عنوان پایان‌نامه
بررسی ضریب رفتار قابهای مهاربندی شده با آلیاژهای حافظه دار شکلی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1361;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44151
- تاریخ دفاع
- ۲۲ اسفند ۱۳۸۸
- دانشجو
- رامتین کارگرموخر
- استاد راهنما
- مهدی قاسمیه
- چکیده
- در سال¬های اخیر فلسفه روش¬های سنتی که طراحی سازه در مقابل مخاطرات طبیعی بر مبنای آن¬ها صورت می¬گرفت، دچار تغییرات عمده¬ای شده است. تخریب گسترده سازه¬های طراحی شده بر مبنای آیین¬نامه¬های قدیمی در زلزله¬های اخیر، پیشرفت¬های بوجود آمده در روش¬های تحلیل و نیاز¬های عملکردی پیچیده¬تر مورد انتظار صنایع ساختمانی منجر به معرفی روش¬های موثرتری در طراحی سازه¬ها شده است. یکی از این روش¬ها که در بسیاری از آیین نامه¬ها وجود دارد و سبب ساده سازی مراحل طراحی می¬شود، روش تحلیل استاتیکی معادل می¬باشد که در آن نیرو-های طراحی بوسیله ضریب رفتار کاهش داده می¬شوند. این روش بر این فرض استوار است که مقاومت سازه از مقداری که بر اساس آن طراحی صورت می¬گیرد، بزرگتر است و به¬علاوه سازه تحت زلزله با ورود به مرحله غیرخطی، بخشی از انرژی زلزله را جذب می¬کند. نسبت مقاومت سازه در حالتی که رفتار آن کاملا خطی فرض می¬شود به مقاومت واقعی سازه در حالت حد¬نهایی بیانگر ضریب رفتار می¬باشد. آلیاژ¬های حافظه¬دار شکلی علاوه بر خاصیت سوپر¬الاستیک خود، خواص منحصر به فرد زیادی دارند که می¬توانند در بهبود رفتار سازه¬ها بکار روند. این آلیاژ¬ها موادی هستند که توانایی تحمل کرنش¬های بزرگ قابل برگشت تا حدود %10را بدون نشان دادن خواص پلاستیک دارند. گنجایش میرایی بالا، خاصیت حافظه¬دار بودن و قابلیت برگشت به شکل اولیه، مقاومت در برابر خستگی بالا، عدم نیاز به تعمیر و دوام بالا از جمله خواصی است که این مواد را به میراگر¬های موثری تبدیل کرده است. در این تحقیق، ضریب رفتار برای سازه¬های فولادی که در مهاربندی آن¬ها آلیاژهای حافظه-دار شکلی بکار رفته¬ است تعیین می¬گردد. تحقیقات پیشین بیانگر آن است که مقدار ضریب رفتار به عوامل مختلفی بستگی دارد. در پژوهش حاضر، تاثیر ارتفاع سازه، تعداد دهانه¬ها و نوع مهاربندی بر روی ضریب رفتار در نظر گرفته می¬شود. برای ارزیابی ضریب رفتار، ضریب اضافه مقاومت و ضریب شکل¬پذیری سازه¬هایی که خواص عملکردی آنها با کاربرد آلیاژهای حافظه¬دار شکلی بهبود پیدا کرده است، قاب¬های چهار، شش، هشت، ده، دوازده و چهارده طبقه مهاربندی شده با طول دهانه 6 متر و سه نوع مختلف مهاربندی (مهاربند قطری، مهاربند V شکل هم¬محور و مهاربند ضربدری هم¬محور) مطابق با قوانین آیین¬نامه 2800 ایران و آیین¬نامه¬های مبحث ششم و دهم ایران با در نظر¬گیری شرایط آیین¬نامه طراحی سازه¬های بادبندی با بادبندهای مقید در برابر کمانش طراحی شدند. همچنین برای بررسی تاثیر تعداد دهانه¬ها بر روی ضریب رفتار، قابهای 4، 6، 8، 10، 12 و 14 طبقه با 5 دهانه و بادبندهای ضربدری طراحی شدند. برای طراحی سازه در برابر بارهای جانبی، اثر زلزله در نظر گرفته می¬شود. در این پروژه نیروی زلزله با توجه به آیین نامه 2800 ایران تعیین می-گردد. در این روش نیروی جانبی زلزله بر طبق ضوابط آیین¬¬نامه تعیین می¬گردد و به صورت استاتیکی رفت و برگشتی، به سازه اعمال می¬شود. به این ترتیب بارهای معادل هر طبقه حساب شده و در تراز طبقه وارد می شود. رفتار هیسترزیس مهاربند¬های پیشنهادی که با استفاده از آلیاژهای حافظه¬دار شکلی تشکیل شده¬اند، در کشش و فشار یکسان در نظر گرفته می¬شوند. تاکنون روش¬¬های مختلفی توسط محققین برای جزییات اجرایی بکارگیری آلیاژهای حافظه¬دار شکلی در مهاربند¬ها ارایه شده¬است که خواص فوق را تامین می¬کنند. بدلیل آن¬که خواص بادبند¬ها در کشش و فشار یکسان فرض می¬شوند، برای طراحی اولیه سازه¬ها از مبانی موجود در طراحی سازه¬های مهاربندی شده با بادبند¬های فولادی مقید در برابر کمانش استفاده می¬شود که منجر به سادگی محاسبات طراحی می شود. برای مدلسازی سازه در نرم¬افزار مورد استفاده، طول و سطح مقطع آلیاژ¬های حافظه¬دار شکلی به نحوی در نظر گرفته می¬شود که مقاومت و سختی بادبند¬ها در حالت فولادی و آلیاژ¬های حافظه¬دار شکلی یکسان شود. با این فرض پریود سازه ثابت می¬ماند. تحلیل دینامیکی خطی و تحلیل دینامیکی غیر¬خطی با شتاب¬نگاشت فزاینده توسط نرم¬افزار Seismostruct برای سازه¬های مختلف صورت گرفته است. نتایج حاکی از آن است که با افزایش تعداد طبقات، ضریب اضافه مقاومت، ضریب کاهش بر اثر شکل¬پذیری و ضریب رفتار کاهش می¬یابند، در حالی که با افزایش تعداد دهانه¬ها مقادیر بدست آمده برای این سه ضریب تغییر بسیار اندکی می¬کند که قابل توجه نمی¬باشد. سازه¬های مهاربندی شده توسط آلیاژهای حافظه¬دار شکلی در مقایسه با سازه¬های مهاربندی شده توسط مهاربند¬های فولادی مقید در برابر کمانش ضریب رفتار کوچکتری را دارا می¬باشند، در حالی که مقدار ضریب رفتار بدست آمده برای این سازه¬ها در مقایسه با مقادیر پیشنهاد شده در آیین نامه زلزه ایران برای سازه¬های فولادی مهاربندی شده رایج، بزرگتر می¬باشد. .
