نوع فایل: pdf
تعداد صفحات: 140 صفحه
نکته مهم: برای دریافت فایل پایان نامه به صورت word «قابل ویرایش» با ما تماس بگیرید.
پایان نامه برای دریافت درجه ی کارشناسی ارشد «M.SC»
چکیده:
در تحلیل های سازه، عموماً فرض بر این است که خاک زیر شالوده صلب بوده و شالوده به زمین به صورت کاملاً گیردار درگیر است، در این فرض نه تنها از انعطاف پذیری خاک، صرف نظر می شود بلکه به امکان بلند شدگی شالوده از سطح زمین توجهی نمی گردد. در حالیکه اگر اندرکنش خاک و سازه در تحلیل ها در نظر گرفته شود، سیستم جدیدی ناشی از برکنش سازه در تکیه گاه انعطاف پذیر تشکیل خواهد شد که رفتار آن متفاوت با حالت قبل خواهد بود. پس از اعمال این اثرات بر روی سازه، مشاهده می شود که تاثیر پدیده اندرکنش خاک و سازه بر روی رفتار سازه، ممکن است بسته به خصوصیات خاک و سازه، به صورت کاهیدگی و تقلیل و یا به صورت تقویت و افزایش باشد و در نظر نگرفتن این رخدادها به عنوان شرایط تکیه گاهی در روش های مقاوم سازی و طراحی سازه های جدید از قابلیت اعتماد به طراحی سازه می کاهد. تا آنجا که بعضی از آیین نامه های طراحی لرزه ای که در مورد سازه های معمولی به کار می روند، کاهش معینی را در بار استاتیکی معادل برای منظور کردن اثر کنش در حالتی که پی ساختمان صلب در نظر گرفته می شود، مجاز می دانند. در مطالعه حاضر، به بررسی اندرکنش خاک و دیوار بنایی، با در نظر گرفتن شرایط بارگذاری جانبی و فشاری متفاوت و همچنین مشخصات مختلف خاک زیر دیوار پرداخته می شود و به تاثیر پارامترهای مختلف خاک بر رفتار دیوار بنایی پرداخته می شود.
کلمات کلیدی : اندرکنش خاک و دیوار بنایی- خاک انعطاف پذیر- بارگذاری جانبی- رفتار دیوار بنایی
مقدمه:
ساختمان های مصالح بنایی یکی از قدیمی ترین سیستم های سازه ای هستند که از گذشته های دور تاکنون رایج بوده اند. حدود 70 درصد ساختمان های موجود کشور ما و همچنین در سراسر جهان، ساختمان های بنایی می باشد. تجربه های زلزله های گذشته، به خصوص زلزله بم، آسیب پذیری بسیار زیاد این ساختمان ها را نشان داده است. عدم درک درست از چگونگی تسلیم و رفتار سازه های بنایی و اجزای آن در محدوده غیر ارتجاعی می تواند منجر به بروز اشکالات اساسی در رفتار لرزه ای سازه گردد. به همین دلیل یکی از مهم ترین مسائل جامعه مهندسی، ارزیابی لرزه ای و بهسازی این نوع سازه ها در مقابل زلزله های محتمل می باشد.
پاسخ دینامیکی سازه متاثر از حرکت لایه های خاک زیرین و از طرف دیگر، پاسخ یا رفتار تنش-تغییر شکل لایه های خاک زیرین تحت تاثیر حرکت سازه است. در حالت کلی، نشست پی بعد از اعمال بار لرزه-ای نسبت به حالت استاتیکی تغییر می کند، لیکن در خاک های ماسه ای سست این اثرات از اهمیت قابل توجهی برخوردار است که منجر به تغییر در نیروهای داخلی اعضای سازه (در جهت یا خلاف جهت اطمینان)، نسبت به حالتی که از اثر اندرکنش خاک-سازه صرف نظر می شود، خواهد شد.
اندرکنش بین سازه و محیط خاک تکیه گاهی آن، رفتار واقعی سازه را به طور قابل توجهی در مقایسه با رفتار سازه با تکیه گاه صلب، تغییر می دهد. بنابراین یک مدل کارآمد و با دقت معقول از سیستم اندرکنش خاک-سازه جهت تحلیل سازه مورد نیاز است.
