بخشی از مقاله
خلاصه
چلیک های دولایه، گروهی از سازه های فضاکار متشکل از دو لایه با اتصالات مفصلی می باشند که، بوسیله اعضای مورب به یکدیگر متصل شده اند، هدف از این تحقیق بررسی شکل پذیری و تعیین ضریب رفتار لرزه ای تعدادی از سازه های فوق می باشد .
این تحقیق بر مبنای در نظر گرفتن امکان بروز رفتار غیر خطی ناشی از هندسه و مصالح سازه و با استفاده از تکنیک تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی شکل گرفته است و سعی بر آن شده که با تعیین ضریب رفتار لرزه ای تعدادی از سازه های فوق، دیدی نزدیک به واقعیت در خصوص نحوه پاسخ این سازه ها در برابر نیروهای زلزله حاصل گردد. نتایج حاصل از پژوهش که با انجام بیش از 8100 تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی حاصل گردیده است، حاکی از تردشکنی و ظرفیت بسیار کم این گروه از سازه ها برای بروز رفتار غیرخطی در برابر بارهای لرزه ای میباشد
.1 مقدمه
شکل پذیری سازه ها عامل مهمی در ارزیابی رفتار لرزه ای آنها میباشد. یک فاکتور مهم در بررسی رفتار لرزه ای سازه ها ضریب رفتار - ضریب کاهش - میباشد. فلسفه کاربردی ضریب رفتار در آییننامههای طراحی لرزهای سازهها، احتساب انرژی است که یک سازه از زمانی که اولین مفصل پلاستیک در آن تشکیل میشود تا زمانی که به مکانیزم خرابی کامل میرسد، تحمل یا جذب میکند.
ضریب رفتار در برگیرنده عملکرد غیرارتجاعی سازه بوده و در طراحی لرزه ای برای تبدیل طیف پاسخ ارتجایی به طیف پاسخ غیرارتجاعی بکار می رود، با توجه به رفتار غیرارتجاعی سازه ها در برابر زلزله های شدید و لزوم انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی به جهت دستیابی به پاسخ واقعی سازه ها در برابر زلزله در این تحقیق تعدادی خرپای فضایی استوانه ای دوجداره - چلیک دو لایه - با اتصالات مفصلی با انتخاب نسبت های متغیر دهانه و ارتفاع ابتدا توسط نرم افزار FORMIAN تاشه پردازی شده، سپس با استفاده از مبانی آیین نامه های مختلف نظیر، Eurocode، ASCE، ISO، AISC و استفاده از نرم افزار تجاری Sap2000 در برابر بارهای مرده، برف، باد و تغییرات درجه حرارت به روش استاتیکی بارگذاری و طراحی شده اند.
سپس با استفاده از مبانی آنالیز مقادیر ویژه و با بکارگیری نرم افزار Seismostruct پارامترهای دینامیکی موثر در رفتار لرزه ای همچون، زمان تناوب اصلی، فرکانس های ارتعاشی غالب و مشخصات میرایی مودها تعیین گردیده و در ادامه با استفاده از روش تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی - فزاینده - * منطبق بر مبانی تحلیلی آیین نامه های FEMA350 و FEMA351 و با لحاظ کردن اثرات غیرخطی ناشی از مصالح و هندسی و با بکارگیری نرم افزارهای OPENSEES و MATLAB به بررسی رفتار دینامیکی و تعیین ضریب رفتار چلیک های مورد نظر پرداخته شده است.
.2 ساختار و شکل هندسی چلیک های فضاکار دو لایه مورد بررسی
گروهی از چلیک ها با نسبت های ارتفاع به دهانه متفاوت، مورد مطالعه قرارگرفته اند. دهانه - S - در این گروه به میزان 30و 40و50 متر در نظر گرفته شده، و نسبت ارتفاع به دهانه - H/S - به میزان 0/3و 0/4و 0/5برای هر مدل در نظر گرفته شده است. فاصله بین دولایه - D - نیز در تمام مدل ها ثابت و برابر1/5 متر منظور شده است. هندسه چلیک ها به صورت شماتیک در شکل زیر - شکل - 1 نشان داده شده است. شرایط تکیه گاهی نیز با تعبیه تکیه گاه مفصلی بر روی گره های لایه داخلی در طول لبه چلیک برآورده شده است.
