بررسی ساختمان های باقاب خمشی فولادی و محاسبه فاصله مورد نیاز به منظور جلوگیری از برخورد حین زلزله

 

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی ساختمان های باقاب خمشی فولادی و محاسبه فاصله مورد نیاز به منظور جلوگیری از برخورد حین زلزله

فصل 1 معرفی درز انقطاع و پارامترهای موثر بر آن

1-1      مقدمه

1-2    نیروی تنه ای و اهمیت آن

فصل2 مروری بر تحقیقات انجام شده

        2-1 سوابق تحقیق

             2-1-1 Anagnostopouls

               2-1-2 Westermo

             2-1-3  Anagnostopouls

                     2-1-3-1 تاثیر مقاومت سازه¬ای

                     2-1-3-2 تاثیر میرایی اعضاء

                     2-1-3-3 تاثیر بزرگی جرم سازه

                     2-1-3-4 خلاصه نتایج

              2-2-4 Maision,kasai,Jeng

              2-1-5 Jeng,Hsiang,Lin

               2 -1-6 Lin و Weng

              2-1-7 Biego Lopez Garcia

                     2-1-7-1 مدل خطی

                     2-1-7-2 مدل غیر خطی

               2-1-8 فرزانه حامدی

              2-1-9 حسن شفائی

              2-1-10 نوید سیاه پلو

         2-2 روشهای آیین نامه ای

            2-2-1 آیین نامه IBC

              2-2-2 آیین نامه طراحی ساختمان¬ها در برابر زلزله (استاندارد2800)

 

فصل 3 معرفی تئوری ارتعاشات پیشا

        3-1 فرایند ها و متغیر های پیشا

          3-2 تعریف متغیر پیشای X

           3-3 تابع چگالی احتمال

          3-4 امید های آماری فرایند راندم (پیشا)

              3-4-1 امید آماری مرتبه اول (میانگین) و دوم

              3-5-2 واریانس و انحراف معیار فرایندهای راندم

          3-5  فرایندهای مانا و ارگادیک

              3-5-1 فرایند مانا

              3-5-2 فرایند ارگادیک

          3-6 همبستگی فرایندهای پیشا

          3-7 تابع خود همبستگی

          3-8 چگالی طیفی

          3-9  فرایند راندم باد باریک و باند پهن

          3-10  انتقال ارتعاشات راندم

                3-10-1 میانگین پاسخ

                3-10-2 تابع خود همبستگی پاسخ

           ¬¬¬¬¬     3-10-3 تابع چگالی طیفی

                    3-10-4 جذر میانگین مربع پاسخ

           3-11 روشDavenport

 

فصل 4 مدلسازی و نتایج تحلیل دینامیکی غیر خطی

            4-1 مقدمه

         4-2 روش¬های مدل¬سازی رفتار غیرخطی

          4-3  آنالیز غیرخطی قاب های خمشی

         4-4 مشخصات مدل¬های مورد بررسی

             4-4-1 طراحی مدل¬ها

             4-4-2 مدل تحلیلی

             4-4-3 مشخصات مصالح

             4-4-4 مدل¬سازی تیر ها و ستون¬ها

             4-4-5 بارگذاری

         4-5 روش آنالیز

               4- 5-1 معرفی روش آنالیز تاریخچه پاسخ

               4-5-1-1  انتخاب شتاب نگاشت¬ها

               4-5-1-2  مقیاس کردن شتاب نگاشت¬ها

              4-5-1-3  استهلاک رایلی

                4-5-1-4 روش نیوتن¬ _ رافسون

               4-5-1-5 همگرایی

               4-5-1-6 محاسبه پاسخ سازه ها

          4-6 محاسبه درز انقطاع

          4-7 تاثیر زمان تناوب دو سازه

          4-8 تاثیر میرایی

           4-9 تاثیر تعداد دهانه های قاب خمشی

          4-10 تاثیر جرم سازه¬ها

فصل 5 روش پیشنهادی برای محاسبه درز انقطاع

         5-1 مقدمه

            5-2 روش محاسبه جابجایی خمیری سازه ها

              5-2-1 تحلیل دینامیکی طیفی

                       5-2-1-1 معرفی طیف بازتاب مورد استفاده در تحلیل

                       5-2-1-2- بارگذاری طیفی

                       5-2-1-3- اصلاح مقادیر بازتابها

                       5-2-1-4 نتایج تحلیل طیفی

               5-2-2  آنالیز استاتیکی غیر خطی

                      5-2-2-1 محاسبه ضریب اضافه مقاومت

                       5-2-2-2 محاسبه ضریب شکل پذیری ( )