تجربیات گذشته نشان می دهد که خاک زیر پی، بر روی رفتار دینامیکی سازه تاثیر می گذارد. پاسخ دینامیکی سازه حین لرزه های اعمالی، متغیری از نوع خاک بوده، لذا بدون در نظر گرفتن تاثیر آن نمی توان تخمین واقع گرایانه ای از نیروهای اعمالی زلزله بر سازه داشت [1].
همچنین خصوصیات محلی خاک مانند جنس خاک، لایه ای بودن خاک و نیز تغییرات عمق لایه از عوامل موثر بر رفتار لرزه ای سازه می باشد که باید مورد بررسی قرار گرفته و نیز در تحلیل سازه لحاظ گردد [2]. بنابراین به نظر می رسد بررسی رفتار لرزه ای سازه بدون لحاظ نمودن اثر خاک منجر به نتایج واقعی نخواهد شد. در سال های اخیر تحقیقات وسیعی انجام گرفته است تا این اثر دقیق تر مورد بررسی قرار بگیرد. به دلیل وجود پارامترهای بی شماری که اکثراً غیر خطی می باشند [7]. بررسی اندرکنش خاک و سازه را به کمک مدل های غیر خطی خاک اجتناب ناپذیر می سازد.
از جمله مهم ترین مسائل در تحلیل پدیده اندرکنش خاک و سازه، ارائه یک مدل مناسب می باشد. به منظور بررسی پدیده اندرکنش خاک و سازه در زمان وقوع زلزله روش های مختلفی با دقت و پیچیدگی متفاوت جهت ارائه مدل تحلیلی مناسب مطرح شده است. برای زمانی که مدل سازی خاک لایه ای مورد نظر باشد می توان از روش های زیر استفاده نمود [2].
الف- در نظر گرفتن خاک به صورت جرم، فنر و کمک فنر (میرایی)، معدل در پی سازه.
ب- در نظر گرفتن خاک به صورت تیر برشی با جرم پیوسته و یا متمرکز و سختی گسترده.
د- مدل نمودن خاک به صورت مدل اجزاء محدود.
در مواردی که لایه های خاک در جهات افقی و عمودی قرار گرفته باشند و نیز بررسی رفتار غیر خطی خاک ضروری باشد، می توان از مدل اجزاء محدود استفاده نمود تا اثر لایه بندی را در تحلیل، دخالت داد. بدین ترتیب، خطای ناشی از در نظر گرفتن رفتار خطی (ارتجاعی) برای خاک، که در سایر روش های مدل سازی مانند روش تیر برشی وجود دارد از بین خواهد رفت [8]. در این روش می توان علاوه بر مدفون شدگی پی، لایه بندی خاک در جهات افقی و عمودی را نیز در تحلیل وارد نمود. در مدل سازی اجزاء محدود خاک لایه ای جهت اطمینان از صحت پاسخ فرض شده است که خاک طویل و کم عرض باشد.
فهرست مطالب:
فصل اول : کلیات
1-1 مقدمه
1-2 اهداف پژوهش حاضر
فصل دوم : مروری بر مطالعات پیشین
2-1 مقدمه
2-2 عملکرد ساختمانهای بنایی در برابر زلزلههای گذشته
2-3 انواع ساختمانهای آجری
2-4 رفتار ساختمانهای بنایی غیر مسلح
2-4-1 رفتار دیوارهای آجری
2-5 مروری بر تحقیقات گذشته و آزمایشات انجام شده
2-5-1 رفتا دیوارهای آجری تحت بارهای یکنواخت
2-5-2 رفتار دیوارهای آجری، تحت بارهای رفت و برگشتی
2-5-3 آزمایشهای بارگذاری دینامیکی
2-5-4 آزمایشهای بارگذاری دینامیکی و استاتیکی
2-5-5 آزمایشهای بارگذاری استاتیکی
2-6 فاکتورهای اثرگذار در دیوارهای برشی بنایی
2-6-1 مسلح سازی
2-6-2 فشار محوری
2-6-3 نسبت ابعاد هندسی
2-6-4 ویژگیهای مصالح
2-7 مروری بر تئوریهای خرابی توسعه داده شده
2-7-1 مروری بر سطوح تسلیم ارائه شده در فضای تنش سه بعدی
