بررسی رفتار لرزه ای اتصالات نیمه صلب تیر به ستون در سازه های فولادی :پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش زلزله

پایان نامه ای که معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته عمران  و با عنوانبررسی رفتار لرزه ای اتصالات نیمه صلب تیر به ستون در سازه های فولادیی ، مطالعه موردی پل شهید حقانی تهران  در 146 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب عمران  قرار گیرد.

چکیده بررسی رفتار لرزه ای اتصالات نیمه صلب تیر به ستون در سازه های فولادی:

اتصالات نیمه صلب[1] اتصالاتی هستند که سختی آنها بین دو حالت گیردارومفصلی قراردارد وبخشی از لنگر راانتقال می دهند وبه عبارت دیگردرجه صلبیت آن بین 20% تا90% می باشدکه در این اتصالات بویژه اتصالات پیچی از طریق شکل پذیری دورانی مناسب وایجاد مفصل پلاستیک در استهلاک انرژی ناشی از نیروهای زلزله موثر می باشد وبا افزیش میرایی باعث کاهش نیروهای زلزله می شود . دراین پایان نامه به بررسی رفتار لرزه ای اتصالات نیمه صلب درسازه های فولادی پرداخته شده است که در این راستا ابتدا یک نمونه آزمایشگاهی تحت بارگذاری چرخه ای مورد بررسی قرار گرفته و با نرم افزار اباکوس کالیبره می شود در ادامه برای بررسی مشخصات اتصالات نیمه صلب ، چندین نمونه، مدل سازی شده و مورد بررسی قرار می گیرد و مدل های ساخته شده ، تحت شرایط بارگذاری دینامیکی مختلف مورد تحلیل قرارگرفته و نتایج با یکدیگر مقایسه می شود که بطور خلاصه  می توان گفت که با افزایش ضخامت ورق جان ستون مقاومت قاب افزایش یافته واین افزایش در حدود 7% می باشد ودر نتیجه سختی را در مدل ها افزایش می دهد وبا افزایش فاصله پیچها در جهت افقی افت 2.5 درصدی مقاومت را بهمراه خواهد داشت وبا افزایش مقدار آن بیش از mm50 تاثیر چندانی در مقاومت نخواهد داشت واز سختی مدل ها می کاهد ودر نهایت با نزدیک کردن پیچ ها به هم ودور کردن از لبه ها تا حدودی مقاومت را افزایش داده وسختی را به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می دهد.

مقدمه

تاریخچه سازه های فولادی واتصالات

استفاده از فلز به عنوان مصالح سازه ای به ساخت یک پل قوسی در انگلستان به دهانه 30 متر با استفاده از اعضای چدنی بین سالهای 1777 تا 1779 برمی گردد. بین سالهای 1780 تا 1820 میلادی پل های چدنی متعددی به همین شیوه ساخته شد.حدوداً از سال 1840 به تدریج آهن کم کربن (چکش خوار) جایگزین چدن معمولی در امرساختمان سازی شد که قدیمی ترین نمونه آن پل چهاردهانه بریتانیا در ویلز[1] می باشد. باتولید ونورد نیمرخ های مختلف از جنس چدن وآهن کربن داراستفاده از این دو فلز گسترش بیشتری یافت ونهایتا” به نورد نیمرخ های I شکل در سال1870 انجامید واز سال 1890 به تدریج فولاد جایگزین آهن کربن داردر امر ساختمان سازی شدودر حال حاضر فولاد از عمده ترین مصالح ساختمانی می باشد که با تنش های جاری شدن (تسلیم) ، 2400 تا 7000 کیلوگرم برسانتی مترمربع به منظورهای مختلف تولید می شود .

