مطالعه عددی رفتار نوع خاصي از اتصال بتني نيمه پيش ساخته تير- ستون

59,000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

دانشکدة مهندسي

گروه عمران

 

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسي ارشد در رشته عمران گرایش سازه

 

عنوان:

مطالعه عددی رفتار نوع خاصي از اتصال بتني نيمه پيش ساخته تير- ستون

 

 

استاد راهنما:

دکتر فریدون رضایي

 

استاد مشاور:

دکتر مرتضي مدح خوان

 

نگارش:

………………..

 

 

20 شهریور 1392

دانشگاه بوعلی سینا

مشخصات رساله/پايان نامه تحصيلي

عنوان:

مطالعه عددي رفتار نوع خاصي از اتصال بتنی نيمه پيش ساخته تير-ستون

نام نويسنده: ……………………………
نام استاد/اساتید راهنما: دكتر فريدون رضايي
نام استاد/اساتید مشاور: دكتر مرتضي مدح‌خوان
دانشكده : مهندسي گروه آموزشی: عمران
رشته تحصيلي: عمران گرایش تحصیلی: سازه مقطع تحصيلي: كارشناسي ارشد
تاريخ تصويب پروپوزال:21/9/90 تاريخ دفاع01/07/92 تعداد صفحات: 122 صفحه
 

چكيده:

یکی از مهمترین مشکلات ساختمان‌های پیش‌ساخته و نیمه پیش‌ساخته بتنی، مسئله تامین صلبیت و گیرداری اتصالات در این سازه‌ها می‌باشد. استفاده از قطعات مناسب و روش های بهینه نصب در اتصال باعث افزایش صلبیت و همچنین استهلاک بیشتر انرژی در اتصالات این نوع سازه‌ها می شود. در این پژوهش سعی بر آن شده است که به روش جدیدی جهت اجرای این نوع ساختمان‌ها با سیستم قاب خمشی دارای گیرداری و صلبیت بالا در اتصالات آن دست یافت. برای رسیدن به این هدف باید بتوان بهترین و مناسب ترین روش‌ها و قطعات را در اتصال انتخاب کرد تا ضمن تامین گیرداری و مقاومت مورد نظر از نظر اجرایی نیز قابل پذیرش باشد. برای این کار با کمک مهندسان شرکت ایران فریمکو و بر اساس توصیه‌های کتاب طراحی انجمن بتن پیش‌ساخته و پیش‌تنیده آمریکا سیستم و نوع اتصال تعریف شده، سپس با مدلسازی این اتصال در نرم افزارهای تحلیل المان‌محدود، کارایی آن مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت بهینه کردن قطعه اتصال مورد تحقیق قرار گرفته است. در ابتدا با مدلسازی سه ساختمان در دست احداث با پلان‌های متفاوت و با سیستم قاب خمشی در نرم افزار ETABS، بعد از انجام تحلیل بر روی سازه اطلاعات لازم از چند نمونه اتصال تیر-ستون بدست آمده است. سپس با مدلسازی و تحلیل اتصال تیر به ستون مورد نظر به صورت صلیبی شکل در نرم افزار ABAQUS، چگونگی رفتار این اتصال مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی رفتار و میزان استهلاک انرژی در اتصالات از منحنی‌های هیسترزیس استفاده نموده و مدلسازی را با  تغییر جزئیات و قطعات مختلف اتصال تکرار نموده تا بتوان به بهینه ترین قطعه اتصال دست پیدا کرد. در نهایت با بررسی‌های لرزه‌اي بر روی اتصال بهینه شده، نتایج تحلیل‌ها نشان از وجود منحنی هیسترزيس با عملكرد مناسب داشته ولي در نهايت با محاسبه شاخص صلبيت، اين اتصال به صورت اتصال نيمه گيردار شناخته شده و داراي صلبيت كامل جهت اجراي قاب خمشي بتني پيش‌ساخته بدون ديوار برشي نمي‌باشد.

واژه­های کلیدی: اتصال پيش ساخته، اتصال نیمه پیش ساخته،  استهلاك انرژي، قاب خمشي، منحني هيسترزيس

فهرست مصالب

فصل اول مقدمه…………………………………………………………………………………………………. 1

1-1 کلیات و هدف مطالعه……………………………………………………………. 2

1-2 اهمیت موضوع یا ارزشیابی………………………………………………………. 3

1-3 تاریخچه کارها و تحقیقات قبلی………………………………………………….. 6

فصل دوم معرفی تحقیق و اتصال……………………………………………………………………….. 9

2-1 روش های طراحی ساز‌ه‌ها در برابر زمین‌لرزه…………………………………… 10

2-2 مکانیزم رفتار قاب خمشی بتنی  ……………………………………………….. 11

2-3 بررسی رفتار و مشکلات قاب خمشی بتنی درجا‌ریز……………………………. 12

2-4 معرفی سیستم پیشنهادی……………………………………………………… 14

2-5 شرح کامل اجزاء سيستم نیمه پیش ساخته……………………………………. 17

2-5-1 تيرها……………………………………………………………………….. 17

2-5-2 ستون‌ها…………………………………………………………………….. 18

2-5-3 سقف‌ها…………………………………………………………………….. 20

2-5-4 فونداسیون………………………………………………………………….. 20

2-6 مقايسه سيستم پيش ساخته بتني پيشنهادي با ساير سيستم ها……………….. 23

2-6-1 ضعف های سیستم درجا ریز بتنی………………………………………….. 23

2-6-2 برتری های سیستم نیمه پیش‌ساخته پیشنهادی نسبت به سیستم درجاریز بتنی   23

2-6-3 برتری های سیستم نیمه پیش‌ساخته پیشنهادی نسبت به سیستم فولادی…. 25

 

