بخشی از مقاله
چکیده:
درهنگام وقوع زلزله های شدید سازه ها باورود به ناحیه غیرارتجاعی رفتارغیرخطی داشته وباجذب انرژی زیادقادربه تحمل نیروهای بیشتری خواهند بود.ضریب رفتار یکی از پارامترهای طراحی لرزه ای می باشدکه رفتارغیرخطی سازه هاراحین زلزله های شدیدلحاظ میکند.
امروزه ازروشهای تحلیل استاتیکی غیرخطی به عنوان روشی جایگزین استفاده میشود.دراین مقاله به منظوربررسی رفتارغیرخطی قابهای فولادی خمشی متوسط با استفاده ازنرم افزارopensees سه قاب فولادی4و7و10طبقه استفاده شده است وتاثیردرترازارتفاعی برپارامترضریب رفتارقابها مورد بررسی انجام میگیرد ونتایج نشان میدهد که ضریب رفتارحاصل باافزایش ارتفاع سازه ضریب رفتار کاهش می یابد.
مقدمه
باتوجه به اثرتخریبی زلزله های اخیربرسازه ها،مشاهده شده است که برخی از روشهای کنونی طراحی لرزه ای از دقت کافی برخوردارنیستند ولزوم اصلاح آنها احساس می شود.[1]درآیین نامه ها اجازه داده میشودبرای تعیین مقدارنیروی زلزله برای تامین مقاومت سازه به جای تحلیل غیرخطی مقدارنیروی وارده دراثر زلزله به سازه درصورتی که سازه رفتارالاستیک داشته باشدرابایک ضریب کاهش داد.این ضریب درآیین نامه2800 ضریب رفتار نامیده می شود.
ضریب رفتار سازه ضریبی است که نشانگر مقاومت سازه درمرحله غیرارتجاعی می باشد.ضریب رفتاریاضریب کاهش نیروبه عوامل مختلفی ازجمله زمان تناوب اصلی سازه،میرایی،مشخصات خاک محل،ضریب شکل پذیری،ضریب اضافه مقاومت ومنحنی رفتار سازه،وابسته می باشد.
ضریب رفتار سازه ، ضریبی است که نشانگر مقاومت سازه در مرحله غیر ارتجاعی می باشد. ضریب رفتار یا ضریب کاهش نیرو به عوامل مختلفی از جمله زمان تناوب اصلی سازه ، میرایی ، مشخصات خاک محل ، ضریب شکل پذیری ، ضریب اضافه مقاومت و منحنی رفتاری سازه ، وابسته می باشد. به منظور بررسی نیاز های فرا ارتجاعی سازه ها ، روش دینامیکی غیر خطی به عنوان روش دقیق مورد استفاده قرار می گیرد که البته این روش مستلزم صرف زمان و هزینه زی ادی می باشد.
در سال های اخیر روش تحلیل استاتیکی غی ر خطی - پوش اور - به عنوان روشی جایگزین مورد استفاده قرار می گیرد .روش های پوش اور سنتی به دلیل در نظر نگرفتن زوال سختی سازه و همچنین اثر مود های بالاتر در فرآیند تحلیل ، دارای نواقصی می باشند به منظور رفع نواقص موجود ، در سال های اخیر روش های پیشرفته تحلیل پوش اور توسط محققین مختلف ارائه شده است که از جمله آن ها می توان به روش های پوش اور تطبیقی بر اساس نیرو - FAPA - و بر اساس جا به جایی - DAPA - اشاره کرد که توسط آنتونیو و پینهو - 2005 - ارائه شده است.
در این پژوهش ضریب رفتار حاصل از روش های تحلیل استاتیکی غیرخطی سنتی - با الگو های بار جانبی مختلف شامل طیفی ، مودا ول ، یکنواخت و مثلثی - و پیشرفته - شامل روش های بر مبنای جا به جایی DAP و - APAM ، به روش یانگ - 1991 - محاسبه می شوند و در نهایت نتایج مورد ارزیابی قرار می گیرند. کلیه ی تحلیل های استاتیکی غیرخطی توسط نرم افزار - OpenSees - 2008 انجام شده است.