                       5-2-2-3 محاسبه ضریب کاهش مقاومت در اثر شکل پذیری

                       5-2-2-4 محاسبه ضریب رفتار

               5-2-3  محاسبه تغییر مکان غیر الاستیک

               5-2-4  محاسبه ضریب

          5-3  محاسبه درز انقطاع

          5-4 محاسبه جابجایی خمیری بر حسب ضریب رفتار

فصل6  مقایسه روش¬های آیین نامه ای

        6-1 مقدمه

         6-2 آیین نامه (IBC 2006)

         6-3 استاندارد 2800 ایران

         6-4 مقایسه نتایج آیین نامه ها با روش استفاده شده در این تحقیق

فصل7 نتیجه گیری و پیشنهادات

         7-1 جمع بندی و نتایج

          7-2 روش پیشنهادی محاسبه درز انقطاع

          7-3 پیشنهادات برای تحقیقات آینده

مراجع

پیوست یک: آشنایی و مدل¬سازی با نرم‌افزار المان محدود  Opensees

پیوست دو: واژه نامه انگلیسی به فارس

فهرست جداول¬ها

 

جدول (2-1) زلزله های مورد استفاده در آنالیز اناگنوستوپولس

جدول (4-1) مشخصات شتابنگاشتهای نزدیک به گسل مورد استفاده و ضرایب مورد استفاده

جدول (4-2) درز انقطاع بین دو سازه شش طبقه و هشت طبقه با دهانه های متفاوت تحت زلزله های انتخابی

جدول (4-3) درز انقطاع بین سازه ها با جرمهای متفاوت

جدول (5-1) ضریب R  و Cd برای سیستمهای مختلف سازه ای

جدول (5-2) تغییر مکان بام سازه ها با استفاده از تحلیل دینامیکی طیفی

جدول (5-3) محاسبه پارامتر های لرزه ای مدلهای سازه ای

جدول (5-4) محاسبه جابجایی خمیری مدلهای سازه ای

جدول (5-5) محاسبه ضریب α

جدول (5-6) محاسبه ضریب β

فهرست اشكال

 

شكل (2-1) مدل ایده آل¬سازی شده دو ساختمان همجوار آناگئوستوپولس

شكل (2-2) مدل تحلیلی وسترمو

شكل (2-3) مدل آناکئوستوپولس

شكل (2-4) مدل تحلیلی MDOF-جنق هاسینق لین

شكل (2-5) نتایج حاصل از تحلیل مدل خطی برای دو نوع تحریک زلزله

شكل (2-6) نتایج حاصل از تحلیل مدل غیرخطی برای دو نوع تحریک زلزله R1=2.5 R2=

شكل (2-7) نتایج حاصل از تحلیل مدل غیرخطی برای دو نوع تحریک زلزلهR1=R2=

شكل (2-8) مدل تحلیلی فرزانه حامدی، ساختمانهای یک درجه آزاد مجاور هم

شكل (2-9) درز انقطاع بین ساختمان¬ها مطابق آیین نامه IBC

شكل (2-10) درز انقطاع برای ساختمانهای با «اهمیت کم» و «متوسط» تا هشت طبقه

شكل (2-11) حداقل درز انقطاع برای ساختمانهای با «خیلی زیاد» و «زیاد» و ساختمانهای با «اهمیت کم» و «متوسط» بیشتر از هشت طبقه مطابق استاندارد

شكل (3-1) نمونه مجموعای از فرایند های پیشا

شكل (3-2) تابع چگالی احتمال نرمال با مقدار متوسط m و انحراف معیار

2

شكل (3-3) تابع چگالی احتمال نرمال استاندارد و نرمال معمولی

شكل (3-4) نمایش همبستگی دو فرایند X و Y در زمان و نمونه برداریهای مختلف

شكل (3-5) نحوه محاسبه تابع خود همبستگی فرایندهای پیشا مانا

شكل (3-6) نمایش مساحت زیر منحنی چگالی طیفی با میانگین مربعات X(t)

