چکیده
در هنگام زلزله ساختمانهایی که نزدیک هم قرار دارند به علت تفاوت در خصوصیات دینامیکی پاسخهای متفاوتی از خود نشان می دهند و ارتعاش مشابه و هماهنگ نخواهند داشت و در نتیجه احتمال برخورد و انهدام در اثر ضربه برای این ساختمانها وجود دارد.
این پدیده برای اولین بار پس از زلزله سال ۱۹۸۵ مکزیکوسیتی مورد ارزیابی قرار گرفته و به عنوان یکی از عوامل تاثیر گذار بر میزان شدت خرابی های ناشی از نیروی زلزله در نظر گرفته شد. از مهمترین راهکارهای ارائه شده در زمینه کاهش نیروی تنه ای می توان به تعبیه درز انقطاع کافی بین دو ساختمان مجاور هم، اشاره کرد. در این تحقیق فاصله مورد نیاز بین سازه های با سیستم قاب خمشی فولادی با تحلیل غیر خطی به روش ارتعاشات پیشا محاسبه شده و اثر پارامتر ها ی دینامیکی (زمان تناوب، میرایی، جرم) روی این فاصله بررسی میگردد. همچنین رابطه ای برای محاسبه درز انقطاع مدلهای سازه ای مورد نظر پیشنهاد شده و نتایج حاصل از این رابطه با روابط آیین نامه های IBC2006 و استاندارد ۲۸۰۰ ایران مقایسه شده است.
نتایج نشان می دهند که با نزدیک شدن زمان تناوب دو سازه و همچنین افزایش میرایی، فاصله بین سازه ها کاهش می یابد. همچنین درز انقطاع محاسباتی بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ ایران برای سازه های تا ۷ طبقه، کمتر و برای سازه های بیشتر از ۷ طبقه، بیشتر ازمقدار بدست امده بر اساس آیین نامه IBC2006 و روش استفاده شده در این تحقیق می باشد.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل ۱ معرفی درز انقطاع و پارامترهای موثر بر آن
۱-۱ مقدمه
۱-۲ نیروی تنه ای و اهمیت آن
فصل۲ مروری بر تحقیقات انجام شده
۲-۱ سوابق تحقیق
۲-۱-۱ Anagnostopouls ۱۹۸۸
۲-۱-۲ Westermo ۱۹۸۹
۲-۱-۳ Anagnostopouls ۱۹۹۱
۲-۱-۳-۱ تاثیر مقاومت سازه¬ای
۲-۱-۳-۲ تاثیر میرایی اعضاء
۲-۱-۳-۳ تاثیر بزرگی جرم سازه
۲-۱-۳-۴ خلاصه نتایج
۲-۲-۴ Maision,kasai,Jeng 1992
2-1-5 Jeng,Hsiang,Lin ۱۹۹۷
۲ -۱-۶ Lin و Weng 2001
2-1-7 Biego Lopez Garcia 2005
2-1-7-1 مدل خطی
۲-۱-۷-۲ مدل غیر خطی
۲-۱-۸ فرزانه حامدی ۱۳۷۴
۲-۱-۹ حسن شفائی ۱۳۸۵
۲-۱-۱۰ نوید سیاه پلو ۱۳۸۷
۲-۲ روشهای آیین نامه ای
۲-۲-۱ آیین نامه IBC 2006
2-2-2 آیین نامه طراحی ساختمان¬ها در برابر زلزله (استاندارد۲۸۰۰)
فصل ۳ معرفی تئوری ارتعاشات پیشا
۳-۱ فرایند ها و متغیر های پیشا
۳-۲ تعریف متغیر پیشای X
3-3 تابع چگالی احتمال
۳-۴ امید های آماری فرایند راندم (پیشا)
۳-۴-۱ امید آماری مرتبه اول (میانگین) و دوم
۳-۵-۲ واریانس و انحراف معیار فرایندهای راندم
۳-۵ فرایندهای مانا و ارگادیک
۳-۵-۱ فرایند مانا
۳-۵-۲ فرایند ارگادیک
۳-۶ همبستگی فرایندهای پیشا
۳-۷ تابع خود همبستگی
۳-۸ چگالی طیفی
۳-۹ فرایند راندم باد باریک و باند پهن
۳-۱۰ انتقال ارتعاشات راندم
۳-۱۰-۱ میانگین پاسخ
۳-۱۰-۲ تابع خود همبستگی پاسخ
¬¬¬¬¬ ۳-۱۰-۳ تابع چگالی طیفی
۳-۱۰-۴ جذر میانگین مربع پاسخ
۳-۱۱ روشDavenport
فصل ۴ مدلسازی و نتایج تحلیل دینامیکی غیر خطی
۴-۱ مقدمه
۴-۲ روش¬های مدل¬سازی رفتار غیرخطی
۴-۳ آنالیز غیرخطی قاب های خمشی
۴-۴ مشخصات مدل¬های مورد بررسی
۴-۴-۱ طراحی مدل¬ها
۴-۴-۲ مدل تحلیلی
۴-۴-۳ مشخصات مصالح
۴-۴-۴ مدل¬سازی تیر ها و ستون¬ها
۴-۴-۵ بارگذاری
۴-۵ روش آنالیز
۴- ۵-۱ معرفی روش آنالیز تاریخچه پاسخ
۴-۵-۱-۱ انتخاب شتاب نگاشت¬ها
۴-۵-۱-۲ مقیاس کردن شتاب نگاشت¬ها
۴-۵-۱-۳ استهلاک رایلی
۴-۵-۱-۴ روش نیوتن¬ _ رافسون
۴-۵-۱-۵ همگرایی
۴-۵-۱-۶ محاسبه پاسخ سازه ها
۴-۶ محاسبه درز انقطاع
۴-۷ تاثیر زمان تناوب دو سازه
۴-۸ تاثیر میرایی
۴-۹ تاثیر تعداد دهانه های قاب خمشی
۴-۱۰ تاثیر جرم سازه¬ها