فصل سوم روش‌های بررسی میزان استهلاک انرژی در سازه و مطالعه آزمایشگاهی اتصال صلیب‌شکل…………………………………………………………………………………………………….. 26

3-1 مقدمه…………………………………………………………………………. 27

3-2 استهلاك انرژي يا ميرايي در علم فيريك و مكانيك……………………………. 27

3-3 استهلاك انرژي در ساختمان‌ها………………………………………………… 31

3-4 استهلاک انرژی در قاب‌های خمشی و محاسبه میزان صلبیت اتصال……………. 34

   3-5 انرژی هیسترتیک و استفاده از منحنی‌ هیسترزیس جهت محاسبه مقدار استهلاک انرژی

……………………………………………………………………………………… 36

3-6 مطالعات آزمایشگاهی بر روی اتصال صلیب‌شکل………………………………… 38

3-6-1 آزمایش نمونه هاي صليب‌شكل……………………………………………… 38

3-6-2 دستگاه‌هاي آزمايش………………………………………………………… 38

3-6-3 شرح آزمايش……………………………………………………………….. 38

3-6-4 تدارك آزمايشات و تجهيزات مورد نياز………………………………………. 40

3-6-5 نتايج بدست آمده از آزمايش……………………………………………….. 43

فصل چهارم مدلسازی ساختمان در نرم‌افزار Etabs و استخراج مقاطع لازم……….. 44

4-1 مقدمه…………………………………………………………………………. 45

4-2 ساختمان سه طبقه آتش‌نشاني باباطاهر همدان………………………………… 48

4-3 ساختمان پنج طبقه با كاربري اداري-مسكوني در همدان………………………. 51

4-4 ساختمان شش طبقه مسكوني نامنظم در همدان………………………………. 54

فصل پنجم طرح اتصال صلیب‌شکل و تعیین نحوه بارگذاری………………………………. 55

5-1 مقدمه………………………………………………………………………….. 56

5-2 طرح قطعات اتصال صلیب‌شکل ساختمان شش طبقه و رسم آن‌ها……………… 56

5-3 طرح قطعات اتصال صلیب شکل ساختمان پنج طبقه و رسم آن‌ها……………… 59

5-4 طرح قطعات اتصال صلیب شکل ساختمان پنج آتش‌نشانی و رسم آن‌ها………… 62

5-5 تعیین نحوه بارگذاری اتصال……………………………………………………. 63

فصل ششم مطالعات عددی اتصال در محدوده غیر‌خطی توسط نرم‌افزار Abaqus……………………………………………………………………………………………………………….. 65

