2-3-روش طراحی لرزه­ای براساس عملکرد سازه…………. 30
2-3-1-فواید طراحی براساس عملکرد………………. 31
2-3-2-شکل­پذیری در روش طراحی براساس عملکرد……… 32
2-3-3-معیارهای پذیرش اعضا در روش طراحی براساس عملکرد 34
2-3-4-فلسفه ی طراحی براساس عملکرد…………….. 35
2-4- بر یافته های دیگر محققین……………… 36
2-4-1-تحقیقات طاهری بهبهانی………………….. 36
2-4-2-تحقیقات Repapis و همکاران……………….. 37
2-4-3-تحقیقات Kunnath و همکاران………………. 38
2-4-4-تحقیقات Elnashai و همکاران……………….. 39
2-5-جمع بندی و نتیجه گیری…………………….. 40
فصل 3: روش تحقیق……………………………… 42
3-1-مقدمه…………………………………… 43
3-2-معرفی نمونه ها…………………………… 43
3-2-1-تعیین جزئیات سازه ای…………………… 44
3-2-1-1-مدلسازی و هندسه……………………. 44
3-2-1-2-بارگذاری………………………….. 45
3-2-1-3-نتایج طراحی نمونه ها……………….. 48
3-3-ارزیابی…………………………………. 50
3-3-1-مدلسازی……………………………… 50
3-3-1-1-مدلسازی کلی سازه…………………… 50
3-3-1-2-مدلسازی اعضا………………………. 51
3-3-1-3-مدلسازی رفتار مصالح………………… 52
3-3-1-4-مقاومت اعضای سازهای………………… 52
3-3-1-5-بررسی منحنی رفتاری اعضاء……………. 53
3-3-2-بررسی نرم افزارهای کاربردی……………… 54
3-3-3-بررسی مشخصه های تحلیل نمونه ها………….. 54
3-3-3-1-روش تحلیل…………………………. 54
3-3-3-2-بارگذاری………………………….. 55
3-3-3-2-1-الگوی بارگذاری…………………. 56
3-3-3-3-تغییر مکان هدف…………………….. 56
فصل 4: نتایج و تفسیر………………………….. 61
4-1-مقدمه…………………………………… 62
4-2-بررسی نتایج……………………………… 63
4-2-1-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه سه طبقه….. 66
4-2-2-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه پنج طبقه…. 69
4-2-3-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه هفت طبقه…. 72
4-2-4-بررسی نتایج حاصل از شکل پذیری سازه………. 72
4-3-تعیین عملکرد لرزهای اعضاء…………………. 74
4-3-1-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان سه طبقه……. 79
4-3-2-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان پنج طبقه…… 84
4-3-3-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان هفت طبقه…… 89
 
فصل 5: جمع بندی و نتیجه گیری…………………… 90
5-1-جمع بندی………………………………… 91
منابع و مراجع………………………………… 95
 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
شکل(2-1) ارتباط بین ضریب کاهش نیرو ، اضافه مقاومت ، ضریب کاهش به علت شکل پذیری و ضریب شکل پذیری ………………….. 19
شکل(2-2) منحنی نیرو- تغییر شکل عضو……………… 32
شکل(2-3) معیارهای پذیرش اعضا در سطوح مختلف عملکردی… 34
شکل(2-4) نتایج مطالعاتKunnath و همکاران………….. 38
شکل(3-1) نمایی از قاب نمونههای مورد مطالعه در تعداد طبقات 3، 5 و 7   44
شکل(3-3) منحنی رفتاری عضو……………………… 51
شکل(3-4) منحنی ساده شده برش پایه- تغییرمکان………. 58
شکل (4-1) منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع اول   64
شکل (4-2) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع یک    64
شکل (4-3)منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم    65
شکل (4-4) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم   65
شکل(4-5) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول   67
شکل (4-6) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول  67
شکل (4-7) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم  68
شکل (4-8) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم  68
شکل (4-9) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول  70
شکل (4-10) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول 70
شکل (4-11) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل (4-12) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل(4-13) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-14) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-15) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-16) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-17) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-18) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-19) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78
شکل(4-20) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78
شکل(4-21) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80
شکل(4-22) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80
شکل(4-23) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-24) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-25) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-26) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-27) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83
شکل(4-28) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83
شکل(4-29) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-30) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-31) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-32) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-33) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-34) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-35) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88
شکل(4-36) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول
(3-1) مقادیر ضریب بازتاب ( ) و ضریب زلزله ( ) در نمونه های مورد مطالعه 47
جدول(3-2) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 3 طبقه 48
جدول(3-3) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 5 طبقه 49
جدول(3-4) مقاطع تیر،ستون و بادبند نمونه 7 طبقه 49
جدول (3-5) مقادیر 59
جدول (3-6) مقادیر ضریب . 60
جدول (3-7) مقادیر ضریب 60
جدول(4-1) پارامترهای رفتاری ساختمان سه طبقه 66
جدول(4-2) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 69
جدول(4-3) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 72
 