شکل 1 -هندسه و پیکربندی چلیکهای دولایه فضاکار کروی
تمامی مدل های مورد بررسی، در برابر بارهای استاتیک شامل بار مرده و بار برف و بار باد و تغییرات درجه حرارت بارگذاری شده اند. بار مرده چلیک ها، شامل وزن المانها، اتصالات، قطعات الحاقی و وزن پوشانه در نظر گرفته شده، و بار برف نیز مطابق شدیدترین حالت بارگذاری مطابق با آیین نامه [1] Eurocode8 بر سازه اعمال گردید است پس از آنالیز، تمامی مدل ها به خوبی و در حد بهینه طراحی شده اند معیار اصلی طراحی در انتخاب مقطع، نیز کمانش اعضای فشاری، در نظر گرفته شده است.
.3 بررسی رفتار غیر خطی چلیک ها
سازه هایی که در معرض زلزله قرار می گیرند، ممکن است تغییر شکل هایی خارج از محدوده الاستیک، تجربه کنند. کلاً تغییرشکل غیرارتجاعی، به شدت نیروی محرک و پارامترهای غیرخطی سازه وابسته می باشد. به دلیل ماهیت زلزله،اجزای سازه، در حین زلزله چرخه های بارگذاری و باربرداری پیاپی را تجربه می کنند. این حلقه ها ظرفیت سازه را برای جذب انرژی بیان می کنند.
عواملی همچون سیستم سازه ای، مصالح، اتصالات و غیره، عامل بروز رفتار غیرخطی سازه خواهند بود. عوامل بروز رفتار غیرخطی در اعضای سازه ها را می توان به دو عامل کلی - اصلی - تقسیم بندی کرد که عبارتند از، غیرخطی مصالح و غیرخطی هندسی. غیرخطی مصالح، دربرگیرنده الگوی بار-تغییر مکان مصالح سازه و غیرخطی هندسی، بیانگر تغییرشکل های بزرگ سازه هستند. در این تحقیق هر دو عامل غیرخطی مد نظر قرار گرفته اند. هدف اصلی از انجام آنالیز غیرخطی و تعیین ضریب رفتار، در واقع پیدا کردن ضریب کاهش نیروی استاتیک معادل زلزله می باشد.
چلیک های دولایه از المان هایی تشکیل شده اند، که تنها نیروهای محوری را تحمل می کنند. بنابراین در این گونه سازه ها، رفتار اعضای فشاری که در معرض کمانش هستند، و همچنین انتظار مقاومت پس کمانشی چنین اعضایی، در بررسی رفتار غیرخطی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. در این پژوهش برای درنظرگرفتن رفتار غیرخطی مصالح، خصوصاً رفتار پس کمانشی المانها در فشار، از نمودار تنش کرنش مطابق شکل .2 استفاده شده است.
نکته حائز اهمیتی که در بحث تحلیل های غیرخطی مطرح می شود، شکل پذیری سازه می باشد، شکل پذیری در واقع ظرفیت سازه را برای تحمل تغییرشکل های ماندگار، تحت بار ثابت، بدون ایجاد ناپایداری در سازه نشان می دهد. به عبارتی، شکل پذیری، نسبت تغییرشکل سازه قبل از خرابی، به تغییرشکل لحظه تسلیم، یا آغاز بروز رفتار غیرخطی در سازه می باشد. شکل پذیری و در مقابل آن تردشکنی یک سازه به رفتار غیر ارتجاعی سازه وابسته اند.
تعاریف متعددی برای ضریب رفتار سازه، ارائه شده است. ضریب رفتار، فاکتوری است که ظرفیت غیرخطی سازه را بیان می کند و در بسیاری از آیین نامه ها از آن به عنوان ضریب کاهش نیروی استاتیک معادل زلزله، یاد شده است مطابق [1] ضریب رفتار هر سازه ای با ضریب شکل پذیری مرتبط است. این تحقیق نیز برمبنای همین رویکرد پیش رفته است
.یعنی ابتدا ضریب شکل پذیری مدل ها و سپس با توجه به ضریب شکل پذیری، ضریب رفتار هر مدل بدست آمده است.
شکل - 2 رفتار غیر خطی المان خرپایی جهت آنالیز دینامیکی غیر خطی
.4 تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی - IDA -
تحلیل دینامیکی افزایشی به عنوان یک روش تحلیل پارامتریک و به اشکال مختلف جهت تخمین مناسب از عملکرد سازه در برابر بارهای لرزه ای مطرح شده است. افزایش تدریجی بارهای لرزه ای اولین بار توسط Mehanny and [2] Deierlin و [3] Bertero و به جهت بررسی عملکرد سازه ها مطرح و مورد استفاده قرار گرفت. ضابطه مند شدن آن نیز اولین بار توسط [4] Vamvatsikos and Cornell به منظور بررسی عملکرد سازه ها انجام گردید.
