عنوان پایان‌نامه
بررسی اثر بارگذاری مرحله ای ناشی از فرآیند ساخت با ملاحظه تغییر شکلهای وابسته به زمان در سازه های بلند بتنی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1092;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 37569
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۸۶
- دانشجو
- امید اسماعیلی
- استاد راهنما
- سیدرسول میرقادری
- چکیده
- امروزه در تحلیلهای متعارف سازه ای کل طبقات سازه بطور همزمان تحت اثر بارهای مرده و زنده قرار می‌گیرند، بعبارت دیگر، فرض بر این است که تا زمان اتمام مراحل ساخت، سازه تحت اثر هیچ بارگذاری قرار نخواهد گرفت. این مسأله در مورد بارهای جانبی نظیر باد و زلزله منطقی به نظر می رسد و حتی در مورد بارهای مرده ناشی از تجهیزات داخلی سازه نیز می توان شرایط بارگذاری فوق را پذیرفت. اما بارگذاری بارهای مرده ناشی از وزن مرده سازه و کفسازی به گونه دیگری است. زیرا این گونه بارها، همزمان با پیشرفت مراحل ساخت و مطابق با برنامه اجرائی سازه به تدریج به اعضای ساخته شده در مراحل قبلی، اعمال می شوند که این امر به نحوه ساخت سازه و ترتیبات اجرائی آن بستگی دارد. به عبارت دیگر طبقات پایین تر سازه بالاخص در سازه های بتن آرمه، پیش از آنکه طبقات بالاتر ساخته شوند در معرض بارهای مرده ناشی از این طبقات قرار گرفته و تغییرشکلهای سازه در آنها بوقوع می پیوندد. درنهایت بااین مقدمه، مقرر شد که در قالب یک تحقیق علمی بر پایه مدلسازی های متنوع و دقیق به بررسی اثرات بارگذاری مرحله ای حین ساخت پرداخته و با تکمیل نرم افزار غیرخطی موجود و ارتقا توانمندیهای تحلیلی آن, تاثیر روش تحلیلی مرحله به مرحله سازه ها را مطابق با روند ساخت آنها در چند نمونه بررسی گردد. در این پایان‌نامه، با تکیه بر مدل عددی پیشنهادی توسط ماری و اسکوردلیس در ارتباط با تحلیل غیرخطی قابهای بتنی سه‌بعدی با رعایت تغییرشکلهای وابسته به زمان نظیر خزش و جمع‌شدگی و اثرات حرارت به همراه قابلیت تحلیل پیش‌تنیدگی در اعضا، که در قالب برنامه‌ای غیرخطی با عنوان PCF3D ارائه شده است به ارتقاء قابلیتهای تحلیلی این برنامه با حفظ توانمندیهای فعلی آن پرداخته و نتیجه تحت عنوان برنامه غیرخطی ارتقاء یافته ای به نام CONSCREEP که قادر به انجام تحلیل همزمان تغییرشکلهای وابسته به زمان نظیر خزش، جمع‌شدگی و گرادیان حرارتی با عنایت به ملاحظه چگونگی مراحل ساخت و ساز سازه و تحلیل تاریخچه بارگذاری های ناشی از فرآیند ساخت مرحله‌ای سازه تحت بار ثقلی ارائه می‌گردد. اگر چه در این پژوهش تلاش شده است که تا حد امکان بخشی از موارد عنوان شده در فرآیند تحلیل سازه ها مد نظر قرار گیرد، همچنان موارد متعدد فراوان دیگری وجود دارند که ملاحظه آنها در روند تحلیل، بسیار پیچیده و مهم خواهد بود. مواردی همچون عدم قطعیت و نداشتن دانش کافی در ارتباط با ماهیت برخی از بارها و نحوه اعمال آنها روی سازه، تعیین پارامترهای سازه ای همچون خستگی، ارتعاشات و اندرکنش های بین اعضای سازه ای با اعضای غیرسازه ای که از روند کاملاً غیرخطی پیروی می کند، اثرات دورگیری خاموتها و سرخوردگی آرماتورها در بتن از جمله این موارد می باشند که در این پژوهش به آنها پرداخته نشده است و امید است در نسخه های بعدی برنامه به آنها پرداخته شود. در ادامه به طور اجمالی به بررسی عوامل تاثیر گذار در شاخص بهینه بودن سازه ها بالاخص سازه های بلندمرتبه, که تمام معیارهای عملکردی, مقاومت و ایمنی, زیبایی شناختی و اقتصاد را در برمی گیرد پرداخته و ضمن مقایسه عوامل اثرگذار بر هریک به ضرورت انجام محاسبات دقیق تر در جهت رسیدن به بالاترین شاخص بهینه بودن اشاره می گردد. نتایج و تجربیات متعدد نشان می‌دهد که اصولاً سازه های بتنی، بواسطه پدیده های خزش و جمع شدگی دردرازمدت، تغییر شکلها و یا حتی اضافه تنشهای زیادی را متحمل می‌شوند. نتیجه این مساله افزایش خیز تیرهای بتنی، گسترش ترکها در نواحی کششی المانهای بتنی، کوتاه شدگیهای فزاینده ستونها، تغییرمکانهای متفاوت اعضای سازه‌ای افقی نظیر تیرها ناشی از تغییرشکلهای محوری متفاوت اعضای سازه‌ای مجاور که با گذشت زمان سیر صعودی دارند و باز پخشهای قابل توجه تنش در بین المانهای سازه‌ای می‌باشد. تمام این پدیده ها به نوعی در تغییر رفتار سازه بصورت مستقیم و یاغیرمستقیم دخالت دارند. مساله مهم دیگر تغییر در وضیعت نامعینی سیستم سازه‌ای با گذشت زمان می‌باشد. در واقع در زمان ساخت، دالهای کف عملاً بصورت ساده بر روی دیوارها قرار دارند و در نتیجه سیستم عملاً معین می‌باشد. اما بعد از گذشت مدتی از ساخت، با ایجاد درگیری بین دال کف و پانلهای دیواری، سیستم سازه‌ای بصورت نا‌معین می‌شود. در این حالت تنشهای خمشی ناشی از خزش در مقاطع تکیه گاهها بتدریج شروع به رشد می کنند. در چنین شرایطی، امکان گسیختگی مقاطع تکیه گاهی محتمل است. بخصوص در شرایطی که تنشهای کششی ناشی از جمع شدگی های متفاوت دالهای کف نیز امکان بروز داشته باشند. در ادامه این پژوهش به بررسی کمی سیستم های قابی و پانلی تحت