مهندسی سازه و ساخت
سال:1395 | دوره:3 | شماره:4 (پیاپی 9) |تعداد مقالات:10

منحنی های شکنندگی در ارزیابی خسارت لرزه ای ساختمان ها از اهمیت بالایی برخوردار می باشند. با تولید منحنی های شکنندگی، احتمال آسیب دیدن سازه در برابر ارتعاشات لرزه ای مورد بررسی قرار می گیرد. در این تحقیق با انجام 360 تحلیل تاریخچه زمانی بر روی سازه های 3، 10 و 20 طبقه، منحنی های شکنندگی تولید گردیده است. منحنی های شکنندگی با استفاده از دو شاخص تغییر مکان بین طبقه ای و کرنش محوری نوارهای معادل دیوار برشی توسعه یافته است. تحلیل های تاریخچه زمانی توسط نرم افزار Perform-3D با استفاده از 10 شتاب نگاشت دور و 10 شتاب نگاشت نزدیک گسل استفاده گردیده است. در بررسی منحنی های تحلیل دینامیکی افزایشی مشاهده گردیده است که سازه 3 طبقه پاسخ بزرگتری نسبت به سازه های 10 و 20 طبقه نشان می دهد. پس از تولید منحنی های شکنندگی مشاهده گردیده است که سازه های میان مرتبه و بلند مرتبه عملکرد بهتر و سطح خرابی کمتری در مقایسه با سازه های کوتاه مرتبه در زلزله های حوزه دور و نزدیک گسل دارند.

در این مقاله یک دیوار مصالح بنایی تحت بار داخل صفحه در نرم افزار آباکوس به صورت عددی مدل سازی شده است. برای مدل سازی ماده مصالح بنایی دیوار از ماده بتن موجود در کتابخانه مواد نرم افزار آباکوس استفاده شده است. روش پلاستیسیته بتن آسیب دیده در نرم افزار آباکوس، مدلی است که در این تحقیق مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا قوائد حاکم بر رفتار این مدل معرفی شده و سپس به صورت مجزا موارد ارائه شده، بررسی شده است. برای این منظور یک دیوار مصالح بنایی به ابعاد 1000×990×100 میلی متر که در آزمایشگاه تحت بار داخل صفحه قرار گرفته و نتایج آزمایشگاهی آن در دسترس می باشد در نرم افزار آباکوس مدل شده و پس از تعریف مشخصات مورد نیاز ، اثر پارامترهای مختلف همچون زاویه اتساع، تنش ترک خوردگی، کرنش ترک خوردگی، ویسکوزیته و سایر موارد بررسی گردیده است. برای مدل سازی دیوار از روش ماکرو که یکی از روش های مدل سازی ماده مصالح بنایی هست استفاده شده است. پس از کالیبراسیون مدل عددی و نتایج آزمایشگاهی اثر کلیه پارامترهای موجود در مدل پلاستیسیته بتن آسیب دیده مورد بررسی قرار گرفته است و اثر آن ها در نمودار بار-تغییر مکان همچنین کانتور تنش نشان داده شده است. بررسی دقیق پارامتریک انجام شده شناخت بهتری از نحوه عملکرد این پارامترها در مدل سازی ارائه می دهد و باعث می شود که کاربران شناخت بهتری از این پارامترها در مدل سازی ها داشته باشند، همچنین نسبت به رفتار مدل در نرم افزار احساس پیدا کنند.

