی دریافتند که تحلیل استاتیکی پاسخ های محافظه کارانهتری نسبت به تحلیل دینامیکی دارد. لیانگ و همکاران او [10] با بررسی اثر خرابی پیشرونده در قاب های بتنی با روش دقیق و روش تصادفی دریافتند که روش تصادفی فروپاشی در سازهها محتملتر است.
کیم و پارک [11] مطالعه ای در مورد حساسیت پارامترهای طراحی در سازه های فولادی در برابر خرابی پیشرونده انجام دادند. نتایج این تحقیقات نشان داد که قدرت عمل کرد تیرها و ستون ها تواما در جلوگیری از خرابی پیشرونده موثراند. لیو [12] و همکاران مطالعه در زمینه خرابی پیشرونده در سازه های بتنی انجام دادند . آنها با مدل سازی ساختار بتن مسلح و با استفاده از عنصر تیر، مزایای بتن مسلح شده با فولاد را در هنگام خرابی پیشرونده بررسی کردند.
2- 1محتوای روش تحلیلی انتخاب شده
روش تحلیل انتخابی روش مسیر بار جایگزین است . در روش مسیر جایگزین، به دنبال مسیر جدیدی برای انتقال بارها از عضو حذف شده به مابقی اعضای سازه هستیم .. برای این منظور سازه بتنی مسلح 8 طبقه ای را با کاربری مسکونی تحت اثر حذف ستون بررسی می کنیم . در این روش تاثیر ع مل کرد غیرخطی در مصالح و مواد در سازه در نظر می گیریم . جابجایی عمودی نقطه حذف ستون تاثیر زیادی بر نتیجه نهایی خرابی دارد، چون پتانسیل سازه در خرابی پیشرونده تحت اثر حذف ستون، به شدت به محل حذف ستون وابسته است . سناریو حذف ستون در این مقاله، به مانند اکثر تح قیقات در سطح جهان زلزله است . شتاب نگاشت زلزله مورد استفاده این مقاله مربوط به زلزله طبس است . شکل - 1 - سازه کامل مدل شده در نرم افزار ETABS را نشان می دهد . این سازه بر مبنای جزییات لرزه ای استاندارد 2800 ایران [2] و مبحث نهم مقررات ملی ایران [3] مبحث ششم مقررات ملی [4] طراحی شده است . در تحلیل انجام شده در این
مقاله بحرانی ترین ستون سازه که در نرم افزار C 61 نامیده شده بود را حذف وتاثیرات آن را بر سازه مورد مطالعه بررسی کردیم . تحلیل اجزا محدودی این تحقیق با استفاده از نرم افزار پرفرم انجام شده است.
شکل - 1 - نمایی از مدل سازی سه بعدی سازه در نرم افزار ETABS 9
-3نتایج حاصل از تحلیل در سازه کامل
1-3نتایج تحلیل دینامیکی در سازه کامل
شکل - 2 - نمودار بالانس انرژی تمام سازه را در جهت X نشان می دهد . همان طور که مشاهده می شود، حداکثر انرژی در جهت 227300 X کیلونیوتن متر، و خطای انرژی 1.21 درصد است. شکل - - 2 نمودار بالانس انرژی سازه در جهت محور X در سازه اولیه شکل - 3 - نمودار بالانس انرژی تمام سازه را در جهت Y نشان می دهد . حداکثر انرژی در جهت محور 442000Y کیلونیوتن متر، و خطای انرژی 0.54
درصد است.
شکل - - 3 نمودار بالانس انرژی تمام سازه، در جهت محور Y در سازه اولیه
2-3نتایج تحلیل پوشآور در سازه کامل شکل - 9 - منحنی پوش آور در جهت H1 را با تخمین تغییر نسبی هدف، در حالت عمل کردی جلوگیری از خرابی نشان می دهد . بر اساس مقدار میانگین تغییر شکل نسبی محاسبه شده در حالت عمل کردی جلوگیری از خرابی در جهت H1، برابر 0.00863 به منظور محاسبه تغییر شکل نسبی هدف، تخمین زده می شود . مقدار محاسبه شده تغییر شکل نسبی هدف برابر 0.009078 می باشد، که نحوه محاسبه آن در شکل زیر نمایش داده شده است.شکل - 9 - منحنی پوش آور در جهت H1 با تخمین تغییر مکان نسبی هدف در حالت عمل کردی جلوگیری از خرابی در سازه اولیه در شکل - 10 - منحنی پوش آور در جهت H1 را با تخمین تغییر نسبی هدف، در حالت عمل کردی جلوگیری از خرابی نشان می دهد . بر اساس مقدار میانگین تغییر شکل نسبی محاسبه شده در حالت عمل کردی جلوگیری از خرابی در جهت H2، برابر 0.008009 به منظور محاسبه تغییر شکل نسبی هدف، تخمین زده می شود . مقدار محاسبه شده تغییر شکل نسبی هدف برابر 0.008322 می باشد، که نحوه محاسبه آن در شکل زیر نمایش داده شده است. شکل - - 11 نمودار بالانس انرژی سازه در جهت محور X در سازه ثانویه شکل - 12 - نمودار بالانس انرژی تمام سازه را پس از حذف ستون، در جهت Y نشان می دهد . حداکثر انرژی در جهت محور 439900 Y کیلونیوتن متر، و خطای انرژی 0.54 درصد است.
شکل - 12 - نمودار بالانس انرژی سازه، در جهت محور Y در سازه ثانویه
1-4 نتایج تحلیل پوشآور در سازه با حذف ستون بر اساس مقدار میانگین تغییر شکل نسبی محاسبه شده در حالت عمل کردی جلوگیری از خرابی در جهت H1، برابر 0.006714 به منظور محاسبه تغییر شکل نسبی هدف، تخمین زده می شود . مقدار محاسبه شده تغییر شکل نسبی هدف برابر 0.009179 می باشد، کهنحوه محاسبه آن در شکل - 18 - نمایش داده شده است.
شکل - 10 - منحنی پوش آور در جهت H2 با تخمین تغییر مکان نسبی هدف در حالت عمل کردی جلوگیری از خرابی در سازه اولیه 4 نتایج حاصل از تحلیل سازه با حذف ستون شکل - 11 - نمودار بالانس انرژی تمام سازه را پس از حذف ستون، در جهت X نشان می دهد . همان طور که مشاهده می شود، حداکثر انرژی در جهت X 227300 کیلونیوتن متر، و خطای انرژی 1.21 درصد است. و شکل - 18 - منحنی پوش آور در جهت H1 با تخمین تغییر مکان نسبی هدف در حالت عمل کردی جلوگیری از خرابی در سازه با حذف ستون بر اساس مقدار میانگین تغییر شکل نسبی محاسبه شده در حالت عمل کردی جلوگیری از خرابی در
