پایان نامه مقاوم سازی اعضای آسیب پذیر گنبدهای فضاکار در برابر خرابی پیشرونده

با فرمت قابل ویرایش word - پایان نامه‌ ارشد رشته‌ عمران گرایش سازه - بررسی مقاوم سازی اعضای آسیب پذیر گنبدهای فضاکار در برابر خرابی پیشرونده

فهرست مطالب

عنوان                                                                      صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- تاریخچه­ی سازه­های فضاکار ……………………………………………………………………….1

1-2- مروری بر تحقیقات انجام شده …………………………………………………………..3

1-3- اهداف تحقیق ……………………………………………………………………….4

فصل دوم: معرفی سازه­های فضاکار

2-1- دسته­بندی سازه­های فضاکار از لحاظ شکل هندسی ………………………………………6

2-1-1- شبکه­ها …………………………………………………………………………………………7

2-1-2- چلیک­ها ……………………………………………………………………7

2-1-3- گنبدها ……………………………………………………………………………..8

2-1-4- سازه­های چادری ……………………………………………………………………………….9

2-2- اجزای تشکیل دهنده­ی سازه­های فضاکار مشبک ………………………….10

2-2-1- سیستم پیونده­ای …………………………………………………………………10

2-2-1-1- سیستم پیونده­ای گوی­سان …………………………………………………………………………………10

2-2-1-1-1- سیستم پیونده گوی­سان مرو ……………………………………………………………………………………………11

2-2-1-1-2- سیستم پیونده گوی­سان کراپ منتال ………………………………………………………………………………13

2-2-1-1-3- سیستم پیونده گوی­سان اوربا هیوب ………………………………………………………………………………..14

2-2-1-1-4- سیستم پیونده گوی­سان زوبلین ……………………………………………………………………………………….14

2-2-1-1-5- سیستم پیونده گوی­سان یونی تراس ………………………………………………………………………………..16

2-2-1-1-6- سیستم پیونده گوی­سان اورونا ………………………………………………………………………………………….18

2-2-1-1-7- سیستم پیونده گوی­سان کی­تی تراس ……………………………………………………………………………..19

2-2-1-1-8- سیستم پیونده گوی­سان اسکن اسپیس …………………………………………………………………………..20

2-2-1-2- سیستم پیونده نیامی ……………………………………………………………………………………21

2-2-1-2-1- سیستم پیونده نیامی نیپون استیل …………………………………………………………………………………..21

2-2-1-2-2- سیستم پیونده نیامی اسفروبت …………………………………………………………………………………………22

2-2-1-2-3- سیستم پیونده نیامی تیوبال ……………………………………………………………………………………………..23

2-2-1-2-4- سیستم پیونده نیامی کاسان (آکام فلز) ……………………………………………………………………………24

2-2-1-3- سیستم پیونده صفحه­ای ……………………………………………………………………………….25

2-2-1-3-1- سیستم پیونده­ی صفحه­ای کی­ای تراس …………………………………………………………………………..25

2-2-1-3-2- سیستم پیونده­ی صفحه­ای پاور استرات …………………………………………………………………………..25

2-2-1-3-3- سیستم پیونده­ی صفحه­ای یونی استرات ………………………………………………………………………….26

2-2-1-3-4- سیستم پیونده­ی صفحه­ای تمکور …………………………………………………………………………………….26

2-2-1-3-5- سیستم پیونده­ی صفحه­ای  اُکتا تیوب ……………………………………………………………………………..27

2-2-1-3-6- سیستم پیونده­ی صفحه­ای  تری دیماتیک ………………………………………………………………………27

2-2-1-3-7- سیستم پیونده­ی صفحه­ای  توراس گِستو ………………………………………………………………………..28

2-2-1-3-8- سیستم پیونده­ی صفحه­ای پراتو ……………………………………………………………………………………….29

2-2-1-4- سیستم پیونده­ی شکافی ……………………………………………………………………………………………………………29

2-2-1-5- سیستم پیونده­ی پوسته­ای ………………………………………………………………………………………………………..30

2-2-1-5-1- سیستم پیونده­ی پوسته­ای اُکتا پلیت ……………………………………………………………………………….30

2-2-1-5-2- سیستم پیونده­ی پوسته­ای نودوس …………………………………………………………………………………..31

2-2-1-5-3- سیستم پیونده­ی پوسته­ای SDC ……………………………………………………………………………………31

2-2-2- سیستم­های واحدی …………………………………………………………………………………………….32

2-2-2-1- سیستم­های واحدی اسپیس دِک ………………………………………………………………………………………………32

2-2-2-2- سیستم­های واحدی یونی بت …………………………………………………………………………………………………….33

2-2-2-3- سیستم­های واحدی کیوبیک ……………………………………………………………………………………………………..34

2-2-3- سیستم ترکیبی ………………………………………………………………………………………………..35

 فصل سوم: بررسی اثر خرابی پیشرونده در سازه­ها

3-1- خرابی پیشرونده …………………………………………………………………………………………………………..38

3-1-1- تئوری خرابی پیشرونده ………………………………………………………………………………………………………………………39

3-1-1-1- تعیین درجه­ی مقاومت سازه بر اساس سختی ………………………………………………………………………….39

3-1-1-2- تعیین درجه­ی مقاومت سازه بر اساس میزان خرابی ایجاد شده ………………………………………………40

3-1-1-3- تعیین درجه­ی مقاومت سازه بر اساس انرژی ……………………………………………………………………………41

3-1-2- انواع خرابی پیشرونده …………………………………………………………………………………………………………………………42

3-1-2-1- خرابی کلوچه مانند ……………………………………………………………………………………………………………………..42

3-1-2-2- خرابی زیپ مانند ……………………………………………………………………………………………………………………….43

3-1-2-3- خرابی دومینو مانند ……………………………………………………………………………………………………………………44

3-1-2-4- خرابی پیشرونده در سطح مقطع ……………………………………………………………………………………………….45

3-1-2-5- خرابی ناشی از ناپایداری ……………………………………………………………………………………………………………46

3-1-2-6- حالت ترکیبی خرابی پیشرونده ………………………………………………………………………………………………….47

3-1-3- عوامل موثر در ایجاد خرابی پیشرونده ………………………………………………………………………………………………..47

3-2- آسیب­پذیری ساختمان­ها در برابر خرابی پیشرونده ……………………………………………………………………………………47

3-3- اشکال مختلف ناپایداری در سازه­های فضاکار …………………………………………………………………………………………….50

3-3-1- ناپایداری موضعی در سطح مقطع اعضا ……………………………………………………………………………………………..50

3-3-2- ناپایداری عضوی …………………………………………………………………………………………………………………………………51

3-3-3- ناپایداری گرهی …………………………………………………………………………………………………………………………………..51

3-3-4- ناپایداری پیچشی گرهی …………………………………………………………………………………………………………………….52

3-3-5- ناپایداری کوپل ……………………………………………………………………………………………………………………………………52

3-3-6- ناپایداری مسیری ………………………………………………………………………………………………………………………………..53

3-3-7- ناپایداری عمومی …………………………………………………………………………………………………………………………………53

3-4- روش­های آنالیز خرابی پیشرونده …………………………………………………………………………………………………………………54

3-4-1- روش استاتیکی خطی …………………………………………………………………………………………………………………………54

3-4-2- روش استاتیکی غیرخطی …………………………………………………………………………………………………………………..55

3-4-3- روش دینامیکی خطی …………………………………………………………………………………………………………………………56

3-4-4- روش دینامیکی غیرخطی ……………………………………………………………………………………………………………………56

3-5- طراحی مقاوم در برابر خرابی پیشرونده ………………………………………………………………………………………………………57

3-5-1- آیین­نامه­ها و دستورالعمل­ها ………………………………………………………………………………………………………………..57

3-5-2- دلایل نامناسب بودن آیین­نامه­های طراحی موجود ……………………………………………………………………………58

3-5-3- روش­های طراحی در برابر خرابی پیشرونده ………………………………………………………………………………………..59

5-5-3-1- روش طراحی مستقیم …………………………………………………………………………………………………………………59

5-5-3-2- روش طراحی غیرمستقیم ……………………………………………………………………………………………………………60

 فصل چهارم: مقاوم سازی گنبدهای فضاکار در برابر خرابی پیشرونده

4-1- طراحی اولیه­ی سازه­ی گنبدها …………………………………………………………………………………62

4-1-1- مشخصات هندسی گنبدها …………………………………………………………………………………………………………………62

4-1-2- مشخصات مصالح و مقاطع مورد استفاده در طراحی اولیه ………………………………………………………………..62

4-1-3- مشخصات اتصالات و قیود تکیه­گاهی …………………………………………………………………………………………………64

4-1-4- آیین­نامه­های مورد استفاده در بارگذاری و طراحی سازه …………………………………………………………………..64

4-2- مقاوم­سازی سازه­ها در برابر خرابی پیشرونده ………………………………………………………………………………………………66

4-2-1- آنالیز خرابی پیشرونده ………………………………………………………………………………………………………………………..68

4-2-1-1- آنالیز استاتیکی خطی ………………………………………………………………………………………………………………..68

4-2-1-2- آنالیز استاتیکی غیرخطی …………………………………………………………………………………………………………..68

4-2-1-3- آنالیز دینامیکی خطی ………………………………………………………………………………………………………………..69

4-2-1-4- آنالیز دینامیکی غیرخطی ………………………………………………………………………………………………………….70

4-3- بررسی آسیب­پذیری گنبدهای فضاکار در برابر خرابی پیشرونده ……………………………………………………………….71

4-3-1- گنبد دیاماتیک ……………………………………………………………………………………………………………………………………72

4-3-1-1- نتایج آنالیزهای استاتیکی خطی و دینامیکی خطی در گنبد دیاماتیک …………………………………..73

4-3-1-2- نتایج آنالیز استاتیکی غیرخطی در گنبد دیاماتیک …………………………………………………………………..74

4-3-1-3- نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی در گنبد دیاماتیک ………………………………………………………………….75

4-3-1-4- جمع بندی نتایج آنالیزهای مربوط به گنبد دیاماتیک ……………………………………………………………..77

4-3-2- گنبد لملا …………………………………………………………………………………………………………….78

4-3-2-1- نتایج آنالیزهای استاتیکی خطی و دینامیکی خطی در گنبد لملا …………………………………………..78

4-3-2-2- نتایج آنالیز استاتیکی غیرخطی در گنبد لملا …………………………………………………………………………..80

4-3-2-3- نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی در گنبد لملا …………………………………………………………………………..80

4-3-2-4- جمع بندی نتایج آنالیزهای مربوط به گنبد لملا ………………………………………………………………………82

4-3-3- گنبد دنده­دار ………………………………………………………………………………………………………..82

4-3-3-1- نتایج آنالیزهای استاتیکی خطی و دینامیکی خطی در گنبد دنده­دار ……………………………………..83

4-3-3-2- نتایج آنالیز استاتیکی غیرخطی در گنبد دنده­دار ……………………………………………………………………..84

4-3-3-3- نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی در گنبد دنده­دار ……………………………………………………………………..85

4-3-3-4- جمع بندی نتایج آنالیزهای مربوط به گنبد دنده­دار …………………………………………………………………87

4-3-4- گنبد اشودلر ……………………………………………………………………………………………………….87

4-3-4-1- نتایج آنالیزهای استاتیکی خطی و دینامیکی خطی در گنبد اشودلر ……………………………………….88

4-3-4-2- نتایج آنالیز استاتیکی غیرخطی در گنبد اشودلر ……………………………………………………………………….90

4-3-4-3- نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی در گنبد اشودلر ………………………………………………………………………91

4-3-4-4- جمع بندی نتایج آنالیزهای مربوط به گنبد اشودلر ………………………………………………………………….93

4-3-5- مقایسه­ی نتایج …………………………………………………………………………………………..93

4-4- مقاوم سازی اعضای آسیب­پذیر گنبدهای فضاکار در برابر خرابی پیشرونده ……………………………………………..93

4-4-1- مقاوم سازی گنبد لملا ……………………………………………………………………………………………………………………….94

4-4-2- مقاوم سازی گنبد دنده­دار ………………………………………………………………………………………………………………….95

4-4-3- مقاوم سازی گنبد اشودلر ……………………………………………………………………………………………………………………96

4-5- بررسی ضریب اثرات دینامیکی در ترکیب بار استاتیکی خطی ………………………………………………………………….97

