عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی عملکرد قاب خمشی با سیستم مختلط
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2222;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74250
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- نیلوفر واحدی
- استاد راهنما
- مهدی قاسمیه
- چکیده
- زلزله نورث¬ریج محققان را بر آن داشت تا در فلسفه سنتی طراحی بازنگری داشته باشند. یکی از ایمن-ترین سیستم¬های باربر جانبی در آن زمان قاب خمشی فولادی با اتصال تیر به ستون صلب جوشی بود و از گزینه¬های برتر طراحی در مناطق لرزه¬خیز به شمار می¬رفت. اعتبار این سازه¬ها بعد از مشاهده شکست ترد زود¬هنگام در اتصالات جوشی کاهش یافت و فرض شکل¬پذیری بالای این سیستم¬ها خدشه¬دار شد. همین عامل سبب شد تا محققان گزینه¬های دیگر نظیر قاب¬های مهاربندی شده و قاب مختلط را مطرح نمایند. سیستم قاب مختلط مبتنی بر معرفی مکانیزم¬های جذب انرژی در قاب¬های سازه¬ای می¬باشد. در این نوع قاب¬ها برای بهبود عملکرد لرزه¬ای سازه، تعدادی از اتصالات صلب با اتصالات نیمه¬صلب شکل¬پذیر جایگزین می¬شوند. این مفهوم در نگاه اول به ایده قاب¬های مهاربندی واگرا شباهت دارد. در قاب¬ مهاربندی واگرا فیوزهای سازه¬ای عناصر تیر پیوند هستند که در سراسر قاب وجود دارند. اما در قاب مختلط فیوزها اتصالات نیمه¬صلبی هستند که در محل¬های انتخابی و با چیدمان¬های مشخص قرار می-گیرند. رفتار لرزه¬ای قاب¬های مختلط به¬گونه¬ای است که تغییرمکان بین طبقه¬ای در تراز اتصالات نیمه-صلب در قاب¬ مختلط به دوران اتصال تبدیل می¬شود. بنابراین برای یک اتصال نیمه¬صلب که بگونه¬ای طراحی شده که رفتار شکل¬پذیر دارد، این دوران پلاستیک با تسلیم ورق یا نبشی و بدون شکست جوش یا پیچ تحمل می¬شود. این رفتار غیرخطی منجر به اعوجاج بیش از حد نبشی یا ورق انتهایی در دوران نهایی می¬شود که می¬توان بعد از زلزله این اعضاء را تعویض نمود. در این پایان¬نامه چیدمان¬های مختلفی از اتصالات نیمه¬صلب در دو قاب 3 و 9 طبقه SAC انتخاب شده و بهترین چیدمان به¬لحاظ عملکرد لرزه¬ای و معیارهای طراحی انتخاب می¬گردد. این بررسی نشان می¬دهد که متناظر با هر قاب صلب می¬توان یک قاب مختلط با بهینه¬ترین و موثرترین عملکرد متناسب با نیازهای طراحی برگزید. در این تحقیق ابتدا مبانی و فرضیات مختلف مدلسازی قاب¬های خمشی فولادی بررسی شده و یک مدل غیرخطی که با نتایج موجود در تحقیقات گذشته صحت¬سنجی شده است، به عنوان مدل اصلی انتخاب می¬شود. در گام بعد یک اتصال نیمه¬صلب شکل¬پذیر که در مقالات علمی رفتار چرخه¬ای (هیسترتیک) پایدار آن بررسی و تایید شده است به عنوان اتصال نیمه¬صلب استفاده شده در قاب¬های مختلط انتخاب می¬گردد. در مرحله بعد چیدمان¬های مختلفی از اتصالات نیمه¬صلب در قاب¬های 3 و 9 طبقه SAC در نظرگرفته می¬شود. تمامی این قاب¬ها به همراه قاب صلب اصلی تحت تحلیل¬های استاتیکی غیرخطی، تحلیل جابه¬جایی چرخه¬ای و تحلیل دینامیکی غیرخطی با 40 زلزله لس¬آنجلس قرار می¬گیرند و عملکرد آنها به لحاظ شبه¬سنجه¬های حداکثر برش پایه نرمالایز شده، ظرفیت جذب انرژی و حداکثر تغییرمکان بین¬طبقه¬ای مقایسه می¬شود. در انتها با بررسی این تفاوت¬ها و با توجه به نیازهای طراحی بهترین و بهینه¬ترین چیدمان انتخاب می¬گردد.
- Abstract
- The 1994 Northridge Earthquake motivated researchers to overview conventional design philosophies. At that point, one of the safest lateral load resisting systems was the fully restrained welded steel moment frame (WSMF) and it had been the dominant design choice in seismic regions. The confidence to this type of construction has been decreased by observation of brittle failures of welded connections and the assumption of high ductility of the system has been challenged. Thus, researchers introduced new seismic structural system such as Braced frames and Hybrid frame. The concept of hybrid frame system is based on introducing energy dissipating mechanism in the structural frame systems. In order to enhance seismic performance of structure, selected rigid connections in the frame are replaced with ductile energy dissipating semi-rigid connections. This concept is similar to the eccentrically braced frame (EBF). In the eccentrically braced frames, structural fuses are isolated links introduced throughout the frame, while in the hybrid frames fuses are semi-rigid connections placed at the selected locations with particular patterns. The seismic performance of hybrid frame is in such a way that story drifts at the semi-rigid connection levels are translated into connection rotation. Thus, for a properly designed connection that behaves in a ductile manner, this cyclic rotation is absorbed into angle or plate yielding without bolt or weld fracture. This would lead to excessive end-plate or angle distortion at ultimate rotation that can be retrofitted at the semi-rigid connection levels. In this research, several different patterns and locations of semi-rigid connection replacements within 3 and 9 story SAC frames are selected and finally the optimum frame based on seismic performance and design criteria is chosen. At the first stage, the modeling principles and assumptions of steel moment resisting frames are described and finally the nonlinear model which is verified with the results in the previous literatures is selected as a main model. Secondly, the ductile semi-rigid connection which its hysteresis behavior has been investigated in previous researches, is used as a semi-rigid connection in hybrid frames. The next step, several different patterns and locations of semi-rigid replacements within 3 and 9 story SAC frames are selected. All the frames are subjected to nonlinear static analysis, cyclic displacement history analysis and nonlinear dynamic analysis and their performance are compared based on maximum normalized base shear, energy dissipation capacity and maximum story drift angle during 40 LA records. Finally, based on these parameters and design criteria the frame with desirable performance is selected.