شكل (3-7) نمایش منحنی تاریخجه زمانی و چگالی طیفی یک نمونه از فرایند باند باریک

شكل (3-8) نمایش منحنی تاریخجه زمانی و چگالی طیفی یک نمونه از فرایند باند پهن

شكل (4-1) مدلهای طراحی شده برای بررسی درز انقطاع

شكل (4-2) منحنی تنش کرنش در برنامه opensees الف) برای مصالح غیر خطی (Steel01) ب) برای مصالح خطی

شكل (4-3) شتاب نگاشتهای مورد استفاده در آنالیز دینامیکی غیر خطی

شكل (4-4) مقیاس کردن طیف میانگین طیفهای پاسخ در آنالیز دینامیکی غیر خطی دو بعدی مطابق با روش NEHRP

شكل (4-5) طیف طرح و طیف شتاب نگاشتهای مورد استفاده (مقیاس نشده)

شكل (4-6) طیف طرح و طیف شتاب نگاشتهای مورد استفاده (مقیاس شده با دوره تناوب اصلی)

شكل (4-7) استهلاک رایلی

شكل (4-8) روش نیوتن_ رافسون

شكل (4-9) روش نموی نیوتن_ رافسون

 

 

شكل (4-11) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب دو طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی

شكل (4-21) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب چهار طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی

شكل (4-13) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب هشت طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی

شكل (4-14) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب دوازده طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی

شكل (4-15) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب شانزده طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی

شكل (4-16) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب هجده طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی متحرک

شكل (4-17) سازه A دو طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی)

شكل (4-18) سازه A چهار طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی)

شكل (4-19) سازه A هشت طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی)

شكل (4-20) سازه A دوازده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی)

شكل (4-21) سازه A هجده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی)

شكل (4-22) سازه A بیست طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی)

شكل (4-23) سازه A دو طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-24) سازه A چهار طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-25) سازه A شش طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-26) سازه A هشت طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-27) سازه A ده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-28) سازه A دوازده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-29) سازه A چهارده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-30) سازه A شانزده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-31) سازه A هجده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-32) سازه A هجده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی)

شكل (4-33) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A دو طبقه و سازه B با طبقات مختلف

شكل (4-34) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A چهار طبقه و سازه B با طبقات مختلف

شكل (4-35) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A هشت طبقه و سازه B با طبقات مختلف

شكل (4-36) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A دوازده طبقه و سازه B با طبقات مختلف

شكل (4-37) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A هجده طبقه و سازه B با طبقات مختلف

شكل (4-38) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A بیست طبقه و سازه B با طبقات مختلف

شكل (4-39) سازه A دو طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی)

شكل (4-40) سازه A چهار طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی)

شكل (4-41) سازه A شش طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی)

شكل (4-42) سازه A هشت طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی)

شكل (4-43) سازه A ده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی)

شكل (4-44) سازه A دوازده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی)

شكل (4-45) سازه A چهارده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی)

شكل (4-46) سازه A شانزده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی)

شكل (4-47) سازه A بیست طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی)

شكل (5-1) رابطه جابجایی خمیری و ضریب رفتار

شكل (5-2) طیف بازتاب طرح بر اساس استاندارد  ایران2800 برای خاک نوع III و منطقه ای با خط لرزه خیزی زیاد

شكل (5-2) حالات مختلف آنالیز غیر خطی استاتیکی

شكل (5-3) توزیع بار جانبی در آنالیز استاتیکی غیر خطیدر حالت کنترل بار)

شكل (5-4) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل دو طبقه

شكل (5-5) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل چهار طبقه

شكل (5-6) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل شش طبقه

شكل (5-7) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل هشت طبقه

شكل (5-8) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل ده طبقه

شكل (5-9) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل دوازده طبقه

شكل (5-10) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل چهارده طبقه

شكل (5-11) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل شانزده طبقه

شكل (5-12) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل هجده طبقه

شكل (5-13) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل بیست طبقه

شكل (5-14) مدل رفتار غیر خطی سازه برای محاسبه شکل پذیری

شكل (6-1) درز انقطاع محاسباتی به روش آیین نامه IBC

شكل (6-2) درز انقطاع برای ساختمانهای با «اهمیت کم» و «متوسط» تا هشت طبقه

شكل (6-3) حداقل درز انقطاع برای ساختمانهای با «خیلی زیاد» و «زیاد» و ساختمانهای با «اهمیت کم» و «متوسط» بیشتر از هشت طبقه

