عنوان پایان‌نامه
بهبود عملکرد لرزه ای اسکله های شمع و عرشه با شمع مایل با به کار گیری فیوز سازه ای
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران-سازه های دریایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1528;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48883
- تاریخ دفاع
- ۳۱ اردیبهشت ۱۳۹۰
- دانشجو
- مهرداد معماری
- استاد راهنما
- علی فاخر
- چکیده
- سیستم‌های سازه‌ای شمع و عرشه از جمله متداول‌ترین سیستم‌ها برای سازه‌های پهلوگیری به شمار می‌رود. در کشور ما نیز، اسکله‌های شمع و عرشه به دلیل در دسترس بودن امکانات و تجهیزات اجرایی مناسب و همچنین دانش فنی کافی بسیار به کار گرفته شده است. در مناطق زلزله‌خیز مانند ایران، شمع‌های مایل گزینه مناسبی برای کنترل تغییرمکان‌های جانبی اسکله‌های شمع و عرشه است. شمع‌های مایل به دلیل سختی جانبی بسیار بالا نسبت به شمع‌های قائم علاوه بر کنترل تغییرمکان جانبی اسکله، باعث کاهش تعداد کل شمع‌ها نیز می‌شوند. سختی جانبی بالای شمع‌های مایل علاوه بر مزایای ذکر شده معایبی نیز دارد. سختی جانبی زیاد شمع‌های مایل باعث افزایش تقاضای لرزه‌ای در اسکله شده و نیروهای بسیار بزرگتری در این شمع‌ها نسبت به شمع‌های قائم بسیج می‌شود. از این رو گسیختگی در نواحی سرشمع شمع‌های مایل و عرشه اسکله یکی از شایع‌ترین خسارت‌های مشاهده شده در زلزله‌های گذشته است. برای بهبود عملکرد شمع‌های مایل تحت بارهای جانبی راهکارهای مختلفی ارائه شده که تاکنون هیچ‌یک از آن‌ها به صورت راهکاری عملی مورد استفاده قرار نگرفته است. از جمله این راهکارها استفاده از عضوی شکل‌پذیر به عنوان فیوز برای محدود کردن نیروها در شمع‌های مایل است. این عضو در مسیر جریان نیروهای جانبی به شمع‌های مایل قرار گرفته و با تسلیم برشی یا خمشی تراز نیروها در شمع‌های مایل را کنترل می‌کند. در این پایان‌نامه ابتدا برخی خرابی‌های اسکله‌های شمع و عرشه در زلزله‌های گذشته مورد مطالعه قرار می‌گیرد. سپس آیین‌نامه‌های داخلی طراحی لرزه‌ای اسکله‌های شمع و عرشه مرور شده و روش‌های جدید تحلیل و طراحی اسکله‌ها استخراج می‌شود. اثرات گروه شمع به عنوان یکی از متغیرهای مهم در تحلیل گروه شمع بررسی شده و چگونگی اعمال آن در تحلیل گروه شمع ارائه می‌گردد. یک گروه شمع انتخابی با چیدمان‌ها و شیب‌های مختلف شمع‌های مایل تحلیل شده و چیدمان مناسب شمع‌های مایل برای استفاده در اسکله‌های شمع و عرشه پیشنهاد می‌شود. در ادامه یک اسکله نمونه در دو حالت بدون شمع مایل و با شمع مایل تحلیل می‌شود. سپس به اسکله با شمع مایل در دو طرح متفاوت عنصر فیوز سازه‌ای به عنوان عضو شکل‌پذیر و کنترل‌شونده توسط تغییرمکان اضافه شده و عملکرد فیوزهای سازه‌ای مورد تحلیل قرار می‌گیرد. این عضو فداشونده (فیوز) به صورت خط دفاعی برای سایر اعضای اسکله عمل می‌کند. بدین معنی که خرابی‌های ناشی از زلزله در این عضو متمرکز شده و آسیب‌های جدی به سایر اعضای اسکله که کنترل شونده توسط نیرو هستند وارد نمی‌شود. انتظار می‌رود پس از وقوع زلزله در صورت گسیختگی این عضو، با تعمیر یا تعویض آن در کوتاه مدت، اسکله به کاربری خود ادامه دهد. لازم به ذکر است در مدلسازی و بررسی عملکرد لرزه‌ای اسکله‌ها، به ویژه عملکرد فیوزها و شمع‌های مایل از تحلیل بارافزون (pushover) استفاده شده است. نتایج تحلیل‌ها نشان می‌دهد دو فیوز پیشنهاد شده علاوه بر اینکه در کنترل نیروها در شمع‌های مایل مؤثر بوده، از آسیب به سایر اعضای اسکله نیز جلوگیری می‌کنند. با توجه به وجود ضوابط طراحی لرزه‌ای این فیوزها در آیین‌نامه‌های معتبر دنیا به نظر می‌رسد علاوه بر امکان استفاده ایمن از شمع‌های مایل در کنار این فیوزها، آن‌ها قابلیت اجرایی و بومی شدن در کشور ما را نیز داشته باشند. در پایان هم امکان اجرای با تأخیر فیوزها برای بهره‌گیری هر چه بیشتر از ظرفیت باربری جانبی آن‌ها بررسی شده و نتایج تحلیل‌ها در این حالت با نتایج قبلی مقایسه می‌شود.
- Abstract
- Pile-supported wharves and piers are used as the most prevalent structural system in berth structures. These structures have been extensively used in Iran because of availability of appropriate construction equipments and facilities and also adequate engineering knowledge. Batter piles are appropriate members to reduce the lateral displacement of wharves in seismic active regions like Iran. The high lateral stiffness of batter piles relative to the vertical piles dramatically decreases total number of piles in wharves addition to reduce the lateral displacement. This high lateral stiffness of batter piles has some deficiencies. The high lateral stiffness of batter piles increases the seismic demand on wharf, and extremely large forces develop in the batter piles. Therefore, failure of batter piles, their caps and deck are widespread damages in wharves in the past earthquakes. Different kinds of solutions have been suggested for improving the seismic performance of batter piles, and none of them have not been used as a practical solution. Using a ductile element as a fuse has been one of these solutions. This element could be used in the lateral loads path, and restricts the developed forces in the batter piles via shear or bending failures. In the present thesis, damages of pile-supported wharves in the past earthquakes firstly are examined. Then Iranian codes of seismic design of pile-supported wharves are reviewed, and new analysis and design methods of wharves are extracted. The group effect is examined as a very important parameter in the analysis of pile groups. Also, one selected pile group is analyzed with different arrangements and slope of batter piles, and finally an appropriate arrangement of batter piles is introduced for using in pile-supported wharves. One simple wharf is analyzed with and without batter piles. Afterward, two different schemes of structural fuse are added to wharf with batter piles as a ductile and displacement controlled member. These recent wharves are analyzed and seismic performance of structural fuses is assessed. These sacrificial members act as a defensive element for other members of wharves. In fact, damages due to an earthquake concentrate in these elements, and other members of wharves remain without any damages. If these sacrificial elements fail after an earthquake, wharf could continue serviceability with simple rehabilitation of structural fuses. It should be noticed that pushover method is used for analysis of seismic performance of fuses and batter piles. Analyses results show that both suggested fuses could easily restrict axial forces in the batter piles, and could prevent damage of other members of wharf. In the final section of the present thesis, possibility of sequential construction of wharves is examined for using maximum lateral load bearing capacity of batter piles, and its results will compared with previous results.