2-8 مروری بر پژوهشهای گذشته در روشهای مدل سازی مصالح بنایی
2-9 مروری بر تحقیات انجام شده در روش قاب معادل
فصل سوم : مدل سازی به روش عناصر محدود
3-1 مقدمه
3-2 تحلیلهای غیرخطی در نرمافزار ABAQUS
3-2-1 رفتار غیرخطی مصالح
3-2-2 رفتار غیرخطی هندسی
3-3 مبانی تحلیل صریح
3-3-1 گام زمانی بحرانی
3-4 المان مورد استفاده در مدل سازی عناصر محدود
3-5 معیار تسلیم مورد استفاده برای مصالح
3-6 تعریف متغیرهای سطح جاری شدن و پارامترهای سختشوندگی
3-7 شرایط اولیه و المانها
3-8 معیار تسلیم دراکر پراگر
3-9 معیارهای گسیختگی
3-10 تصدیق مدل براساس مرجع [56]
فصل چهارم : مطالعه پارامتریک جهت بررسی اندرکنش خاک و سازه
4-1 مقدمه
4-2 رفتار درون صفحهای دیوارها و پایههای مصالح بنایی
4-3 روند انجام مطالعات پارامتریک
4- 3- 1 مشخصات نمونههای تحلیلی
4-4 نحوه اعمال بارگذاری
4-5 نتایج بهدست آمده از مدلهای تحلیلی
4-5-1 نتایج بهدست آمده از مطالعات تحلیلی مدلهای F1 تا F7 مطابق بار Load1
4-5-1-1 مقایسه نتایج بهدست آمده از مطالعات تحلیلی مدلهای F1 تا F7 با مدلF1 در الگوی بار Load1
4-5-2 نتایج بهدست آمده از مطالعات تحلیلی مدلهای FR1 تا FR7 مطابق بار Load2
4-5-2-2 مقایسه نتایج بهدست آمده از مطالعات تحلیلی مدلهای FR1 تا FR7 با مدلFR1 در الگوی بار Load2
4-5-3 مقایسه نتایج بهدست آمده از مطالعات تحلیلی مدلهای F و FRدر دو الگوی بار Load1 و Load2
4-5-4 نتایج بهدست آمده از مطالعات تحلیلی مدلهای S1 تا S4 مطابق بار Load1
4-5-5 نتایج بهدست آمده از مطالعات تحلیلی مدلهای SR1 تا SR4 مطابق بار Load2
4-5-6 مقایسه نتایج بهدست آمده از مطالعات تحلیلی مدلهای S و SRدر دو الگوی بار Load1 و Load2
4-6 نتیجهگیری
4-7 توصیههایی برای مطالعات آتی
فهرست جداول:
جدول 4-1 : مشخصات خاک با مدل کلاهکی دراگر پراکر اصلاح شده
جدول 4-2 : مشخصات خاک با مدل دراگر پراکر
جدول 4-3 : الگوهای بارگذاری Load1 و Load2
جدول 4-4 : نتایج تحلیل اجزاء محدود نمونههای F1 تا F7 تحت بارگذاری Load1
جدول 4-5 : تغییرمکان نهایی و نیز لحظه شروع مکانیزم شکست نمونههای F1 تا F7
جدول 4-6 : نتایج تحلیل اجزاء محدود نمونههای FR1 تا FR7 تحت بارگذاری Load2
جدول 4-7 : تغییرمکان نهایی و نیز لحظه شروع مکانیزم شکست نمونههای F1 تا F7
جدول 4-8 : درصد تغییرمکان نمونهها در حالت الگوی بار Load2
جدول 4-9 : نتایج تحلیل اجزاء محدود نمونههای S1 تاS4 تحت بارگذاری Load1
جدول 4-10 : نتایج تحلیل اجزاء محدود نمونههای SR1 تا SR4 تحت بارگذاری Load2
جدول 4-11 : درصد تغییرمکان نمونهها در حالت الگوی بار Load2به الگوی بار Load1
فهرست اشکال :
شکل 2-1 : رفتار دیوارها تحت بار یکنواخت
شکل 2-2 : ترکهای ایجاد شده تحت بار یکنواخت
شکل2-3 : ترکهای ایجاد شده در دیوار نوع یک
شکل 2-4 : منحنی رفتار دیوار نوع یک
شکل 2-5 : ترکهای ایجاد شده در دیوار نوع دو
شکل 2-6 : منحنی رفتار دیوار نوع دو
شکل 2-7 : اثر ابعاد هندسی در مود خرابی
شکل 2-8 : سطح خرابی بنایی (داناسکار 1985)