گسیختگی پیشرونده حالتی از خرابی می باشد که در آن خرابی موضعی یک عضو سازه ای (مثل ستون)، موجب خرابی اعضای مجاور، در اثر بارهای ناگهانی مثل انفجار می گردد. روش طراحی اتصالات گیردار در قاب های خمشی برای مقابله با بار ناشی از زلزله با روش طراحی همین اتصالات در مقابل خرابی پیشرونده ناشی از تخریب ستون متفاوت است. زیرا در این حالت، نیروی محوری نیز در اتصالات ایجاد می شود که رفتار آن را متفاوت می سازد. علی رغم اهمیت بسیار بالای اتصالات گیردار در خرابی پیشرونده، تحقیقات موجود در این زمینه از جایگاه مناسبی برخوردار نیست. هدف این مقاله، ارزیابی عملکرد انواع اتصالات گیردار در جلوگیری از خرابی های پیشرونده قاب های خمشی فولادی است. برای نیل به این هدف، سه نوع اتصال گیردار از پیش تائید شده ی لرزه ای مطابق با آیین نامه ی AISC 358 -10 طراحی گردید. اتصالات فوق عبارتند از اتصال فلنجی چهار پیچی بدون استفاده از ورق لچکی (BUEEP)، اتصال پیچی به کمک ورق های روسری و زیرسری (BFP) و اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی (WUF-W). سه اتصال مذکور با استفاده از مدل سازی های عددی در نرم افزار ABAQUS مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که اتصال BFP به دلیل استفاده از ورق های روسری و زیرسری در محل اتصال تیر به ستون، بار قابل تحمل بسیار بیشتری از دیگر اتصالات دارد و شکست در اتصال نسبتا نرم است. این امر برای جلوگیری از خرابی های پیشرونده بسیار مناسب است.

هدف از طراحی اعضای سازه ای، مقاومت در برابر بارهای وارده است به طوری که ایمنی سازه ی موردنظر با توجه به شرایط مختلف بارگذاری تامین شود. روش موجود در آئین نامه طراحی بتن ایران و مبحث نهم استفاده از ضرایب ثابت بار و مقاومت بدون در نظر گرفتن ماهیت تصادفی پارامترهای طراحی می باشد. عدم قطعیت های موجود در پارامترهای طراحی نظیر بار و مقاومت موجب تغییر ایمنی سازه شده و استفاده از ضرایب ثابت در حالت های مختلف بارگذاری گاهی طراحی را غیر ایمن و غیراقتصادی می سازد. در مقاله حاضر به طراحی احتمالاتی تیرهای بتنی مسلح تحت اثر هم زمان تلاش های خمشی، برشی و پیچشی پرداخته شده است. برای این منظور روابط تحلیلی توابع حالت حدی برای ترکیب تلاش های مختلف استخراج شده اند. با استفاده از این روش، طراح می تواند بر اساس اهمیت سازه و سطح ایمنی موردنیاز اقدام به طراحی نماید؛ یعنی برای سطح ایمنی موردنیاز مالک یا کارفرما، طراحی اعضای بتنی انجام می گیرد. در ادامه مقاله ضرایب بار و مقاومت در شاخص های مختلف ایمنی محاسبه شده و تاثیرپذیری آئین نامه از ضرایب بار و مقاومت بررسی شده است. به کمک روش ارائه شده در این تحقیق، طراح قادر است با تغییر شرایط حاکم بر مسئله نظیر ابعاد، بار وارده و خصوصیات مقطع با توجه به ایمنی سازه به طراحی اقدام نماید. برای انجام کار، یک برنامه کامپیوتری در محیط متلب نوشته شده است که روش مورد استفاده در محاسبه شاخص های ایمنی روش شبیه سازی مونت کارلو می باشد.

کاربرد ستونهای صلیبی با استفاده از اتصالات پیچ و مهره ای در قاب های خمشی دوطرفه و سیستم های لوله ای به دلیل ارجحیت معماری رو به افزایش است. اجرای ورق های مضاعف برای تقویت برشی چشمه اتصال و اجرای ورق پیوستگی با توجه به الزامات اتصالات گیردار در قاب های خمشی ویژه جزئیات اجرایی مناسبی نیاز دارد که در این مقاله به آن پرداخته می شود. تحقیقات زیادی در این زمینه وجود ندارد و در این مقاله دو جزئیات اجرایی جدید در چشمه اتصال معرفی می گردد و با جزئیات موجود مقایسه می گردد. در این راستا جزئیات جدید شامل ورق های مایل و نبشی های قائم در حضور ورق های پیوستگی به منظور تقویت ناحیه ی چشمه اتصال ستون صلیبی ارائه میشود. همچنین جزئیات جوشکاری نیز در این تحقیق مطالعه شده است. برای این منظور 16 مدل غیرخطی عددی برای ارزیابی جزئیات اجرایی مختلف تحلیل شده است. در مطالعه عددی رفتار مصالح فولادی و جوش هر دو توسط معیارهای شکست و تردی مواد در قسمت های مختلف اتصال ارزیابی و مکانیزم گسیختگی کنترل شده است. نتایج عملکرد لرزه ای بهتر چشمه ی اتصال این ستون ها را با استفاده از جزئیات جدید معرفی شده نشان می دهد.

پایش سلامت سازه عمرانی در مفهوم کلی، یک رویه ای به جهت تامین اطلاعات دقیق و بدون اتلاف وقت در مورد شرایط و کارایی سازه می باشد. وجود عوامل متنوع آسیب از یک سو و از سویی دیگر غیر قابل پیش بینی بودن آینده، یک ضرورت برای بکار گیری پایش سلامت سازه می باشد. نظارت بر سلامت سازه ها و تشخیص آسیب آن در مراحل اولیه یکی از موضوعات مورد توجه همیشگی بوده است زیرا بیش تر آسیب ها را می توان با بررسی اولیه از وضعیت موجود سازه ها اصلاح و ترمیم نمود و بدین ترتیب از گسترش خرابی در سازه ها و فروریختن ساختمان و افزایش هزینه ها جلوگیری کرد. در این میان شناسایی زو د هنگام آسیب دیوارهای برشی بتنی که برای مقابله با بار های جانبی وارد بر سازه ها طراحی می شوند امری حیاتی است. زیرا خرابی و نقص در عملکرد سازه ای دیوارهای برشی می تواند منجر به بروز آسیب های جدی و یا حتی خرابی پیش رونده سازه های بتنی گردد. تغییر در سختی و فرکانس می تواند وقوع آسیب را به طور واضحی نشان دهد. استفاده از تبدیل های ریاضی نیز ابزاری جهت تشخیص آسیب می باشند. در این مقاله پس از بیان مبانی پایش سلامت سازه، با آنالیز تاریخچه زمانی غیر خطی مدل اجزای محدود سازه دارای دیواربرشی بتنی به وسیله چهار زلزله وارد شده به آن، پاسخ های سازه ای استخراج شده و با استفاده از تبدیل ریاضی فوریه و موجک به شناسایی وجود و زمان وقوع آسیب در دیوار برشی پرداخته می شود.

امروزه اهمیت بررسی اثر خاک روی رفتار سازه های مدفون یا در تماس با خاک همچون فونداسیون ها، شمع ها و دیوارهای حایل و سایر سازه های مشابه به حدی است که لحاظ نکردن اثر اندرکنش خاک و سازه از نگاه مهندسی می تواند منجر به حصول نتایج محاسباتی مغایر با واقعیت شود. در این مقاله تلاش شده مدل سازی اندرکنش خاک و سازه با استفاده از تحلیل المان محدود توسط نرم افزار Abaqus انجام شود و نتایج حاصل از این مدل سازی در زمینه های تنش های قائم ایجاد شده در سازه و خاک، فشار آب حفره ای در دو حالت زهکشی شده و زهکشی نشده، تراز آب زیر زمینی و نحوه عملکرد سازه (شمع) در تماس با خاک، ارائه گردد. خلاصه نتایج حاکی از آن است که تاثیر فشار آب منفذی در تمام بخش های شمع یکسان نیست و مقادیر افزایش فشار منفذی المان های بالایی خاک نسبت به المان های نزدیک به نوک شمع بسیار کمتر است و علاوه بر این ثابت می شود که مقدارمیانگین تنش برای کف شمع در حدود یک سوم مقدار میانگین تنش قائم در بالای شمع است و حدود 70% باربری شمع مربوط به اصطکاک سطح تماس جدار شمع با خاک است.

