علوم و مهندسی زلزله
سال:1397 | دوره:15 | شماره:4 |تعداد مقالات:6

ایده جداسازی ساختمان از اثرات مخرب حرکت زمین که توسط یک زلزله قوی ایجاد شده است، از بیش از یک قرن پیش توسط مخترعان و مهندسان انجام شده است. جداسازی لرزه ای در کاهش تقاضای لرزه ای ساختمان ها و کاهش هزینه های آسیب لرزه ای موثر است. امروزه این مفهوم به یک واقعیت عملی متکامل شده است و جای خود را به عنوان یک جایگزین قابل اعتماد برای ساخت و ساز مقاوم در برابر لرزه ای متعارف (ثابت) می باشد. هدف از تحقیق حاضر بررسی تاثیر استفاده از جداساز لرزه ای بر بهسازی لرزه ای قاب های فولادی می باشد. که برای این منظور از تحلیل غیر خطی پوش آور استفاده شده و قاب های خمشی و بادبندی مجهز به جداساز لرزه ای و بدون جداساز لرزه ای تحلیل شده اند و ضریب رفتار انواع قابها با ارتفاعات و خصوصیات مختلف بدست آمده و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج تحقیق نشان می دهد که ضریب رفتار قاب های فولادی مجهز به جداساز لرزه ای بیشتر از قاب های بدون جداساز می باشد. با مقایسه نتایج میتوان به تاثیر استفاده از جداساز بر روی رفتار لرزه ای قاب های فولادی پی برد.

کشور ایران بدلیل وجود گسل های متعدد و اعمال تنش توسط صفحات پوسته مرزی، همواره شاهد رخداد زلزله های متعددی در طول سال می باشد. بنابراین ارائه ی سیستم های مقاوم برای پایداری سازه ها در برابر نیروهای جانبی از دغدغه های اصلی مهندسی عمران در کشور می باشد. از سیستم های مقاوم جانبی، مدل قاب مهاربند واگرا می باشد که با تکیه بر دوران تیر پیوند باعث جذب نیروی زلزله در سازه می شود، در حالیکه دوران بیش از حد در ناحیه تیر پیوند می تواند سطح عملکرد سازه را دچار ضعف گرداند و باعث تشکیل ترک هایی قابل توجه در دال بتنی گردد. در تحقیق حاضر مدل نوینی از سیستم مهاربند واگرای مجهز به ورق فولادی در ناحیه تحتانی تیر پیوند و تیر خارج از پیوند ارائه شده است. مدلسازی عددی در نرم افزار آباکوس و پروتکل بارگذاری بر مبنای ATC-24 اعمال گردیده است. نتایج حاصل نشان می دهد مکانیابی بهینه ورق های فولادی و اعمال آن ها در ناحیه تحتانی تیر و تیر خارج از پیوند باعث بهبود عملکرد برشی سیستم مهاربندی در تشکیل مفاصل پلاستیک و افزایش مقاومت برشی و شکل پذیری مدل مهاربندی می گردد. در نهایت میزان جذب انرژی توسط مدل ها در مقایسه با مدل رایج دارای عملکرد مطلوب قابل توجهی می باشد.

قاب های دارای اتصال خورجینی یکی از سیستم های رایج سازه ای در ایران می باشد. در این قاب ها تیرها از طرفین ستون گذشته و هر تیر روی یک نبشی زیرین قرار می گیرد. ستون ها از نوع دوبل تسمه دار بوده و در محل اتصال دارای یک ورق نسبتاً بلند می باشند به طوری که نبشی های زیرین و بالایی را در خود جای می دهد. آنچه باعث شده است که این نوع اتصال استفاده فراوانی داشته باشد سرعت بالا و سهولت اجرای قاب های خورجینی است. مطالعات متعددی نشان داده که در زمان قرارگیری سازه در معرض آتش مقاومت آن دچار تغییر می گردد. بررسی حاضر به منظور بررسی رفتار تیرهای فولادی با اتصالات خورجینی در دما و زمان های مختلف است. نخست پس از مطالعات کتابخانه ای، صحت سنجی نمونه آزمایشگاهی توسط نرم افزار آباکوس، مورد بررسی قرار گرفت. با انجام مراحل کار با داده های مطابق داده های آزمایشگاهی نتایج حاصل از بررسی عددی با نتایج حاصل از بررسی آزمایشگاهی موجود در مقاله مقایسه گردید و نتایج حاصل از این مقایسه نشان داد که تطابق نتایج آزمایشگاهی و نتایج حاصل از بررسی عددی دارای درصد اختلافی کمتر از 10 درصد است. به منظور توسعه مدل عددی 17 مدل مختلف با تغییرات دما و زمان قرارگیری تیر در معرض آتش مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج این مطالعه نشان داد که افزایش دمای حرارت در اتصالات خورجینی باعث کاهش مقاومت نهایی، افزایش میزان خرابی و تغییر شکل در ناحیه اتصال می گردد. دیگر نتایج مطالعه نشان داد که هر چه زمان قرارگیری اتصالات خورجینی در معرض آتش بیشتر باشد، مقاومت نهایی کاهش، میزان خرابی افزایش و تغییر شکل سازه بیشتر خواهد بود.