آثار باقیمانده از گذشته های بسیار دور نشانگر این واقعیت است که انسان های اولیه با استفاده از اصول فیزیکـی که امـروزه اساس جوشکـاری مدرن را تشکیـل می دهد قطعـات فلزی را بـه یکدیگر متصل    می کردند. در سال 1891 دانشمند روسی بنام اسلاویانیو[2]، روش الکترود ذوب شونده را اختراع نمود. در این روش به جای الکترود ذغالی از یک الکترود فلزی استفاده شده که همزمان وظیفه فلز پرکننده را نیز به عهده داشت. برای برطرف نمودن این عیوب در سال 1905 یک صنعتگر سوئدی بنام اسکارکیل برگ الکترود فلزی پوشش دار را اختراع نمود. پوشش این الکترود را مخلوطی از مواد معدنی مختلف تشکیل   می داد که قادر بود با تولید گاز و ایجاد سرباره، مذاب حاصل از ذوب الکترود را در مقابل آثار نامطلوب تماس با هوا محافظت  نماید (طاحونی,1385).

اهداف تحقیق

1-بررسی رفتار لرزه ای اتصالات نیمه صلب تیر به ستون در سازه های فولادی تحت  تاثیر رکوردهای مختلف زلزله

2-بدست آوردن تاثیرات اتصالات نیمه صلب برروی سازه های فولادی از لحاظ مقاومت سازه، سختی  ،شکل پذیری وجایگزینی آن به جای اتصالات صلب ومفصلی

 فرضیه های تحقیق

در این پایان نامه در مدل استفاده شده اتصال از نوع پیچی وبدون هر گونه ورق های تقویتی در اتصال می باشد .سازه یک قاب یک طبقه می باشد که تحت بار جانبی توسط جک هیدرولیکی قرارگرفته است .تمامی ستون ها وتیرها از نوع پروفیلH شکل بوده  وپیچ های مورد استفاده از نوع پر مقاومت می باشد .اتصال پای ستون بصورت گیردار در نظرگرفته شده است ..مقدار K (ضریب اصلاح به منظور شبیه سازی حلقه های هیستریک) برابر با یک وتمامی قطعات از نوع فولاد فرض شده است .مدل اجزای محدود مشابه جزئیات آزمایشگاهی استفاده شده توسط تائو و همکاران شبیه سازی شده است وبارگذاری بصورت تاریخچه زمانی وتحت بار سیکلیک و به شکل جابه جایی به انتهای ستون وارد گردیده است.

