قاب­های منظم سه طبقه و سه دهانه بتن­آرمه تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون در محیط نرم­افزار OpenSees، نشان داده شده است که در بعضی موارد زوال طبقه یا کل قاب (مود زوال سیستمی سازه) می­تواند حاکم باشد. به این صورت که قبل از زوال یکی از مفصل­های پلاستیک، ظرفیت کل قاب یا یکی از طبقات آن به میزان قابل توجهی افت کرده و کاربری خود را از دست می­دهد. علاوه بر این تأثیر پارامترهای مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری قاب مانند درصد میلگردهای طولی و عرضی مقاطع، نسبت برش پایه قاب به وزن کل آن در لحظه زوال (Plastic g-Factor)، g-Factor کاربردی، شکل­پذیری نهایی، دوره تناوب مود اول و متوسط شاخص­های آسیب مقاطع بر مودهای زوال قاب­ها مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت مؤثرترین معیارهایی که بدون نیاز به انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون طراح را قادر به شناسایی امکان وقوع مود زوال سیستمی سازه می­نماید به صورت پارامتر g-Factor کاربردی و نیز ترکیب نسبت درصد میلگرد طولی به میلگرد عرضی ستون و دوره تناوب مود اول سازه تشخیص داده شد. معیارهایی که از طریق انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون محاسبه و در تفکیک قاب­های با مود زوال مفصل پلاستیک از سایر قاب­ها مؤثر هستند نیز به صورت پارامتر Plastic g-Factor و ترکیب پارامتر g-Factor کاربردی و متوسط شاخص­های آسیب مقاطع معرفی شده­اند.

کلید واژه­ها: قاب­های دوبعدی بتن­آرمه، تحلیل استاتیکی غیرخطی بار­افزون، مود زوال قاب­های بتن­آرمه، مود زوال سیستمی سازه، شاخص آسیب، نرم­افزار OpenSees



فهرست مطالب


عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه 1
1-1- پیش­گفتار.. 2
1-2- طراحی لرزه­ای.. 3
1-3- مهندسی لرزه­ای بر مبنای سطح عملکرد.. 4
1-3-1- چارچوب کلی طراحی لرزه­ای بر مبنای سطح عملکرد.. 7
1-3-2- شکل­پذیری (Ductility).. 10
1-3-3- شاخص آسیب.. 11
1-4- سیستم باربر لرزه­ای.. 14
1-5- روش­های مختلف تحلیل غیر ارتجاعی.. 15
1-5-1- تحلیل دینامیکی غیرخطی.. 16
1-5-2- تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون.. 17
1-5-2-1- توصیف تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون.. 17
1-5-2-2- برخی از روش­های تحلیل استاتیکی غیرخطی.. 19
1-5-2-3- شکل توزیع بار جانبی در ارتفاع ساختمان.. 21
1-6- معیارهای زوال (Failure Criteria).. 25
1-7- بیان مسئله و هدف تحقیق.. 26
1-8- روند دستیابی به هدف تحقیق.. 26
1-9- خلاصه.. 28

