3-4-2-2- روش مسیر جایگزین انتقال بار 47
3-4-2-2-1- تحلیل استاتیکی خطی 47
3-4-2-2-2- تحلیل استاتیکی غیرخطی 48
3-4-2-2-3- تحلیل دینامیکی خطی 48
3-4-2-2-4- تحلیل دینامیکی غیرخطی 48
3-5-فرضیات تحلیل و طراحی 49
3-6-مقاطع مورد استفاده در مدل سازی 50
3-7-نحوهی مقاوم سازی 51
3-8-معرفی الگوی بارگذاری وارده 53
4-5-1- بار گذاری ویژه ی خرابی پیشرونده 53
4-2-2- بارگذاری ثقلی و جانبی 53
3-9- شاخص تنومندی .54
فصل چهارم- بررسی شاخصهایی از تنومندی و سلامت سازه
4-1- تحلیل استاتیکی غیرخطی سازه پنج طبقه 56 56
4-2 – تحلیل استاتیکی غیرخطی سازه هشت طبقه 69
4-3- تحلیل استاتیکی غیرخطی سازه دوازده طبقه 80 . 83
فصل پنجم – نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 نتیجه گیری 92
5-2 پیشنهادات 93
مراجع 94
فصل اول :
پیشگفتار
1-1- مقدمه
وقوع خرابی پیشرونده در سازهها در هنگام زلزله و حتی در یک انفجار نزدیک به سازه به چالشی مهم تبدیل شده است. خرابی پیشرونده وضعیتی است که در آن بروز یک خرابی موضعی در یک عضو سازهای منجر به شکست اعضای مجاور آن و فروریزشهای اضافی در ساختمان میگردد.
بطور کلی ساختمانها برای شرایط بارگذاری با احتساب انفجارهای گاز، انفجارهای بمب، برخوردهای وسایل نقلیه، طوفان، گردباد و از این قبیل بارها طراحی نمیشوند. ازاینرو زمانی که ساختمانها در معرض چنین بارهای غیرمعمولی قرارمیگیرند، ممکن است متحمل آسیبهای بزرگی شوند [1].
مثال ها از سازه هایی که خرابی پیشرونده به صورت جزیی یا کامل در آنها اتفاق افتاده است، اندک و کم سابقه است و درواقع توجه جامعه مهندسی بعد از انهدام بخشی از ساختمان مشهور آپارتمانی رونان پوینت[3] در لندن در سال 1968 به این موضوع معطوف شد و بعد از حادثه ی انهدام ساختمانهای تجارت جهانی در 11 سپتامبر سال 2001 بود که چندین کمیته استاندارد سازی برای بهبود استانداردهای روش های طراحی در برابر خرابی پیشرونده شروع بکار کردند و توجه ویژهای به بحث خرابی پیشرونده در ساختمان های با اهمیت بیشتر، صورت گرفت و از آن تاریخ به بعد بارگذاری ویژه ی خرابی پیشرونده در طراحی ها لحاظ گردید و لازم دانسته شد که ساختمانها باید طوری طراحی شوند که بتوانند خرابی موضعی را با یکپارچهکردن اعضای سازهای، بهبود بازپخش انرژی و توزیع مجدد بارها (با ایجاد مسیرهای جایگزین انتقال بار) محدود نموده و در مقابله با بارهای غیرمعمول مقاومت کنند [1].
1-2- تعریف مساله
بطور کلی ساختمانها برای شرایط بارگذاری خاص مانند انفجار، آتش سوزی و . . . طراحی نمیشوند و حتی زمانی که برای بارگذاری باد و یا زلزله طراحی می گردند، تمهیدات درست و کاملی برای حالت گسیختگی های موضعی در نظر گرفته نمیشوند از اینرو ساختمان ها زمانی که در معرض چنین بارهایی قرار میگیرند، ممکن است دچار آسیب های جدی شوند [1].
خرابی پیشرونده می تواند بخاطر خطراتی چون (انفجار، ضربه اتومبیل و آتش سوزی و…..) یا خطراتی طبیعی چون زلزله باشد. نیروی زلزله می تواند نیروهای جانبی و تنش های پرقدرتی را ناشی شود. تاثیر این بار می تواند اعضای سازه ای را بیش از حد بارگذاری نماید که در نهایت به از دست رفتن یک یا چند عضو باربر منجر شود و امکان دارد که باعث خرابی اعضای سازهای بیشتری شود. مشاهده خسارات زلزله در زمین لرزههای گذشته نشان می دهد که بارهای لرزهای می تواند سبب خساراتی شود که باعث از دست رفتن تکیه گاه ها شود و خرابی اولیه المانهای سازهای می تواند به دیگر اعضای باربر در مسیر های مختلف گسترش یابد.
این پدیده همچنین میتواند برای سازههای طراحیشده بر اساس آئیننامههای جاری حین رخداد زلزله های شدید نیز مشکلاتی را بوجودآورد و حتی منجر به ویرانی کل سازه گردد. به عبارت دیگر، هر گونه ضعف در طراحی و یا اجرای المان های سازه ای ممکن است باعث بوجود آمدن پدیده خرابی پیشرونده در سازهها حین بارگذاری لرزه ای نیز گردد. لذا مطالعه و بررسی تأثیر این پدیده در سازهها ضروری بهنظر میرسد [2].
1-3- هدف
با مطالعات انجام شده و بررسی های بعمل آمده در زمینه ی احتمال آسیب پذیری ساختمانهای امروزی در سطح شهرها در برابر خرابی پیشرونده ̜و اینکه اکثر قریب به اتفاق ساختمانهای موجود یارای مقابله با چنین پدیده ای را نداشته و در برابر خرابی پیشرونده آسیب پذیر می باشند ̜لذا این مهم نیاز شد تا با ارائه راهکارهایی به دنبال بهبود این وضعیت بوده و بتوان به کمک ساختمانهایی شتافت که احداث شده اند، اما در طراحی هایشان بارگذاری ویژه ی خرابی پیشرونده لحاظ نشده و توانایی مقابله با آن را ندارند ̜بنابراین با ارائه راهکار به تقویت این ساختمانها پرداخت تا به نوعی از عمق فاجعه کاسته شود.
هدف اصلی این پایان نامه، ارائه راهکاری به منظور مقابلهی سازهی احداث شده، با پیشرفت خرابی موضعی در سازه و تبدیل شدن آن به خرابی کلی و منهدم شدن آن میباشد یعنی سازهی مورد نظر در صورت از دست دادن یکی از ستونهای بحرانیاش، قادر به تحمل وزن خود و بارهای ثقلیاش بوده و بتواند تعادل خود را حفظ کند.همچنین در این پایان نامه سعی شده است تا حد امکان در معماری سازه تغییری ایجاد نشده و ساختمان کلیت خود را حفظ کرده و در برابر خرابی پیشرونده تنومندی آن کاهش نیابد.بدین منظور روش تحلیل استاتیکی غیر خطی مورد استفاده قرار گرفت.
طبیعتا همه روش ها بر اساس چندین فرض و سطوحی از ایده آل سازی هستند. لذا غیبت روش های محاسباتی در استانداردها جهت بررسی خرابی پیشرونده، تمرکز بر روش مسیر باربری جایگزین تحت سناریوی حذف یک ستون بحرانی را ناگزیر می سازد.
بدین منظور با بهره گیری از دستورالعملهای آییننامه [4]GSA[31] مبنی بر کاهش خسارتهای ناشی از خرابی پیشرونده با بهره گرفتن از روش مسیر باربری جایگزین، به بررسی تاثیر خرپای کمرهای در بام ساختمانهای فولادی پنج طبقه، هشت طبقه و دوازده طبقه قاب خمشی با کمک نرمافزار SAP2000 [27]و بصورت سه بعدی پرداخته و این ارزیابیها با کمک تحلیل استاتیکی غیرخطی انجام و نتایج بصورت جداول و نمودارهایی ارائه شده است که شامل نحوهی تشکیل مفاصل پلاستیک اعضا در هر سه سازه، مقایسه تنومندی[5] سازهها و ارزیابی جابجایی قائم گره بالای محل حذف ستون مورد نظر و همچنین بررسی تغییر مکان جانبی نسبی طبقات سازهها میباشد.
1-4- ساختار پایان نامه
این پایان نامه در 5 فصل تهیه و تنظیم شده است که به شرح زیر می باشد :
فصل اول شامل تعریف مسئله، اهداف دنبال شده در این پایان نامه و همینطور شیوه و روند تحقیق انجام شده می باشد.
در فصل دوم به مقایسه ای کوتاه از مقررات و تعاریف مربوط به خرابی پیشرونده در آئین نامه های معتبر بین المللی ساختمانی پرداخته می شود. همچنین ملا حظات مربوط به بهسازی ساختمان ها در برابر خرابی پیشرونده و خلاصه ای از مطالعات انجام شده ارائه شده است.
فصل سوم به بیان مدل ها و فرضیات، مدل سازی غیر خطی سازه می پردازد.
در فصل چهارم به نحوه اعمال بارگذاری در تحلیل استاتیکی غیر خطی وبررسی نتایج حاصل از این تحلیل پرداخته می شود.
فصل پنجم نیز به نتیجه گیری و بحث پیرامون نتایج و در نهایت ارائه پیشنهادات جهت تحقیقات آتی می پردازد.
در انتهای این مجموعه نیز مراجع ارائه شده است.
فصل دوم :
مبانی خرابی پیشرونده
2-1- مقدمه
خرابی پیشرونده را به صورت گسترش خرابی موضعی اولیه از عضوی به عضو دیگر كه سرانجام به گسیختگی تمام سازه یا قسمت بزرگی از آن می انجامد تعریف می كنند. خطرات احتمالی و بارهای غیرعادی كه می تواند موجب خرابی پیشرونده شود، شامل این موارد می باشند: خطای طراحی یا ساخت، آتش سوزی، انفجار گازها،
این مطلب را هم بخوانید :
تحلیل عاملی تأییدی - آکادمی نواندیشان پویا - درس هایی ارزشمند که آموخته ایم
اضافه بار تصادفی، تصادف وسایل نقلیه، انفجار بمب ها و غیره. چون احتمال وقوع این خطرات كم است، در طراحی سازه ای آنها را در نظر نمی گیرند یا با اندازه گیری های غیر مستقیم به آنها میپردازند. اكثر آنها ویژگی كنش طی مدت زمان نسبتاً كوتاه را دارند و به پاسخ های دینامیكی میانجامند.خرابی پیشرونده در ابتدا توجه محققین را در دهه 70 میلادی، پس از گسیختگی جزئی برجی در رونان پوینت[6] انگلستان به خود جلب كرد. پس از حملات تروریستی مركز تجارت جهانی در 11 سپتامبر 2001، علاقه مجدد به بررسی گسیختگی پیشرونده ایجاد گردید.
در آیین نامه های موجود ساختمانی، طراحی سازه ها برای بارهای قابل قبولیست كه ممكن است در طول عمر سازه بر آن وارد شود. سازه ها را معمولاً برای حوادث غیر طبیعی كه می توانند موجب خرابی های فراگیر شوند طراحی نمی كنند. اكثر آیین نامه های رایج فقط دارای توصیه های كلی برای تعدیل تأثیرگسیختگی پیشرونده در سازه هایی هستند كه فراتر از بارهای طراحی شان بارگذاری می شوند.
در این فصل، به مقایسه جامعی از مقررات مربوط به خرابی پیشرونده در آئین نامه های معتبر بین المللی ساختمانی پرداخته شده و ملاحظات مربوط به بهسازی ساختمان ها در برابر خرابی پیشرونده ارائه میشود