شکل 2-9 : پوش خرابی بنایی (ژوک 1995)
شکل 2-10 : منحنی تنش-کرنش بکار رفته توسط پیج 1978 برای فشار تک محوری
شکل 2-11 : سطح خرابی چسبندگی بکار گرفته شده توسط پیج 1978
شکل 2-12 : پوش خرابی برای خرابی چسبندگی (علی و پیج 1988)
شکل 2-13 : نتایج مدل سازی پاستیسیر 2007
شکل 3-1 : حل مستقیم در مقایسه با روش نیوتن رافسون
شکل 3-2 : گام های یک بارگذاری
شکل3-3 : تقسیم گام های بارگذاری به قسمت های مختلف
شکل 3-4 : المان SOLID در نرم افزار ABAQUS
شکل 3-5 : مدل دراکرپراگر اصلاح شده (کلاهکی)
شکل 3-6 : سطح جاری شدن در صفحه انحرافی
شکل 3-7 : نمونه سخت شوندگی مدل کلاهکی
شکل 3-8 : نمودارهای تنش _ کرنش
شکل 3-9 : سطوح تسلیم رفتارهای مختلف
شکل 3-10 : مدل خطی دراکر پراگر و پارامترهای تعریف آن
شکل 3-11 : حدود مقادیر K در صفحه تنش های اصلی
شکل 3-12 : چگونگی سخت شدگی در مدل دراکر پراگر و تعریف زاویه اتساع
شکل 3-13 : نحوه انجام آزمایش سه محوری کششی و فشاری
شکل 3-14 : توابع تسلیم در مدل های خطی، هیبربولیک و عمومی
شکل 3-15 : دستگاه برپایی آزمایش
شکل 3-16 : یک نمونه مدل سازی شده در نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS
شکل 3-17 : مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی
شکل 4-1 : مودهای شکست حاکم بر رفتار دیوارهای با مصالح بنایی
شکل 4-2 : مشخصات ابعاد نمونه
شکل 4-3 : نمونه مدل سازی شده در نرم فزار المان محدود ABAQUS
شکل4-4 : مکانیزم شکست برای نمونه F1
شکل 4-5 : نمودار تغییرمکان محل اعمال بار فشاری
شکل 4-6 : نمودار انرژی نمونه F1
شکل 4-7 : نمودار تغییرمکان مدل های F1 تا F7
شکل 4-8 : نمودار انرژی مدل های F1 تا F7
شکل 4-9 : مکانیزم شکست نمونه F7
شکل 4-10 : نسبت تغییرمکان نهایی سایر نمونه ها به نمونه F1
شکل 4-11 : مکانیزم شکست نمونه FR1
شکل 4-12 : نمودار تغییرمکان نمونه FR1 در طول بارگذاری
شکل 4-13 : نمودار انرژی نمونه FR1
شکل 4-14 : نمودارهای تغییرمکان مدل های FR1 تا FR7
شکل 4-15 : نمودارهای انرژی مدل های FR1 تا FR7
شکل 4-16 : مکانیزم شکست برای نمونه FR7
شکل4-17 : نسبت تغییرمکان نهایی سایر نمونه ها به نمونه FR1
شکل4-18 : نسبت درصد تغییرمکان نمونه ها در حالت الگوی بار Load2به الگوی بار Load1
شکل4-19 : مکانیزم شکست برای نمونه S1
شکل4-20 : نمودار انرژی برای نمونه S1در طول بارگذاری
شکل4-21 : مکانیزم شکست برای نمونه S2
شکل 4-22 : مکانیزم شکست برای نمونه S4
شکل 4-23 : تغییرمکان نمونه ها در مراحل بارگذاری
شکل 4-24 : نمودار انرژی نمونه های S2 و S3 و S4
شکل 4-25 : مکانیزم شکست نمونه SR1
شکل 4-26 : نمودار انرژی نمونه SR1
شکل 4-27 : مکانیزم شکست نمونه SR2
شکل 4-28 : مکانیزم شکست نمونه SR3
شکل 4-29 : مکانیزم شکست نمونه SR4
شکل 4-30 : نمودارهای تغییرمکان مدل های SR1 تا SR4
شکل 4-31 : نمودارهای انرژی مدل های SR1 تا SR4
شکل4-32 : نسبت درصد تغییرمکان نمونه ها در حالت الگوی بار Load2به الگوی بار Load1
منابع و مأخذ: