پایان نامه بررسی رفتار لرزه ای اتصالات نیمه صلب تیر به ستون در سازه های فولادی

توضیحات:

پروژه و پایان نامه مهندسی عمران- بررسی رفتار لرزه ای اتصالات نیمه صلب تیر به ستون در سازه های فولادی در 146صفحه در قالب word و قابل ویرایش همراه با توضیحات کامل

چکیده:

اتصالات نیمه صلب  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.

کلید واژه ها: اتصالات ، نیمه صلب ، مفصل پلاستیک ، سختی ، مقاومت ، شکل پذیری

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