عنوان پایان‌نامه
بررسی رفتار لرزه ای قاب های با اتصالات مهار بند زانوئی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مهندسی زلزله
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1253;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 41766
- تاریخ دفاع
- ۳۱ مرداد ۱۳۸۸
- دانشجو
- محمد ابراهیم میرجلیلی
- استاد راهنما
- سیدرسول میرقادری
- چکیده
- سیستم قاب های با پیوند زانویی یکی از سیستم های باربر جانبی لرزه ای است که در آن پیوندهای زانویی در ناحیه اتصال تیر به ستون با ایجاد یک مثلث نسبتاً صلب، شرایط را برای تأمین صلبیت در گره تیر به ستون فراهم می کنند. از آنجا که پیوندهای زانویی در ناحیه اتصال تیر به ستون در قسمت پایین تیر قرار می گیرند، این سیستم ها نسبت به قاب های بادبندی از لحاظ ملاحظات معماری از شرایط مطلوبتری برخوردارند و می توان از آنها هم در طراحی سازه های جدید و هم در بهبود رفتار لرزه ای سازه های موجود استفاده نمود. در این تحقیق ابتدا با بررسی رفتار لرزه ای این قاب ها، مکانیزم های تسلیم کلی محتمل در سازه شناسایی شده و در مرحله بعد روشی برای طراحی و تناسب بندی اعضای این قاب ها برای رسیدن به مکانیزم تسلیم مطلوب، پیشنهاد شده است. در پایان ضریب رفتاری با استفاده از نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی برای این قاب ها پیشنهاد می شود. در روش پیشنهادی بر اساس مفهوم جذب انرژی در سازه سهمی از انرژی ورودی زلزله که باید به صورت پلاستیک در اعضای سازه جذب شود، تعیین شده و با در نظر گرفتن یک مکانیزم تسلیم کلی در سازه، این انرژی پلاستیک برابر با انرژی پلاستیک ذخیره شده در مفاصل پلاستیک در مکانیزم موردنظر قرار خواهد گرفت. با محدود کردن تغییر مکان جانبی سازه و اعمال اثرات P-? حاصل از بارهای ثقلی، و در نظر گرفتن شرایطی برای جلوگیری از تشکیل مکانیزم های نامطلوب در سازه قبل از شکل گیری مکانیزم تسلیم موردنظر، نیروهای داخلی اعضای سازه تعیین شده و اعضا طراحی می شوند. با توجه به اهمیت ضریب رفتار در طراحی های متداول و نبود ضریب رفتار مشخص برای این قاب ها، با رسم منحنی برش پایه ـ تغییرمکان جانبی قاب حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی، پارامترهای تعیین کننده ضریب رفتار در این قاب ها شامل ضریب مقاومت افزون، ضریب شکل پذیری، ضریب میرایی و ضریب نامعینی تعیین شده و مقداری برای ضریب رفتار این قاب ها پیشنهاد شده است. در این قاب ها با وجود پیوندهای زانویی در ناحیه اتصال تیر به ستون و ایجاد تیرهای پیوند، می توان سه مکانیزم کلی تسلیم شامل مکانیزم تسلیم خمشی تیرهای میانی، مکانیزم تسلیم محوری کششی ـ فشاری پیوندهای زانویی و یا مکانیزم تسلیم برشی ـ محوری تیرهای پیوند را در نظر گرفت که با برقراری تناسب بندی مناسب میان عضو زانویی با اعضای تیر و ستون، می توان از قابلیت های این مکانیزم های تسلیم بهره گرفت. برای کنترل روش طراحی پیشنهادی و تعیین ضریب رفتار، با استفاده از نرم افزار SAP2000 Ver.11.0.4 تحلیل استاتیکی غیرخطی بر روی چند قاب با پیوند زانویی طراحی شده با مکانیزم های مختلف، انجام گرفته و ترتیب تشکیل مفاصل پلاستیک، مکانیزم تسلیم کلی قاب و منحنی برش پایه ـ تغییرمکان قاب بدست آمده است. نتایج تحلیل نشان می دهد مکانیزم تسلیم کلی قاب های طراحی شده با روش پیشنهادی، با مکانیزم تسلیم موردنظر در طراحی مطابقت دارد و با این روش طراحی پیشنهادی شرایط برای توسعه مفاصل پلاستیک در ارتفاع سازه و جلوگیری از تمرکز تشکیل مفاصل پلاستیک در طبقات میانی سازه به نحو مؤثری فراهم شده است. بنابراین می توان بوسیله این روش به طراحی قاب های با پیوند زانویی با یک مکانیزم تسلیم کلی به منظور احداث سازه های جدید یا مقاوم سازی سازه های موجود مبادرت ورزید. همچنین نتایج ضریب رفتار این قاب ها نشان می دهد که ضریب رفتار این قاب ها در حدود ضریب رفتار قاب های خمشی است و می توان در طراحی های متداول از ضریب رفتار قاب خمشی در طراحی این قاب ها استفاده نمود.
- Abstract
- The steel frames with knee braced connections are one of the lateral force resistance system in which a knee-brace member at beam-column joint provides the rigidity by means of a quite inflexible triangle shape. From the architectural point of view, this knee-braced system has more advantages in compare with conventional braced frames; therefore it can be used in construction of the new structures or particularly for seismic retrofitting of existing structures. In this research, at first, the possible general yield mechanisms of such structures have been found by analyzing the seismic behavior of the steel frames with knee braced, and thereafter a method for design and optimizing of the frame elements to get the desirable mechanism has been proposed. Finally the response modification factor of these frames has been calculated thru non-linear static analysis results. In the proposed design method, based on energy absorption concept, the portion of input seismic energy of which must be absorbed by members at plastic mode, is determined. Considering a general yield mechanism in whole structure, this energy is equal to the plastic residual energy at plastic hinges in that desired mechanism. The internal forces of all members are calculated by limiting lateral deformation of the structure, applying “P-Delta” effect of gravity loads and considering the conditions to prevent undesired mechanism before occurrence of the expected yield mechanism. Since there is not any specific response modification factor for such steel frames with knee braced connections and due to the importance of response modification factor in conventional design methods, the determining parameters of response modification factor such as Strength factor, ductility factor, damping factor and redundancy factor, are calculated via the base shear vs. lateral deformation curve resulted from non-linear static analysis by SAP2000 program. By knee bracing at the beam-column joints and making connecting beam, three possible mechanisms for such frames could be happen including moment yield of beam, axial tension-compression yielding of knee brace and shearing-axial yielding of link beams mechanism of which by an appropriate proportioning among the knee brace member and the column-beam members, the desired yield mechanism can be resulted. The results of this study show that the general yield mechanism based on the proposed method are in a good agreement with the yield mechanism in design. Furthermore, by considering the proposed method the plastic hinges can easily be moved through the structure height, in order to efficiently avoid the forming of plastic hinge at the middle floor of the structure. Therefore this method can be employed for analysis of new structures or rehabilitation of existing structures. The results of response modification factor demonstrate the similarity for steel frames with knee braced connections and moment frames, whereby the response factor of moment frames can be used for knee-braced in conventional design.
