مقاله درباره نیروهای خارجی و بهره بردار

دانلود پایان نامه

برای یک زلزله مشخص و یک ضریب معین، مشکل اساسی محاسبه حداقل ظرفیت مقاومت جانبی است که باید در سازه به منظور جلوگیری از بوجود آمدن نیازهای شکل پذیری بزرگتر از ، تعیین گردد. در نتیجه محاسبه ، برای هر زمان تناوب و هر شکل پذیری هدف، شامل عملیاتی تکراری است. بدین صورت که، مقاومت جانبی تسلیم برای سیستم در نظر گرفته و سیستم تحلیل می‌شود، این کار، تا زمانی ادامه می‌یابد که ضریب شکل پذیری کلی محاسبه شده () با یک تلرانس مشخص، برابر ضریب شکل پذیری کلی هدف () گردد و آنگاه مقاومت جانبی متناظر با این ضریب شکل پذیری، نامیده می‌شود.


برای تعیین ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری، روش کار بدین صورت است که مقاومت جانبی ارتجاعی و غیر ارتجاعی که برای یک سیستم با زمان تناوب مشخص به دست آمده، این مقادیر به وزن سیستم، نرمال می‌شوند. این نیروها برای زمان‌های تناوب مختلف سازه به دست می آید و با توجه به آن طیف خطی و طیف غیرخطی با ضریب شکل پذیری محاسبه می‌شود. از تقسیم طیف خطی به طیف غیرخطی مقدار ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری برای آن زلزله بخصوص و ضریب شکل پذیری هدف به دست می‌آید. (شکل2-6)
شکل 2-6) طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت [13]
یافتن رابطه بین و برای سیستم‌های یک درجه آزاد موضوع پژوهش‌های فراوانی در سال‌های اخیر بوده است. از جمله کسانی که در این مورد تحقیق کرده‌اند، عبارتند از کراوینکلر و نصر، میراندا و برترو، نیومارک و هال، لای و بیگز، ریدل و نیومارک، القادمسی و محرز، ریدل، هیدالگو و کروز آریاس و هیدالگو، تسو و نائوموسکی، ویدیک، فایفر و فیشینگر، تسنیمی و محمودی، لی، هان و اوه، آل سلیمانی و روست، پنگ و همکاران و نهایتاً تاکدا و همکاران.
از آنجا که هدف این پژوهش یافتن رابطه بین و نیست و بحث این رابطه‌ها خارج از حوصله این تحقیق است در این قسمت، تنها به معرفی یک رابطه شناخته شده و معروف که در اکثر پژوهش‌ها مورد استفاده قرار گرفته و کارایی خود را نشان داده است، اکتفا می‌شود.
نیومارک و هال
نیومارک و هال در سال 1982 رابطه‌ای را پیشنهاد کردند که با استفاده از آن می‌توان ضریب کاهش ناشی از شکل پذیری را برای سیستم‌های ارتجاعی-خمیری یک درجه آزاد، به صورت زیر برآورد کرد.
برای زمان‌های تناوب کمتر از 03/0 ثانیه (فرکانس بالای 33 هرتز)
(2-22)
برای زمان‌های تناوب بین 12/0 ثانیه و 5/0 ثانیه (فرکانس های بین 2 و8 هرتز):
(2-23)
برای زمان‌های تناوب بزرگتر از 0/1 ثانیه (فرکانس های کوچکتر از 1هرتز):
(2-24)
برآورد در زمان‌های تناوب بین 03/0 و 12/0 ثانیه و نیز بین 5/0 و 0/1 ثانیه با میانیابی بین مقادیر حدی که در رابطه‌های فوق آمده است، انجام می‌شود.
2-4-2- مقاومت افزون
