مقاله تحلیل پوش اور سازه های فولادی بادبندی شده نامنظم

بخشی از مقاله

چکیده

در این مقاله پس از بررسی اجمالی روشهای تحلیل لرزه ای سازه ها، به منظور آشنایی بیشتر با این روش ها، 5 ساختمان فولادی تعداد طبقات 3، 6، 9 ، 12 و 15 با سیستم قاب فولادی بادبندی شده نامنظم طراحی شده و تحت اثر رکورد زلزله معینی مورد تحلیل قرار گرفته است. روش تحلیلی بکار رفته روش مودال پوش اور می باشد که از نتایج بدست آمده، مشاهده می شود که تحلیل مودال پوش اور تخمین خوبی از پاسخ سازه را بدست می دهد. چنانچه می توان با دقت مناسبی برای تخمین پاسخ لرزه ای یک ساختمان چند طبقه از تحلیل مودال پوشاور که باعث صرفه جویی در زمان تحلیل می شود، استفاده کرد.

.1 مقدمه

رعایت این کاستیهای موجود در روش استاتیکی خطی و مطرح شدن بحث مهندسی بر پایه عملکرد - طراحی سازهها بر اساس سطوح عملکردی مورد نیاز در برابر سطوح متفاوت شدت زلزله - باعث شده است که در سالهای اخیر تلاشهای زیادی در خصوص روش های طراحی و ارزیابی ساختمان ها بر پایه جابجایی - تغییر شکل - و استفاده مستقیم از تحلیل های غیر خطی جهت ارزیابی واقعی تر رفتار سازه ها در برابر سطوح مختلف زلزله صورت گیرد.

حاصل این تلاشها تحلیل استاتیکی غیر خطی موسوم به تحلیل پوشاور می باشد که امروزه به عنوان یک ابزار کاربردی مناسب، توسعه فراوانی در مهندسی زلزله بر مبنای عملکرد پیدا کرده و میتواند اطلاعات مفیدی از رفتار غیر خطی سازه ها، محل تشکیل مفاصل پلاستیک و نحوه بازپخش نیروها و ... ارائه نماید که با روش های تحلیل استاتیکی خطی قابل دستیابی نیستن

واژه تحلیل پوش آور نوعی از تغییرات مدرن تحلیل فروپاشی کلاسیک را بیان می کند و به نوعی فرآیند تحلیلی اشاره می کند که شامل روش حل نموی-تکراری معادلات تعادل استاتیکی است، که برای به دست آوردن پاسخ سازه های تابع الگوی بار جانبی با افزایش یکنواخت، به کار می رود 

انتخاب بهینهترین روش تحلیل و طراحی به گونهای که منجر به اقتصادی تر شدن مقاطع سازه ای گردد، می تواند به عنوان یکی از بهترین و موثرترین تصمیم گیریها به منظور کاهش وزن ساختمان تلقی شود. با توجه به اینکه برای برخی از ساختمان ها و در چارچوب آیین نامه ها، بکارگیری هریک ز روش های مختلف تحلیل لرزهای و روشهای مختلف طراحی مجاز شمرده شده است ، لذا انتخاب مناسب از میان این گزینههای مجاز منجر به اقتصادیترین طرح خواهد شد. در حالت کلی در روشهای تحلیل پوشاور سنتی مشخصات مصالح و مواد غیر الاستیک بطور مستقیم در مدل سازهای وارد میشود. سپس این مدل سازهای تحت اثر یک الگوی بار جانبی به صورت افزایشی تا رسیدن به یک تغییر مکان هدف هلداده شده و مقادیر تغییر شکلهای داخلی و نیروها تعیین می شوند.