میراگرهای جرمی تنظیم شونده و میراگرهای سیال تنظیم شونده از انواع سیستم های کنترل غیرفعال در سازه می باشند که به منظور کاهش پاسخ های سازه ای ساختمان ها در برابر زلزله استفاده می شوند. در این تحقیق عملکرد ساختمان های بلند مجهز به این دو نوع از میراگرها در برابر زلزله های حوزه نزدیک و حوزه دور مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته اند. بدین منظور یک ساختمان بیست و چهار طبقه با سیستم قاب خمشی فولادی ویژه درنظر گرفته شده و تحلیل های دینامیکی در دو حالت کنترل شده و کنترل نشده با استفاده از هفت رکورد زلزله حوزه نزدیک و حوزه دور انجام یافته است. همچنین این ساختمان در پنج حالت و با درصدهای جرمی، سختی و میرایی مختلف مدلسازی شده است. نتایج به دستآمده نشان می دهد که کاهش پاسخ سازه در ساختمان های بلند، به علت تاثیر بیشتر مودهای بالاتر در زلزله حوزه نزدیک از زلزله حوزه دور بیشتر است؛ همچنین میراگر جرمی عملکرد بهتری در مقایسه با میراگر سیال در کاهش پاسخ ها دارد.

جوشکاری ورق های پیوستگی ستون های قوطی به راحتی امکان پذیر نبودهو به همین دلیل مطالعاتی برای جایگزینی آن با ورق های پیوستگی بیرونی انجام شده است. در این مقاله ابتدا نقش ورق های پیوستگی، در سه نمونه اتصال با ورق های روسری و زیرسری (WFP)، اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی (WUF-W) و اتصال تیر با سطح مقطع کاهش یافته (RBS) مورد بررسی قرار گرفته است. سپس به بررسی استفاده از ورق های لچکی به عنوان جایگزین ورق های پیوستگی ستون قوطی، تحت بارگذاری چرخه ای پرداخته شده است. نتایج این مطالعات نشان داده است که وجود ورق های پیوستگی به طور میانگین باعث افزایش ظرفیت باربری، سختی و جذب انرژی این اتصالات به ترتیب برابر با 63، 86 و 75 درصد شده است. همچنین نتایج نشان داده است که استفاده از ورق های لچکی به عنوان جایگزین ورق های پیوستگی ستون قوطی، باعث ایجاد تنش های فرا الاستیک در بال ستون شده و احتمال گسیختگی جوش آنها به بال ستون را افزایش داده است. همچنین استفاده از این ورق ها به عنوان جایگزین ورق های پیوستگی ستون قوطی، تاثیری بر روی محل تشکیل مفصل پلاستیک نداشته است.

نوع جدیدی از ستون مرکب متشکل از پروفیل کامپوزیت، بتن و الیاف پلیمری (FRP) ارائه شده و توسط تست آزمایشگاهی و مدل عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این تحقیق طراحی یک ستون بتنی کامپوزیتی بدون استفاده از مصالح فولادی اما با وزن نسبتا کم می باشد. مشکلات رایج خرابی بتن به دلیل انبساط و زنگ زدگی اعضای تقویت کننده اجتناب ناپذیر است. با استفاده از مقاطع سازه ای کامپوزیتی I شکل FRP بجای فولاد تقویت کننده در بتن می توان به این هدف رسید. ستون مرکب با استفاده از استوانه FRP با الیاف شیشه پروفیل کامپوزیت را احاطه نموده و پس از آن مقطع با بتن پر شده است. استوانه GFRP بعنوان یک قالب درجا عمل می کند، علاوه براین محصورشدگی بتن را نیز تامین می کند. لذا سه عدد ستون در برنامه آزمایشگاهی تحت بارگذاری فشاری محوری مونوتونیک مورد آزمایش قرار گرفته اند. ظرفیت نهایی هریک از ستون های مرکب کامپوزیتی آزمایش شده با ظرفیت تئوری مدل عددی پیشنهادی برنامه ANSYS مقایسه شده اند، نتایج نمونه های آزمایشگاهی و آنالیز عددی سازگاری و توافق خوبی داشته اند.