بخشی از مقاله
خلاصه
خرابی پیشرونده پدیده ای است که در آن یک خسارت جزیی یا شکست موضعی باعث خرابی کل سازه یا قسمت زیادی از آن می شود به گونه ای که خرابی نهایی تناسبی با خرابی اولیه ندارد. کشور های مختلفی به بررسی این موضوع پرداخته اند وکمیته های گوناگون، این موضوع را مورد بررسی و بازبینی قرار داده و بر اساس نتایج حاصل از این بررسی ها استاندارد های خود را برای طراحی سازه در برابر خرابی پیشرونده ارتقا داده اند. این آیین نامه ها شامل آیین نامه وزارت دفاع آمریکا - - DOD، استاندارد مدیریت خدمات عمومی آمریکا - - GSA و آیین نامه های اروپایی می باشد.
هدف از این مقاله، بررسی پدیده خرابی پیشرونده در قاب خمشی فولادی در دو منطقه لرزه خیزی مختلف می باشد. بدین ترتیب که با استفاده از تحلیل دینامیکی غیر خطی در نرم افزار sap2000 رفتار غیر خطی آنها از جمله روند توزیع مفاصل پلاستیک در تیر ها و ستون ها و تغییر مکان نقطه متصل به ستون حذف شده مورد ارزیابی قرار گرفته است. همینطور نتایج تحلیل نشان می دهد ارزشیابی میزان تاثیر نامنظمی ها در پلان، ارتفاع، بزرگتر شدن دهانه تیر ها، افزایش تعداد طبقات سازه، کماکان نیازمند مطالعات گسترده تری می باشد.
مقدمه :
پدیده خرابی پیشرونده پدیده است که در آن یک خسارت جزیی یا شکست موضعی ناشی از بار های غیر عادی باعث خرابی کل سازه و یا قسمتی از آن می شود. در ایالات متحده وزارت دفاع [1]و اداره خدمات عمومی[2] به ارائه دستورالعمل برای مقابله با این پدیده پرداختند. هر دو این دستورالعمل ها روش مسیر بار جایگزین را برای اطمینان از مقاومت سازه در برابر خرابی پیشرونده انتخاب کردند.
روش مسیر بار جایگزین، یک روش مستقل از رخداد است، یعنی علت خرابی اولیه را در نظر نمی گیرند، بلکه پاسخ سازه را پس از حذف یکی از عضو های اصلی باربر را در نظر می گیرند. این روش برای طراحی سازه های جدید یا بررسی ظرفیت سازه های موجود استفاده می شود.
هر چند برای تحلیل دقیق و پیچیده این واقعه، کاربرد آنالیز هایی که بتواند اتلاف انرژی، تغییر شکل های الاستیک بزرگ، جاری شدن مصالح، ترک خوردگی و شکست را در تحلیل دخالت دهند، ضروری به نظر می رسد. اما از سویی دیگر کاربرد آنالیز های ساده، خصوصا در مواردی که الگوی رفتاری سازه از لحاظ پاسخ دینامیکی غیر خطی قابل پیش بینی باشد، به منظور تعیین میزان حساسیت سازه در برابر خرابی پیشرونده در اغلب موارد جوابگوی نیاز مهندسی می باشد.
لذا بیشتر پژوهش های انجام گرفته در زمینه خرابی پیشرونده سازه ها بر پایه تحلیل های قطعی و با استفاده از مقدار های میانگین یا اسمی پارامتر های طراحی انجام می شود. در یک تقسیم بندی کلی چهار دسته آنالیز برای بررسی این پدیده معرفی می شوند که عبارتند از :
آنالیز استاتیکی الاستیک خطی، آنالیز استاتیکی غیر خطی، آنالیز دینامیکی الاستیک خطی و آنالیز دینامیکی غیر خطی، که در این پژوهش از طریق مدل سازی این پدیده برای یک سازه هشت سقف فولادی که با سیستم قاب خمشی مطابق با آیین نامه مبحث دهم مقررات ملی ساختمان با استفاده از نرم افزار SAP2000 طراحی شده در دو منطقه لرزه خیزی زیاد و متوسط به روش آنالیز دینامیکی غیر خطی با یکدیگر مقایسه شده است.
