بررسی ضریب رفتار قاب¬های خمشی فولادی مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی

دسته بندي : فنی و مهندسی » عمران
چکیده
امروزه در کشورهای لرزه¬خیز جهت اتلاف انرژی لرزه¬ای وارد بر سازه به استفاده از انواع ابزار مستهلک کننده انرژی توصیه شده است. یکی از این ابزارها، میراگرهای اصطکاکی دورانی می باشد. به دلیل اینکه در آیین نامه¬های کنونی مقداری برای ضریب رفتار قاب¬های مجهز به این میراگر¬ها ارائه نشده، در این پایان¬نامه سعی شده تاثیر استفاده از آنها بر روی ضریب رفتار قاب¬های خمشی فولادی مورد ارزیابی قرار گیرد. به همین منظور چندین قاب خمشی فولادی با شکل¬پذیری متوسط با تعداد طبقات مختلف طبق ضوابط استاندارد 2800 و مبحث 10 مقررات ملی ایران، طراحی شده است. سپس با استفاده از تحلیل¬های استاتیکی و دینامیکی غیرخطی افزایشی و به کمک نرم¬افزار Sap2000-V15، ضریب رفتار و پارامترهای آن برای قاب¬های اولیه و مجهز به میراگربدست آمده و با یکدیگر مقایسه شدند.
تغییرات ضرایب مقاومت¬افزون و شکل¬پذیری با¬توجه به نتایج آنالیز قاب¬های با و بدون میراگرنشان می¬دهد که تاثیر میراگرهای اصطکاکی دورانی برضریب مقاومت¬افزون سازه¬های کوتاه بیشتر از ضریب شکل¬پذیری آنها است. در طبقات بلندتر شرایط عکس آن است به صورتی که تاثیر میراگر بر ضریب شکل¬پذیری به نسبت مقاومت¬افزون بیشتر است. در مجموع میراگر سبب افزایش ضریب رفتار قاب-های خمشی فولادی به مقدار 60/7 و 23/55 درصد، به ترتیب تحت آنالیز استاتیکی و دینامیکی غیرخطی می¬گردد.

واژگان کلیدی: ضریب رفتار، میراگرهای اصطکاکی دورانی، تحلیل استاتیکی غیرخطی، تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی، قاب¬های خمشی فولادی

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست جدول ها ‌د
فهرست نمودارها ‌ز
فهرست تصاویر و اشکال ‌ط
فصل اول: مقدمه(کلیات تحقیق)
1-1.ضرورت تحقیق 3
1-2. اهداف 4
1-3. فرضیات 4
1-4. روش تحقیق 5
فصل دوم: آشنایی با میراگرهای اصطکاکی دورانی
2-1. مقدمه 8
2-2. میراگرهای اصطکاکی 9
2-3. تاریخچه و انواع میراگرهای اصطکاکی 10
2-4. معرفی میراگرهای اصطکاکی دورانی 23
2-4-1.اجزاء میراگر 23
2-4-2.مکانیسم میراگر 24
2-4-3.تاریخچه مطالعات انجام شده برروی میراگرهای اصطکاکی دورانی 25
فصل سوم: مبانی نظری تعیین ضریب رفتارسازه ها
3-1. مقدمه 50
3-2. تاریخچه ضریب رفتار 51
3-3. روشهای محاسبه ضریب رفتار 53
3-3-1.محاسبه ضریب رفتار به روش ضریب شکل پذیری یوانگ 53
3-3-2.ضریب شکل پذیری کلی سازه 59
3-3-3.ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری 60
3-3-4.مقاومت افزون 63
3-4. مطالعات انجام شده برروی ضریب رفتار قاب های مجهز به انواع میراگر 66
فصل چهارم:مدل سازی نرم افزاری قاب های فولادی خمشی مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی
4-1. مقدمه 71
4-2. معرفی مدل های مورد مطالعه 71
4-3. بارگذاری وطراحی مقاطع 73
4-3-1.بارگذاری ثقلی 74
4-3-2.بارگذاری زلزله 74
4-4. آنالیز وطراحی مدل ها 75
1-4-4.کنترل مقاطع ازنظرکمانش موضعی برای خمش 75
4-4-2.تعیین ضریب برش پایه طراحی 77
3-4-4.کنترل ضوابط طراحی 77
4-4-4.کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقات 79
4-5. نحوه مدلسازی نرم افزاری میراگرهای اصطکاکی دورانی و صحت سنجی آن 84
1-5-4.مراحلتعیین رفتار ممان- زاویه میراگر 86
4-5-2.صحت سنجی مدل سازی نرم افزاری سازه مجهز به میراگر 89
4-6. تعیین ظرفیت میراگرها جهت مدلسازی 94