فهرست مطالب

فصل اول  کلیات تحقیق__ 1

1-1مقدمه_ 2

1-1-1تاریخچه سازه های فولادی واتصالات  2

1-2 بیان مسئله_ 2

1-2-1 طبقه بندی سازه های فولادی_ 3

سازه های فولادی به سه گروه اساسی طبقه بندی می شوند_ 3

1-2-2  معایب ومزایای سازه های فولادی_ 6

1-3   اهمیت وضرورت تحقیق_ 9

1-4   اهداف تحقیق_ 9

1-5   متغیرهای تحقیق_ 10

1-6   فرضیه های تحقیق_ 13

1-7   تعریف واژه ها واصطلاحات_ 13

1-8  محدودیتهای تحقیق_ 13

فصل دوم مروری بر تحقیقات انجام شده_ 15

2-1  مقدمه_ 15

2-2  مبانی نظری تحقیق_ 15

2-2-1  اتصالات_ 15

2-2- 2   طبقه بندی اتصالات فولادی_ 17

2-2-2-1  طبقه بندی اتصالات از نظرسختی_ 17

2-2-2-2   طبقه بندی اتصالات از نظرمقاومت__ 17

2-2-2-3  طبقه بندی اتصالات از نظر شکل پذیری_ 17

2-2- 3  نمودار لنگر – دوران در اتصالات_ 17

2-2-4  طبقه بندی اتصالات براساس نمودار M-ϴ_ 18

2-2-5  اتصالات نیمه صلب تیر به ستون_ 19

2-2-5-1   جزئیات اتصال نیمه صلب__ 20

2-2-5-2   رفتار لرزه ای اتصالات نیمه صلب__ 21

2-2-5-3   طراحی لرزه ای اتصالات نیمه صلب__ 23

2-2-5-4   انواع اتصالات نیمه صلب__ 25

2-2-5-6  معایب ومزایای اتصالات خورجینی_ 27

2-2-5-7 بررسی رفتار ونیروهای وارد براتصال خورجینی_ 28

2-2-5-8 مطالعات اتصالات نیمه صلب__ 29

2-2- 6  مباحث آیین نامه ای_ 29

2-2-6- 1  تقسیم بندی اتصالات از دیدگاه آیین نامه ها 29

2-2-6- 2  معیارهای وضوابط آیین نامه ای_ 31

2-3  پیشینه تحقیق_ 34

2-3-1  مقدمه_ 34

2-3-2  مروری بر تحقیقات پیشین محققین: 34

2-3-2-1  بررسی طراحی وعملکرد لرزه ای سازه های فولادی با سیستم ترکیبی قاب صلب ونیمه صلب__ 34

2-3-2-2   بررسی رفتار لرزه ای قابهای خمشی مقاوم به ستون با اتصالات نیمه صلب     36

2-3-2-3  تحلیل وبررسی پارامتریک قابهای دروازه ای مرکب با اتصالات نیمه صلب__ 38

2-3-2-4  ماتریسهای سختی درجه اول ودوم وبار محوری یک سیستم  تیر به ستون با اتصالات نیمه صلب__ 40

2-3-2-5  توسعه متدهای طراحی کاربردی برای سازه های فولادی با اتصالات نیمه صلب   41

2-3-2-6 پارامترهای تقریبی برای بررسی رفتار پیچشی سازه های فولادی با اتصالات نیمه صلب خورجینی_ 44

2-3-2-7  بررسی وآنالیز قابهای فولادی با اتصالات زانویی نیمه صلب تیر به تیر وتیر به ستون تحت نیروی خمشی ومحوری 46

2 -3-2-8 ارزیابی اتصالات نیمه صلب در سازه های فولادی با استفاده از تست مودال_ 48

2-3-2-9  تحلیل پایداری سازه های قفسه ای سه بعدی مسطح با اتصالات نیمه صلب    50

2-3-2-10 طراحی پایداری سازه ها با اتصالات نیمه صلب   50

2-3-2-11  بررسی توزیع بار برروی فنداسیونهای انعطاف پذیردر سازه های با اتصالات نیمه صلب__ 50

2-3-2-12  بررسی خصوصیات دینامیکی وپاسخ زمانی سازه های قابی شکل با اتصالات نیمه صلب وگریز از مرکز 50

2-3-2-13 ارزیابی رفتارلرزه ای قابهای فولادی با اتصالات نیمه صلب ومهاربندی زانویی با استفاده ار روش 50

2-3-2-14 بررسی ازمایشگاهی سیستمها با اتصالات نیمه صلب تحت خمش با وبدون نیروی محوری  57

2-3-2-15 عملکرد لرزه ای قابهای خمشی نیمه صلب تحت رکوردهای ثبت شده دور ونزدیک__ 79

فصل سوم مبانی مدلسازی و تطابق نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی_ 62

