بخشی از مقاله
چکیده
یکی از روشهای جدید و موفق در طراحی لرزهای سازهها، روش طراحی پلاستیک براساس عملکرد - PBPD - است. در این روش از تعادل کار داخلی و خارجی برای محاسبه برش پایه استفاده میشود. این روش توزیع جدیدی از نیروهای جانبی ارائه میکند که میتواند اثر رفتار غیرخطی و مودهای بالاتر سازه را در طراحی در نظر بگیرد. برتری این روش انتخاب تغییرمکان هدف و حذف
مکانیسمهای نامطلوب از ابتدای روند طراحی است. این مقاله به طراحی قابهای فلزی مهاربندی شده واگرا با تیر پیوند میانی به روش PBPD میپردازد. همچنین اصلاحات لازم در معادلات طراحی با در نظر گرفتن اثرات P-Delta بیان میشود و کنترلهای لازم برای حذف مکانیسمهای نامطلوب ارائه میگردد.
بهمنظور یکنواختی دوران تیرهای پیوند در طبقات مختلف، سختی طبقات کنترل میشود. یک ساختمان بلند 15 طبقه به این روش و نیز یکی از روشهای معمول، طراحی شده است. هر دو سازه تحت تحلیلهای استاتیکی و دینامیکی غیرخطی مورد بررسی قرار گرفتهاند. نتایج نشان میدهد، در سازه طراحی شده به روش PBPD تشکیل مفاصل پلاستیک مطلوبتر بوده و همچنین تغییرمکان نسبی طبقات یکنواختتر است. در روش PBPD نیاز به تکرار برای کنترل تغییرمکان جانبی سازه برطرف میشود. زیرا از ابتدای طراحی، سختی و مقاومت بهطور همزمان درنظر گرفته میشوند.
کلمات کلیدی:طراحی پلاستیک براساس عملکرد، قابهای مهاربندی شده واگرا، رفتار غیرخطی، اثرات .P-Delta
- 1 مقدمه
رفتار سازه در هنگام زلزله غیرارتجاعی است و طراحی براساس آنالیز استاتیکی نمیتواند رفتار سازه در هنگام زلزله را بیان کند. در روش طراحی پلاستیک براساس عملکرد 1 - PBPD - و یا طراحی به روش انرژی، سازه در مرحله نهایی مدنظر قرارمیگیرد. اولین بار مفهوم انرژی در طراحی لرزهای در سال 1956 توسط هازنر معرفی شد .[1] هازنر مقدار بیشینه انرژی
ورودی به سازه را برای یک سیستم کاملاً اﻻستیک بطور متوسط بصورت رابطه - 1 - برآورد کرد.که در آن، M کل جرم لرزهای سازه، Sv سرعت طیفی، شتاب طیفی و g شتاب گرانش زمین میباشند. در نقطه تسلیم مقدار انرژی الاستیک سازه کمتر از کل انرژی ورودی است . - Ee<Et - هازنر پیشنهاد داد طراحی بر این اساس صورت گیرد که مقدار انرژی پلاستیک که توسط سازه جذب میشود برابر با مقدار بیان شده در رابطه - 2 - باشد.
هازنر فرض کرد Et میتواند بهعنوان تقاضای انرژی سیستم بهکار رود. در تحقیقات بسیاری از جمله گزارش مرکز مطالعات مهندسی زلزله در سال 1988 مشخص شد کار خارجی انجام شده توسط سیستم برابر با حاصلضرب انرژی ورودی الاستیک در ضریب اصلاح انرژی ورودی است .[ 2] به نسبت شکلپذیری - μs - ، ضریب کاهش شکلپذیری - Rμ - و پریود سازه - T - وابسته است. فاکتور نسبت شکلپذیری سازه برابر با تقسیم تغییرمکان هدف بر تغییرمکان تسلیم است. برابر است با:
در سالهای اخیر، سه روش نیومارک و هال، کراوینکلر و نصر، میراندا و برترو برای محاسبه R بیان شده است .[5-3] در اینجا از طیف پیشنهادی نیومارک و هال استفاده شده است. شکل 1 نسبت بین R و T را در این روش نشان میدهد.در سال 1985 آکیاما نشان داد انرژی الاستیک را میتوان با فرض سازه یکدرجه آزادی بصورت رابطه - 4 - بدست آورد :[6]
Vy برش پایه و W کل وزن مؤثر سازه هستند. با در نظر گرفتن یک مکانیسم تسلیم برای سازه مانند شکل 2 و مساوی قراردادن کار داخلی با کار خارجی داریم:
که در آن، است و i ضریب سهم تراز i از برش پایه است. θp نشاندهنده قسمت پلاستیک تغییرمکان نسبی هدف است که برابر با تفاضل تغییرمکان نسبی الاستیک از تغییرمکان نسبی هدف میباشد - - . بنابراین با قراردادن مقادیر Ee و Ep و Et در رابطه - 2 - نسبت به صورت رابطه - 6 - قابل محاسبه است.که در آن، α پارامتری بی بعد است که برابر با بوده و∑ است - hi ارتفاع تراز i است - . ASCE 7-05 در سال 2006 برای توزیع نیروی جانبی رابطه - 7 - را پیشنهاد داد:
که در آن، k تابعی از پریود اصلی سازه - T - است k .[7] برای پریودهای کمتر و مساوی 0.5 برابر با 1 و برای پریودهای بزرگتر و مساوی 2.5 برابر با 2 است و با درونیابی خطی برای پریودهای مابین 0/5 تا 2/5 ثانیه بدست میآید.به هر حال بر اساس نتایج بدست آمده از پاسخ غیرخطی دینامیکی تعدادی از انواع سازهها نشان داده شد که حداکثر برش پایه طبقات در ارتفاع، کمی با استانداردها متفاوت است 8] و .[9 برای نزدیک کردن توزیع برش در طبقات به نتایج پاسخ غیرخطی، رابطه - 8 - قابل استفاده است:
