مقايسه رفتار قاب فولادي با مهاربندی ضد كمانش و مهاربندی معمولي

رشته:

مهندسي عمران – سازه

مقطع:

كارشناسي ارشد

چكيده پايان نامه
بادبند، به عنوان نوعی سیستم کنترل غیر فعال، می‌تواند نقش موثری در ایجاد مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله داشته باشد. یکی از روش های بهره گیری بیشتر و اقتصادی تر از قابلیت بادبند ها استفاده از ظرفیت غیر ارتجاعی آنها است. بادبند های معمولی تحت کشش دارای عملکرد خوبی هستند، ولی در زیر فشار دچار کمانش شده، شکل پذیری خوبی ندارند. بادبند های کمانش ناپذیر برعکس با جلوگیری از کمانش پیش از تسلیم بادبند باعث افزایش شکل پذیری می شوند.. جلوگیری از کمانش در این نوع بادبند با محصور نمودن هسته فولادی بادبند در بتن که به‌نوبه خود در یک مقطع فولادی قرار گرفته است، انجام می شود. بدین ترتیب بادبند در فشار و کشش بطور مشابه عمل می‌کند. بدین جهت بادبندهای کمانش ناپذیر قابلیت استهلاک انرژی بیشتری داشته و باعث افزایش ایمنی سازه می‌شوند. از طرف دیگر چون نحوه کاربرد این نوع بادبند شبیه بادبند های معمولی است، استفاده از آن در سازه ها نیازمند تکنولوژی جدیدی نمی باشد قاب های مهاربندی شده با المان های کمانش ناپذیر (BRBF) به عنوان یک سیستم مقاوم لرزه ای شناخته می شوند. با توجه به این مقدمات، بررسی بادبند های کمانش ناپذیر به منظور ارتقای کیفیت و کارایی آنها و بومی کردن تکنولوژی مربوطه در کشور لرزه خیزی مانند ایران حائز اهمیت بوده، در این پایان نامه مورد توجه است .
در اين تحقیق  نوع روش بصورت تئوری و غیر آزمایشگاهی بوده است .  به دلیل عدم دسترسی به سازه و بادبندهای BRB واقعی، رفتار آنها با استفاده از یک نرم افزار شبیه سازی مثل abaquse مورد شبیه سازی قرار گرفته تا بتوان رفتار قاب  و همچنین سایر کنترلر های قبلی را روی این سازه مورد بحث و بررسی قرار داد.  به منظور بررسی عملکرد مهاربندهای کمانش ناپذیر، يك مدل اجزای محدود از اين المان ارائه شده است. بعد از معرفي اجزاء با در نظر گرفتن تمامي مواد Abaquse  مهاربندهاي كمانش ناپذير، يك نمونه از اين نوع مهاربند در نرم افزار اجزاء محدود مورد استفاده مدلسازي ميشود. بعد از تأييد مدل نمونه واقعي با استفاده از نتايج آزمايشگاهي در دسترس كه توسط تحليل غير خطي ديناميكي صورت ميپذيرد، مدل ساده مورد نظر ساخته ميشود اين قاب  تحت بارگذاري سيكليك محوري مورد آناليز قرار گرفته و قاب با هر دو نوع مهاربند تحت تحليل قرار گرفته و نتايج با هم مقايسه مي شود و روشي براي تهيه يك مدل ساده از مهاربندهاي كمانش ناپذير ارائه ميگردد. در مطالعه حاضر رفتار مهاربند BRB  بعنوان میراگر هیسترتیک بررسی و عملکرد مطلوبی در جذب انرژی مشاهده گردید

-۱- مقدمه
قاب های فولادی مهاربندی شده هم محور یکی از متداول ترین سیستم های قاب فولادی مقاوم خمشی محسوب می شود. به طور کلی قاب های مهاربندی شده هم محور نسبت به بسیاری از سیستم های مقاوم خمشی دارای کارایی بالایی می باشد که دلیل آن توانایی اعضای مهاربند در کنترل تغییرمکان های جانبی قاب می باشد. فولاد مورد استفاده برای تیرها و ستون های قاب های مهاربندی شده هم محور به لحاظ استفاده از اشکال هندسی ظریف و محاسباتی، از نظر اقتصادی نیز بسیار مقرون به صرفه می باشند. طراحان ساختمان نیز اغلب از قاب های مهاربندی شده آماده در محاسبات استفاده می کنند.
یکی از مهمترین نقاط ضعف این نوع مهاربندها مقاومت کمانشی پایین به دلیل لاغری اعضای مهاربند می‌باشد. انرژی بسیار شدید و ناگهانی که در حین وقوع زمین لرزه به اعضای مهاربند وارد می شود می تواند باعث کمانش و تغییرشکل غیر ارتجاعی بزرگ در مهاربند و اتصالات آن گردد. لذا رفتار نامطلوب عمده اي كه در مهاربندها مشاهده مي شود كمانش مهاربند فشاري مي باشد و اين امر باعث كاهش شكل پذيري و ظرفيت استهلاك انرژي در سازه به دليل اثر ثانوي تغييرشكل هاي غيرخطي هندسي مي گردد . اين موضوع در بارگذاري هاي تناوبي مانند زلزله با توجه به ماهيت كاهش بيشتر سختي تحت بارهاي ديناميكي لرزهاي، از اهميت ويژه اي برخوردار مي باشد. استفاده از مهاربندي كه در فشار و كشش رفتار يكساني داشته باشد و كمانش نكند ، هميشه مطلوب طراحان سازه بوده است. در حقيقت بهسازي قاب های سازه ای با این روش، رفتارهاي نامناسب زير را اصلاح مي كند:
۱-    كاهش مقاومت
۲-    كاهش سختي
۳-    كاهش شكل پذيري