6-1 مقدمه………………………………………………………………………….. 66

6-2 روش اجزاء محدود……………………………………………………………… 67

6-3 معرفی نرم افزار Abaqus ویرایش 6.10  و دلایل انتخاب این نرم افزار……….. 71

6-4 اصول Abaqus ……………………………………………………………… 74

6-5 مدلسازی و تحلیل اتصال صلیب‌شکل در نرم‌افزار Abaqus……………………. 75

6-5-1 محيط Part……………………………………………………………….. 77

6-5-2 محيط Sketch……………………………………………………………. 78

6-5-3 محيط Property…………………………………………………………. 78

6-5-4 محيط Assembly……………………………………………………….. 81

6-5-5 محيط Step……………………………………………………………….. 82

6-5-6 محيط Interaction………………………………………………………. 86

6-5-7 محيط Load………………………………………………………………. 87

6-5-8 محيط Mesh……………………………………………………………… 89

6-5-9 محيط Job………………………………………………………………… 92

6-5-10 محيط Visualation……………………………………………………. 97

6-6 نتيجه گيري……………………………………………………………………. 97

فصل هفتم اصلاح قطعه اتصال جهت عملكرد بهتر اتصال………………………………… 98

7-1 مقدمه…………………………………………………………………………. 99

7-2 طراحی و ترسیم قطعه جدید………………………………………………….. 99

7-3 مدلسازی قطعه در نرم افزار Abaqus………………………………………. 101

7-3-1 ترسیم اجزاء سازه در محیط Part و Sketch ………………………….. 101

7-3-2 مونتاژ كردن مدل در محیط Assembly………………………………… 102

7-3-3 بارگذاري  در محیط Load………………………………………………. 102

7-3-4 مش‌بندي االمان‌ها در محیط Mesh……………………………………… 103

7-4 بررسی نتایج تحلیل عددی اتصال مدلسازی شده در نرم افزار Abaqus……… 104

7-4-1 توزیع تنش در اتصال……………………………………………………… 104

7-4-2 منحني هيسترزيس سازه‌های صلیب‌شکل…………………………………. 105

7-5 نتيجه گيري………………………………………………………………….. 107

فصل هشتم بررسی خروجی‌ها، نتیجه گیری و ارائه پیشنهاد…………………………. 108

8-1 مقایسه و بررسی نتایج عددی و آزمایشگاهی………………………………….. 109

8-2 مقایسه و بررسی نتایج عددی اتصال با توجه به منحنی‌های نیرو-تغییر مکان…. 110

8-3 منحني لنگر-دوران سازه‌های صلیب شکل……………………………………. 115

8-4 محاسبه صلبت اتصال با توجه به نمودارهای لنگر-دوران………………………. 116

8-5 نتیجه گیری………………………………………………………………….. 117

8-4 پیشنهادات جهت ارائه تحقیق………………………………………………… 119

1 فصل اول

مقدمه

1-1        کلیات و هدف مطالعه

صنعتي سازي و كاربرد سازه‌هاي بتن آرمه پيش‌ساخته و نیمه پیش‌ساخته، و برخورداري از مزاياي آن سال‌های متمادی است که در کشورهای پیشرفته مورد توجه قرار گرفته و در سال‌هاي اخير به این موضوع در كشورمان نیز توجه شده است. پیش‌ساختگی، اعضای سازه‌ای با کیفیت بالا، کارآمدی بیشتر، صرفه جویی در وقت و هزینه کمتر را به همراه داشته است. از مزیت های این سازه‌ها ایجاد یک روند مستمر تولید با هدایت و نظارت متخصصین می باشد. در این روند، مکانیزه کردن، سرعت بخشیدن، اقتصادی نمودن و کنترل کیفیت فرآورده‌ها، همچنین بهبود شرایط کار و به حداقل رسانیدن آثار جوی هنگام تولید مد نظر می‌باشند[1].

اغلب سيستم‌هاي پیش‌ساخته موجود در دنيا از نوع اتصال غيرگيردار با جزئيات ظريف هستند كه توليد و نصب آن دشوار بوده و معمولاً براي كشورمان مناسب نيستند. در ايران كه در اکثر مناطق، خطر لرزه‌خيزي زیاد تا خیلی زياد است، سیستم های نیمه گیردار در قاب خمشی پیش ساخته ممکن است جوابگو نباشد و به سيستمي نياز باشد كه قادر به مقابله با نيروهاي مؤثر جانبي باشد. با وجود مزایای مختلف سازه های پیش‌ساخته، در نتیجه وجود پاره‌ای از مسائل که به طور حل نشده‌ باقی مانده‌اند، صنعت پیش‌ساختگی به پتانسیل کامل خود نرسیده است. این مشکلات بیشتر برخاسته از نوع اتصالات ساختمان‌های پیش‌ساخته است[2].

تحقيق حاضر سعی در معرفی و  بررسي رفتار یک نوع اتصال  صلب نیمه پيش ساخته تير به ستون در ساختمان‌های بتنی با سیستم قاب خمشی دارد، که توسط کارشناسان شرکت ایران فریمکو طرح اولیه آن داده شده است. لازم به توضیح است که رفتار اين نوع اتصال در آيين نامه‌هاي موجود در کشور، همچون آیین نامه بتن ایران[3] یا مبحث نهم مقررات ملی ساختمان[4] بررسی نشده است. همچنین این موضوع نیز باید مورد توجه قرار گیرد که مطابق آیین نامه داخلی برای سیستم‌های پیش ساخته خطی(دارای تیر و ستون) اتصالات در تحلیل سازه با فرض مفصلی بودن در برابر بارهای جانبی و با قبول مدل واقعی سختی در عملکردهای دیگر سازه وارد محاسبه شوند. اتصالاتی که صلب فرض شوند، باید درجا بتن ریزی شوند یا کاملا با جزییات اتصال قاب درجا بتن‌ریزی شده، مشابه باشند. در غیر اینصورت باید مقاومت خمشی و سختی آن‌ها در نامناسب‌ترین شرایط توسط آزمایش‌های دقیق ثابت شده باشند. در این آزمایش‌ها بخصوص باید اثر بارهای نوسانی و تغییرات داخلی سازه بر اثر جمع شدگی بتن و تغییرات دما تعیین گردند[1].

در این تحقیق، علاوه بر عملكرد لرزه‌اي مناسب این نوع اتصال صلب نيمه ‌پيش‌ساخته، به سهولت در اجراي آن با توجه به امكانات اجرايي و توانايي‌هاي موجود دركشور نیز توجه شده است، زيرا هر يك از دو سيستم قاب خمشي و ترکیب قاب خمشی و ديوار برشي درجاریز دچار محدوديت‌هايي مي‌باشند. به دلیل امن‌تر بودن سازه‌های با درجات نامعینی بالا، اقدام به طرح و بررسی فنی و اجرایی سیستم قاب خمشی تنها بصورت نیمه پیش ساخته شده‌است. مزیت دیگر قاب خمشی تنها به جای سیستم ترکیبی قاب خمشی و دیوار برشی درجا، در مواقعی است که نتوان دیوار برشی درجا را اجرا نمود،  همانند محل بازشوها و زمان‌هایی که بحث اندرکنش بین قاب و دیوار مطرح می‌شود. از ديگر مزاياي عمده این روش جديد امكان استفاده از آن در انبوه سازي و سريع سازي ساختمان‌ها مي‌باشد. خصوصاً در كشور ما كه بخش عظيمي از ساختمان‌ها فاقد سيستم مقاوم خوبي در برابر زلزله هستند استفاده از اين روش يك سازه امن و صحيح با مقاومت بالا را حاصل مي‌كند.