.1 مطالعات موردی پدیده خرابی پیشرونده
1-1 مشخصات سازه
سازه مورد نظر درهشت سقف در شهر های مشهد و اصفهان با ضریب لرزه خیزی زیاد و متوسط بر روی خاک تیپ سه قرار داشته و دارای سیستم قاب خمشی فولادی می باشد که فولاد مصرفی از نوع St37 و ارتفاع طبقات سه متر در نظر گرفته شده است. پلان سازه و موقعیت های حذف ستون در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل - 1؛ - 1 پلان موقعیت حذف ستون ها
بارگذاری سازه برای بارهای سرویس و بارهای ناشی از زلزله بر اساس ظوابط آیین نامه های 2800 و مبحث ششم مقررات ملی ساختمان انجام گرفته و خلاصه آن در جداول زیر آورده شده است.
جدول - - 1-1 خلاصه بارگذاری ثقلی اعمال شده به سقف
جدول - - 2-1 خلاصه بارگذاری ثقلی اعمال شده به دیوار
جدول - 3-1 - پارامترهای لرزه ای سازه با خطر لرزه خیزی زیاد- مشهد ×
.2 تحلیل دینامیکی غیر خطی
در اینجا با اجرای تحلیل دینامیکی غیر خطی - تاریخچه زمانی - به بررسی پاسخ دینامیکی سازه برای حالات حذف تک ستون در طبقات همکف پرداخته می شود. به طورکلی روش های تحلیل غیر خطی در تعیین عملکرد سازه از شیوه های خطی پیچیده تر هستند وهنگامی از این شیوه ها استفاده می شود، که به طور کلی رهنمودها با امکان تشخیص نتایج، معیار های پذیرش محدودکمتری را فراهم می کنند.
با این وجود، این رهنمود ها نشان می دهند که ممکن است هنگام اجرای تحلیل غیر خطی با مشکلات احتمالی همگرایی عددی همراه با حساسیت هایی نسبت به فرض های شرایط مرزی، مدل های هندسی و مصالح وغیره مواجه شد. برای پاسخ ها از روش هیلبر- هوگز-تیلور - روش آلفا - - - Hilber et al., 1977 که حالت بهبود یافته روش نیومارک - Newmark - است استفاده شد که باید ضریب آلفا برابر -./33 قرار داده شود، مقدار آلفا برابر صفر همان روش نیومارک است.
این روش همگرایی بیشتر برای تحلیل های فاقد میرایی استفاده می شود و یک میرایی عددی به سازه اعمال می گرددکه به همگرایی سازه کمک می کند . - Hilber.et al., 1977 - همانطور که گفته شد استفاده از تحلیل دینامیکی غیر خطی براساس مسئله خرابی پیشرونده دقیق ترین روش موجود بوده که در آنی یک عضو به صورت دینامیکی حذف می شود. به منظور انجام تحلیل دینامیکی غیر خطی از تاریخچه زمانی نیروی محوری و بار ثقلی مطابق شکل - 1-2 - و - 2-2 - استفاده شده است.
شکل - 2؛ - 1نمودار تاریخچه زمانی بار ثقلی
شکل - 2؛ - 2 نمودار تاریخچه زمانی نیروی محوری
1-2 تحلیل دینامیکی غیر خطی در حالت حذف ستون A1 در طبقه همکف
زمانی که ستون گوشه A1 در طبقه همکف در شهرهای مشهد، اصفهان حذف می گردد گره مربوط به بالای ستون حذف شده ارتعاش کرده و به حداکثر تغییر مکان خود به ترتیب 18/10، 22/5 میلیمتر می رسدکه با گذشت تاریخچه زمانی تغییر مکان16/ 9، 20/5 میلیمتر در آنها ایجاد خواهد شد.