ترتیب وقوع شکستگیها، مفاصل پلاستیک و خرابیهای اعضای سازهای در طول فرایند به راحتی قابل نمایش می باشند. این فرایند تا زمانیکه جابجایی سازه از جابجایی هدف تجاوز نماید و یا اینکه سازه فرو بریزد ادامه مییابد. در این روشها سعی بر آن است که جابجایی هدف برابر با ماکزیمم جابجایی محتمل تحت اثر زمین لرزه مورد انتظار باشد. در واقع در روش تحلیل پوشاور جهت ارزیابی عملکرد سازه، طیف ظرفیت سازه با طیف تقاضای لرزهای مقایسه می شود .

.2 روش مودال پوش اور

در روش مودال پوشاور بار وارده ناشی از زلزله به صورت بارهای مودال تجزیه شده و به صورت ترکیبی از بارهای مودال نوشته می شود. بارهای مودال نیروهای اینرسی متناظر با هر مود می باشد بطوریکه اگر یک سازه چند درجه آزادی تحت اثر هر یک از این بارهای مودال قرار گیرد در آن صورت فقط مود مربوطه از سازه تحریک می شود و تمام پاسخها تماما در آن مود قرار خواهند گرفت. در واقع یک سازه چند درجه آزادی تبدیل به چند سازه یک درجه آزادی می شود. در روش مودال نیز جهت یافتن پاسخ ماکزیمم کلی از ترکیب CQC یا SRSS ماکزیمم پاسخ هر یک از مودها استفاده می شود.

مراحل تحلیل مودال پوش اور به صورت زیر می باشد :         
.1    انجام تحلیل مقادیر ویژه جهت تعیین پریودهای طبیعی ارتعاش و اشکال مودی

.2    انجام تحلیل پوشاور برای هر مود با الگوی توزیع بارو تعیین منحنی برش پایه-تغییر مکان مربوطه          

.3    ایده آل سازی منحنی پوشاور به صورت منحنی دوخطی

.4    تبدیل منحنی دو خطی پوشاور به صورت منحنی

5.    محاسبه ماکزیمم جابجایی غیر الاستیک سیستم یک درجه آزادی غیر الاستیک متناظر با مودn ام از طریق تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی یا تحلیل طیفی. پریود ارتعاشی مود n ام از رابطه زیر حساب می شود.

6.    محاسبه ماکزیمم جابجایی بام در مود nام.

7.    تعیین مقادیر پاسخ کمیتهای دلخواه از قبیل جابجایی های طبقات، جابجایی نسبی داخل طبقه، دوران مفاصل پلاستیک وغیره از روی تحلیل پوش اور وقتی که جابجایی بام برابر با جابجایی محاسبه شده در گام - 6 - باشد.

8.    مقادیر کلی تقاضا، کمیت های تعیین شده در گام - 7 - برای هر مود از طریق قانون ترکیب جذر مجموع مربعات - - SRSS پاسخ مودال تعیین می شود. معمولا استفاده از دو یا سه مود اول کافی می باشد.

شکل :1نیروهای طبقات توزیع شده طبق رابطه    برای سه مود اول ساختمان

شکل :2 ایده آل سازی منحنی پوش اور مود n ام به صورت دوخطی و مشخصات سیستم غیر خطی یک درجه آزادی حاصل

.3 مشخصات مدل

مشخصات مدل های مورد بررسی به صورت زیر خواهند بود:

1.    مدلهای مورد استفاده مسکونی بوده و شکل پذیری متوسط انتخاب شده اند .

2.    مدل های مورد تحقیق در پهنه با خطر نسبی زیاد قرار دارند.

3.    رفتار مدلها در این تحقیق با لحاظ کردن رفتار غیر خطی مصالح بررسی شده اند.

4.    مدلهای مورد مطالعه با تعداد طبقات 12 - 9 - 6 -3 و 15 طبقه می باشند.

5.    کلیه طبقات دارای 3 متر ارتفاع هستند.

.6کلیه اتصالات تیرها و مهاربندها به ستون ها مفصلی فرض شده اند.

در شکل - 3 - محل قرار گرفتن مهاربند در سازه 3 طبقه آورده شده است. لازم به ذکر است موقیت مهاربند در تمامی نمونهها یکسان میباشد.