تحقیق مهندسی زلزله (تدوین آیین نامه ای جامع جهت پیشگیری از عواقب زلزله در ایران )

فصل اول. ۴

۱-۱) مقدمه. ۴

۱-۲) اهداف مجموعه حاضر. ۴

۱-۳) ساختار مجموعه حاضر. ۹

فصل یکم: پیش گفتار و ساختار. ۹

فصل دوم: تئوری های حاکم بر رفتار لرزه ای سازه ۹

فصل سوم: بررسی رفتار ارتجاعی و غیر ارتجاعی قابهای فولادی با بادبند واگرا ۱۰

فصل چهارم: بررسی تأثیرمشخصات تیرپیوند در ضریب رفتار قاب های فولادی با بادبند واگرا ۱۰

فصل پنجم: جمع بندی، نتایج و پیشنهادات.. ۱۱

فصل دوم ۱۲

تئوری های حاکم بر رفتار لرزه ای سازه ها ۱۲

۲-۱) مقدمه ای بر طراحی لرزه ای و اهداف آن. ۱۲

۲-۲) رفتار نیرو – تغییر شکل. ۱۵

۲-۲-۱) رفتار هیسترزیس.. ۱۶

۲-۲-۲) رابطه نیرو – تغییر شکل تحت بار صعودی.. ۱۹

۲-۳) شکل پذیری.. ۲۰

۲-۳-۱) عملکرد شکل پذیری.. ۲۰

۲-۳-۳) ضریب شکل پذیری.. ۲۱

۲-۳-۴) انواع شکل پذیری.. ۲۴

۲-۳-۴-۱) شکل پذیری جنس ماده ۲۴

۲-۳-۴-۲) شکل پذیری چرخشی. ۲۵

۲-۳-۴-۳) شکل پذیری تغییرمکان. ۲۵

۲-۳-۶) شکل پذیری نیاز. ۲۸

۲-۳-۷) طراحی براساس شکل پذیری.. ۳۰

۲-۳-۸) طیف طرح با شکل پذیری ثابت.. ۳۴

۲-۳-۹)جذب و استهلاک انرژی.. ۳۶

۲-۴) ضریب کاهش نیروی زلزله در اثر شکل پذیری.. ۳۷

۲-۴-۱) دورنما ۳۷

۲-۴-۳) فرضیه برابری انرژی جذب شده ۴۰

۲-۴-۴) تعیین ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیری.. ۴۱

۲-۵)مبانی نظری رفتار و عوامل مؤثر در آن. ۴۸

۲-۵-۱)کلیات.. ۴۸

۲-۵-۲) روش های محاسبه ضرایب رفتار. ۵۳

۲-۵-۲-۱) روش های آمریکایی. ۵۳

۲-۵-۲-۱-۱) روش طیف ظرفیت فریمن. ۵۴

۲-۵-۲-۱-۲) روش ضریب شکل پذیری یوانگ… ۵۶

۲-۵-۱ -۲)روش های اروپایی. ۶۳

۲-۵-۱-۲-۱) روش تئوری شکل پذیری.. ۶۳

۲-۵-۲-۲) روش انرژی.. ۶۴

۲-۵-۳) مقایسه روشهای محاسبه ضریب رفتار. ۶۵

۲-۵-۴)روش محاسبه ضریب رفتار در این پژوهش.. ۶۶

۲-۵-۵)مقاومت افزون. ۶۶

۲-۵-۵-۱) عوامل مؤثر در مقاومت افزون. ۶۹

۲-۵-۵-۲) تعیین ضریب رفتار ناشی از مقاومت افزون. ۷۰

۲-۵-۵-۳) برخی برآوردهای از ضریب مقاومت افزون. ۷۱

۲-۵-۵-۴) استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری IBC , UBC ,  NEHRP. 73