4-5-1- گنبدهای دیاماتیک …………………………………………………………………………………………………………………………….98

4-5-1-1- گنبد دیاماتیک 6 عضوی …………………………………………………………………………………………………………..98

4-5-1-2- گنبد دیاماتیک 24 عضوی ………………………………………………………………………………………………………..98

4-5-1-3- گنبد دیاماتیک 66 عضوی …………………………………………………………………………………………………………99

4-5-1-4- گنبد دیاماتیک 126 عضوی ……………………………………………………………………………………………………100

4-5-2- گنبدهای لملا ………………………………………………………………………………………………………………..102

4-5-2-1- گنبد دیاماتیک 36 عضوی ……………………………………………………………………………………………………..102

4-5-2-2- گنبد دیاماتیک 60 عضوی ………………………………………………………………………………………………………103

4-5-2-3- گنبد دیاماتیک 84 عضوی ……………………………………………………………………………………………………..104

4-5-2-4- گنبد دیاماتیک 108 عضوی …………………………………………………………………………………………………..104

4-5-2-5- گنبد دیاماتیک 132 عضوی …………………………………………………………………………………………………..105

4-5-2-6- گنبد دیاماتیک 156 عضوی ……………………………………………………………………………………………………106

4-5-3- گنبدهای دنده­دار ……………………………………………………………………………………………………………108

4-5-3-1- گنبد دنده­دار 12 عضوی …………………………………………………………………………………………………………108

4-5-3-2- گنبد دنده­دار 36 عضوی …………………………………………………………………………………………………………109

4-5-3-3- گنبد دنده­دار 60 عضوی …………………………………………………………………………………………………………109

4-5-3-4- گنبد دنده­دار 84 عضوی …………………………………………………………………………………………………………111

4-5-4- گنبدهای اشودلر ……………………………………………………………………………………………………….112

4-5-4-1- گنبد اشودلر 12 عضوی ………………………………………………………………………………………………………….112

4-5-4-2- گنبد اشودلر 48 عضوی ………………………………………………………………………………………………………….113

4-5-4-3- گنبد اشودلر 84 عضوی ………………………………………………………………………………………………………….113

4-5-4-4- گنبد اشودلر 120 عضوی ……………………………………………………………………………………………………….114

4-5-5- مقایسه نتایج ……………………………………………………………………………………………………………………………….

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه­گیری …………………………………………………………………………………………………………….117

5-2- بررسی پیشنهادات …………………………………………………………………………………………

- مروری بر تحقیقات انجام شده:

معمولاً تحقیقات انجام شده در مورد خرابی پیشرونده، پس از وقوع آن بوده است و بیشتر به چگونگی وقوع خرابی پیشرونده پرداخته است. اما سازه­هایی وجود دارند که در هنگام طراحی، از نظر میزان آسیب پذیری در برابر خرابی پیشرونده مورد بررسی قرار گرفته­اند. از جمله این سازه­ها، ساختمان سفارت آمریکا در روسیه بود. طرح ارائه شده برای این سازه، توسط یوکِل[3] در سال 1989، مورد بررسی قرار گرفت و برای کاهش خطر وقوع خرابی پیشرونده، توصیه­هایی ارائه شد که مورد استفاده قرار گرفت.

نمونه­ی دیگر، پل 9/12 کیلومتری کانفِدریشن² در کانادا بود که پس از بررسی­های انجام گرفته و تعیین میزان خطر وقوع خرابی پیشرونده، برای کاهش خطراتی که امکان وقوع آنها با این بررسی­ها تایید شده بود، در بسیاری از دهانه­های این پل، اقداماتی در جهت تقویت پل، صورت گرفت[5].

به هر حال، از آنجا که ویژگی­ها و عوامل بوجود آورنده­ی خرابی پیشرونده در هر پروژه، خاص و مخصوص آن پروژه است، ایجاد یک تئوری واحد و جامع برای طراحی در برابر خرابی پیشرونده، بسیار دشوار است. به همین دلیل، در هر پروژه، بررسی­ها باید بر اساس شرایط خاص آن سازه صورت گیرد. به عنوان مثال در مقاله­ای تحت عنوان ارزیابی مقاومت سازه­ی شبکه دولایه فضاکار در برابر خرابی پیشرونده]22[، به ارزیابی واکنش خرابی سازه با در نظر گرفتن اثرات دینامیکی ناشی از ایجاد ناگهانی خرابی موضعی در سازه، پرداخته شده است. در این تحقیق، روش خاصی تحت عنوان روش مسیر جایگزین دینامیکی غیرخطی بسط داده شده است.