3-1  مقدمه_ 63

3-2 تخمین میرایی و ضرایب کاهش طیف پاسخ نیاز 63

3-3 تحلیل اجزای محدود_ 67

3-4  مراحل تحليل المان محدود_ 69

3-5  نحوه تحليل المان محدود_ 70

3-6  روشهای تحلیل المان محدود_ 70

3-6-1  روش اجزا محدود ضمنی_ 71

3-6-2  روش اجزا محدود صریح_ 71

3-7 اعتبارسنجی کار آزمایشگاهی_ 75

فصل چهارم مدلسازی و تحلیل مدلها 84

4-1  مقدمه_ 87

4-2  انتخاب معیار تسلیم_ 87

4-2-1  معیار ون میسز_ 87

4-3  مدلهای مورد مطالعه_ 88

4-3-1  شتاب نگاشت زلزله طبس__ 89

4-3-2  شتاب نگاشت زلزله بم_ 90

4-3-3  شتاب نگاشت زلزله منجیل_ 90

4-3-4  شتاب نگاشت زلزله السنترو 91

4-4   نتایج بارگذاری لرزه ای_ 91

4-4-1  زلزله طبس__ 91

4-4-2  نتایج لرزه ای دیگر_ 102

4-5  مدلهای تیپ دوم_ 110

فصل پنجم  نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات__ 123

5-1 مقدمه_ 124

5- 2نتیجه گیری 124

5-3   پیشنهادها 126

منابع_ 127

فهرست جداول

جدول 1-1 متغیرهای تحقیق 10

جدول 2-1 لنگر ودوران انتهایی برای انواع مختلف بار با درجات صلبیت مختلف 21

جدول 2-2 محاسبه نیروی زلزله برای قابهای با اتصالات نیمه صلب 25

جدول 2-3 اندازه حداقل جوش گوشه برحسب ضخامت ورق ضخیم تر 31

جدول 2-4 مقاومت نهایی اعضا واتصال 32

جدول 3-1 ضریب اصلاح وضزیب میرایی 66

جدول 3-2 تعیین نوع رفتار سازه 67

جدول 3-3 مشخصات قاب مورد استفاده 77

جدول 3-4 مشخصات فولاد مورد استفاده 78

جدول 3-5 مقایسه نتایج به دست آمده از نمونه آزمایشگاهی ومدل عددی 83

جدول3-6 میزان خطا 83

جدول 4-1 مدلهای مورد مطالعه 88

جدول 4-2 مقایسه مدل تحت رکوردهای مختلف زلزله 108

جدول 4-3 مدلهای تیپ دوم  110

جدول 4-4 مقایسه کلی مدلها  122

فهرست شکل ها

شکل 1-1 سازه های قاب بندی شده  3

شکل 1-2 سازه های پوسته ای 4

شکل 1-3 سازه های معلق 5

شکل 2-1 نمودار لنگر – دوران در اتصالات 17

شکل 2-2 جزئیات اتصال نیمه صلب 20

شکل 2-3 پاسخ هیسترسیس لنگر- دوران برای اتصالات صلب ونیمه صلب 22

شکل 2-4 پاسخ سازه در برابر زلزله با قاب صلب ونیمه صلب 22

شکل 2-5 اتصال نیمه صلب با ورق فوقانی برای تسلیم در تیر  26

شکل 2-6 انواع اتصالات خورجینی 27

شکل 2-7 سیستم طبقه بندی آیین نامه Eurocode3 30

شکل 2-8 سازه های فولادی با سیستم ترکیبی قاب صلب ونیمه صلب 35

شکل 2-9 قابهای خمشی مقاوم به ستون با اتصالات نیمه صلب 37

شکل 2-10 قاب دروازه ای مرکب وکوتاه با اتصالات نیمه صلب 39

شکل 2-11 نمودار متدهای طراحی سازه های فولادی با اتصال نیمه صلب 43

شکل 2-12 قاب فولادی با اتصال زانویی نیمه صلب 47

شکل 2-13 سازه های فولادی با سطح مقطع مربعی، مستطیلی ودوبعدی 49

شکل 2-14 سازه های قفسه ای سه بعدی مسطح با اتصالات نیمه صلب__  51

شکل 2-15 فنداسیونهای تیری(ارتجاعی 53

شکل 2-16 سازه قابی فضایی ونامتقارن وسازه های مسطح 55

شکل 2-17 آزمایش سیستم با اتصالات توپی وپیچی 58

شکل 2-18 قابهای سه گوشه وسه طبقه  60

شکل 3-1 حلقه هیستریک ایده ال برای یک ساختمان با جزئیات شکل پذیر 65

شکل 3-2 نمودار مقایسه دقت آنالیز المان محدود صریح وضمنی 74

شکل 3-3 شرایط تکیه گاهی ومرزی نمونه مورد آزمایش 75

شکل 3-4 نمونه آزمایشگاهی 76

شکل 3-5 نحوه مدلسازی ومدل ساخته شده در نرم افزار Abaqus 79

شکل 3-6 نمودار بارگذاری چرخه ای  79

شکل 3-7مقایسه کانتور کرنشهای پلاستیک مدل ساخته شده 80

شکل 3-8 مقایسه نتایج آزمایشگاهی وعددی 81

شکل 3-9 مقایسه منحنی های چرخه ای مدل عددی ونمونه آزمایشگاهی 82

شکل 4-1 محل اعمال شتاب نگاشت افقی در مدلها 86

شکل 4-2 سطح تسلیم معیارهای توسکا و ون میسز در فضای تنشهای اصلی 87

شکل 4-3 شتاب نگاشت زلزله طبس در جهت x 89

شکل 4-4 شتاب نگاشت زلزله طبس در جهت x  ودر 16ثانیه 89

شکل 4-5 شتاب نگاشت زلزله بم در جهت x ودر 15ثانیه 90

شکل 4-6 شتاب نگاشت زلزله منجیل در جهت x ودر 45ثانیه 90

شکل 4-7 شتاب نگاشت زلزله السنترو در جهت x ودر 45ثانیه 91

شکل 4-8 کانتور تنش ون میسز در اثر اعمال رکورد زلزله طبس 92

شکل 4-9 کانتور جابه جایی کلی مدل تحت زلزله طبس 93

شکل 4-10 تعیین نقطه مرجع روی صفحه صلب جهت گرفتن نیروی عکس العملی 93

شکل 4-11 تاریخچه زمانی جابه جایی مدل تحت زلزله طبس 94

شکل 4-12 کانتور انرژی کرنش پلاستیک کلی مدل تحت زلزله طبس 94

شکل 4-13 مراحل تشکیل کانتور انرژی کرنش پلاستیک تیر تحت زلزله طبس   95

شکل 4-14 مسیر انتخاب جهت گرفتن خروجی ها  96

شکل 4-15 کرنش ایجاد شده در طول تیر 97

شکل 4-16 نمایش دوران مفصل پلاستیک وانحناء 98

شکل 4-17 نمایش تغییرشکل تیرجهت تعیین میزان دوران مفصل پلاستیک 99

شکل 4-18 کانتور جابه جایی در طول تیر 100

شکل 4-19 منحنی جابه جایی در طول تیر 100

شکل 4-20 کانتور تنش در اثر اعمال رکورد زلزله منجیل 102

شکل 4-21 کانتور تنش در اثر اعمال رکورد زلزله بم 103

شکل 4-22 کانتور تنش در اثر اعمال رکورد زلزله السنترو 104

شکل 4-23 کرنش ایجاد شده در طول تیر تحت رکورد منجیل 105

شکل 4-24 کرنش ایجاد شده در طول تیر تحت رکورد بم 106

شکل 4-25 کرنش ایجاد شده در طول تیر تحت رکورد السنترو 107

شکل 4-26 کرنش ایجاد شده در طول تیر تحت رکورد های مختلف زلزله 108

شکل 4-27 چارت کرنش مدل تحت رکوردهای مختلف 109

شکل 4-28 چارت طول مفصل پلاستیک مدل تحت رکوردهای مختلف 109

شکل 4-29 کانتور تنش مدل M1 111

شکل 4-30 کانتور جابه جایی مدل M1 112

شکل 4-31 کانتور انرژی کرنش پلاستیک مدل M1 112

شکل 4-32 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M1 113

شکل 4-33 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M2 114

شکل 4-34 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M3 114

شکل 4-35 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M4 115

شکل 4-36  نمودار نیرو- جابه جایی مدل مدلها با ضخامت ورق متفاوت 115

شکل 4-37 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M5 116

شکل 4-38 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M6 117

شکل 4-39 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M7 117

شکل 4-40 نمودار نیرو- جابه جایی مدل مدلها با فاصله افقی پیچ متفاوت 118

شکل 4-41 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M8 118

شکل 4-42 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M9 119

شکل 4-43 نمودار نیرو- جابه جایی مدل M10 119

شکل 4-44 نمودار نیرو- جابه جایی مدل مدلها با فاصله عمودی پیچ متفاوت 120

شکل 4-45 نمودار نیرو – جابه جایی تمام مدلها 120

شکل 4-46 نمودار نیرو- جابه جایی مدل صلب 121

شکل 4-47 نحوه تعیین ضریب جابه جایی شکل پذیری 121

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.

برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.