مقاله درباره بهبود عملکرد و مقاوم سازی

دانلود پایان نامه

در این تحقیق میزان ضریب رفتار متوسط 28/4R= ارائه شده است به نظر می‌رسد که تغییر مکان هدف در این پژوهش براساس دستورالعمل بهسازی تعیین شده باشد.
مدح خوان و طیبی طلوع در مقاله‌ای تحت عنوان « تعیین ضریب رفتار قابهای بتنی پیش ساخته مهاربندی شده با بادبند فلزی » به مطالعه این موضوع پرداختند. آنها با استفاده از بادبندهای ضربدری در قابهای سه دهانه با تعداد طبقات 4، 8 و 12 و درصد صلبیت اتصالات پیش ساخته تیر به ستون (0، 25، 50، 75 و 100 درصد) به مطالعه ضریب رفتار پرداختند. این دو نشان می‌دهند که ضریب رفتار با افزایش تعداد طبقات کاهش می‌یابد [8].
ماهری و اکبری در پژوهشی تحت عنوان « بررسی ضریب رفتار سیستم سازه‌ای قاب بتن مسلح مقاوم شده با بادبند فولادی » نشان می‌دهند که استفاده از بادبند فولادی در قاب بتن ارمه نشان از افزایش مقاومت، افزایش شکل پذیری و نهایتاً افزایش ضریب رفتار سازه دارند [7].
مدندوست و مهرداد طی مقاله‌ای تحت عنوان « ضریب رفتار قاب بتنی تقویت شده با مهاربند فولادی و ستون‌های پوشش داده شده » با استفاده از بادبندهای ضربدری و پوشش فولادی ستون‌ها به مقاوم سازی سازه بتنی پرداخته‌اند. آنها با استفاده از شاخص خرابی Park مقدار ضریب رفتار بر اساس رابطه نیومارک وهال برابر 1/2R= برای ناحیه شتاب ثابت طیف ارائه کرده‌اند [9].
صادق آذر و غفوری در پژوهشی تحت عنوان « محاسبه ضریب رفتار سازه‌های مهاربندی شده هم محور فولادی » با استفاده از دستور العمل بهسازی برای محاسبه تغییر مکان هدف و بررسی سطح عملکرد سازه مورد نظر جهت تعیین میزان خرابی، با استفاده از مهاربندهای ضربدری و هشتی برای سازه اسکلت فلزی با طبقات 2، 4، 6، 8، 10، 12 و 15 و تعداد دهانه‌های 1 و 2 به بررسی تأثیر عرض‌ دهانه‌ها و تعداد دهانه‌های مهار بندی شده بر ضریب رفتار پرداختند [5].
فصل دوم
« تئوری ضریب رفتار »
2-1- مقدمه
در این فصل به مطالعه مفاهیم طراحی لرزه‌ای سازه‌ها می پردازیم و در مورد فلسفه طراحی بر اساس ضریب رفتار و نحوه محاسبه آن توضیحات لازم را بیان می‌کنیم. در انتهای فصل در مورد بادبندهای همگرا و واگرا و قابهای خمشی و مقایسه منحنی‌های هیسترزیس آنها و ضوابط طراحی آنها (بادبندهای همگرا) طبق UBC-97-ASD و پیوست 2 آئین‌نامه زلزله 2800 توضیحاتی ارائه خواهد شد.
2-2- مفاهیم طراحی لرزه‌ای سازه‌ها
نیروهایی که به سازه بر اثر زلزله‌های شدید وارد می‌شود بسیار بیش از آن مقداری است که در آیین‌نامه‌های زلزله توصیه شده است. حتی در بعضی موارد این نیروها چندین برابر مقداری که از محاسبات نیروی زلزله بر اساس ضوابط آیین‌نامه‌ها به دست می‌آیند. ضوابط طراحی لرزه‌ای سازه‌ها به طور پایه‌ای بعد از زلزله Northridge کالیفرنیا در سال 1994 تغییر کرد. بعد از این زلزله با توجه به تجربیات به دست آمده ضوابط خاصی برای طراحی لرزه‌ای سازه‌های فولادی و بتی در آیین نامه‌های آمریکایی UBC,AISC وACI وضع گردید.