4-7. تحلیل استاتیکی غیرخطی سازه ها 98
4-8. تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی سازه ها 99
4-9. وضعیت نهایی و تسلیم آنالیز نرم افزاری 102
4-9-1.تعریف وضعیت نهایی رفتار سازه باتوجه به دستورالعمل استاندارد 2800 103
4-9-2.وضعیت نهایی سازه باتوجه به دستورالعملFEMA356 105
4-9-3.تعریف وضعیت تسلیم سازه 112
فصل پنجم: تعیین ضریب رفتار قاب های خمشی فولادی با و بدون میراگرهای اصطکاکی دورانی
5-1. مقدمه 114
5-2. ضریب کاهش براثر شکل پذیری 115
5-2-1.محاسبه ضریب کاهش نیرو براثر شکل پذیری 116
5-3. محاسبه ضریب مقاومت افزون سازه 118
فصل ششم: نتایج و پیشنهادات
6-1. مقدمه 127
6-2. بررسی کلی نتایج به دست آمده 127
6-2-1. نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی 128
6-2-2. نتایجتحلیلدینامیکیغیرخطیافزایشی 130
6-3. تاثیر ارتفاع سازه برروی ضریب رفتار 133
4-6.تاثیر میراگر بر ضریب رفتار سازه 133
6-5. نتیجه کلی 134
6-6. ضریب اصلاح مدل عددی 136
6-7. پیشنهاد برای تحقیقات آینده 139
فهرست منابع
پیوست الف: کد Matlab جهت محاسبه رفتار میراگر اصطکاکی دورانی 1
پیوست ب: کد Matlab جهت ایده آل سازی منحنی های بارافزون و محاسبه ضریب رفتار سازه ها 5


فهرست جدول¬ها
عنوان صفحه
جدول 2-1 مقایسه بین دریفت طبقات برای سازه با و بدون دمپر 39
جدول2-2 مقایسه مقدار جابجایی بدست آمده به روش طیفی پیش بینی شدهFEM 273 با نتایج آزمایش میزلرزان 41
جدول2-3مقایسه مقادیرRPI و SPI برای سازه 3 ،5 و 8 طبقه مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی 44
جدول3-1 مقادیر ضرایب نامعینی در ATC-19 59
جدول3-2ضرایب پیشنهادی کراوینکر و نصر برای محاسبه 61
جدول4-1کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقه برای قاب بدون میراگر 3 طبقه 80
جدول4-2کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقه برای قاب بدون میراگر 4 طبقه 80
جدول4-3کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقه برای قاب بدون میراگر 8 طبقه 80
جدول4-4کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقه برای قاب بدون میراگر 12 طبقه 81
جدول4-5کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقه برای قاب بامیراگر 3 طبقه 81
جدول4-6 کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقه برای قاب بامیراگر 4 طبقه 81
جدول4-7 کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقه برای قاب بامیراگر 8 طبقه 82
جدول4-8 کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقه برای قاب بامیراگر 12 طبقه 82
جدول4-9 نیروی برش پایه و ظرفیت میراگرهای مورد استفاده در طبقات مختلف سازه ها 95
جدول4-10 سطح مقطع مهاربندهای مورد استفاده درقاب های مجهز به میراگر 96
جدول4-11مختصات رفتار ممان-زاویه میراگرهای مورد استفاده درقاب ها 97
جدول4-12 مشخصات شتاب نگاشت های مورد استفاده درتحلیل دینامیکی 101
شکل4-7 طیف پاسخ سازه با شتاب نگاشت های مختلف برای مدل 8 طبقه پس از مقیاس 102
جدول4-13 مقادیر مختلف 105
جدول4-14 مقادیر مختلف 106
جدول4-15مقادیر مختلف 107
جدول4-16 پارامترهای لرزه ای قاب های اولیه جهت طراحی 107
جدول4-17تعیین تغییرمکان هدف مورد انتظار سیستم قاب های بدون میراگر 107
جدول4-18 تعیین تغییرمکان هدف مورد انتظار سیستم قاب های با میراگر 108
جدول5-1 مقادیر نیرو و تغییرمکان های حاصل از منحنی بارافزون بام قاب های اولیه تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی 120
جدول5-2 مقادیر نیرو و تغییرمکان های حاصل از منحنی بارافزون بام قاب های مجهز به میراگر تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی 120
جدول5-3 ضرایب مقاومت افزون، شکل پذیری و ضریب رفتار قاب های اولیه حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی 121
جدول5-4 ضرایب مقاومت افزون، شکل پذیری و ضریب رفتار قاب های مجهز به میراگر حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی 121
نمودار 5-2 مقایسه منحنی های بارافزون دینامیکی و استاتیکی غیرخطی برای سازه های اولیه، تحت رکورد زلزله های مختلف 122
نمودار 5-3 مقایسه منحنی های بارافزون دینامیکی و استاتیکی غیرخطی برای سازه های مجهز به میراگر، تحت رکورد زلزله های مختلف 123
جدول5-5 نیروی برش پایه تسلیم سازه تحت رکورد شتاب نگاشت های مختلف برای سازه های اولیه حاصل از آنالیز دینامیکی غیرخطی 124
جدول5-6 نیروی برش پایه تسلیم سازه تحت رکورد شتاب نگاشت های مختلف برای سازه های مجهز به میراگر حاصل از آنالیز دینامیکی غیرخطی 124
جدول5-7 ماکزیمم نیروی برش پایه الاستیک سازه تحت رکورد شتاب نگاشت های مختلف برای سازه های اولیه حاصل از آنالیز دینامیکی خطی 124
جدول5-8 ماکزیمم نیروی برش پایه الاستیک سازه تحت رکورد شتاب نگاشت های مختلف برای سازه های مجهز به میراگر حاصل از آنالیز دینامیکی خطی 125
جدول5-9 ضریب رفتار قاب های اولیه تحت آنالیز دینامیکی غیرخطی افزایشی 125
جدول5-10 ضریب رفتار قاب های مجهز به میراگر تحت آنالیز دینامیکی غیرخطی افزایشی 125
جدول6-1 مقایسه ضرایب مقاومت افزون، شکل پذیری و ضریب رفتار قاب های مجهز به میراگر به نسبت این ضرایب برای قاب های اولیه حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی 128
جدول6-2 مقایسه ضرایب مقاومت افزون، شکل پذیری و ضریب رفتار قاب های مجهز به میراگر به نسبت این ضرایب برای قاب های اولیه حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی 131
جدول6-3 ضریب اصلاح مدل عددی برای قاب های اولیه 137
جدول6-4 اصلاح نتایج دو تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیرخطی به کمک ضریب اصلاح مدل عددی برای سازه های اولیه 138
جدول6-5 اصلاح نتایج دو تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیرخطی به کمک ضریب اصلاح مدل عددی برای سازه های مجهز به میراگر 138









فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 2-1 تأثيراستفاده از ميراگرهاي اصطكاكي بر منحني ظرفيت سازه 10
نمودار 2-2 نمودار پاسخ انرژی حاصل از آزمایش های تجربی بر روی قاب مجهز به دستگاه میراگر 28
نمودار 2-3 مقایسه تاریخچه زمانی نتایج به دست آمده از آزمایشات تجربی و مدل عددی 28
نمودار 2-4 نمودار جابجایی- زمان سیستم با و بدون دمپر تحت رکورد السنترو 29
نمودار 2-5 نمودار پاسخ انرژی قاب مجهز به میراگر تحت رکورد السنترو 29
نمودار2-6 اثر و بر ، ، و 30
نمودار2-7 اثر و بر ، ، و 30
نمودار 2-8 اثر اندازه میراگر و بر ، ، و قاب 31
نمودار 2-10 مقایسه پاسخ تغییرمکان با مقابسه طبقه به دست آمده از نتایج تجربی و عددی تحت زلزله السنترو 39
نمودار2-11پاسخ جابه جایی بام حاصل از آزمایش تجربی سازه سه طبقه مجهز به میراگر اصطکاکی–ویسکوالاستیک تحت رکورد 41
نمودار 2-12پاسخ تغییرمکان نسبی طبقات برای سازه بتنی با میراگرهای 1 و 2 و 3 و بدون آن ها 43
نمودار2-13 منحنی بارافزون برای پلتفرم رسالت قبل و بعد از مقاوم سازی 45
