عنوان پایان‌نامه
بررسی عملکرد تیرهای همبند فولادی در سازه های تونلی بتن آرمه
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2261;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76472;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2261;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76472
- تاریخ دفاع
- ۱۵ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- معین رضاپورکامی
- استاد راهنما
- سیدرسول میرقادری
- چکیده
- در سال های اخیر ساخت وساز ساختمان ها مخصوصا انبوه سازی رو به صنعتی شدن رفته است. سیستم های سازه ای بسیاری معرفی شده که یکی از آن ها سیستم قالب تونلی با دال و دیوار بتنی می باشد که به دلیل خرابی کم در زلزله های رخ داده مورد توجه مهندسین قرار گرفته است. در این سیستم دیوارهای برشی کوپله از کارایی مناسب در جهت غلبه بر نیروهای جانبی مانند باد و زلزله برخوردار هستند. دیوارهای برشی کوپله معمولا در ارتفاعی برابر با ارتفاع طبقات ساختمان با تیرها و یا دال هایی به هم کوپله می شوند. در روش های مرسوم، استفاده از تیرهای همبند بتنی با آرماتورگذاری قطری رایج می باشد که دارای محدودیت جدی همچون مشکلات اجرایی و عمق زیاد جهت ارضا معیار سختی و مقاومت و اتلاف انرژی می باشد. تیرهای کوپله فولادی در مقایسه با تیرهای بتن مسلح با آرماتورگذاری مرسوم یا قطری از کارایی مناسب تری جهت ارضای شرایط سختی و مقاومت برخوردارند. هدف این مطالعه بررسی عملکرد تیرهای همبند فولادی در این سیستم از طریق تحلیل های استاتیکی، تاریخچه زمانی و دینامیکی فزآینده و همچنین مقایسه ی آن با تیرهای همبند بتنی با آرماتورگذاری قطری می باشد. در گام اول طراحی دو سازه 10 و 15 طبقه بر اساس مفهوم جذب انرژی و یا طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد سازه که از ابتدا رفتار غیرخطی سازه را در نظر می گیرد انجام می شود. در این روش برای محاسبه برش پایه از تعادل انرژی ورودی به سازه و انرژی تلف شده در اعضای تغییرمکان-کنترل سازه(در این مطالعه تیرهای همبند) استفاده می شود. در این مطالعه برای مدل سازی دیوار برشی به شیوه قاب معادل، از دو روش مفصل نیمه متمرکز با استفاده از مدل فایبر و مفصل متمرکز با استفاده از المان Link و مدل رفتاری چندخطی پلاستیک در نرم افزار SAP2000 استفاده شده است که در نهایت نشان داده شد روش دوم کارایی بیشتری به خصوص در تحلیل های دینامیکی دارد. برای مشخص کردن رفتار مفصل متمرکز در المان Link از نتایج مدل سازی دیوار برشی در نرم افزار ABAQUS و تحلیل آن تحت بارگذاری مونوتونیک استفاده شده است. در همین راستا و در جهت اطمینان از صحت مدل سازی ابتدا صحت سنجی بر روی یک نمونه دیوار تست شده در آزمایشگاه صورت گرفت. منحنی های ظرفیت به دست آمده از تحلیل بارافزون نشان می دهد که ظرفیت محدود شکل پذیری و تغییرمکانی تیرهای همبند بتنی باعث افت سریع تر منحنی در قیاس با مدل با تیر همبند فولادی می شود. در ادامه و با توجه به کاستی های روش استاتیکی در تعیین منحنی ظرفیت و همین طور ارزیابی عملکرد سازه، تحلیل دینامیکی فزآینده با استفاده از 20 رکورد زلزله بر روی مدل های دو بعدی صورت می گیرد. منحنی ظرفیت واقعی سازه بدست آمده از تحلیل IDA با منحنی های بارافزون تحت الگوهای بارگذاری مختلف مقایسه می شود و الگوی بارگذاری پیشنهاد می شود که نتایج تحلیل های استاتیکی و دینامیکی را به هم نزدیک کند. که مطابق نتایج این الگوی بارگذاری به دلیل سختی زیاد سازه و در نتیجه پریود کم به الگوی بارگذاری یکنواخت نزدیک تر است. همچنین مقایسه ی منحنی های تغییرمکان جانبی نسبی ماکزیمم سازه برای دو مدل نشان دهنده ی عملکرد بهتر (دریفت کمتر) برای مدل با تیر همبند فولادی می باشد. در نهایت با ارزیابی خسارت لرزه ای با استفاده از منحنی های شکنندگی روی مدل های مورد بررسی، نتیجه می شود که در سطح عملکرد خدمت رسانی بی وقفه عملکرد احتمال خرابی دو مدل تقریبا یکسان بوده، ولی در سطح عملکرد های پایین تر احتمال خرابی مدل با تیر همبند بتنی پیشی می گیرد.
- Abstract
- In the past few decades, construction of buildings has been industrialized. Many structural systems have been introduced including tunnel form systems with concrete walls and slabs while designers utilize them as systems with low failure levels. In these systems, coupled shear walls offer appropriate efficiency in order to resist lateral forces such as earthquake and wind loads. Shear walls are usually coupled together with beams and slabs in the story’s height. In conventional methods, use of concrete coupling beams with diagonal reinforcement is common which has serious limitations such as practical difficulties and high depth of coupling elements in order to satisfy the design criteria such as strength, stiffness and loss of energy. Steel elements compared to concrete coupling beams with diagonal reinforcement provide better performance in the afore-mentioned criteria. Research approach in this study is to evaluate the performance of coupled wall systems with steel and concrete coupling elements utilizing pushover, time history and incremental dynamic analyses. In the first step, two buildings (10 and 15 story) have been designed based on the concept of energy absorption or plastic design which emphasizes on structure’s nonlinear behavior. This method uses the principle of equilibrium between internal and wasted energy in displacement control members (coupling beams in this case) to define base shear. In this study, shear walls are modeled using equivalent column method with fiber and link elements defined in SAP2000 which result in the fact that link element (multi-linear plastic model) has a better performance especially in dynamic analysis. To specify nonlinear behavior of lumped plasticity model (link element) with monotonic loading has been used to model wall behavior in ABAQUS. In this method, in order to ensure the accuracy of modeling, analyses output have been verified with laboratory test results. Capacity curves obtained from pushover analyses indicate that limited ductility capacity of concrete coupling beams with diagonal reinforcement causes faster drop on capacity curve in comparison with steel coupling beams. Due to the limitation of static method in determining capacity curve and evaluation of structural performance, incremental dynamic analysis has been performed utilizing 20 ground motion records in 2d models. Real capacity curves obtained from IDA are compared with pushover curves with different load patterns, and finally a load pattern suggested that close capacity curves obtained from pushover and IDA which according to the result, capacity curve with steady load pattern due to high stiffness and low period of the building has appropriate conformity, especially in secondary stiffness of curve, with real capacity curve. Uniform load distribution matches IDA curves more accurately, especially in secondary stiffness stages. Furthermore, comparing maximum story drift of the two models indicates that steel coupling beams provide better performance in terms of lower drift magnitudes. Finally, seismic damage evaluation has been conducted on models with use of fragility curves. According to the analyses data in immediate occupancy performance level, no significant difference is observed comparing two models and both have same probability of failure, but in lower performance levels, probability of failure in models with concrete coupling beams is higher. Keywords: tunnel form; coupled walls; steel coupling beams; IDA; fragility curves.