عنوان صفحه
فصل دوم: تاریخچه تحقیقات گذشته 30
2-1- پیش­گفتار.. 31
2-2- شاخص آسیب.. 33
2-2-1- شاخص­های آسیب موضعی.. 33
2-2-2- شاخص­های آسیب کلی.. 36
2-2-3- بررسی مقایسه­ای چند شاخص آسیب.. 39
2-3- معرفی روابط مربوط به چند شاخص آسیب شناخته شده 42
2-3-1- شاخص آسیب پارک و انگ.. 42
2-3-2- شاخص آسیب شکل­پذیری برای مقاطع.. 43
2-3-3- شاخص آسیب شکل­پذیری برای قاب­ها.. 44
2-3-4- شاخص آسیب انرژی.. 45
2-3-5- شاخص آسیب خستگی Low-Cycle. 46
2-3-6- شاخص آسیب نرم­شدگی بیشینه.. 46
2-4- نحوه مدل­سازی رفتار سازه.. 47
زوال قاب­های بتن­آرمه.. 48
2-6- خلاصه.. 48
فصل سوم: نحوه مدل­سازی و انجام تحلیل غیرخطی 51
3-1- پیش­گفتار.. 52
3-2- معرفی نرم­افزار OpenSees. 52
3-3- معرفی و مدل­سازی قاب­های دو بعدی بتن­آرمه مورد مطالعه 54
3-3-1- مشخصات فیزیکی قاب­های دو بعدی انتخابی.. 54
3-3-2- نحوه بارگذاری قاب­ها.. 54
3-3-3- چگونگی مدل­سازی قاب­های دو بعدی بتن­آرمه در نرم­افزار OpenSees 55
3-4- چگونگی انجام تحلیل و پایش پاسخ­های موردنظر سازه 57
3-5- طراحی قاب­ها.. 57
3-6- محاسبه شاخص آسیب.. 71
3-6-1- شاخص آسیب انتخابی.. 71
3-6-2- محاسبه شاخص آسیب شکل­پذیری برای مقاطع بحرانی.. 72
عنوان صفحه
3-6-3- محاسبه شاخص آسیب شکل­پذیری برای قاب­ها.. 74
3-7- خلاصه.. 74
فصل چهارم: ارائه و بررسی نتایج تحلیل­های غیرخطی قاب­های مورد مطالعه 77
4-1- پیش­گفتار.. 78
4-2- روند انجام تحلیل غیرخطی قاب­ها و نتایج مربوط به آن 79
4-2-1- دسته­بندی قاب­ها بر اساس مود زوال آن­ها.. 79
4-2-2- توزیع مفصل­های پلاستیک در لحظه زوال قاب­ها.. 82
4-2-3- بررسی تغییرات پارامترهای تعریف شده بر اساس شاخص آسیب مقاطع در طول تحلیل.. 88
4-2-4- بررسی تأثیر پارامترهای مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری در نوع زوال قاب­ها.. 98
4-3- خلاصه.. 114
فصل پنجم: خلاصه، نوآوری و نتیجه­گیری 116
5-1- خلاصه تحقیق.. 117
5-2- نوآوری تحقیق.. 119
5-3- نتیجه­گیری.. 119
فهرست منابع و مآخذ 121
پیوست یک: امكانات نرم­افزار OpenSees 125
پیوست دو: بررسی مدل­های مختلف ارائه شده برای مصالح 130
رفتار بتن محصور شده و محصور نشده.. 131
رفتار میلگردهای فولادی مسلح کننده.. 136
فهرست منابع و مآخذ پیوست دو.. 143

فهرست شکل­ها


عنوان صفحه

شکل 1- 1 نمودار جریانی فرآیند طراحی بر اساس سطح عملکرد.. 8
شکل 1- 2 نمودار تعیین نقاط لازم برای محاسبه شکل­پذیری.. 11
شکل 1- 3 نمودار جریانی روش تحلیل دینامیکی غیرخطی.. 16
شکل 1- 4 منحنی ظرفیت کلی (بارافزون) یک سازه.. 18
شکل 1- 5 روش طیف ظرفیت و نمودارهای ظرفیت و تقاضا نمونه.. 20
شکل 1- 6 منحنی نمونه طیف تقاضا برای شکل­پذیری­های ثابت در روش N2 21
شکل 1- 7 شکل­های توزیع بار جانبی در تحلیل بار فزآینده.. 25
شکل 2- 1 مقایسه نتایج ارزیابی آسیب با شاخص آسیب سه­بعدی، شاخص آسیب پارک و انگ، و شاخص آسیب جابجایی نسبی بین­طبقه­ای: (a) بارگذاری تک­محوره، 2D؛ (b) بارگذاری تک­محوره، 3D؛ و © بارگذاری دومحوره، 3D 40
شکل 3- 1 ایده­آل سازی منحنی لنگر– انحنا.. 73
شکل 3- 2 ایده­آل سازی منخنی ظرفیت قاب.. 74
شکل 4- 1 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال مفصل پلاستیک) 84
شکل 4- 2 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال طبقه).. 85
شکل 4- 3 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال قاب).. 86
شکل 4- 4 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال ترکیبی طبقه و مفصل پلاستیک).. 87

عنوان صفحه
شکل 4- 5 مشخصات قاب، نحوه توزیع مفاصل پلاستیک و مقادیر شاخص آسیب مربوطه در لحظه زوال و منحنی ظرفیت قاب (حالت زوال: زوال ترکیبی قاب و مفصل پلاستیک).. 88
شکل 4- 6 بیشینه شاخص­های آسیب نسبت به جابجایی نسبی تراز بام 91
شکل 4- 7 متوسط شاخص­های آسیب نسبت به جابجایی نسبی تراز بام 91
شکل 4- 8 متوسط شاخص­های آسیب تیرها نسبت به جابجایی نسبی تراز بام 92
شکل 4- 9 متوسط شاخص­های آسیب ستون­ها نسبت به جابجایی نسبی تراز بام 92
شکل 4- 10 نسبت متوسط شاخص­های آسیب ستون­ها به متوسط شاخص­های آسیب تیرها نسبت به جابجایی نسبی تراز بام.. 93
شکل 4- 11 متوسط شاخص­های آسیب طبقه اول نسبت به جابجایی نسبی تراز بام 94
شکل 4- 12 متوسط شاخص­های آسیب طبقه دوم نسبت به جابجایی نسبی تراز بام 94
شکل 4- 13 متوسط شاخص­های آسیب طبقه سوم نسبت به جابجایی نسبی تراز بام 95
شکل 4- 14 بیشینه شاخص­های آسیب نسبت به متوسط شاخص­های آسیب 96
شکل 4- 15 متوسط شاخص­های آسیب طبقه سوم نسبت به متوسط کل شاخص­های آسیب مقاطع 96
شکل 4- 16 متوسط شاخص­های آسیب ستون­ها نسبت به متوسط شاخص­های آسیب تیرها 97
شکل 4- 17 شاخص آسیب شکل­پذیری قاب­ها نسبت به جابجایی نسبی تراز بام 97
شکل 4- 18 بیشینه شاخص آسیب نسبت به متوسط شاخص آسیب (در لحظه زوال) 103
شکل 4- 19 Plastic g-Factor (در لحظه زوال) نسبت به شکل­پذیری نهایی قاب 104
ستون 104
ستون.. 105
تیر.. 106
ستون نسبت به دوره تناوب مود اول.. 107
قاب.. 107
ستون.. 108
ستون.. 109
شکل 4- 27 شکل­پذیری نهایی نسبت به دوره تناوب مود اول.. 109
قاب نسبت به شکل­پذیری نهایی.. 110
شکل 4- 29 متوسط شاخص­های آسیب نسبت به g-Factor کاربردی.. 111
شکل 4- 30 متوسط شاخص­های آسیب ستون­ها نسبت به شکل­پذیری نهایی 111
شکل 4- 31 متوسط شاخص­های آسیب نسبت به شکل­پذیری نهایی.. 112
شکل 4- 32 متوسط شاخص­های آسیب تیرها نسبت به متوسط شاخص آسیب ستون­ها 113
شکل پ2- 1 مدل مندر برای بتن.. 131
شکل پ2- 2 مدل هوشیکوما برای بتن.. 135
شکل پ2- 3 رفتار میلگرد مدفون در بتن.. 137
شکل پ2- 4 اثر لغزش پیوند (Bond Slip) در رفتار عنصر.. 140
عنوان صفحه
شکل پ2- 5 منحنیِ چرخه­ای فولاد.. 140


























فهرست جدول­ها


عنوان صفحه

جدول 1- 1 سطوح عملکرد سازه­ای در بعضی از دستورالعمل­های بهسازی لرزه­ای 6
جدول 1- 2 بعضی از شاخص­های آسیب متداول.. 13
جدول 2- 1 شاخص­های آسیب بر پایه مدل­های خطی معادل.. 37

جدول 3- 1 مشخصات فیزیکی مصالح در مدل­های مورد استفاده برای بتن و فولاد 56
جدول 3- 2 مشخصات قاب­های مدل شده.. 60
جدول 4- 1 تعداد قاب­های انتخابی به تفکیک مود زوال.. 82
جدول 4- 2 پارامترهای تعریف شده بر اساس شاخص آسیب مقاطع و فضاهای بررسی شده توسط آن­ها.. 89
جدول 4- 3 پارامترهای موردنظر برای تفکیک قاب­های با مود زوال مفصل پلاستیک و حدود آن­ها.. 99
جدول 4- 4 فضاهای بررسی شده برای تفکیک و میزان خطای آن­ها برای دسته­بندی قاب­ها.. 113