شكل (6-4) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A چهار طبقه و قاب B با طبقات مختلف

شكل (6-5) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A شش طبقه و قاب B با طبقات مختلف

شكل (6-6) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A هشت طبقه و قاب B با طبقات مختلف

شكل (6-7) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A ده طبقه و قاب B با طبقات مختلف

شكل (6-8) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A دوازده طبقه و قاب B با طبقات مختلف

شكل (6-9) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A چهارده طبقه و قاب B با طبقات مختلف

شكل (6-10) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A شانزده طبقه و قاب B با طبقات مختلف

شكل (6-11) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A هجده طبقه و قاب B با طبقات مختلف

1- مقدمه
در هنگام زلزله در اثر حركات زمین، ساختمانها تحت نیروهای دینامیكی قرار می‌گیرند و به ارتعاش در می‌آیند. در ساخت سازهای شهری به مواردی برخورد می‌كنیم كه ساختمانهای مجاور به هم چسبیده و یا با فاصله كم از یكدیگر قرار دارند. این سازه‌ها بدلیل اختلاف خواص دینامیكی در یك جهت معین دارای زمان تناوبهای مساوی نمی‌باشند. تفاوت زمان تناوب در سازه باعث اختلاف در واكنشهای آنها نسبت به شتاب زمین خواهد شد و در نتیجه با توجه به تعییر مكانهای آنها در لحظات مختلف، در طول زلزله دو سازه گاهی به هم نزدیك و گاهی از هم دور خواهد شد. و اگر فاصله دو سازه به اندازه كافی بزرگ نباشد در هنگام زلزله ممكن است با یكدیگر برخورد كرده و ضربه‌ای به همدیگر وارد نمایند برای جلوگیری از این رخداد باید فاصله بین ساختمانهای مجاور قرار داده شود تا از برخورد آنها جلوگیری گردد این فاصله را درز انقطاع گویند.
در بسیاری از زلزله‌های مهم گذشته در اكثر كلان شهرهای موجود در سراسر دنیا، بحث خرابی ناشی از نیروهای تنه‌ای مشاهده شده است. بحث نیروی تنه‌ای (Pounding) یكی از رایجترین و مرسوم ترین پدیده‌های است كه در خلال زلزله‌های مهیب قابل رویت است. نیروی تنه‌ای می‌تواند باعث ایجاد خسارتهای سازه‌ای و معماری در ساختمان شده و بعضاً باعث ریزش كلی ساختمان می‌گردد.
در خلال زلزله 1985 مكزیكوسیتی حدود 15% از 330 ساختمان تحت اثر نیروی برخورد (تنه‌ای) تخریب شدند. همچنین در خلال زلزله 1989 لوماپریوتا، تا حدود 200 مورد شكل گیری نیروی تنه‌ای مشاهده گردید. در این میان حدود 79 درصد از ساختمانها دچار تخریب معماری شدند ] [.
در طی زلزله 1964 آلاسکا  برج هتل آنچوراگ وستوارد  دراثر برخورد با قسمتی از یک سالن رقص سه طبقه مجاور هتل، تخریب شد. همچنین، خرابی های ناشی از نیروی تنه ای  در زلزله های  1967 ونزوئلا  و 1971سانفرناندو  نیز مشاهده گردید] [.

از طرف دیگر برخورد بین عرشه ها وپایه های کناری پلها در طی زلزله 1971 سانفرناندو مشاهده شد. در سال 1995در اثر زلزله هایاکو کن نانبو  در ژاپن حرکت طولی المانهای پل   هان شین  تا 3/0متر نیز رسید. و از این زلزله به بعد تحقیقات اساسی بر روی نیروی تنه‌ای شكل گرفت] [.

