بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک مدل ساده دوبعدی برای ارزیابی عملکرد لرزه ای سازه های بنایی غیرمسلح دوطبقه که تحت بارگذاری درون صفحه قرار گرفته اند، ارائه شده است. این روش کاملا دوبعدی است و این امکان را فراهم میسازد که تحلیل پوش آور بر روی سازه های بزرگ مقیاس بنایی بدون نیاز کاهش دیوارها به المان های یک بعدی انجام گیرد. در این روش یک مدل ماکرو بکار گرفته شده که در آن از مفهوم مدل چندصفحه ای برای مشخص شدن رفتار ساختاری بنایی استفاده میشود.
در چارچوب مدل چندصفحه ای رفتار توابع تسلیم و پتانسیل پلاستیک برروی تعدادی از صفحات نمونه به صورت مستقل درنظر گرفته میشود که در نتیجه آن جریان پلاستیک به طور کاملا مستقل روی هر صفحه توسعه می یابد. بنابراین مدل های چندصفحه ای قادرند ناهمسانی تحمیلی را به طور ذاتی درنظر بگیرند. این ناهمسانی بعلت تشکیل ترک ها که عمود بر جهت تنش کششی اصلی است، ایجاد میشود.
سطح تسلیم بکارگرفته شده در این مدل عبارتست از یک سطح تسلیم مورکلمب تعمیم یافته به همراه یک کپ فشاری و یک قطع کننده کششی. مدل چندصفحه ای مزبور در هر دو سطح نمونه و سازه، تأیید شده است. در سطح سازه ای، یک دیوار بزرگ مقیاس تحت اثر بارهای نموی افقی تحلیل شده و منحنی پوش آور بدست آمده با این مدل، با منحنی های حاصل از قاب های معادل استاندارد و سایر مدل های موجود در تحقیقات علمی مقایسه شده است.
کلمات کلیدی: دیوار بنایی غیرمسلح، مدلسازی ماکرو، روش چندصفحه ای، ناهمسانی تحمیلی، سخت شوندگی و نرم شوندگی کرنشی
مقدمه
ساختمان های بنایی یکی از قدیمی ترین سیستم های سازه ای هستند که از گذشته های دور تاکنون رایج بوده اند . اولین گام در ارزیابی لرزه ای ساختمان ها و نیز ارزیابی طرح تقویت مورد نظر، مدلسازی ساختمان ها می باشد. مدل سازی عددی دیوارهای آجری در چارچوب روشهای مقاومت، به طور کلی به سه دسته مدل سازی میکرو یا ریزمدلسازی، مدل سازی ماکرو یا درشت مدلسازی و المانهای ماکرو یا المان های معادل تقسیم می شوند.
ساده ترین روش برای مدلسازی ساختمان بنایی برمبنای مدلسازی به وسیله ترکیبی از المان های سازه ای قرار دارد مانند المان خرپا، تیر، صفحه یا المانهای پوسته ای. برتری اصلی این روش در زمان و هزینه بسیار کم در مرحله مدلسازی - به دلیل نیاز به تعداد محدودی از پارامترها که با آزمایشهای متعارف قابل حصول است - و تحلیل - به این دلیل که هر المان ماکرو نماینده یک دیوار کامل یا یک پانل بنایی است ، و در نتیجه به میزان قابل توجهی تعداد درجات آزادی کاهش می یابد - است و عیب عمده آن اینست که توصیفی کلی - بدون جزئیاتی مانند مودهای گسیختگی و ... - از بنایی ارائه میدهد.
اما بنایی آجری مصالحی است که شامل سه جزء اصلی - آجر، ملات و اتصال ملات آجر - میباشد. در ریز مدلسازی هر جزء بنایی به صورت جداگانه مدل میشود. از جمله محدودیت های ریزمدلسازی، این حقیقت است که اندرکنش درزها با واحدهای بنایی - آجر - را نمیتوان بطور صحیح در نظر گرفت. در کل، هر چند که مدل سازی در این روش از دقت قابل توجهی برخوردار است، اما از نظر حجم محاسبات و شیوه مدل سازی، بسیار پیچیده است و برای مدل سازی در ابعاد بزرگ کاربردی ندارد.
در مدل سازی ماکرو ، دیوار آجری به صورت یک ماده هموژن و یکدست، با خواص مکانیکی معادل فرض می شود. مدل سازی در این روش ساده بوده و حجم محاسبات نیز بسیار کمتر از مدل سازی میکرو می باشد. در این مدلسازی هدف محاسبه رفتار یک سلول واحد مناسب عمومی بوسیله استخراج یک ضابطه ساختاری مستقیم بین حالتهای تنش و کرنش متوسط است. چنین ضابطه ای را می توان به دو طریق به دست آورد، الف - بوسیله تکنیکهای همگن سازی با استفاده از آزمایشهای اعمالی بر صفحه های بنایی به منظور تأمین پارامترهای رفتار ارتوتروپ و ج - استفاده از مدلهایی که قادرند رفتار ارتوتروپ را بدون نیاز به پارامترهای اضافی مدل کنند.
مدل اخیر از لحاظ کاربرد ساده تر از مدلهای ماکروی قبلی است و از دقت مناسبی برخوردار می باشد. با این حال همانند مدلهای قبلی پارامترهای زیادی را برای تحلیل نیاز دارد و از طرفی قادر به ارائه مودگسیختگی نیست و فقط محل گسیختگی را با دقت بالایی پیش بینی میکند. بسیاری از مدلهای عددی ارائه شده در این زمینه نیازمند به پارامترهای متعددی هستند که لازمه داشتن آنها انجام آزمایشهای غیرمتعارف و پرهزینه است و اجرای آن نیز نیاز به مهارت محاسباتی زیادی دارد.
در این مقاله سعی شده یک مدل ماکرو با استفاده از نتایج آزمایشهای متعارف برای ارزیابی دیوار بنایی غیرمسلح ارائه گردد. در این تحقیق از یک ابتکار جدید جهت تحلیل دیوار بنایی استفاده شده است و آن استفاده از مدل چندصفحه ای است که اولین بار در مطالعه رفتار خاک بکار رفته است. این مدل قادر است رفتار ناهمسان تحمیلی ماده را به صورت ذاتی، پس از تسلیم در نظر بگیرد، این ناهمسانی در نتیجه تشکیل ترکهای عمود بر جهت تنش کششی اصلی بوجود می آید. ویژگی عمده مدل چند صفحه ای، ارائه مدل ساختاری در صفحه و نه در فضا است. بنابراین از پیچیدگی های بیش از حد مدلهای ساختاری ارائه شده در فضا در این روش کاسته می شود.
اصول چارچوب چندصفحه ای
بطورکلی، چارچوب چندصفحه ای عبارت از یک رابطه ساده بین رفتار مکانیکی ماده در ریزمقیاس و درشت مقیاس است. چارچوب چندصفحه ای برمبنای تئوری لغزش بوده که در سال 1938 برای مدلسازی رفتار پلاستیک فلزات، پیشنهاد شده است .در این چارچوب رفتار کلی یک ماده، از خواص ماده روی سطوح لغزش بدست می آید. در از این چارچوب برای مدلسازی سنگ های درزه دار استفاده شده، مدلسازی مزبور با فرض اینکه ناهمسانی مشخص شده در سنگ را بتوان با تعداد محدودی از صفحات ضعیف، توصیف کرد، صورت گرفته است.
این مفهوم را برای مدلسازی رفتار مکانیکی خاک توسعه دادند. درقسمت الف به صورت شماتیک صفحات مماس بر یک کره واحد به عنوان صفحات موردنظر و در قسمت ب مفهوم نحوه کاربرد این مدل در یک برنامه المان محدود شرح داده شده است.بر طبق چارچوب چندصفحه ای، میتوان رفتار مکانیکی ماده را ، با تعداد نامحدودی از صفحات لغزش خیالی، که به طور تصادفی در فضا جهت دار شده اند، جایگزین کرد. در نتیجه تغییرشکل پلاستیک جسم عبارت از حرکت پلاستیک در امتداد این صفحات می باشد.
تنش های بین ذرات را می توان تنش روی این صفحات و تغییرشکل پلاستیک ماده را به صورت لغزش پلاستیک ذرات در امتداد این صفحات فرض نمود. بنابراین کل تغییر شکل ماده برابر با تغییرشکل الاستیک ذرات جامد و تغییرشکل پلاستیک حاصل از تغییرشکل روی صفحات مزبور می باشد. از آنجا که در نظر گرفتن تعداد نامحدودی از صفحات لغزش غیرممکن است، از اینرو تعدادی صفحه محدود و یک ضریب وزنی مربوطه، انتخاب می شود.
فرمول بندی چندصفحه ای که در این مقاله استفاده می شود براساس مدلی است که توسط گالوی برای رس عادی تحکیم یافته و پیش تحکیم یافته، ارائه شده است. این مدل توانایی مدلسازی ناهمسانی ذاتی، خرابی و نرم شوندگی کرنش را دارد. شایان ذکر است، مدل سطح تسلیم استفاده شده توسط گالوی، همان مدل مورد استفاده توسط برای مدلسازی رفتار درزه ملات در ریز مدلسازی دیوارهای بنایی غیر مسلح است. از این رو، در تحقیق حاضر می توان از این فرمول بندی برای تحلیل دیوار های بنایی استفاده کرد.
ضابطه تسلیم مدل چندصفحه ای به طور مستقل برای هر صفحه نمونه ای تعریف شده و در حالت ایزوتروپیک، در تمام صفحات نمونه، شکلی کاملاً مشابه دارد .در کارپارامترهای مجهول بوسیله کالیبراسیون در مقابل آزمایش یک منشور بنایی محاسبه می گردد. Rf نسبت گسیختگی 0/95 در نظر گرفته می شود. انتقال زاویه اصطکاک به وسیله کرنش برشی پلاستیک بر مبنای قسمت انحرافی از تابع تسلیم پارامتری است که نرخ گردد. شایان توجه است، حاضر این پارامتر و سایر که به طور معمول برابر با کنترل می گردد. از سوی دیگر قسمت حجمی تابع تسلیم - معادله - 4، یک تابع بیضوی شکل که درهنگام سخت شوندگی حجمی با افزایش کرنش نرمال پلاستیک تجمعی np,v توسعه می یابد.
