بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق به منظور تعیین تعداد بهینه فیبرها در تحلیل پیشرفته قابهای فولادی با روش مفصل پلاستیک فیبری که در آن سطح مقطع عضو یا المان به فیبرهای متعددی تقسیم میگردد، صورت پذیرفته است. به همین منظور و جهت دستیابی به دقت و سرعت کافی، تعداد فیبرها در هر مقطع از عضو برآورد شده است. به همین دلیل یک قاب فولادی یک طبقه و یک دهانه، و یک قاب فولادی دو طبقه و دو دهانه مورد بررسی قرار گرفته است و برای تحلیل آنها از کد نویسی در محیط نرمافزاری OPENSEES و MATLAB و همچنین مدلسازی در نرمافزار المان محدود ABAQUS استفاده شده است. در نهایت پس از بررسی مدلها و صحتسنجی انجام شده، تعداد بهینه فیبرهای مورد نیاز در هر مقطع جهت تحلیل پیشرفته قاب-های فولادی با مقطع ثابت I شکل بدست آمده است که میتواند در طراحی کاربردی چنین قابهایی مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه
در روش های رایج جهت طراحی سازه های فولادی از یک تحلیل ارتجاعی مرتبه اول استفاده می گردد. در این حالت به منظور لحاظ نمودن اثرات مرتبه دوم از ضرایب تشدید لنگر و نیز ضرایب طول مؤثر در اعضای تیر-ستونی استفاده میشود و خطاهای مربوط به ناکاملی های هندسی، تنش های پسماند و اثرات غیر خطی مواد به طور ضمنی در روابط طراحی لحاظ می گردند. محاسبه ضرایب مورد نیاز در سازه های فولادی امری بسیار پیچیده و وقت گیر بوده و عموما توأم با خطا می باشد. در چنین تحلیل هایی به دلیل عدم لحاظ نمودن اثرات غیر خطی مواد و هندسی نه تنها نتایج خالی از خطا نبوده بلکه پایداری کلی سیستم سازه ای نیز مد نظر نمی باشد.
امروزه آیین نامه های مختلف مانند - AISC2010 - روش طراحی جدیدی را به نام روش تحلیل مستقیم - .D.A - مطرح کرده اند که بر اساس انجام یک تحلیل پیشرفته مرتبه دو پایداری کلی سازه مدنظر قرار می گیرد. در این نوع تحلیل علاوه بر لحاظ نمودن گسترش نسبی گسیختگی در مقطع و طول عضو، عواملی همچون اثرات - - P- ، - - P- و تنش های پسماند و ناکاملی های هندسی نیز مد نظر می باشند. روشهای متعددی برای انجام چنین تحلیلی وجود دارد که مفصل پلاستیک رایج، مفصل پلاستیک اصلاح شده و مفصل پلاستیک فیبری از این نوع تحلیلها میباشند.
که در روش مفصل پلاستیک فیبری ، عضو به فیبرهای متعددی تقسیم بندی شده و با افزایش نیرو ، هر کدام از این فیبرها یک به یک به مفصل پلاستیک تبدیل شده و نهایتا با اتصال این فیبرها به یکدیگر ، عضو به مفصل پلاستیک کامل تبدیل می شود. این روش قادر به طراحی روند تبدیل پلاستیک و گسترش آن در سراسر سطح مقطع و در امتداد طول عضو است. وهمچنین این روش نسبت به دو روش مفصل پلاستیک رایج و مفصل پلاستیک اصلاح شده نتایج قابل قبولی را دربر دارد - 6 و . - 7 بنابراین به دست آوردن تعداد فیبر مناسب که در نتایج حاصل از تحلیل تاثیر چندانی نگذارد از اهمیت بالایی برخوردار است که موضوع تحقیق حاضر میباشد.
روش تحقیق
برای انجام تحقیق حاضر ابتدا با مراجعه به مقالات ISI و منابع لاتین اطلاعات و روشهای مورد استفاده در آنها برای تحلیل پیشرفته قابهای فولادی مورد مطالعه و بررسی دقیق قرار گرفت. در مرحله بعد برای کدنویسی در محیط نرمافزاری OPENSEES و MATLAB روابط اصلاح ماتریس سختی المان ارائه شده توسط آقای کیم و همکاران در ارتباط با روش تحلیلی مفصل پلاستیک فیبری بکار گرفته شد. پس از کد نویسی مذکور با استفاده از مشبندیهای مختلف اقدام به تغییر در ابعاد مشبندی گردید و زمان مربوط به تحلیل مورد محاسبه قرار گرفت. این مرحله از تحقیقات تا حصول نتیجه مطلوب ادامه یافت تا اینکه در پایان ابعاد بهینه مش به دست آمد - 1 - ، - - 2، - - 3، - - 4، - . - 5
محاسبات عددی و مدلسازی
به منظور انجام این تحقیق، یک قاب فولادی یک طبقه و یک دهانه، و یک قاب فولادی دو طبقه و دو دهانه مورد بررسی قرار داده شد. در هر دو قاب مقاطع از نوع IPE بوده و مشخصات آنها همانند اشکال - 1 - و - 2 - می باشد. پس از کد نویسی قابهای مذکور و اختصاص مشهای مختلفی به مدل و همچنین بررسی زمان تحلیل در هر کدام از این مشها جداول و نمودارهای زیر حاصل گردیدند.