از مهم¬ترین راهکارهای ارائه شده در زمینه کاهش نیروی تنه ای می توان به تعبیه درز انقطاع کافی بین دو ساختمان مجاور هم به منظور جلوگیری از برخورد دو ساختمان، اشاره کرد. این روش از ساده ترین و در عین حال مفیدترین روشهای مرسومی است که امروزه در حیطه آیین نامه های مختلف از طریق مجموعه ضوابط خاص ارائه شده است. به منظور تخمین این فاصله جداساز روش¬های مختلفی همچون روش تفاضل طیفی، روش ضرایب لاگرانژ و روش ارتعاشات پیشا وجود دارد. محققین مختلف با استفاده از یکی از روش¬های ذکر شده و با فرض رفتار خطی برای دو ساختمان مجاور هم به تخمین این فاصله پرداخته اند. در این مقاله سعی شده است که درز انقطاع بین دو ساختمان با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی اعضاء دو سازه مجاور هم، محاسبه گردد. روش مورد استفاده در این مقاله روش ارتعاشات پیشا بوده و تاثیر عواملی چون میرایی، دوره تناوب و جرم سازه ها بر درز انقطاع بررسی شده و نتایج حاصل از تحلیل با ضوابط آیین نامه ای استاندارد 2800 ایران و IBC2006 مقایسه شده است.


 

بخشی از منابع و مراجع پروژه بررسی ساختمان های باقاب خمشی فولادی و محاسبه فاصله مورد نیاز به منظور جلوگیری از برخورد حین زلزله
1- Anagnostopulos, S. A. (1988). "Pounding of buildings in series during earthquakes." Earthquake Engineering and structural Dynamics., VOL. 16, PP. 443-456.

2- Pantelides, C. P. and X. Ma (1997). "Linear and nonlinear pounding of structural systems." Computers and structures., VOL. 66, PP. 79-92.

3- Westermo, B. D. (1989).  "The dynamics of interstructural connection to prevent pounding." Earthquake engineering and structural Dynamics., VOL. 18, PP 687-699.

4- Anagnostopulos S. A.,Spiliopoulos K. V. (1991). "An investigation of earth quake induced pounding between adjacent building." Earthquake Engineering and structural Dynamics., VOL. 8, PP. 289-302.

5- Jeng, V. Kasai, K. and Maison, B. F. (1991). "A spectral different method to estimate building separations to avoid pounding." Earthquake Spectra., Vol. 8, pp. 201-223.

6- Lin, G. H. (1997). "Separation distance to avoid seismic pounding of adjacent building ." Earthquake Engineering and structural Dynamics., Vol. 26, pp. 395-403.

7- Lin, J. H. Weng, C. C. (2001). "Probability analysis of seismic pounding of adjacent building." Earthquake Engineering and structural Dynamics., Vol. 30, PP. 1539-1557.

8- Garcia, D. L. (2005). "Critical building separation distance in reducing pounding risk under earthquake excitation." Earthquake Engineering and structural Dynamics., Vol. 27, pp. 393-396.

9- حامدی، فرزانه (1374). "محاسبه درز انقطاع برای ممانعت از برخورد دو ساختمان به هنگام زلزله"، دومین کنفرانس بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران.

10- شفائی، حسن (1385)،" فاصله مورد نیاز ساختمانها برای جلوگیری از برخورد در هنگام زلزله با روش ارتعاشات تصادفی" ، پایان نامه کارشناسی ارشد سازه ، دانشگاه خلیج فارس.

11- سیاه پلو، نوید (1387) "بررسی تاثیر رفتار برشی پیچشی در محاسبه درز انقطاع بین دو ساختمان همجوار بروش ارتعاشات پیشا" ، پایان نامه کارشناسی ارشد سازه ، دانشگاه خلیج فارس.

12- International Building Code ; IBC 2006

13-آیین¬نامه طرح ساختمانها در برابر زلزله، استاندارد2800 ، ویرایش سوم، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، 1384

14- D. E. Newland  "An introductions to spectral analysis" (1985) second edition

15- Davenport, A.G. (1964). "Note on the distribuation of the largest value of a random function with application to gust loding." Porce. Inst. Civ. Eng., Vol. 28, PP. 187-196.


16- کلاف ری دبلیو.(1377). دینامیک سازه ها. ترجمه محمد مهدی سعادت پور، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان .

17- تهرانی زاده، محسن ، صافی ، محمد. (1385). ارتعاشات تصادفی و کاربرد آن در مباحث مهندسی زلزله. ، انتشارات دانشگاه صنعتی امیر کبیر (پلی تکنیک).