در سالیان اخیر استفاده از مقاطع فولادی پر شده با بتن (CFST) به دلیل مزایای بسیار زیاد از جمله، عملکرد لرزه ای عالی، استحکام بالا، انعطاف پذیری بالا و ظرفیت جذب انرژی نسبت به مقاطع بتنی (RC) و فولادی در صنعت ساختمان سازی گسترش زیادی پیدا کرده است، این ستون ها اغلب بیشتر در اشکال دایره ایی اجرا می گردد. دلیل اصلی این موضوع این نکته هست، که مقاطع دایره ای محصور شدگی بیشتری را نسبت به مقاطع دیگر در بتن هسته ایجاد می کند. این مهم سبب گردیده که مقاطع دایره ای نسبت به مقاطع دیگر در ستون های (CFST) بیشتر مورد استفاده قرار گیرد. اما در بعضی از مواقع استفاده از مقاطع دایره ایی غیر ممکن خواهد شد، از جمله این موارد می توان رعایت ملاحظات معماری، اجرای اتصالات اقتصادی تر و آسان تر در مقاطع چهار گوش نسبت به مقاطع دایره ایی، را نام برد، این دلایل سبب می گردد، اشکال خاص از جمله مقاطع مربع و مسطیل و مقاطع با اشکال L و T شکل در بعضی از قسمت های ساختمانی مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به اهمیت این موضوع در این مقاله سعی گردید که به معرفی و بررسی رفتار مکانیکی ستون های کوتاه (CFST) با مقطع هندسی L شکل و بررسی اثر پارامتری ضخامت جدار فولاد، و تنش فشاری بتن، بر روی ظرفیت و رفتار مکانیکی این ستون ها پرداخته شود، که در انتها و بعد از انجام تحلیل نمونه های مطالعاتی تحت روش اجزای محدود (FEM) مشخص گردید که در ستون های (CFST) اثر ضخامت جدار فولادی پارامتر تاثیرگذارتری بر روی ظرفیت و رفتار مکانیکی ستون های (CFST) با مقطع هندسی L شکل خواهد بود.

الگوریتم ژنتیک یکی از پرکاربردترین الگوریتم های جستجوی تصادفی برای یافتن جواب بهینه در مسائل قاب های ساختمانی چند طبقه می باشد. در مقاله حاضر وزن بهینه قاب های چند طبقه فولادی تحت آنالیزهای دینامیکی طیفی و آنالیز استاتیکی معادل با استفاده از الگوریتم ژنتیک تعیین شده است و تاثیر آنالیز های دینامکی طیفی و استاتیکی معادل در مقدار وزن بهینه قاب مورد بررسی قرار گرفته است. طراحی اعضای قاب بر اساس روش LRFD و منطبق با آیین نامه AISC360-16 و AISC341-16 انجام گرفته است. همچنین در آنالیز دینامیکی طیفی، مودهای موثر قاب بر اساس آیین نامه ASCE 7-16 تعیین و نیروهای داخلی اعضا بر این اساس تعیین شده اند. آنالیز و بهینه سازی قاب با استفاده از برنامه نوشته شده با زبان برنامه نویسی متلب (MATLAB) انجام گرفته است. همچنین از سه نوع انتخاب تصادفی، انتخاب بر اساس شایستگی و انتخاب رقابتی جهت انتخاب مقاطع و سه الگوی ترکیب مختلف شامل ترکیب تک نقطه ای، دو نقطه ای و پیوسته به صورت همزمان استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می دهد استفاده همزمان از سه نوع ترکیب و سه نوع انتخاب منجر به همگرایی سریع تر به جواب بهینه می شود. همچنین با افزایش مقدار بار وارد بر قاب، اختلاف بین وزن بهینه حاصل از دو نوع آنالیز افزایش می یابد و با افزایش تعداد طبقات، آنالیز طیفی در بارهای کمتر وزن بهینه کمتری را نسبت به آنالیز استاتیکی معادل می دهد، اما با افزایش بار، آنالیز استاتیکی معادل وزن کمتری را به دست می دهد که نشان دهنده اهمیت آنالیز دینامیکی طیفی در طرح بهینه قاب های بلند مرتبه می باشد.

بسیاری از ساختمان های معمول در مهندسی عمران تحت تاثیر فشار جانبی خاک قرار دارند. دیوارهای زیرزمینی، پایه های پل ها، دیواره های تونلی، دیوارهای مخازن زیرزمینی و غیره از جمله سازه هایی هستند که فشار جانبی جانبی خاک به آنها تاثیر می گذارد. بنابراین، برای محدود کردن این فشار، استفاده از دیوارهای حائل وزنی، طره ای، نیمه وزنی یا سپر ها و دیگر ساختمان های مشابه، معمول است. چنین دیوارها باید یک عامل ایمنی رضایت بخش برای جلوگیری از لغزش و لغزش، و همچنین برای کنترل ظرفیت تحمل بنیادها و کنترل پایداری کلی دیوار و خاک. علاوه بر تحمل بارهای استاتیک، دیوارهای نگهدارنده باید بارگیری را ناشی از نیروهای پویا مانند بارگذاری چرخه ای و همچنین نیروی ناشی از زلزله ایجاد کنند که ممکن است در طی دوره استفاده از این دیوار رخ دهد. برای مدل سازی دیوارهای نگهدارنده وزن در این تحقیق از نرم افزار Plaxis 8. 6 استفاده شده و رفتار دیوار تحت بارگذاری دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که حداکثر جابجایی در بالای دیوار اتفاق می افتد و حداکثر استرس افقی در پایین یک سوم ارتفاع دیوار حائل ایجاد می شود. تجزیه و تحلیل همچنین نشان دهنده وابستگی شدید بین رفتار دیوار نگهدارنده و تغییرات خواص مکانیکی خاک است که پشت آن است. تجزیه و تحلیل با تغییرات خواص مکانیکی خاک و تغییرات ارتفاع دیوار انجام شد و افزایش قابل توجهی در استرس افقی مشاهده شد.