فصل ۵ روش پیشنهادی برای محاسبه درز انقطاع
۵-۱ مقدمه
۵-۲ روش محاسبه جابجایی خمیری سازه ها
۵-۲-۱ تحلیل دینامیکی طیفی
۵-۲-۱-۱ معرفی طیف بازتاب مورد استفاده در تحلیل
۵-۲-۱-۲- بارگذاری طیفی
۵-۲-۱-۳- اصلاح مقادیر بازتابها
۵-۲-۱-۴ نتایج تحلیل طیفی
۵-۲-۲ آنالیز استاتیکی غیر خطی
۵-۲-۲-۱ محاسبه ضریب اضافه مقاومت
۵-۲-۲-۲ محاسبه ضریب شکل پذیری ( )
۵-۲-۲-۳ محاسبه ضریب کاهش مقاومت در اثر شکل پذیری
۵-۲-۲-۴ محاسبه ضریب رفتار
۵-۲-۳ محاسبه تغییر مکان غیر الاستیک
۵-۲-۴ محاسبه ضریب
۵-۳ محاسبه درز انقطاع
۵-۴ محاسبه جابجایی خمیری بر حسب ضریب رفتار
فصل۶ مقایسه روش¬های آیین نامه ای
۶-۱ مقدمه
۶-۲ آیین نامه (IBC 2006)
6-3 استاندارد ۲۸۰۰ ایران
۶-۴ مقایسه نتایج آیین نامه ها با روش استفاده شده در این تحقیق
فصل۷ نتیجه گیری و پیشنهادات
۷-۱ جمع بندی و نتایج
۷-۲ روش پیشنهادی محاسبه درز انقطاع
۷-۳ 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 (۲-۱) زلزله های مورد استفاده در آنالیز اناگنوستوپولس ۹
جدول (۴-۱) مشخصات شتابنگاشتهای نزدیک به گسل مورد استفاده و ضرایب مورد استفاده ۵۴
جدول (۴-۲) درز انقطاع بین دو سازه شش طبقه و هشت طبقه با دهانه های متفاوت تحت زلزله های انتخابی ۸۲
جدول (۴-۳) درز انقطاع بین سازه ها با جرمهای متفاوت ۸۳
جدول (۵-۱) ضریب R و Cd برای سیستمهای مختلف سازه ای ۸۵
جدول (۵-۲) تغییر مکان بام سازه ها با استفاده از تحلیل دینامیکی طیفی ۸۹
جدول (۵-۳) محاسبه پارامتر های لرزه ای مدلهای سازه ای ۹۹
جدول (۵-۴) محاسبه جابجایی خمیری مدلهای سازه ای ۱۰۰
جدول (۵-۵) محاسبه ضریب α ۱۰۱
جدول (۵-۶) محاسبه ضریب β ۱۰۲
فهرست اشکال
عنوان شکل صفحه
شکل (۲-۱) مدل ایده آل¬سازی شده دو ساختمان همجوار آناگئوستوپولس۱۹۸۸ ۵
شکل (۲-۲) مدل تحلیلی وسترمو ۷
شکل (۲-۳) مدل آناکئوستوپولس ۸
شکل (۲-۴) مدل تحلیلی MDOF-جنق هاسینق لین ۱۲
شکل (۲-۵) نتایج حاصل از تحلیل مدل خطی برای دو نوع تحریک زلزله ۱۵
شکل (۲-۶) نتایج حاصل از تحلیل مدل غیرخطی برای دو نوع تحریک زلزله R1=2.5 R2=3 ۱۶
شکل (۲-۷) نتایج حاصل از تحلیل مدل غیرخطی برای دو نوع تحریک زلزلهR1=R2=3 ۱۶
شکل (۲-۸) مدل تحلیلی فرزانه حامدی، ساختمانهای یک درجه آزاد مجاور هم ۱۷
شکل (۲-۹) درز انقطاع بین ساختمان¬ها مطابق آیین نامه IBC 2006 ۲۲
شکل (۲-۱۰) درز انقطاع برای ساختمانهای با «اهمیت کم» و «متوسط» تا هشت طبقه ۲۴
شکل (۲-۱۱) حداقل درز انقطاع برای ساختمانهای با «خیلی زیاد» و «زیاد» و
ساختمانهای با «اهمیت کم» و «متوسط» بیشتر از هشت طبقه مطابق استاندارد
۲۸۰۰ ۲۴
شکل (۳-۱) نمونه مجموعای از فرایند های پیشا ۲۶
شکل (۳-۲) تابع چگالی احتمال نرمال با مقدار متوسط m و انحراف معیار
۲۸
شکل (۳-۳) تابع چگالی احتمال نرمال استاندارد و نرمال معمولی ۲۸
شکل (۳-۴) نمایش همبستگی دو فرایند X و Y در زمان و نمونه برداریهای مختلف ۳۰
شکل (۳-۵) نحوه محاسبه تابع خود همبستگی فرایندهای پیشا مانا ۳۱
شکل (۳-۶) نمایش مساحت زیر منحنی چگالی طیفی با میانگین مربعات X(t) ۳۲
شکل (۳-۷) نمایش منحنی تاریخجه زمانی و چگالی طیفی یک نمونه از فرایند باند باریک ۳۳
شکل (۳-۸) نمایش منحنی تاریخجه زمانی و چگالی طیفی یک نمونه از فرایند باند پهن ۳۴
شکل (۴-۱) مدلهای طراحی شده برای بررسی درز انقطاع ۴۵
شکل (۴-۲) منحنی تنش کرنش در برنامه opensees الف) برای مصالح غیر خطی (Steel01) ب) برای مصالح خطی ۴۹
شکل (۴-۳) شتاب نگاشتهای مورد استفاده در آنالیز دینامیکی غیر خطی ۵۲
شکل (۴-۴) مقیاس کردن طیف میانگین طیفهای پاسخ در آنالیز دینامیکی غیر خطی دو بعدی مطابق با روش NEHRP ۵۵
شکل (۴-۵) طیف طرح و طیف شتاب نگاشتهای مورد استفاده (مقیاس نشده) ۵۶
شکل (۴-۶) طیف طرح و طیف شتاب نگاشتهای مورد استفاده (مقیاس شده با دوره تناوب اصلی) ۵۶
شکل (۴-۷) استهلاک رایلی ۵۸
شکل (۴-۸) روش نیوتن_ رافسون ۵۹
شکل (۴-۹) روش نموی نیوتن_ رافسون
۶۰
عنوان شکل صفحه
شکل (۴-۱۱) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب دو طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی ۶۲
شکل (۴-۲۱) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب چهار طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی ۶۲
شکل (۴-۱۳) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب هشت طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی ۶۲
شکل (۴-۱۴) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب دوازده طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی ۶۳
شکل (۴-۱۵) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب شانزده طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی ۶۳
شکل (۴-۱۶) نمودار تاریخچه زمانی پاسخ تغییر مکان قاب هجده طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطی و غیر خطی متحرک ۶۳
شکل (۴-۱۷) سازه A دو طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی) ۶۶
شکل (۴-۱۸) سازه A چهار طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی) ۶۶
شکل (۴-۱۹) سازه A هشت طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی) ۶۷
شکل (۴-۲۰) سازه A دوازده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی) ۶۷
شکل (۴-۲۱) سازه A هجده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی) ۶۸
شکل (۴-۲۲) سازه A بیست طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطی) ۶۸
شکل (۴-۲۳) سازه A دو طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۶۹
شکل (۴-۲۴) سازه A چهار طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۶۹
شکل (۴-۲۵) سازه A شش طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۷۰
شکل (۴-۲۶) سازه A هشت طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۷۰
شکل (۴-۲۷) سازه A ده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۷۱
شکل (۴-۲۸) سازه A دوازده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۷۱
شکل (۴-۲۹) سازه A چهارده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۷۲
شکل (۴-۳۰) سازه A شانزده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۷۲
شکل (۴-۳۱) سازه A هجده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۷۳
شکل (۴-۳۲) سازه A هجده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غیر خطی) ۷۳
شکل (۴-۳۳) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A دو طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۴
شکل (۴-۳۴) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A چهار طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۴
شکل (۴-۳۵) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A هشت طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۵
شکل (۴-۳۶) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A دوازده طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۵
شکل (۴-۳۷) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A هجده طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۶
شکل (۴-۳۸) مقایسه رفتار خطی و غیر خطی، سازه A بیست طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۶
شکل (۴-۳۹) سازه A دو طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی) ۷۷
شکل (۴-۴۰) سازه A چهار طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی) ۷۸
عنوان شکل صفحه
شکل (۴-۴۱) سازه A شش طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی) ۷۸
شکل (۴-۴۲) سازه A هشت طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی) ۷۹
شکل (۴-۴۳) سازه A ده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی) ۷۹
شکل (۴-۴۴) سازه A دوازده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی) ۸۰
شکل (۴-۴۵) سازه A چهارده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی) ۸۰
شکل (۴-۴۶) سازه A شانزده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی) ۶۲
شکل (۴-۴۷) سازه A بیست طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثیر میرایی) ۸۱
شکل (۵-۱) رابطه جابجایی خمیری و ضریب رفتار ۸۶
شکل (۵-۲) طیف بازتاب طرح بر اساس استاندارد ایران۲۸۰۰ برای خاک نوع III و منطقه ای با خط لرزه خیزی زیاد ۸۸
شکل (۵-۲) حالات مختلف آنالیز غیر خطی استاتیکی ۹۱
شکل (۵-۳) توزیع بار جانبی در آنالیز استاتیکی غیر خطیدر حالت کنترل بار) ۹۱
شکل (۵-۴) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل دو طبقه ۹۲
شکل (۵-۵) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل چهار طبقه ۹۲
شکل (۵-۶) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل شش طبقه ۹۳
شکل (۵-۷) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل هشت طبقه ۹۳
شکل (۵-۸) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل ده طبقه ۹۴
شکل (۵-۹) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل دوازده طبقه ۹۴
شکل (۵-۱۰) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل چهارده طبقه ۹۵
شکل (۵-۱۱) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل شانزده طبقه ۹۵
شکل (۵-۱۲) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل هجده طبقه ۹۶
شکل (۵-۱۳) نمودار منحنی ظرفیت برای مدل بیست طبقه ۹۶
شکل (۵-۱۴) مدل رفتار غیر خطی سازه برای محاسبه شکل پذیری ۹۸
شکل (۶-۱) درز انقطاع محاسباتی به روش آیین نامه IBC ۱۰۴
شکل (۶-۲) درز انقطاع برای ساختمانهای با «اهمیت کم» و «متوسط» تا هشت طبقه ۱۰۵
شکل (۶-۳) حداقل درز انقطاع برای ساختمانهای با «خیلی زیاد» و «زیاد» و ساختمانهای با «اهمیت کم» و «متوسط» بیشتر از هشت طبقه ۱۰۶
شکل (۶-۴) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A چهار طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۷
شکل (۶-۵) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A شش طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۷
شکل (۶-۶) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A هشت طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۸
شکل (۶-۷) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A ده طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۸
شکل (۶-۸) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A دوازده طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۹
شکل (۶-۹) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A چهارده طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۹
شکل (۶-۱۰) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A شانزده طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۱۰
شکل (۶-۱۱) مقایسه نتایج آیین نامه ای قاب A هجده طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۱۰
مراجع:
۱- 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.