1-2        اهمیت موضوع یا ارزشیابی

با وجود لرزه خیزی شدید اغلب مناطق پرجمعیت کشور و آسیب پذیری ساختمان‌های موجود در برابر زلزله، بر اساس تجربیات بدست آمده از زلزله‌های اخیر همانند زلزله منجیل، بم و همچنین زلزله های روی داده در ورزقان و خراسان شمالی، متأسفانه تاکنون توجه کافی در کشور به ساخت و ساز صحیح و اصولی صورت نگرفته است. این در حالی است که مطابق با پیشرفت‌های سال‌های اخیر جهان در امر مهندسی زلزله به ویژه پس از زلزله‌های نورثریج (آمریکا) و کوبه (ژاپن)، احداث بناهای مقاوم در برابر زلزله چندان دور از دسترس نیست. همچنان که در زلزله شدیدی همچون زلزله نورثریج در کشور آمریکا حتی یک ساختمان فولادی نیز دچار فروپاشی نشده است و تمام خرابی‌ها به صورت موضعی بوده‌اند[5].

عملکرد ضعیف ساختمان‌های موجود در کشور بالاخص سازه‌های بتنی، عمدتاً به دو دلیل علمی و فنی زیر است:

1- عدم توجه کافی به مرحله طراحی ساختمان و به خصوص پیشرفت‌های روز دنیا در زمینه صنعتی سازی و نیز مقاوم سازی‌های موجود در مقابل زلزله.

2- عدم وجود دانش فنی نزد عوامل مرتبط با امور ساخت و ساز و نیز سهل انگاری دستگاه نظارت و مهندسین ناظر.

در طراحی ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله انتظار می‌رود که سازه قادر به تحمل تغییر شکل‌های بزرگ و متناوب غیر ارتجاعی[1] در طول یک زلزله شدید باشد. رفتار چرخه‌ای غیر ارتجاعی یک سازه مقاوم در برابر زلزله، توسط حلقه های هیسترزیس[2] کامل و پایدار دارای شکل پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی لازم جهت مقاومت در برابر زلزله تعریف می‌شوند[6]. برای رسیدن به این مطلوب، باید سازه‌هایی که در نواحی لرزه خیز طراحی می‌شوند دو معیار اصلی را ارضا کنند. آن‌ها باید دارای سختی[3] کافی باشند تا بتوانند تغییر مکان جانبی سازه را کنترل کرده و از خرابی های سازه‌ای و غیر سازه‌ای در طول یک زلزله متوسط جلوگیری کنند. از طرف دیگر تحت اثر لرزش‌های شدید سازه‌ها باید از مقاومت و شکل پذیری کافی برخوردار باشند تا فروپاشی به وقوع نپیوندد و سازه قادر به استهلاک انرژی زیادی باشد. در چنین شرایطی خرابي‌هاي غير سازه‌اي و تا حدودي خرابي‌هاي سازه‌اي قابل قبول مي‌باشد. به عبارت ديگر سازه‌هاي مقاوم در برابر زلزله بايد انرژي لرزه‌اي را به گونه‌اي مستهلك سازند كه سختي و مقاومت سازه به اندازه كافي محفوظ بماند تا نيروهاي جانبي بتوانند به پي سازه منتقل شوند. در سازه‌هاي بتني درجا ريز دو سيستم مقاوم در برابر زلزله پيشينه زيادي دارند و در سطح وسيعي مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه شامل سيستم قاب خمشي و سيستم قاب خمشي همراه با ديوار برشي میشوند.

قاب‌های خمشي كه داراي ظرفيت استهلاك انرژي بالايي به واسطه تشكيل مفاصل پلاستيك[4] در انتهاي تيرها هستند اغلب بسيار انعطاف پذير بوده و محدود كردن تغيير مكان جانبي در اين سيستم به خصوص در مورد سازه‌هاي بلند مرتبه معضل اصلي طراحان مي‌باشد[7]. از آنجا كه اتصال گيردار تير به ستون نقش اصلي را در رفتار لرزه‌اي قاب خمشي به عهده دارد، كسب اطمينان از كيفيت و توانايي آن‌ها بسيار حائز اهميت است. در كشور ما متاسفانه نحوه اجرا و كنترل كيفيت سازه‌ها چندان مطلوب نيست. به عنوان مثال به دفعات مشاهده مي‌شود كه در حد فاصله سقف، خاموتي در چشمه اتصال ستون قرار گرفته نشده است و يا خاموت‌هاي قرار داده شده در تيرها فاصله زيادي از هم دارند، بتن ريخته شده كيفيت مناسبي نداشته و يا به علت مشكلات جوي بتن ريخته شده عمل آوري مناسبي را نداشته و به مقاومت مطلوب دست پيدا نكرده است.

بنابراين در دهه اخير مطالعات زياد و سازمان يافته‌اي در مورد سازه‌هاي پيش ساخته صورت گرفته است تا هم بتوان مقاومت بسيار مناسبي را از بتن ساخته شده كسب كرده و هم رفتار مناسب لرزه‌اي را در سازه به وجود آورد كه متاسفانه دانش عمومي مهندسان طراح دركشورمان نسبت به اين پيشرفت‌ها ناچيز مي‌باشد، که اهمیت تحقیق و مطالعه در این زمینه را دوچندان می نماید.

1-3        تاریخچه کارها و تحقیقات قبلی

در سال 1986، Seckin و همکاران به بررسی ضعف و قوت سازه های پیش ساخته بتنی از لحاظ کفایت سازه ای پرداختند. برای این کار، یک ساختمان پنج طبقه به دو صورت قاب خمشی بتن درجا و قاب خمشی پیش ساخته مدلسازی کرده و تحت ترکیب بارهای متداول تحلیل نمودند. بر اساس نتایج بدست آمده سیستم قاب خمشی پیش ساخته از لحاظ رفتار سازه ای از قبیل میزان جذب انرژی، شکل پذیری، میرایی و مقاومت و همچنین میزان مصالح مصرفی در اسکلت ساختمان، قابل رقابت با سیستم یکپارچه بتن درجا بوده، ولی تأمین گیرایی کامل در اتصالات سازه‌های پیش ساخته بزرگترین مشکل آن ها می باشد[8].

 در سال 1997، J.F.Anderson و R.G.Dolan از دانشگاه شیکاگو به بررسی رفتار چندین نوع از اتصالات صلب در سازه های پیش ساخته بتنی برای مقایسه با رفتار اتصالات صلب در سازه های درجا ریز پرداختند. آن ها طی یک برنامه تحقیقاتی پر هزینه توسط انجمن بتن پیش ساخته و بتن پیش تنیده امریکا[5]، هشت اتصال صلب تیر به ستون پیشنهادی در دانشگاه واشنگتن را مورد مطالعه و بررسی قرار دادند. در این برنامه تحقیقاتی، اتصال ها به صورت صلیب شکل آزمایش شده، و منحنی های هیسترزیس آن ها بدست آمد. در نهایت اتصالات صلب مورد بررسی نشان می‌دادند که این اتصالات از نظر رفتار سازه ای در مناطق با لرزه خیزی بالا به خوبی می تواند انرژی ناشی از حرکت زمین را مستهلک نمایند[9].

در سال 2005، Elliott K. S. Butterworth و Heinemann به بررسی رفتار اتصالات معرفی شده تیر-ستون با استفاده از بارگذاری چرخه ای و بدست آوردن منحنی های هیسترزیس پرداختند. خرابی سازه های پیش ساخته در زلزله های گذشته نشان داده بود که اتصالات در این نوع سازه ها یکی از بحرانی ترین نقاط بوده و نیازمند دقت در طراحی و اجرا می‌باشد. در نهایت چند اتصال شکل پذیر تیر-ستون مقاوم لرزه ای ارائه شده‌اند[10].

در سال 2007، Roggers و همکارانش در دانشگاه کانتربوری به بررسی عددی نوع خاصی از اتصال پیش ساخته بتنی تیر به ستون پرداختند. هدف بررسی عددی یک نوع اتصال تیر به ستون بتنی پیش‌ساخته که رفتاری بسیار مشابه با اتصال بتنی درجاریز دارد، می باشد. در این راستا با استفاده از روش‌های اجزاء محدود و مدلسازی کامپیوتری با نرم افزار Abaqus به تحلیل غیر خطی این نوع اتصال پرداخته شده و رفتار آن با اتصال بتنی یکپارچه مشابه مقایسه گردید. در نهایت این موضوع نتیجه گیری شد که اتصالات بتنی پیش ساخته در صورت داشتن طراحی مناسب و رعایت نکات اجرایی می توانند دارای مقاومت، شکل‌پذیری و جذب انرژی مشابه اتصال بتنی یکپارچه باشند. نتایج تحلیل بر روی دو نمونه اتصال پیش ساخته و درجا در دو حالت وجود نیروهای فشاری و کششی بر روی ستون حاکی از آن است که این دو نوع اتصال به صورت مشابه عمل می کنند و تنها مقاومت نهایی اتصال درجا[6] کمی بیشتر از اتصال پیش ساخته است[11].

این پایان­نامه در هشت فصل تنظیم شده که به ترتیب زیر می باشند:

بعد از ارائه فصل اول در فصل دوم، ابتدا به بررسی تاریخچه و روش طراحی سازه‌ها و عملکرد قاب های خمشی پرداخته شده است. پس از آن مفاصل پلاستیک در این نوع قاب ها بررسی شده است. سپس، سیستم سازه و اتصال طرح شده و چگونگی اجرای آن معرفی شده است. در پایان، مزیت ها و معایب سیستم نیمه پیش ساخته بتنی نسبت به سایر سیستم های سازه ای برشمرده خواهد شد.

در فصل سوم، ابتدا به نحوه بررسی عملکرد یک اتصال پرداخته شده است. برای این بررسی نیاز به روش‌های مختلف جهت محاسبه سختی و استهلاک انرژی می‌باشد، که از جمله روش‌های بررسی استهلاک انرژی نمودارهای هیسترزیس، لنگر-دوران و محاسبه عدد صلبیت بررسی می‌شود. در آخر نیز نتایج آزمایش انجام شده توسط کارشناسان ایران فریمکو بر روی اتصال صلیب‌شکل نمونه بررسی شده است.

در فصل چهارم با مدل سازی و تحلیل سه ساختمان در نرم افزارEtabs ، ابعاد اولیه مقاطع و بارهای وارده بر آن ها بدست آورده شده است.

در فصل پنجم سازه صلیب شکل را مدلسازی شده و طرح های اولیه آن در نرم افزار  AutoCADترسیم گشته، و پس از آن شرایط بارگذاری به صورت رفت و برگشتی بر روی سازه صلیب شکل مورد نظر  مورد بررسی قرار گرفته است.

در فصل ششم  ابتدا مطالعات عددي سه بعدي بر روي نمونه صليب طرح شده انجام گرفته و سازه صلیب شکل به صورت سه بعدی در نرم افزار Abaqus مدلسازی و تحت بارهای رفت و برگشتی قرار گرفته است. در نهایت رفتار اتصال در میزان استهلاک انرژی با قطعات مختلف، بر اساس خروجی‌های نرم‌افزار مطالعه و بررسی شده است.

در فصل هفتم ابتدا سعی شده بر اساس مطالعات مختلف به ترسیم قطعه جدید اتصال پرداخته و  بار دیگر به مدلسازی سه بعدی سازه صلیب شکل با تعویض قطعه اتصال در نرم افزار Abaqus پرداخته شده است. سپس، خروجی های و منحنی های لازم بدست آورده شده، و رفتار اتصال در میزان استهلاک انرژی با قطعات جدید توسط منحنی های هیسترزیس، منحنی‌های لنگر-دوران و روابط صلبیت مورد بررسی قرار گرفته است.

 در فصل هشتم نيز نتایج عددی به دست آمده از تحلیل های غیر خطی اتصال مورد نظر، جمع‌بندی و مورد بحث قرار گرفته است.

2 فصل دوم

معرفی تحقیق و اتصال

2-1        روش های طراحی سازه ها در برابر زمین لرزه

در ارزیابی آسیب پذیري سازه هاي بتنی نحوه برخورد مناسب با پدیده زلزله و پیش بینی صحیح و دقیق اثرات آن برسازه از اهمیت بسزایی برخوردارمی باشد. با رخ دادن زلزله هاي بزرگ و مخرب در چند دهه اخیر و همچنین توسعه روش هاي مطالعاتی و امکانات آزمایشگاهی ثابت شده است که افزایش مقاومت سازه به عنوان تک پارامتر طراحی در روش سنتی نمی تواند به تنهایی ایمنی کافی را تأمین نموده و یا خسارت سازه اي را کاهش دهد[12].

امروزه یکی از پارامترهایی که در نگرش نوین پژوهشگران به رفتار سازه ها مدنظر قرار گرفته، مفهوم انرژي در سازه ها می باشد. برای بررسی عملکرد سازه بر اساس انرژی روش‌های مختلفی توسط محققان مختلفی در طول سالیان گذشته پیشنهاد شده که در ادامه به آنان پرداخته می‌شود.

درسال 1984، Park, Y. J و Ang, A, Wen, با استفاده از رابطه معروف شاخص خسارت پارك- انگر[7]، روشي در جهت طراحي سازه‌ها ارائه داد. در اين روش عمده ترين پارامترهاي اوليه طرح، برش پايه و شاخص شدت زمين لرزه است كه بر اساس آن شكل پذيري[8] سازه بدست مي‌آيد [13].

در سال 1985، Akiyama H در كتاب خود روشي را براي طراحي ساز‌ه‌ها ارائه كرده است كه مبتنی بر طيف انرژي ورودي (از طریق طيف سرعت معادل) و توزيع بهينه خسارت در كل سازه است[14].

 در سال 1992،Krawinkler H و  Nassar A.A، طراحي لرزه‌اي بر پايه شكل پذيري و خسارت تجمعي را مد نظر قرار دادند. در اين روش با فرض سطح قابل قبول از خسارات شكل پذيري متناظر با آن بدست مي‌آيد و سپس مقاومت لازم براي محدود كردن شكل پذيري خواسته به ظرفيت موجود محاسبه مي‌شود. اين شيوه نگرشي كلي به رفتار سازه دارد[15].

فهرست منابع و مراجع

]1[ آیین نامه طرح و محاسبه سازه های بتنی پیش‌ساخته(نشریه شماره 388)، سازمان مدیریت و نظارت راهبردی ریاست جمهوری، 1386.

]2[ مدح خوان، مرتضی و آهوقلندری، سید نیرم ؛ تعیین ضریب رفتار قاب خمشی پیش‌ساخته با اتصالات نیمه صلب؛ سومین کنفرانس ملی سالیانه بتن؛ تهران، (1390).

]3[ آیین نامه بتن ایران (آبا)، سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، گزارش شماره 120، 1384.

]4[ دفتر امور مقررات ملی ساختمان وزارت مسکن و شهرسازی، “مبحث نهم مقررات ملی ساختمان- طرح و اجرای ساختمان‌های بتنی”، چاپ چهارم، 1385.

]5[ نافيان ، وحيد ،” مطالعه عددي ضريب رفتار نوع خاصي از اتصال بتني نيمه پيش ساخته تير-ستون” پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه بوعلي سينا ، دانشکده فنی مهندسی.

[6] Hasan Husnu Korkmaza and Tugrul Tankutb, (2005), “Performance of a precast concrete beam-to-beam connection subject to reversed cyclic loading.” Journal of Structures Engineering, 27, 1392-1407

]7[میری، محمود و حداد، امین؛ “بررسي شكل پذيري و رفتار چشمه اتصال در اتصال پيشنهاد شده توسط استاندارد ۲۸۰۰” ؛ انجمن سازه‌های فولادی ایران.

[8] Seckin, A. M. and Elnashai, A. S. (1986), “Calibration of Force Reduction Factors of RC Buildings”, Journal of Earthquake Engineering, 6(2), 239-273.

[9] Dolan, R. G. and Anderson, J. F. (1997), “Establishing R (or ) and  Factors for Building Seismic Provisions.”, ASCE, 117(1), 19-28.

[10] Elliot, K. S. and Heinman, D. F. (2005), “Seismic Design of Precast Concrete.”, ASCE, 117(1), 19-28.

[11] Roggers, W. B. (2007), “Seismic Design of Precast Connection.”, ASCE, 117(1), 19-28.

]12[ نیکو ، مهدي ، مفید ، مسعود ، بخشیانی ، عباس ، زرفام ، پنام ،” ارزیابی آسیب پذیري ساختمان‌هاي بتن مسلح بر اساس شاخص خسارت مبتنی بر انرژي” پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول ، دانشکده فنی مهندسی.

 [13] Park, Y. J, Ang, A, Wen, Y.K, “Seismic damage analysis and damage- Limiting design of reinforced concrete building”, University of Urbana- Champaign. 1984.

 [14] Akiyama H., “Earthquake Resistant Limit-State Design for Buildings”, University of Tokyo, 1985.

 [15] Krawinkler H., Nassar A.A., “Seismic Design based on Ductility and Cumulative Damage Demands and Capacities”, Nonlinear Seismic Analysis and Design Reinforced Concrete Buildings, Edited by: Fajfar P., Krawinkler H., Elsevier Applied Science, 1992.

[16] Shen, J., Akbas, B., “Energy approach in performance based earthquake resistant design (PB-EQRD)” 12thEuropean Conference on Earthquake Engineering,2000.

[10] ATC, (1995), Structural Response Modification Factors, ATC-19 Report, Applied Technology Council, Redwood City, California.

[11] ATC, (1995), A Critical Review of Current Approaches to Earthquake-Resistant Design, ATC-34 Report, Applied Technology Council, Redwood City, California.

 [17] Mahini, S.S. and Ronagh, H.R., (2007) “A New Method for Improving Ductility in Existing RC Ordinary Moment Resisting Frames Using FRPs,” Asian Journal of Civil Engineering (Building and Housing), Vol.8, No. 6, pp. 581-595.

]18[  واكاباياشي، م.، ( 1374 ) “ساختمان‌هاي مقاوم در برابر زلزله” سعادتپور، م. م.، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه صنعتي اصفهان، اصفهان.

[19] Said, A. M. and Nehdi, M. L., (2004) “Use of FRP for RC Frames in Seismic Zones: Part I. Evaluation of FRP Beam-column Joint Rehabilitation Techniques,” Applied Composite Materials 11, pp. 205-226.

[20] Zou, X.K., Teng, J.G., De Lorenzis, L. and Xi, S.H., (2007) “Optimal Performance- based Design of FRP Jackets for Seismic Retrofit of Reinforced Concrete Frames,” Composites: Part B, 38, pp. 584-597.

 [21] Mukherjee, A. and Joshi, M., (2005) “FRPC Reinforced Concrete Beam-column Joints under Cyclic Excitation,” composite structures, 70, pp. 185-199.

[22] Prota, A., Nanni, A., Manfredi, G. and Cosenza, E., (2004), “Selective Upgrade of Underdesigned Reinforced Concrete Beam-column Joints Using Carbon Fiber-Reinforced Polymers, ” ACI Structural Journal, V. 101, No. 5.

 [23] Paulay, T. and Priestley, M.J.N., (1992), “Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings,” John Wiley and Sons, INC.

[24] ACI-ASCE Committee 352, (1985) “Recommendations for Design of Beam-Column Joints in Monolithic Reinforced Concrete Structures,” ACI Journal, No. 3, 82, pp. 266-283.

[25] AS3600., (2001) “Concrete Structures.” Standards Australia.

[26] PCI Design Handbook, Precast And Prestressed Concrete , 6TH Edition, 2004.

]27[خطيبي، جاويد و طاهري ريز، امیر؛ “معرفي اتصال پيش ساخته تير-ستون ايران فريمكو” ؛كنفرانس سالانه انجمن بتن ایران؛ تهران، (1391).

]28[  تنكابني، محمد، ( 1390 ) “بررسي سيستم هاي مختلف سازه اي هنگام زمين‌لرزه و نقاط ضعف و قوت آن‌ها”، چاپ اول، انتشارات حق طلب.

[29] Fuka, M. A. and Mendez, P. J. (1998), “Damping Energy in Design of Steel Structures.” Canadian Journal of Civil Engineering, 25, 1-15.

[30] Brown, N. (1994), “Methods For Design Structure with Dampers,” John Wiley, INC.

  [31] Rahgozar, M. A. and Humar, J. L. (1998), “Accounting for Overstrength in Seismic Design of Steel Structures.” Canadian Journal of Civil Engineering, 25, 1-15.

[32] BSSC (1997), NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures, 1997 Edition, Part 1: Provisions, FEMA 302, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.

[33] BSSC (2001), NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures, 2000 Edition, Part 1: Provisions, FEMA 368, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.

[34] Bertero, R. D. and Bertero, V. V. (1998), “Redundancy in Earthquake-Resistant Design: How to Define It and Quantify Its Effects.” Proceedings of the  U.S. National Conference on Earthquake Engineering, CD.

[31] Bertero, R. D. and Bertero, V. V. (1999), “Redundancy in Earthquake-Resistant Design.” Journal of Structural Engineering, ASCE, 125 (1), 81-88.

[33] Moses, F. (1974) “Reliability of Structural Systems.” Journal of the Structural Division, ASCE, 100(ST9), 1813-1820.

[34] Tasnimi, A. A. and Mahmoudi, M. (1998), “Perdiction of Overstrength of Reinforced Concrete Moment Resisiting Frames, Using Non-Linear Inelastic Analysis.” Proceedings of the  European Conference on Earthquake Engineering, Balkema, Rotterdam, CD.

[35] Uang, C. M. (1992), “Seismic Force Reduction and Displacement Amplification Factors.”, Proceedings of the  World Conference on Earthquake Engineering, Balkeema, Rotterdam, 5875-5880.

[36] Roberto, S. D. (2003), “Analyses with Hysteresis Diagram in Earthquake.” Journal of Structural Engineering, ASCE, 136 (2), 95-124.

]37[ دفتر امور مقررات ملی ساختمان وزارت مسکن و شهرسازی، ” مبحث ششم مقررات ملی ساختمان- بارهای وارد بر ساختمان”، چاپ هفتم، 1385.

 ]38[ آيين نامه طراحي ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد 2800 ايران)، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، ويرايش 3، 1384.

 [39] FEMA-461, Federal Emergency Management Agency, 2007.

[40] Alex, B. D. (2009), “Learning Finite Element Analysis with Abaqus.” francopkobia, INC.

Bu-Ali Sina University

Graduate Studies ThesisDissertation Information

Title:

Numerical study of the behavior of a particular type of semi-precast concrete beam to column connection

 

Author: …………………..
Supervisor(s): Fereydun Rezaee (Ph. D)
Advisor(s): Morteza Madhkhan (Ph. D)
Faculty: Engineering
Department: Civil Engineering
Degree: Master of Sciense Field: Structure Engineering Subject: Civil Engineering
Number of Pages: 122 Defence Date: 23/10/2013 Approval Date: 12/12/2011
 

Abstract:

              One of the main problems in precast and semi-precast concrete buildings is providing the rigidity and fixity of the joints in these structures.In this study it is trying a new approach to implement this type of moment frame buildings with high rigidity of fixed and found it fitting. To achieve this goal should be the best and most appropriate methods and components in the circuit resistance and the fixed chose to also provide the executive plausible. Engineers do it with the help of Iran, based on the recommendations Frameco book Prestressed Concrete Association of America built the system and connection type is defined, then this connection modeling software finite element analysis, optimization of performance were investigated and finally connection piece has been investigated. First, the modeling of three buildings constructed with different plans and the moment frame system software ETABS, after analyzing the data structure of a typical beam connections – column is obtained. The modeling and analysis of beam-to-column connections of the cross on the software ABAQUS, this behavior has been studied in connection. To investigate the behavior of the energy dissipation rate and the fitting curves and hysteresis cycle model used by changing various components and connection details have to be repeated to achieve the most optimal connection piece can be found. The seismic tests on circuit optimization, analytical results demonstrate the existence of a hysteresis curve has a good performance, but the rigidity index, in this connection, as the connection known quasi-fixity of complete rigidity in order to implement moment frame precast without not shear walls.

Key Words: precast connection, semi precast connection, damping energy, rigid structure, hysteresis diagram

BUAli Sina University

 

Faculty of  Engineering                  

Department of Civil Engineering              

 

Thesis submitted for Master of Science in Structural Civil Engineering                          

 

Title

 

Numerical study of the behavior of a particular type of

semi-precast concrete beam to column connection

 

Supervisor:

Fereydun Rezaee (Ph. D)

Advisor:

Morteza Madhkhan (Ph. D)

By:

……………………….

 

September, 11, 2013

[1] Plastic

[2] Hysteresis Loops

[3] Regidity

[4] Plastic Hinge

[5] PCI

[6] Cast in Place

[7] Park-Anger

[8] Ductility

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “مطالعه عددی رفتار نوع خاصي از اتصال بتني نيمه پيش ساخته تير- ستون”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

17 − = 13