هنگامی که یکی از اعضای سازه به حد تسلیم رسیده و اصطلاحاً در آن لولای خمیری تشکیل شود مقاومت سازه از دیدگاه طراحی در حالت بهره برداری به پایان می‌رسد، ولی در حالت طراحی انهدام پدیده فوق به عنوان پایان مقاومت سازه به حساب نمی‌آید، زیرا عضو مورد نظر همچنان می‌تواند با تغییر شکل غیرارتجاعی، انرژی ورودی را جذب کند تا به مرحله گسیختگی و انهدام برسد. با تشکیل لولاهای خمیری، به تدریج سختی سازه با کاهش درجه نامعینی استاتیکی کاهش می‌یابد، ولی سازه همچنان پایدار است و قادر خواهد بود در مقابل نیروهای خارجی از خود مقاومت نشان دهد وقتی که نیروی خارجی باز هم افزایش یابد، روند تشکیل لوله‌های خمیری نیز ادامه یافته و لوله‌های بیشتری در سازه پدید می‌آید تا جایی که سازه از نظر استاتیکی ناپایدار شده و دیگر توان تحمل بار جانبی اضافی را نداشته باشد. مقاومتی که سازه بعد از تشکیل اولین لولای خمیری تا مرحله مکانیزم (ناپایداری) از خود بروز می‌دهد، مقاومت افزون نامیده می‌شود در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازها را متناسب با مقاومت افزون آن کاهش می‌دهند. برای این منظور مقدار ضریب رفتار سازه‌ها متناسب با مقاومت افزون افزایش داده می‌شود تا مقاومت مورد نیاز کاهش یافته، محاسبه گردد.
سالهاست که پژوهشگران اهمیت مقاومت افزون را در جلوگیری از خراب شدن برخی سازه‌ها به هنگام رخداد زلزله‌های شدید شناخته‌اند برای مثال در زلزله سال 1985 مکزیک، وجود مقاومت افزون عامل بسیار موثری در جلو گیری از خرابی برخی ساختمان‌ها بوده است. همچنین در زلزله سال 1369 (ه.ش) رودبار و منجیل بسیاری از ساختمان‌های 7-8 طبقه در شهر رشت که دارای اتصالات خرجینی و شکل پذیری ناچیز بودند، بر اثر وجود مقاومت افزون (که عمدتاً به دلیل وجود عناصر غیرسازه‌ای، پارتیشن‌ها و نما ایجاد شده بود) از فرو ریختن کامل جان سالم به در بردند [6].
در مطالعات انجام شده بر روی میز لرزان برای ساختمان‌های چند طبقه بتن مسلح و فولادی به وسیله پژوهشگران دانشگاه برکلی کالیفرنیا در سال‌های 1984 تا 1989 نیز بر اهمیت ضریب مقاومت افزون تأکید شده است.
اهمیت ضریب مقاومت افزون به ویژه در ساختمان‌های با زمان‌های تناوب کوتاه بیشتر است، زیرا در زمان‌های تناوب کوتاه ضریب کاهش مقاومت بر اثر شکل پذیری () حتی با ضرایب شکل پذیری بزرگ کمتر از ساختمان‌های با زمان تناوب بلند است.
در شکل (2-7) که از پژوهش‌های یوانگ گرفته شده، تغییرات ضریب مقاومت افزون برای یکی از قاب‌های داخلی یک ساختمان اداری واقع در محدوده با خطر لرزه خیزی بالا نشان داده شده است. ضریب مقاومت افزون در این شکل به وسیله تحلیل استاتیکی غیرخطی فزاینده به دست آمده است. همانگونه که در این شکل مشخص است برای سازه‌های با زمان تناوب کوتاه مقدار ضریب مقاومت افزون زیاد بوده و با افزایش زمان تناوب، مقدار این ضریب کاهش می‌یابد. علت این امر آن است که در سازه‌های کوتاه، نیروهای ثقلی بر طراحی حاکم هستند و در سازه‌های بلند نیروهای جانبی زلزله بر طراحی حاکم‌اند [43].
شکل 2-7) تغییرات ضریب مقاومت افزون برای سیستم‌های با زمان‌های تناوب مختلف [13]
2-4-2-1- عوامل موثر در مقاومت افزون
مقاومت افزون یک سازه در واقع مقدار مقاومتی است که بر اثر عوامل مختلف در سازه ذخیره شده و انهدام سازه را به تأخیر می اندازد. ذیلاً به پاره‌ای از عوامل موثر در مقاومت افزون اشاره می‌شود.
1- بیشتر بودن مقاومت واقعی مصالح از مقاومت اسمی آنها
2- بزرگتر بودن ابعاد اعضا و مقادیر میلگرد از مقادیر مورد نیاز در طراحی
3- استفاده از مدل‌های ریاضی ساده شده و محافظه کارانه در تحلیل‌ها
4- ترکیب‌های مختلف بار