نمودار 2-14 منحنی بارافزون سازه سه طبقه مجهز به میراگر 45
نمودار 2-15 رابطه نیرو-تغییرمکان سازه مجهز به میراگر 46
نمودار 2-16 میرایی ویسکوز معادل سازه مجهز به میراگر 47
نمودار 3-1رفتار کلی یک سازه متعارف 53
نمودار 3-2نمودار نیرو- تغییرمکان بام سازه 58
نمودار 3-3 تغییرات ضریب مقاومت افزون برای سیستم های با زمان تناوب مختلف 64
نمودار 3-4 ضرایب مقاومت افزون و شکل پذیری سازه ها،حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی 67
نمودار 3-5 ضریب رفتار سازه ها،حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی 67
نمودار 3-6 ضرایب مقاومت افزون و شکل پذیری سازه ها،حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی 68
نمودار 3-7 ضریب رفتار سازه ها،حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی 68
نمودار 3-6 نمودار ضریب مقاومت افزون- بارل غزش میراگر برای سازه ها،حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی 69
نمودار 3-7 نمودار ضریب شکل پذیری- بارلغزش میراگر برای سازه ها، حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی 69
نمودار 3-8 نمودار ضریب رفتار – بارلغزش میراگر برای سازه ها، حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی 69
نمودار 4-1کنترل تغییرمکان جانبی نسبی برای قاب های(3و4طبقه) با و بدون میراگر و مقایسه آن با ضابطه استاندارد 2800 83
نمودار 4-2 کنترل تغییرمکان جانبی نسبی برای قابهای(3و4طبقه) با و بدون میراگر و مقایسه آن باضابطه استاندارد 2800 84
نمودار 4-3 نمودار نیرو - تغییرشکلMULTI LINER PLASTIC نرم افزارSap2000 84
نمودار 4-4 [A] نمودار ممان-زاویه و [B] نمودار نیرو-تغییرمکان میراگر مدل شده 89
نمودار 2-3(تکراری) مقایسه تاریخچه زمانی نتایج به دست آمده از آزمایشات تجربی و مدل عددی 90
نمودار2-24(تکراری) نمودار تغییرمکان-زمان قاب یک طبقه یک دهانه موآلا و بلو (2002) با و بدون میراگر 91
نمودار 4-5 نمودار تغییرمکان-زمان قاب یک طبقه یک دهانه در این تحقیق با و بدون میراگر 92
نمودار 4-6 مقایسه نمودار تغییرمکان-زمان قاب یک طبقه یک دهانه به دست آمده از این تحقیق و تحقیق موآلا و بلو، [A] سازه بدون دمپر- [B] سازه مجهز به دمپر 92
نمودار 4-7 مقایسه نمودار تغییرمکان-زمان قاب مجهز به میراگر(به کمک المان رابط PalsticWen) این تحقیق و تحقیق موآلا و بلو 93
نمودار4-8 رفتارکلی ممان-زاویه میراگر 96
نمودار 4-9 منحنی بارافزون بام و منحنی ایده آل دوخطی آن 99
نمودار5-1 منحنی بارافزون و نمودار ایده آل آن ها برای قاب های با و بدون میراگر، تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی 119
نمودار 6-1 مقایسه ضرایب مقاومت افزون واقعی برای قاب های با و بدون میراگر حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی 129
نمودار 6-2 مقایسه ضرایب کاهش نیرو براثر شکل پذیری کلی سازه برای قاب های با و بدون میراگر حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی 129
نمودار 6-4 مقایسه ضرایب مقاومت افزون طراحی برای قاب های با و بدون میراگر حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی 131
نمودار 6-5 مقایسه ضرایب کاهش نیرو براثر شکل پذیری کلی سازه برای قاب های با و بدون میراگر حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی 132
نمودار 6-6 مقایسه ضرایب رفتار قاب های با و بدون میراگر حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی 132