بارگذاری مرحله به مرحله حین ساخت همراه با ملاحظه تغییرشکلهای وابسته به زمان در بتن می پردازیم. سپس به بررسی عملکرد ثقلی سازه ساختمان برج 56 طبقه تهران که دارای سیستم پانلی می باشد به عنوان یک نمونه عینی از سازه های خانواده پانلی پرداخته می شود. به طور کلی و فارغ از سیستم مورد بررسی مقادیر کوتاه شدگی نسبی در اعضای قائم در تحلیل تک مرحله ای کلی از روند رو به رشدی در ارتفاع سازه برخوردار است و این در حالیست که در تحلیل مرحله به مرحله و اعمال تدریجی بارها از روند رو به رشد آن در ارتفاع به مراتب کاسته شده و در طبقات میانی سازه از بیشترین مقدار برخوردار می باشد و نهایتاً در طبقات بالایی سازه از روند نزولی تبعیت می کند و در طبقه انتهایی به مقدار بسیار کمتری در مقایسه با مقدار متناظر بدست آمده در تحلیل تک مرحله ای کلی می رسد. در حقیقت در سازه تحلیل شده تحت بارگذاری تدریجی و مطابق با برنامه بارگذاری, مقدار تغییر مکان قائم سازه تحت بارهای ثقلی و در آخرین طبقه, تنها به تغییر مکان قائم نتیجه شده تحت بارهای اعمال شده در همان طبقه منتهی می شود. اثرات تغییرشکلهای وابسته به زمان و چگونگی تاثیر آنها بر ستونهای دارای بار محوری فشاری نیز بر خلاف تیرها بصورت هم جهت و همسو می باشد. همین عامل منجر به ایجاد نیروهای برشی خطی ثابتی در طول تیرها می گردد که در یک سمت تیر دارای اثر کاهنده و در سمت دیگر دارای اثر افزاینده در مقدار برش نهایی بدست آمده از بارهای ثقلی و کوتاه شدگی ناهمسان الاستیک ستونها خواهد بود. میزان تغییرات کاهنده در لنگر خمشی می تواند تا 70% بزرگی لنگر خمشی بدست آمده تحت تحلیل تک مرحله ای کلی باشد و در مورد نیروی برشی نیز می تواند تا 40% بزرگی نیروی برشی بدست آمده تحت تحلیل تک مرحله ای کلی باشد و این در حالیست که همزمان می توان در نقطه دیگری از سازه شاهد تغییرات 200 تا 300 درصدی بصورت افزاینده و گاه همراه با تغییر علامت پارامتر مورد بررسی بود. نتایج تحلیل مرحله به مرحله قاب مورد بررسی همراه با ملاحظه تغییرشکلهای وابسته به زمان در ستون میانی گویای چنین تغییراتی است که در پایان‌نامه به تفصیل به آن پرداخته شده است. به دلیل عدم وجود عملکرد مستقل پارامترهای عنوان شده که از بدو ساخت سازه تا پایان آن به صورت توامان بر رفتار سازه اثر گذار خواهند بود و در حقیقت رفتار بلند مدت سازه را نتیجه می دهند، پدیده اندرکنش بین بارگذاری مرحله ای حین ساخت و خزش به مساله مهمی مبدل گشته و لازم است در سازه های بلند به ویژه سازه های دارای ساختار سازه ای به هم پیوسته و پیچیده, مورد بررسی جدی تری قرار گیرند
- Abstract
- Reliable prediction of forces, stresses, and deflections in reinforced concrete structures has long been the goal of structural engineers. In fact analytical determination of the displacements, internal forces, stresses and deformations of reinforced concrete structures throughout their load histories has been complicated by a number of factors which include non homogeneity of the material, continuously changing topology of the structural system due to cracking of concrete under increasing load, nonlinear stress-strain relationship of concrete and reinforcing steel, and variation of concrete properties with time and time dependent concrete deformations due to creep, shrinkage, load history and environmental changes. Due to difficulties mentioned above, engineers in the past have been relying heavily on empirical formulas derived from numerous experiments for the design of concrete structures. In this study it has been tried to determine the real behavior and vulnerability of some high-rise reinforced concrete frame case studies in the basis of developed numerical nonlinear analytical procedure, considering nonlinear response of the structures. In fact, in order to obtain more accurate results, material and geometric nonlinearities plus time dependent effects of creep and shrinkage in addition to incremental construction loadings are included in the analyses. More over the structural responses of each structure are traced through its elastic, inelastic and ultimate load ranges. The analyses are adopted with a finite element displacement formulation coupled with a time step integration solution. Also an incremental and iterative scheme based upon a constant imposed displacement is used so that local instabilities or strain softening can also be analyzed accurately. Finally it is tried to introduce some simple correlations for geometric and material properties of frame elements to modify the global and local behavior of the structure in the absence of the nonlinear and time dependent effects.