در مواردی، تعریفی کلی از پدیده­ی خرابی پیشرونده و همچنین قواعدی کلی جهت طراحی و بررسی سازه­ها در برابر خرابی پیشرونده، پیشنهاد شده است. نمونه­ای از این پیشنهادات، توسط اِلینگوود[4] و لِیندِکر² ارائه شده است. ایشان توصیه کرده­اند، به منظور جلوگیری از گسترش خرابی اولیه، مسیر جایگزین نیرو ایجاد شود و یا مقاومت داخلی سازه با افزایش مقاومت اعضای کلیدی سازه، افزایش یابد. همچنین، مک گایِر³ و گراس⁴، روش­های مختلف طراحی در برابر خرابی پیشرونده را با هم مقایسه کرده­اند و بر اساس نتایجی که بدست آورده­اند، توصیه می­کنند، جهت مدل­سازی خرابی پیشرونده، اعضای منتخبی از مدل سازه حذف شوند و وجود مسیر جایگزین نیرو در سازه­ی باقیمانده بررسی شود[10].

تحقیقات مشابه دیگری نیز صورت گرفته و نتایج کم و بیش یکسانی ارائه گردیده است. اما اشکال عمده­ی راه­حل­های ارائه شده، بی­توجهی آنها به اثرات دینامیکی ایجاد شده در سازه، بر اثر خرابی اعضای باربر، می­باشد.

1-3- اهداف و روش انجام تحقیق:

هدف از انجام این تحقیق، بررسی آسیب­پذیری گنبدهای فضاکار در برابر خرابی پیشرونده و تعیین میزان تقویت مورد نیاز، به منظور مقاوم­سازی آنها می­باشد. برای دست­یابی به این هدف، نمونه­های مختلفی از گنبدهای فضاکار، با استفاده از روش­های مختلف آنالیز سازه­ای، تحلیل می­شوند. نتایج بدست آمده از آنالیزها، با معیارهای دستورالعملی که در آمریکا، توسط اداره کل خدمات عمومی⁵ ارایه شده است، سنجیده می­شود و امکان وقوع خرابی در سازه تعیین می­شود.

در این تحقیق، پس از مقدمه و تاریخچه­ای که در فصل اول بیان شد، در فصل دوم به معرفی انواع سازه­های فضاکار و اجزای آنها، شامل اتصالات و نحوه­ی ساخت و نصب برخی از این گونه سازه­ها پرداخته شده است. در فصل سوم به بررسی پدیده­ی خرابی در سازه­های مختلف پرداخته شده است. همچنین، انواع مختلف خرابی پیشرونده و خرابی­های رخ داده در گذشته، شرح داده شده است. در انتها در مورد اشکال و مودهای خرابی در سازه­های فضاکار، توضیحاتی ارائه شده است. همچنین مطالبی در مورد تئوری­های موجود درباره­ی خرابی پیشرونده و روش­های آنالیز خرابی پیشرونده در فصل چهارم بیان شده است. در فصل پنجم روش­های مختلف موجود برای مقاوم سازی و طراحی سازه­ها در برابر خرابی پیشرونده شرح داده شده است. در نهایت در فصل ششم، روش­های آنالیز ارائه شده، در آنالیز چند نمونه از گنبدهای فضاکار، استفاده شده است و نتایج بدست ­آمده به همراه پیشنهادات، در فصل هفتم ارائه گردیده است. در بررسی­های انجام گرفته از نرم­افزارهای ANSYS و SAP2000 استفاده شده است. پس از مقایسه­ی نتایج حاصل از دو نرم­افزار، معلوم گردید که دقت نتایج حاصل از نرم­افزار ANSYS کمتر از دقت نتایج نرم­افزار SAP2000 است؛ چرا که با افزایش تعداد تقسیمات المان در نظر گرفته شده در نرم­افزار ANSYS، نتایج حاصل از این نرم­افزار به نتایج به دست آمده از SAP2000، نزدیکتر می­شد. این اختلاف پس از تقسیم هر عضو گنبد به 11 المان، به زیر 7 درصد رسید. به همین دلیل، به منظور انجام آنالیزها، از SAP2000 استفاده گردید. همچنین ماکروی مدل­سازی و

بارگذاری تمامی گنبدها در ANSYS، در پیوست (1) آورده شده است.

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته عمران

و......