- Abstract
- Traditional philosophies behind different methods of designing structures against natural hazards such as earthquakes have changed in recent years. Failure of many structures designed by the conventional methods during recent earthquakes, the improvements in the analyses methods, and the more complicated performance demands by the building industry has led to more effective methods in structural design. Many seismic codes have been introduced to make designing procedure more easily which permit a reduction in design loads, taking advantage of the fact that the structures possess significant reserve strength and capacity to dissipate energy which are incorporated in structural design through response modification factor. The factor represents the ratio of the forces that would develop under the specified ground motion if the structure were to behave elastically to the prescribed design forces at the strength limit state. Shape memory alloys (SMAs) with unique superelastic properties have many interesting characteristics which can be utilized in structures. SMAs are materials capable of undergoing large recoverable strains of the order of 10% without exhibiting plasticity. High damping capacity, recentering, high fatigue resistance, no need of maintenance and durability are among the characteristics which have made SMAs an effective damping device. In this study, response modification factor is evaluated for steel braced frames utilizing SMA braces. Previous studies show that various elements can change the R-factor value. Herein, the effects of building height, number of spans, and different types of bracings are considered. To evaluate the overstrength, ductility, and the response modification factors of braced frames utilizing SMA 4, 6, 8, 10, 12 and 14 story building with the bay length of 6 m and three different bracing types (X shape, chevron-Inverted V, and diagonal Types) were designed as per the requirement of Iranian Earthquake Resistance Design Code and Iranian National Building Code, part 10, steel structure design. To estimate the effect of number of bays on the results, X-braced frames were designed both for three- and five-bay frames, while other types of bracing were designed just for three-bay frames. For member design subjected to earthquake, equivalent lateral static forces were applied on all the story levels. These forces were calculated following the provisions stated in Iranian Earthquake Code (Standard No. 2800). The hysteretic behavior of proposed braces utilizing SMA is assumed to be symmetrical under tension and compression. Different methods for implementation of shape memory alloys in the braces have been proposed previously, which result in the assumed behavior for braces. Enhanced SMA braced frames are designed through designing BRBFs, in that the model used for SMA has the same behavior in tension and compression similar to BRBFs hysteretic curves. This leads to simplify the design process. Buckling restrained steel braces are replaced with SMA braces with the same strength and stiffness to obtain different parts of the response modification factor. Static pushover analysis, nonlinear incremental dynamic analysis and linear dynamic analysis have been performed using SeismoStruct software of model structures. Results show that the over strength, ductility and response modification factors are decreased as the number of stories is increased. Increasing the number of spans changed the gained values for theses parameters negligibly. Frames utilizing SMA braces provided lower R value when compared with buckling restrained steel braces but they showed higher values in comparison with the proposed R-factor for conventional steel bracing in Iranian Earthquake Code