۲-۵-۷) درجه نامعینی. ۷۵

۲-۵-۷-۲) اثر نامعینی سازه ای در آیین نامه های مختلف.. ۸۰

۲-۵-۷-۳) آثار درجه نامعینی بر پاسخ لرزه ای سازه ها ۸۳

فصل سوم ۸۴

بررسی رفتار ارتجاعی و غیر ارتجاعی قابهای فولادی با مهاربندی واگرا(EBF) 84

۳-۱)کلیات.. ۸۴

۳-۲) مشخصات سیستم های لرزه بر فولادی و مقایسه آنها ۸۵

۳-۲-۱) سیستم قاب خمشی (MRF ) 85

۳-۲-۲) سیستم قاب با مهاربندی همگرا (CBF ) 87

۳-۲-۳) سیستم قاب با مهاربندی واگرا ( EBF ) 89

۳- ۴)رفتار قابهای با مهاربندی خارج از مرکز. ۹۷

۳-۴-۱)  رفتار ارتجاعی قاب های مهار بندی شده خارج از مرکز ( EBF ) 97

۳-۴-۱-۱) عوامل مؤثر بر سختی جانبی قابهای EBF. 97

۳-۴-۱-۲ عوامل مؤثر بر پریود قابهایEBF. 99

۳-۴-۱-۳ )عوامل مؤثر بر مقاومت جانبی قابهای EBF. 100

۳-۴-۲ )رفتار غیر ارتجاعی قاب های مهاربندی شده خارج از مرکز ( EBF ) 101

فصل چهارم ۱۰۷

بررسی تأثیرمشخصات تیرپیوند در ضریب رفتار قاب های فولادی با بادبند واگرا ۱۰۷

۴-۱) مقدمه. ۱۰۷

۴-۲) انتخاب مدل. ۱۰۹

۴-۳) تحلیل استاتیکی معادل وطراحی سیستمEBF بالینک وسط. ۱۱۰

۴-۴) ملاحظات تحلیل غیرخطی سیستم سازه ای EBF لینک وسط. ۱۱۱

۴-۵) تعیین و کنترل ضریب رفتار سیستم های EBF لینک وسط با استفاده از منحنی ظرفیت سازه ۱۱۲

۴-۵-۱) قاب های با نسبت ۱۵/۰=  (لینک برشی) ۱۱۳

۴-۵-۱-۱) قاب سه طبقه EBF با نسبت  برابر ۱۵/۰٫ ۱۱۴

۴-۵-۱-۲) قاب شش طبقه با نسبت  برابر ۱۵/۰٫ ۱۱۷

۴-۵-۱-۴) قاب دوازده طبقه با نسبت  برابر ۱۵/۰٫ ۱۲۲

۴-۵-۲) قابهای با نسبت ۳/۰=… ۱۲۴

۴-۵-۲-۱) قاب سه طبقه با نسبت  برابر ۳/۰٫ ۱۲۴

۴-۵-۲-۲) قاب شش طبقه با نسبت  برابر ۳/۰٫ ۱۲۶

۴-۵-۲-۳) قاب نه طبقه با نسبت با  برابر ۳/۰٫ ۱۲۸

۴-۵-۲-۴) قاب دوازده طبقه با نسبت  برابر ۳/۰٫ ۱۳۰

۴-۵-۳) قابهای با نسبت ۴۵/۰=(لینک خمشی) ۱۳۲

۴-۵-۳-۱) قاب سه طبقه با نسبت  برابر ۴۵/۰٫ ۱۳۲

۴-۵-۳-۲) قاب شش طبقه با نسبت  برابر ۴۵/۰٫ ۱۳۳

۴-۵-۳-۳) قاب نه طبقه با نسبت با  برابر ۴۵/۰٫ ۱۳۵

۴-۵-۳-۴) قاب دوازده طبقه با نسبت  برابر ۴۵/۰٫ ۱۳۷

۴-۶) بررسی تحلیلی عوامل مؤثر بر ضریب رفتار در سیستم های EBF. 139

۴-۶-۱) بررسی اثر ارتفاع بر ضریب رفتار سیستم های EBF. 139

۴-۶-۱-۱) بررسی اثر ارتفاع بر ضریب رفتار سیستم های EBF با نسبت۱۵/۰= (لینک برشی ) ۱۳۹

۴-۶-۱-۲) بررسی میزان تأثیر عوامل تشکیل دهنده ضریب رفتار با افزایش طبقات  برای سیستم های EBF با نسبت۱۵/۰=    ۱۴۰

۴-۶-۱-۳) بررسی اثر ارتفاع بر ضریب رفتار سیستم های EBF با نسبت۳/۰= (‌اثر همزمان برش و خمش در لینک) ۱۴۲

۴-۶-۱-۴) بررسی میزان تأثیر عوامل تشکیل دهنده ضریب رفتاردر قابهای EBF با ۳/۰= در افزایش طبقات   ۱۴۳

۴-۶-۱-۵)بررسی اثر ارتفاع بر ضریب رفتار سیستم های EBF با نسبت۴۵/۰=  (‌لینک خمشی ) ۱۴۵

۴-۶-۶) بررسی میزان تأثیر عوامل تشکیل دهنده ضریب رفتار در قابهای EBF با۴۵/۰=  در افزایش طبقات   ۱۴۶

فصل پنجم ۱۴۸

جمع بندی نتایج و پیشنهادات.. ۱۴۸

۵-۱) مقدمه. ۱۴۹

۵-۲)بررسی ضریب رفتار قابهای EBF با نسبت e/L های مختلف.. ۱۴۹

۵-۳) بررسی ضریب شکل پذیری قابهای EBF با نسبت e/L های مختلف.. ۱۵۱

۵-۵) بررسی ضریب اضافه مقاومت قابهای EBF با نسبت e/L‌ های مختلف.. ۱۵۳

ارائه  پیشنهاد برای ادامه تحقیقات.. ۱۵۶

عنوان :

مهندسی زلزله

تدوین آیین نامه ای جامع جهت پیشگیری از عواقب زلزله در ایران

فصل اول

۱-۱) مقدمه

۱-۲) اهداف مجموعه حاضر

۱-۱) مقدمه

میلیون ها سال است که زلزله در جهان به وقوع پیوسته و در آینده نیز به همانگونه که در گذشته بوده است، اتفاق خواهد افتاد. این پدیده طبیعی هنگامی به یک مصیبت بزرگ انسانی تبدیل می گردد که در منطقه ای شهری با بافت متراکم اتفاق بیافتد. نمونه آثار این سانحه مرگ آور، در زلزله های بزرگ ایران همچون زلزله سال ۱۳۸۲ بم و زلزله ۱۳۶۹ منجیل بر هیچکس پنهان نیست. با وجود آگاهی از بسیاری از عوامل وقوع این پدیده، جلوگیری از وقوع این پدیده، با علم کنونی بشر امکان پذیر نمی باشد؛ لیکن کاهش اثر ارتعاشات نیرومند زلزله در قالب تقلیل خسارات، صدمات و مخصوصاً تلفات جانی ناشی از آن امکان پذیر می باشد.

علم مهندسی زلزله به اثرات زلزله بر انسان ها و محیط آن ها و همچنین روش های کاهش این آثار می پردازد. مطالعه زلزله و اثرات ناشی از آن با توجه به مدارک مکتوب متعلق به زلزله های ژاپن و نواحی شرق مدیترانه به تقریباً ۱۶۰۰ سال قبل برمی گردد. سوابق مطالعات زلزله در نواحی فعال لرزه ای آمریکا تنها به ۲۰۰ الی ۳۵۰ سال قبل برمی گردد. ولی بشر میلیون ها سال است که از وقوع این پدیده مطلع است ولی تجربه و دانش او از علم زلزله خیلی کمتر از عمر این پدیده است. مهندسی زلزله در ابتدای قرن بیستم زاده و در انتهای آن به کمال خود رسید. از سال ۱۹۰۸ در ایتالیا ضوابط بارگذاری لرزه ای براساس قضاوت مهندسی آغاز و در بسیاری کشورهای جهان پذیرفته و اجرا شد. با تولد رایانه ها و افزایش استفاده از آن ها در انجام عملیات های زمان بر و تکراری دستی، علم دینامیک سازه به طور جدی به عرصه مهندسی زلزله وارد شد. اما ۴۰ سال طول کشید تا طراحی لرزه ای متکی بر تحلیل های دینامیکی سازه گردد. در فاصله دهه ۶۰میلادی تا اواخر دهه ۷۰، تلاش ها، عمدتاً صرف آشتی دادن ضوابط قبلی و یافته های جدید شد و معرفی ضریب رفتار حاصل این تلاش های آشتی جویانه است. در کنار شناخت ماهیت زلزله و نحوه وارد آوردن نیرو به ساختمان ها همواره آنچه نیروی زلزله بر آن وارد می شود یعنی خود ساختمان و سیستمی که مقاومت لازم در برابر قدرت ارتعاشات را داشته باشد مورد توجه مهندسین سازه بوده است. رشد و توسعه انواع سیستم های سازه ای از ساختمان های خشتی تا آسمان خراش ها، از مصرف خشت و چوب تا طراحی قالب های لرزه بر با استفاده از بتن و فولاد و امروز مصالح ترکیبی (کامپوزیت) و …، همگی گواه این مسئله می باشند. اما آنچه مهم است، طراحی لرزه ای این سیستم ها و اهداف آن ها که پایه و اساس روابط حاکم بر آن را تشکیل می دهد، می باشد. اهداف طراحی لرزه ای و روابط معادلات موجود حال در مسیر تکامل، به طراحی براساس عملکرد لرزه ای سازه رسیده است. چیزی که عرصه جدیدی از طراحی لرزه ای و لزوم تحقیق و جستجو در این زمینه را پیش رو مهندسین سازه نهاده است. مطالعه لرزه ای سیستم های معمول سازه ای یا به عبارتی یافتن یک تعادل بین مقاومت سازه و اثرات ناشی از زلزله مانند تغییر مکان ها، کاهش و افت  مقاومت و سختی و نهایتاً شکست و فروپاشی مصالح و کل سازه، می رود تا شکل تازه ای به خود بگیرد. لذا در راستای طراحی سازه براساس عملکرد، که در آن در سطح کاربردی معمول به دنبال از بین بردن تلفات جانی و استقرار سازه در محدوده های ایمنی هستیم، بازنگری مجدد سیستم های سازه ای و خصوصیات سختی و شکل هندسی و محدودیت های شکل پذیری و تغییر مکان های آن ها، از جمله فعالیت های مؤثر تا دستیابی به روش های طراحی براساس عملکرد می باشند.

یکی از این سیستم های سازه ای که تولد آن نشانه تیزبینی پروفسور پوپوف و همکارانش بوده است و در سازه های بزرگ بسیاری در سطح جهان مورد استفاده قرار گرفته است، سیستم قاب های لرزه بر فولادی با مهاربندی واگرا می باشد. رفتار این سیستم ها که دارای شکل پذیری بالایی می باشند و از لحاظ عملکرد هندسی و معماری بسیاری از محدودیت ها را از میان برمی دارند، حداقل در کشور ما آنچنان معرفی نشده است.

۱-۲) اهداف مجموعه حاضر

با پیش رو بودن عصر نوین در طراحی لرزه ای و توجه به خصوصیات و پاسخ های متفاوت سیستم های لرزه بر در برابر زلزله استفاده از  سیستم های بادبندی برون محور  بسیار گسترش یافته است. با توجه به اینکه کشور ایران در مجموعه کشورهای لرزه خیز می باشد و همچنین توجه به این مسأله که این کشور در حال توسعه اقتصادی است، احداث بناهای با کاربردی های متفاوت و با درجات اهمیت بالا و متوسط، بسیار حیاتی می باشد، لذا لزوم یک آیین نامه قدرتمند که بتواند با اعمال قوانین روشن و واضح در عرصه طراحی و اجرای  همگام با توسعه ساخت و ساز در کشور، حافظ منافع و منابع ملی این مرز و بوم باشد، شدیداً احساس می شود. آنگونه که مشاهده میشود، استاندارد ۲۸۰۰ ایران توانسته به گوشه ای از این اهداف دست یابد. خوشبختانه ا ستاندارد مذکور در حال توسعه و بازنگری دائمی بوده و امید آن می رود که روزی به یک مجموعه مستقل در بخش طراحی لرزه ای و مهندسی زلزله از لحاظ مبانی، تبدیل گردد. در ویرایش سوم استاندارد ۲۸۰۰ (۱۳۸۴)، که آخرین ویرایش آن تا این تاریخ می باشد، بسیاری تفاوت ها و تغییرات بنیادی در ارقام کنترل و طراحی در مقایسه با ویرایش های قبلی به چشم می خورد. لیکن به جهت مطالعه تحقیقی بخش کوچکی از این آیین نامه به مطالعه قاب های ساده با بادبندهای برون محور و عوامل مؤثر بر ضرایب رفتار خطی و غیرخطی آن پرداخته شده.  در این  ویرایش همچنین این قاب ها جز معدود مواردی هستند که عدد جدیدی برای آن اعلام نشده است. لذا ما در این مجموعه با مطالعه و تحلیل پارامترهای ضریب رفتار سیستم مذکور همچون شکل پذیری، ضرایب اضافه مقاومت و ضرایب تنش مجاز متأثر از مشخصات هندسی مرسوم این سازه ها که در بخش های آتی بدان ها پرداخته خواهد شد، به دنبال تعیین ضریب رفتار سیستم های قاب های ساختمانی فولادی ساده با بادبندهای برون محور هستیم. تا بتوان نقص این آیین نامه را در این مورد در حدامکان نشان دهیم، امید است این تحقیق باعث صرفه جویی در مصرف و کاربرد غیرلازم فولاد، این سرمایه ملی و گران قیمت گردد.