این نرم افزار قابلیت انجام تحلیل های استاتیکی غیرخطی را به صورت مستقیم دارا نمی باشد به همین دلیل کد هایی که توانایی انجام تحلیل های مذکور را ایجاد می کنند ، تهیه شده است. در کلیه ی سازه های مورد بررسی در این تحقیق ، بار جانبی تا رسیدن حداکثر دوران گره های سازه به مقدار 0,02 رادیان معرف حد پایین سطح عملکرد آستانه فرو ریزش بر اساس دستورالعمل - SEAOC ، افزایش داده می شود که نوآوری این پژوهش می باشد. دوران یک گره با نسبت تغییر مکان نسبی طبقه فوقانی آن گره به ارتفاع طبقه تعریف می شود که این تعریف همان زاویه دریفت بین طبقه ای می باشد.
پس از باز کردن این دستورالعمل شما به راحتی میتوانید با بازنویسی بر روی هر بخش مقاله خود را مطابق فرمت همایش تهیه نمایید . از نویسندگان محترم دعوت میشود که دستورالعمل زیر را در هنگام آمادهسازیمقاله دقیقاٌ رعایت نمایند، اطمینان داریم که نویسندگان محترم هم این دقتها را در راستای بالا بردن کیفیت برگزاری همایش مهم شمرده و رعایت آنها را لازم میدانند.
نویسندگان محترم توجه فرمایند که تعداد صفحات مقاله حداکثر باید 7 صفحه باشد. لازم است مقالات مطابق فرمت نگارش حاضر تهیه گردند.
تحلیل استاتیکی غیرخطی - پوش اور - :
یکی از روش های مرسوم در تخمین پارامترهای لرزه ای سازه و بررسی عملکرد غیرخطی و غیر ارتجاعی سازه ها ، روش تحلیل استاتیکی غیرخطی تحت بار های جانبی افزایشی می باشد. در این روش سازه تحت الگوی بار جانبی مشخص قرار می گیرد و این بار تا رسیدن نقطه کنترل سازه به یک تغییر مکان هدف از پیش تعیین شده با آهنگ ثابت افزایش می یابد.
اصلی ترین محصول این روش تحلیل سازه ، منحنی تغییرات روش پایه درمقابل تغییر مکان بام می باشد که به آن منحنی ظرفیت سازه گفته می شود. در این پژوهش از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی سنتی با الگو های بار جانبی مختلف شامل مورد اول ارتعاش سازه - M1 - ، مثلثی - TR - ، یکنواخت - Uniform - و الگوی حاصل از تحلیل دینامیکی طیفی - SPEC - استفاده شده است.
در روش تحلیل استاتیکی غیر خطی پیشرفته تحت عناوین روش پوش اور تطبیقی بر اساس جابجایی - DAP - و روش اور پوش اور تطبیقی با لحاظ کردن اندر کنش بین مود ی - APAM - که هر یک با استفاده از طیف پاسخ جابه جایی حاصل از 3 رکورد مختلف محاسبه می شوند ، نیز مورد ارزیابی قرار می گیرند و در مجموع تعداد 10 تحلیل برروی هر قاب صورت می گیرد و مقادیر ضریب رفتار برای هر یک محاسبه می شوند.
روش پوش اور تطبیقی بر اساس جابجایی : - DAP -
در این روش که در سال 2004 توسط آنتینیو و پینهو - 2005 - ارائه شده است ، در هر مرحله با توجه به زوال سختی اعضای سازه ، ناشی از نیرو های داخلی ، ماتریس سختی و مشخصات تغییر یافته ی سازه تعیین می شود و در نهایت الگوی جابجایی با توجه به بردار جابجایی اولیه و بردار جابجایی مودی بر اساس روابط ارائه شده توسط محققین مذکور ، تحصیص می شود. توضیحات تکمیلی این روش در مرجع ذکر شده است.
روش پوش اور تطبیقی با لحاظ کردن اندرکنش بین مودی : - APAM -
روش پوش اور تطبیقی APAM اثر اندرکنش بین مود ها را بر اساس جرم مؤثر مودی و با در نظر گرفتن علامت لحاظ می کند و تغییر در مشخصات مودال سازه ناشی از تسلیم اعضا و زوال سختی را نیز در نظر گرفته و منحنی ظرفیت سازه را با استفاده از مفهوم انرژی تخمین می زند.
