چكيده
در هنگام زلزله ساختمانهايي كه نزديك هم قرار دارند به علت تفاوت در خصوصيات ديناميكي پاسخهاي متفاوتي از خود نشان مي دهند و ارتعاش مشابه و هماهنگ نخواهند داشت و در نتيجه احتمال برخورد و انهدام در اثر ضربه براي اين ساختمانها وجود دارد.
اين پديده براي اولين بار پس از زلزله سال ۱۹۸۵ مكزيكوسيتي مورد ارزيابي قرار گرفته و به عنوان يكي از عوامل تاثير گذار بر ميزان شدت خرابي هاي ناشي از نيروي زلزله در نظر گرفته شد. از مهمترين راهكارهاي ارائه شده در زمينه كاهش نيروي تنه اي مي توان به تعبيه درز انقطاع كافي بين دو ساختمان مجاور هم، اشاره كرد. در اين تحقيق فاصله مورد نياز بين سازه هاي با سيستم قاب خمشي فولادي با تحليل غير خطي به روش ارتعاشات پيشا محاسبه شده و اثر پارامتر ها ي ديناميكي (زمان تناوب، ميرايي، جرم) روي اين فاصله بررسي ميگردد. همچنين رابطه اي براي محاسبه درز انقطاع مدلهاي سازه اي مورد نظر پيشنهاد شده و نتايج حاصل از اين رابطه با روابط آيين نامه هاي IBC2006 و استاندارد ۲۸۰۰ ايران مقايسه شده است.
نتايج نشان مي دهند كه با نزديك شدن زمان تناوب دو سازه و همچنين افزايش ميرايي، فاصله بين سازه ها كاهش مي يابد. همچنين درز انقطاع محاسباتي بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ ايران براي سازه هاي تا ۷ طبقه، كمتر و براي سازه هاي بيشتر از ۷ طبقه، بيشتر ازمقدار بدست امده بر اساس آيين نامه IBC2006 و روش استفاده شده در اين تحقيق مي باشد.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل ۱ معرفي درز انقطاع و پارامترهاي موثر بر آن
۱-۱ مقدمه
۱-۲ نيروي تنه اي و اهميت آن
فصل۲ مروري بر تحقيقات انجام شده
۲-۱ سوابق تحقيق
۲-۱-۱ Anagnostopouls ۱۹۸۸
۲-۱-۲ Westermo ۱۹۸۹
۲-۱-۳ Anagnostopouls ۱۹۹۱
۲-۱-۳-۱ تاثير مقاومت سازه¬اي
۲-۱-۳-۲ تاثير ميرايي اعضاء
۲-۱-۳-۳ تاثير بزرگي جرم سازه
۲-۱-۳-۴ خلاصه نتايج
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 خطي
۲-۱-۷-۲ مدل غير خطي
۲-۱-۸ فرزانه حامدي ۱۳۷۴
۲-۱-۹ حسن شفائي ۱۳۸۵
۲-۱-۱۰ نويد سياه پلو ۱۳۸۷
۲-۲ روشهاي آيين نامه اي
۲-۲-۱ آيين نامه IBC 2006
2-2-2 آيين نامه طراحي ساختمان¬ها در برابر زلزله (استاندارد۲۸۰۰)
فصل ۳ معرفي تئوري ارتعاشات پيشا
۳-۱ فرايند ها و متغير هاي پيشا
۳-۲ تعريف متغير پيشاي X
3-3 تابع چگالي احتمال
۳-۴ اميد هاي آماري فرايند راندم (پيشا)
۳-۴-۱ اميد آماري مرتبه اول (ميانگين) و دوم
۳-۵-۲ واريانس و انحراف معيار فرايندهاي راندم
۳-۵ فرايندهاي مانا و ارگاديك
۳-۵-۱ فرايند مانا
۳-۵-۲ فرايند ارگاديك
۳-۶ همبستگي فرايندهاي پيشا
۳-۷ تابع خود همبستگي
۳-۸ چگالي طيفي
۳-۹ فرايند راندم باد باريك و باند پهن
۳-۱۰ انتقال ارتعاشات راندم
۳-۱۰-۱ ميانگين پاسخ
۳-۱۰-۲ تابع خود همبستگي پاسخ
¬¬¬¬¬ ۳-۱۰-۳ تابع چگالي طيفي
۳-۱۰-۴ جذر ميانگين مربع پاسخ
۳-۱۱ روشDavenport
فصل ۴ مدلسازي و نتايج تحليل ديناميكي غير خطي
۴-۱ مقدمه
۴-۲ روش¬هاي مدل¬سازي رفتار غيرخطي
۴-۳ آناليز غيرخطي قاب هاي خمشي
۴-۴ مشخصات مدل¬هاي مورد بررسي
۴-۴-۱ طراحي مدل¬ها
۴-۴-۲ مدل تحليلي
۴-۴-۳ مشخصات مصالح
۴-۴-۴ مدل¬سازي تير ها و ستون¬ها
۴-۴-۵ بارگذاري
۴-۵ روش آناليز
۴- ۵-۱ معرفي روش آناليز تاريخچه پاسخ
۴-۵-۱-۱ انتخاب شتاب نگاشت¬ها
۴-۵-۱-۲ مقياس كردن شتاب نگاشت¬ها
۴-۵-۱-۳ استهلاك رايلي
۴-۵-۱-۴ روش نيوتن¬ _ رافسون
۴-۵-۱-۵ همگرايي
۴-۵-۱-۶ محاسبه پاسخ سازه ها
۴-۶ محاسبه درز انقطاع
۴-۷ تاثير زمان تناوب دو سازه
۴-۸ تاثير ميرايي
۴-۹ تاثير تعداد دهانه هاي قاب خمشي
۴-۱۰ تاثير جرم سازه¬ها
فصل ۵ روش پيشنهادي براي محاسبه درز انقطاع
۵-۱ مقدمه
۵-۲ روش محاسبه جابجايي خميري سازه ها
۵-۲-۱ تحليل ديناميكي طيفي
۵-۲-۱-۱ معرفي طيف بازتاب مورد استفاده در تحليل
۵-۲-۱-۲- بارگذاري طيفي
۵-۲-۱-۳- اصلاح مقادير بازتابها
۵-۲-۱-۴ نتايج تحليل طيفي
۵-۲-۲ آناليز استاتيكي غير خطي
۵-۲-۲-۱ محاسبه ضريب اضافه مقاومت
۵-۲-۲-۲ محاسبه ضريب شكل پذيري ( )
۵-۲-۲-۳ محاسبه ضريب كاهش مقاومت در اثر شكل پذيري
۵-۲-۲-۴ محاسبه ضريب رفتار
۵-۲-۳ محاسبه تغيير مكان غير الاستيك
۵-۲-۴ محاسبه ضريب
۵-۳ محاسبه درز انقطاع
۵-۴ محاسبه جابجايي خميري بر حسب ضريب رفتار
فصل۶ مقايسه روش¬هاي آيين نامه اي
۶-۱ مقدمه
۶-۲ آيين نامه (IBC 2006)
6-3 استاندارد ۲۸۰۰ ايران
۶-۴ مقايسه نتايج آيين نامه ها با روش استفاده شده در اين تحقيق
فصل۷ نتيجه گيري و پيشنهادات
۷-۱ جمع بندي و نتايج
۷-۲ روش پيشنهادي محاسبه درز انقطاع
۷-۳ پيشنهادات براي تحقيقات آينده
مراجع
پيوست يك: آشنايي و مدل¬سازي با نرم‌افزار المان محدود Opensees
پيوست دو: واژه نامه انگليسي به فارس
فهرست جداول¬ها
جدول (۲-۱) زلزله هاي مورد استفاده در آناليز اناگنوستوپولس ۹
جدول (۴-۱) مشخصات شتابنگاشتهاي نزديك به گسل مورد استفاده و ضرايب مورد استفاده ۵۴
جدول (۴-۲) درز انقطاع بين دو سازه شش طبقه و هشت طبقه با دهانه هاي متفاوت تحت زلزله هاي انتخابي ۸۲
جدول (۴-۳) درز انقطاع بين سازه ها با جرمهاي متفاوت ۸۳
جدول (۵-۱) ضريب R و Cd براي سيستمهاي مختلف سازه اي ۸۵
جدول (۵-۲) تغيير مكان بام سازه ها با استفاده از تحليل ديناميكي طيفي ۸۹
جدول (۵-۳) محاسبه پارامتر هاي لرزه اي مدلهاي سازه اي ۹۹
جدول (۵-۴) محاسبه جابجايي خميري مدلهاي سازه اي ۱۰۰
جدول (۵-۵) محاسبه ضريب α ۱۰۱
جدول (۵-۶) محاسبه ضريب β ۱۰۲
فهرست اشكال
عنوان شكل صفحه
شكل (۲-۱) مدل ايده آل¬سازي شده دو ساختمان همجوار آناگئوستوپولس۱۹۸۸ ۵
شكل (۲-۲) مدل تحليلي وسترمو ۷
شكل (۲-۳) مدل آناكئوستوپولس ۸
شكل (۲-۴) مدل تحليلي MDOF-جنق هاسينق لين ۱۲
شكل (۲-۵) نتايج حاصل از تحليل مدل خطي براي دو نوع تحريك زلزله ۱۵
شكل (۲-۶) نتايج حاصل از تحليل مدل غيرخطي براي دو نوع تحريك زلزله R1=2.5 R2=3 ۱۶
شكل (۲-۷) نتايج حاصل از تحليل مدل غيرخطي براي دو نوع تحريك زلزلهR1=R2=3 ۱۶
شكل (۲-۸) مدل تحليلي فرزانه حامدي، ساختمانهاي يك درجه آزاد مجاور هم ۱۷
شكل (۲-۹) درز انقطاع بين ساختمان¬ها مطابق آيين نامه IBC 2006 ۲۲
شكل (۲-۱۰) درز انقطاع براي ساختمانهاي با «اهميت كم» و «متوسط» تا هشت طبقه ۲۴
شكل (۲-۱۱) حداقل درز انقطاع براي ساختمانهاي با «خيلي زياد» و «زياد» و
ساختمانهاي با «اهميت كم» و «متوسط» بيشتر از هشت طبقه مطابق استاندارد
۲۸۰۰ ۲۴
شكل (۳-۱) نمونه مجموعاي از فرايند هاي پيشا ۲۶
شكل (۳-۲) تابع چگالي احتمال نرمال با مقدار متوسط m و انحراف معيار
۲۸
شكل (۳-۳) تابع چگالي احتمال نرمال استاندارد و نرمال معمولي ۲۸
شكل (۳-۴) نمايش همبستگي دو فرايند X و Y در زمان و نمونه برداريهاي مختلف ۳۰
شكل (۳-۵) نحوه محاسبه تابع خود همبستگي فرايندهاي پيشا مانا ۳۱
شكل (۳-۶) نمايش مساحت زير منحني چگالي طيفي با ميانگين مربعات X(t) ۳۲
شكل (۳-۷) نمايش منحني تاريخجه زماني و چگالي طيفي يك نمونه از فرايند باند باريك ۳۳
شكل (۳-۸) نمايش منحني تاريخجه زماني و چگالي طيفي يك نمونه از فرايند باند پهن ۳۴
شكل (۴-۱) مدلهاي طراحي شده براي بررسي درز انقطاع ۴۵
شكل (۴-۲) منحني تنش كرنش در برنامه opensees الف) براي مصالح غير خطي (Steel01) ب) براي مصالح خطي ۴۹
شكل (۴-۳) شتاب نگاشتهاي مورد استفاده در آناليز ديناميكي غير خطي ۵۲
شكل (۴-۴) مقياس كردن طيف ميانگين طيفهاي پاسخ در آناليز ديناميكي غير خطي دو بعدي مطابق با روش NEHRP ۵۵
شكل (۴-۵) طيف طرح و طيف شتاب نگاشتهاي مورد استفاده (مقياس نشده) ۵۶
شكل (۴-۶) طيف طرح و طيف شتاب نگاشتهاي مورد استفاده (مقياس شده با دوره تناوب اصلي) ۵۶
شكل (۴-۷) استهلاك رايلي ۵۸
شكل (۴-۸) روش نيوتن_ رافسون ۵۹
شكل (۴-۹) روش نموي نيوتن_ رافسون
۶۰
عنوان شكل صفحه
شكل (۴-۱۱) نمودار تاريخچه زماني پاسخ تغيير مكان قاب دو طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطي و غير خطي ۶۲
شكل (۴-۲۱) نمودار تاريخچه زماني پاسخ تغيير مكان قاب چهار طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطي و غير خطي ۶۲
شكل (۴-۱۳) نمودار تاريخچه زماني پاسخ تغيير مكان قاب هشت طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطي و غير خطي ۶۲
شكل (۴-۱۴) نمودار تاريخچه زماني پاسخ تغيير مكان قاب دوازده طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطي و غير خطي ۶۳
شكل (۴-۱۵) نمودار تاريخچه زماني پاسخ تغيير مكان قاب شانزده طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطي و غير خطي ۶۳
شكل (۴-۱۶) نمودار تاريخچه زماني پاسخ تغيير مكان قاب هجده طبقه تحت اثر زلزله السنترو در دو حالت خطي و غير خطي متحرك ۶۳
شكل (۴-۱۷) سازه A دو طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطي) ۶۶
شكل (۴-۱۸) سازه A چهار طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطي) ۶۶
شكل (۴-۱۹) سازه A هشت طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطي) ۶۷
شكل (۴-۲۰) سازه A دوازده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطي) ۶۷
شكل (۴-۲۱) سازه A هجده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطي) ۶۸
شكل (۴-۲۲) سازه A بيست طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار خطي) ۶۸
شكل (۴-۲۳) سازه A دو طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۶۹
شكل (۴-۲۴) سازه A چهار طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۶۹
شكل (۴-۲۵) سازه A شش طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۷۰
شكل (۴-۲۶) سازه A هشت طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۷۰
شكل (۴-۲۷) سازه A ده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۷۱
شكل (۴-۲۸) سازه A دوازده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۷۱
شكل (۴-۲۹) سازه A چهارده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۷۲
شكل (۴-۳۰) سازه A شانزده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۷۲
شكل (۴-۳۱) سازه A هجده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۷۳
شكل (۴-۳۲) سازه A هجده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (رفتار غير خطي) ۷۳
شكل (۴-۳۳) مقايسه رفتار خطي و غير خطي، سازه A دو طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۴
شكل (۴-۳۴) مقايسه رفتار خطي و غير خطي، سازه A چهار طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۴
شكل (۴-۳۵) مقايسه رفتار خطي و غير خطي، سازه A هشت طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۵
شكل (۴-۳۶) مقايسه رفتار خطي و غير خطي، سازه A دوازده طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۵
شكل (۴-۳۷) مقايسه رفتار خطي و غير خطي، سازه A هجده طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۶
شكل (۴-۳۸) مقايسه رفتار خطي و غير خطي، سازه A بيست طبقه و سازه B با طبقات مختلف ۷۶
شكل (۴-۳۹) سازه A دو طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثير ميرايي) ۷۷
شكل (۴-۴۰) سازه A چهار طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثير ميرايي) ۷۸
عنوان شكل صفحه
شكل (۴-۴۱) سازه A شش طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثير ميرايي) ۷۸
شكل (۴-۴۲) سازه A هشت طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثير ميرايي) ۷۹
شكل (۴-۴۳) سازه A ده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثير ميرايي) ۷۹
شكل (۴-۴۴) سازه A دوازده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثير ميرايي) ۸۰
شكل (۴-۴۵) سازه A چهارده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثير ميرايي) ۸۰
شكل (۴-۴۶) سازه A شانزده طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثير ميرايي) ۶۲
شكل (۴-۴۷) سازه A بيست طبقه و سازه B با صبقات مختلف (تاثير ميرايي) ۸۱
شكل (۵-۱) رابطه جابجايي خميري و ضريب رفتار ۸۶
شكل (۵-۲) طيف بازتاب طرح بر اساس استاندارد ايران۲۸۰۰ براي خاك نوع III و منطقه اي با خط لرزه خيزي زياد ۸۸
شكل (۵-۲) حالات مختلف آناليز غير خطي استاتيكي ۹۱
شكل (۵-۳) توزيع بار جانبي در آناليز استاتيكي غير خطيدر حالت كنترل بار) ۹۱
شكل (۵-۴) نمودار منحني ظرفيت براي مدل دو طبقه ۹۲
شكل (۵-۵) نمودار منحني ظرفيت براي مدل چهار طبقه ۹۲
شكل (۵-۶) نمودار منحني ظرفيت براي مدل شش طبقه ۹۳
شكل (۵-۷) نمودار منحني ظرفيت براي مدل هشت طبقه ۹۳
شكل (۵-۸) نمودار منحني ظرفيت براي مدل ده طبقه ۹۴
شكل (۵-۹) نمودار منحني ظرفيت براي مدل دوازده طبقه ۹۴
شكل (۵-۱۰) نمودار منحني ظرفيت براي مدل چهارده طبقه ۹۵
شكل (۵-۱۱) نمودار منحني ظرفيت براي مدل شانزده طبقه ۹۵
شكل (۵-۱۲) نمودار منحني ظرفيت براي مدل هجده طبقه ۹۶
شكل (۵-۱۳) نمودار منحني ظرفيت براي مدل بيست طبقه ۹۶
شكل (۵-۱۴) مدل رفتار غير خطي سازه براي محاسبه شكل پذيري ۹۸
شكل (۶-۱) درز انقطاع محاسباتي به روش آيين نامه IBC ۱۰۴
شكل (۶-۲) درز انقطاع براي ساختمانهاي با «اهميت كم» و «متوسط» تا هشت طبقه ۱۰۵
شكل (۶-۳) حداقل درز انقطاع براي ساختمانهاي با «خيلي زياد» و «زياد» و
ساختمانهاي با «اهميت كم» و «متوسط» بيشتر از هشت طبقه ۱۰۶
شكل (۶-۴) مقايسه نتايج آيين نامه اي قاب A چهار طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۷
شكل (۶-۵) مقايسه نتايج آيين نامه اي قاب A شش طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۷
شكل (۶-۶) مقايسه نتايج آيين نامه اي قاب A هشت طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۸
شكل (۶-۷) مقايسه نتايج آيين نامه اي قاب A ده طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۸
شكل (۶-۸) مقايسه نتايج آيين نامه اي قاب A دوازده طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۹
شكل (۶-۹) مقايسه نتايج آيين نامه اي قاب A چهارده طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۰۹
شكل (۶-۱۰) مقايسه نتايج آيين نامه اي قاب A شانزده طبقه و قاب B با طبقات مختلف ۱۱۰
شكل (۶-۱۱) مقايسه نتايج آيين نامه اي 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.