۱-۲- اهداف تحقیق

فهرست مطالب
عنوان    صفحه
فصل اول : مقدمه و اهداف
۱-۱-  مقدمه   ……………………    ۲
۱-۲-  اهداف تحقیق   ……….    ۳
۱-۳-  مباحث پایان نامه   …    ۳
فصل دوم : مروری بر تحقیقات مرتبط
۲-۱-  مقدمه   ……………………    ۵
۲-۲-  مروری بر مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی   …..    ۶
فصل سوم : مروری بر ادبیات فنی
۳-۱-  مقدمه   ……………………    ۱۶
۳-۲-  مهاربندها   ………………    ۱۷
۳-۳-  عملکرد مهاربندهای همگرا و واگرا   ………………    ۲۰
۳-۴-  نحوه جایگذاری مهاربندها   ……    ۲۴
۳-۵-  مهاربندهای کمانش ناپذیر   …..    ۲۵
۳-۶-  اجزای تشکیل دهنده مهاربند کمانش ناپذیر       ۲۸
۳-۶-۱-  هسته فلزي محصور شده   …………………    ۲۹
۳-۶-۲-  هسته فلزي محصور نشده  …………………    ۲۹
۳-۶-۳-  ماده نچسب       ۳۰
۳-۶-۴-  ناحیه اتصال   ……………..    ۳۱
۳-۶-۵-  غلاف محصور كننده   …    ۳۲
فصل چهارم : روش مدلسازی اجزای محدود قاب مهاربندی کمانش ناپذیر
۴-۱-  مقدمه   ……………………    ۳۴
۴-۲-  مروری بر روش اجزای محدود   ……………………..    ۳۴
۴-۳-  معرفی اجمالی نرم افزار اجزای محدود Abaqus   …………………….    ۳۵
۴-۴-  فرآیند مدلسازی در نرم افزار اجزای محدود Abaqus   …………….    ۳۸
۴-۵-  مدلسازی اجزای محدود مهاربند فولادی   …….    ۴۱
۴-۶-  پیکربندی هندسی مهاربند فولادی در محیط نرم افزار   …………..    ۴۲
۴-۷-  مدلسازی المان های تشکیل مهاربند فولادی   ….    ۴۳
۴-۸-  روش مدلسازی مصالح تشکیل دهنده مهاربند فولادی   ……………    ۴۳
۴-۹-  مدلسازی رفتار تماسی بین فولاد و مصالح پرکننده بتنی   ……….    ۴۶
۴-۱۰-  روش بارگذاری و ایجاد شرایط مرزی   ………..    ۴۷
۴-۱۱-  روش مش بندی مهاربند فولادی   ………………    ۴۸
۴-۱۲-  روش آنالیز و استخراج نتایج تحلیل   ………….    ۴۹
فصل پنجم : مقایسه رفتار مهاربند کمانش ناپذیر و معمولی به روش اجزای محدود
۵-۱-  مقدمه   ……………………    ۵۲
۵-۲-  معرفی مدل های اجزای محدود مورد بررسی   ….    ۵۳
۵-۳-  بررسی رفتار عضو مهاربند کمانش ناپذیر و مهاربند معمولی   …..    ۵۵
۵-۴-  بررسی رفتار قاب با مهاربند کمانش ناپذیر و مهاربند معمولی   ..    ۶۰
فصل ششم: نتیجه گیری کلی و پیشنهادات
۶-۱-  مقدمه   ……………………    ۶۵
۶-۲-  نتیجه گیری نهایی   .    ۶۶
۶-۳-  پیشنهادات برای تحقیقات آتی   …………………….    ۶۷
فهرست مراجع   ……………….    ۶۸