روش به دست آوردن نیروی معادل استاتیکی در اکثر آیین‌نامه‌ها بر اساس پروسه طراحی بر اساس ضریب رفتار R است (R-Factor design). این ضریب باعث می‌شود نیروهای جانبی حاصل از زلزله چندین برابر کاهش پیدا کند. بر اساس ضوابط آیین‌نامه‌ها در روش استاتیکی معادل، سازه باید برای این نیروی کاهش یافته طراحی شود. در این روش بعضی از اعضای سازه به گونه‌ای طراحی می‌شوند که در مقابل زلزله‌های بزرگ همانند فیوز عمل کنند. در حقیقت این اعضا در محدوده رفتار غیرالاستیک و پلاستیک قرار می‌گیرند و انرژی ورودی حاصل از زلزله را می‌توانند به نحو مناسبی در سازو کار با دیگر اعضای سازه مستهلک کنند. بنابراین طراحی المان‌های سازه‌ای می‌تواند به گونه‌ای باشد که هنگام وقوع زلزله به بعضی از اعضای سازه‌ای اجازه داده شود وارد ناحیه پلاستیک شوند. البته به علت ماهیت رفت و برگشتی نیروهای زلزله این امر یک طرفه و دائمی نیست و در جریان زلزله نیروهای اعمالی به المان‌های سازه‌ای به سرعت تغییر جهت می‌دهند. این امر باعث می‌شود که سازه از حالت پلاستیک خارج گردد و وارد وضعیت عادی شود. با توجه به تغییر جهت سریع بارهای زلزله اعضای سازه‌ای زمانی کافی پیدا نخواهد کرد که سراسر طول ناحیه پلاستیک را طی کنند و در اکثر موارد عضو به مرحله انهدام نخواهد رسید. این واقعیت در جریان زلزله‌های متفاوت تجربه شده است. هم چنین با توجه به این که انتظار می‌رود این اعضا در زلزله آسیب‌های جدی متحمل شوند، باید مکان‌یابی آنها به گونه‌ای صورت پذیرد که پس از آسیب دیدگی ظرفیت باربری ثقلی سازه در حالت بحرانی قرار نگیرد. هر چند این اعضای خاص باید برای استهلاک انرژی زلزله وارد محدوده‌های غیرالاستیک و پلاستیک شوند، ولی طراحی بقیه اعضا و اتصالات سازه باید به گونه‌ای باشد که در محدوده‌ی الاستیک باقی بمانند. به عنوان مثال برای بهبود عملکرد لرزه‌ای در قاب‌های خمشی (MRF) قاب‌های مهاربندی شده همگرا (CBF) و قاب‌های مهاربندی شده واگرا (EBF) به ترتیب مفاصل پلاستیک باید در تیرها بادبندها و تیرهای پیوند ایجاد شوند تا این اعضا بتوانند به نحو مناسبی زلزله را مستهلک کنند. با توجه به این که سطح زیر منحنی پوش آور بیان گر مقدار انرژی مستهلک شده توسط سازه است، بنابراین هر چه مساحت زیر این سطح بزرگ تر باشد، سازه توانایی بیش‌تری در جذب و استهلاک انرژی خواهد داشت. هنگامی که سازه تحت اثر نیروهای بزرگ ناشی از زلزله قرار می‌گیرد، اگر دارای رفتار الاستیک باشد، به انداره سطح زیر منحنی برش پایه – تغییر مکان جانبی در شکل (2-1) قادر است انرژی ورودی ناشی از زلزله را مستهلک کند. باتوجه به این که سازه‌های ساختمانی میرایی ذاتی دارند، این امر در هنگام زلزله به کمک سازه می‌آید. آیین نامه‌های ساختمانی از این خاصیت ذاتی سازه بهره می‌گیرند و به جای این که سازه را برای نیروی Velastic و elastic تغییر مکان طراحی کنند، آن را برای نیروی Velastoplastic و تغییر مکان elastoplastic طراحی می‌کنند.
شکل 2-1) سطح زیر منحنی نیرو – تغییر مکان در رفتار الاستیک و الاستوپلاستیک ‍[1]
با توجه به این نگرش در آیین‌نامه‌های زلزله، سازه برای یک نیروی کم تر طراحی می‌شود، ولی در عوض باید تغییر مکان‌های بزرگ تری را تحمل کند. برای این که سازه بتواند تغییر مکان elastoplastic را تحمل کند باید دارای جزئیات سازه‌ای مناسب باشد. داشتن تحمل تغییر شکل‌های زیاد بودن گسیختگی، مستلزم دارا بودن قابلیت شکل پذیری زیاد است. به عنوان مثال در آئین نامه 2800 ضریب رفتار R برای قاب خمشی بتن مسلح ویژه و معمولی به ترتیب برابر 10 و 4 است. بنابراین با توجه به رابطه ضریب برش پایه در روش استاتیکی معادل، ABI/R قاب خمشی ویژه برای نیرویی به مراتب کم تر از قاب خمشی معمولی طراحی می‌شود ولی در عوض جزئیات سازه‌ای از قبیل فاصله خاموت‌ها و … که باعث افزایش شکل پذیری می‌شوند، باید کاملاً رعایت گردند. بنابراین قاب خمشی ویژه در مقایسه با قاب خمشی معمولی به دلیل ضوابط شکل پذیری خاص و استهلاک بیشتر نیروی زلزله برای نیروی کم تر و قابلیت تغییر مکان جانبی بیشتر طراحی می‌شود. این امر باعث می‌شود سازه ساختمان در عین حال که اقتصادی تر طرح می‌شود، از حاشیه اطمینان بیشتری نیز در زلزله برخوردار باشد.
ضرایب رفتار موجود در آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله استاندارد 2800 ایران بر مبنای قضاوت مهندسی ارائه شده و دارای کاستی‌هایی است که برخی از انها به شرح زیر است:
الف) برای سیستم‌های سازه‌ای، از یک نوع با ارتفاع ها و زمان‌های تناوب ارتعاش متفاوت، از ضرایب رفتار یکسانی استفاده شده است.
ب) در R تأثیر شکل پذیری مقاومت افزون و درجه نامعینی به صراحت نیامده است.
پ) اثر لرزه خیزی منطقه در R لحاظ نشده است
ت) اثر شرایط خاک در R ملحوظ نشده است.
2-3- روش‌های محاسبه ضرایب رفتار:
تاکنون پژوهشگران با ملیت‌های مختلف برای محاسبه ضرایب رفتار، روش‌های متفاوتی را مورد استفاده قرار داده‌اند. با مقایسه این روش‌ها می‌توان آنها را در دو گروه کلی تقسیم بندی کرد. یکی روش‌های پژوهشگران آمریکایی و دیگری روش‌های پژوهشگران اروپایی. عموماً روش‌های آمریکایی مبانی تئوری ساده‌تری دارند ولی با وجود این کاربردی‌تر هستند در حالی که روش‌های اروپایی دارای مبانی تئوری و تحلیلی پیچیده‌تری بوده و استفاده از آنها در عمل دشوار است.
2-3-1- روش‌های آمریکایی
در این گروه دو روش شاخص‌تر از سایرین بوده و روش‌های دیگر با کمی‌تفاوت عمدتاً مشابه این روش‌ها هستند. یکی از این روش‌ها که به روش طیف ظرفیت معروف است حاصل تحقیقات فریمن می‌باشد. روش دوم نیز که به روش ضریب شکل پذیری مشهور است، دستاورد پژوهش‌های یوانگ است [43].
2-3-1-1- روش طیف ظرفیت فریمن
فریمن یک روش تحلیلی برای بدست آوردن مقدار R که تحت تأثیر پارامترهای زیادی قرار دارد، به صورت رابطه (2-1) ارائه نمود:
(2-1)
هر یک از پارامترها جانشین عواملی از قبیل آرایش قابها، سیستم سازه‌ای، ترکیب بارها، درجه نامعینی، میرایی، ویژگی‌های رفتار غیرخطی سازه، خصوصیات مصالح، نسبت ابعاد ساختمان، مکانیزم خرابی و پارامترهای موثر دیگر می‌باشند. گستردگی عوامل موثر در تعیین R چنان است که به سختی می‌توان دو ساختمان با ضرایب رفتار یکسان یافت. به عبارت دیگر هر ساختمان ویژگی‌های منحصر به فرد و مخصوص به خود را دارد. از این رو به جای آن که تمامی عوامل موثر یاد شده در رابطه ضریب رفتار وارد گردند، شایسته‌تر است که تنها عواملی که نقش اساسی تری دارند دخالت داده شوند. در این روش، دو عامل اصلی ظرفیت سازه و نیروهای ناشی از زلزله در نظر گرفته می‌شوند. سپس عواملی که ظرفیت را افزایش و نیروهای لرزه‌ای را کاهش می‌دهند، مشخص می‌گردند.