ضریب رفتار : - R -
تا کنون روش های مختلفی برای محاسبه ضریب رفتار توسط محققین مختلف ارائه شده است. این روش ها به طور کلی در دو گروه اصلی اروپایی و آمریکایی طبقه بندی می شوند. در این مطالعه از یکی روش های آمریکایی تحت عنوان یوانگ - Uang - ، استفاده می شود. پارامترهای استفاده شده در روش یوانگ در شکل - 1 - نمایش داده شده است.
شکل - 1 - منحنی تغییرات برش پایه ی سازه در مقابل جابجایی نسبی ، حاصل از تحلیل پوش اور را نشان می دهد. این منحنی به صورت یک منحنی دو خطی ایده آل سازی شده است. ضریب رفتار به پارامتر های مختلفی وابسته می باشد که در مرجع - Izadinia et - al.,2012 به آن اشاره شده است.
معرفی مدل ها :
به منظور بررسی ضریب رفتار حاصل از روش های مختلف تحلیل پوش اور ، از مدل های 4 ، 7 ، 10 طبقه با ارتفاع طبقات 4 متر و تعداد 5 دهانه به طول 5 متر استفاده شده است. قاب های مورد نظر قاب خمشی با شکل پذیری متوسط می باشند. به منظور طراحی سازه ها از آیین نامه AISC-ASD 89 و آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله - استاندارد - - 1384 - 2800 استفاده شده است و فرضیات طراحی شامل خاک نوع III و منطقه با خطر نسبی خیلی زیاد می باشد. مقاطع مورد استفاده در این قاب ها شامل مقاطع جعبه ای و تیر ورق به ترتیب برای ستون ها و تیر ها می باشد.
به منظور انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی از نرم افزار OpenSees - - 2008 استفاده شده است. در جداول 1 تا 3 مقاطع مورد استفاده برای سازه های مختلف ارائه شده است.
معرفی شتاب نگاشت ها :
به منظور انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی تطبیقی DAP - و - APAM ، از طیف پاسخ جابجایی و شتاب حاصل از 3 شتاب نگاشت دور از گسل استفاده شده است که مشخصات آن ها در جدول 4 ذکر شده است. تمامی نگاشت های مورد استفاده که از سایت - Peer - 1384 دریافت شده است ، دارای مشخصات مربوط به خاک نوع III بر اساس آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله - استاندارد - 2800 و یا خاک کلاس D بر اساس طبقه بندی دستورالعمل FEMA356 می باشد. برای ترسیم طیف پاسخ ارتجاعی زلزله های مختلف از نرم افزار SeismoSignal استفاده شده است.
ضریب رفتار ناشی از روش های مختلف تحلیل استاتیکی غیرخطی - پوش اور - :
در این پژوهش ضریب رفتار حاصل از روش های مختلف تحلیل استاتیکی غیرخطی با استفاده از روش یانگ محاسبه شده است. به همین منظور از روش پوش اور سنتی یا الگوهای مختلف بار جانبی ، شامل الگوی بار طیفی - SPEC - ، مثلثی - TR - ، مود اول نوسان سازه - M1 - و یکنواخت - Uniform - به همراه روش پوش اور تطبیقی بر مبنای جابجایی - DAP - و روش پوش اور تطبییقی با لحاظ نمودن اندرکنش بین مود ها - APAM - استفاده شده است. در روش های پوش اور تطبیقی مذکور از طیف پاسخ ارتجاعی جابجایی و شتاب 3 شتاب نگاشت استفاده شده است. کلیه ی تحلیل های استاتیکی غیرخطی مورد بحث ، با استفاده از نرم افزار OpenSees انجام شده است. در جداول 5 تا 7 مقادیر ضریب رفتار و دیگر پارامتر های مؤثر ، برای سازه های مختلف مورد استفاده در این مطالعه ارائه شده است.
بر اساس توصیه آیین نامه های مختلف ، حداقل مقادیر ضریب رفتار حاصل از روش های مختلف ، به عنوان ضریب رفتار شازه شناخته می شود. مقادیر حداقل ضریب رفتار حاصل از روش های تحلیل استاتیکی غیرخطی سنتی و پیشرفته در جداول 8 تا 12 ارائه شده است.