 

 
 
 
 
 
 
فصل 1: مقدمه
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-1-مقدمه
در سالهای اخیر فلسفه روش­های سنتی که در طراحی سازه در مقابل مخاطرات طبیعی بر مبنای آنها صورت میگرفت، دچار تغییرات عمده­ای شده است. تخریب گسترده سازه­های طراحی شده بر مبنای آئین­نامه­های قدیمی در زلزله­های اخیر، پیشرفت­های به وجود آمده در روشهای تحلیل و نیازهای عملکردی پیچیده­تر مورد انتظار صنایع ساختمانی منجر به معرفی روشهای موثرتری در طراحی سازه­ها شده­است. یکی از این روش­ها که در بسیاری از آئین­نامه­ها وجود دارد و سبب ساده­سازی مراحل طراحی میشود، روش تحلیل استاتیکی معادل میباشد که در آن نیروهای طراحی به وسیله ضریب رفتار کاهش داده میشوند. این روش بر این فرض استوار است که مقاومت سازه از مقداری که طراحی بر اساس آن صورت میگیرد، بزرگتر است و به علاوه سازه تحت زلزله با ورود به مرحله غیر خطی، بخشی از انرژی زلزله را جذب می­کند. طراحی لرزه­ای مطلوب برای ساختمان را می­توان دستیابی به سازه­ای با عملکرد مطلوب، به مفهوم امکان ایجاد خسارت کنترل شده و از قبل پیش­بینی شده در حین زلزله برای ساختمان دانست ضمن آنکه تخمین نادرست مشخصات زلزله و رفتار سازه و عملکرد آن در مواجهه با زلزله از دلایل مهم آسیب­های شدید وارد بر سازه میباشد. به جهت شناخت هر چه بهتر این مشخصات و ویژگی ها، در قبال روش­های تجویزی مرسوم در آئین­نامه­های پیشین که طراحی را بر اساس نیروهای کاهش یافته زلزله بیان میکرد، آئین­نامه­های طراحی و بهسازی لرزه­ای ارائه گردید که طبق آن طراحی لرزه­ای سازه به روش طراحی بر اساس عملکرد پیشنهاد میگردد.
به دلیل غیر اقتصادی بودن رفتار الاستیک سازه تحت زلزله، هدف اصلی در طراحی لرزه­ای ساختمان­ها بر این مبناست که رفتار ساختمان، در مقابل نیروی ناشی از زلزله­های کوچک بدون خسارت و در محدوده خطی مانده و در مقابل نیروهای ناشی از زلزله شدید، ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارت­های سازه­ای و غیر سازه­ای را تحمل کند. به همین دلیل مقاومت لرزه­ای که مورد نظر آئین­نامه­های طراحی در برابر زلزله است، عموما کمتر و در برخی موارد، خیلی کمتر از مقاومت جانبی مورد نیاز برای حفظ پایداری سازه در محدوده ارتجاعی، در یک زلزله شدید است. بنابر این، رفتار سازه­ها به هنگام رخداد زلزله های متوسط و بزرگ وارد محدوده غیر ارتجاعی میگردند و برای طراحی آنها نیاز به یک تحلیل غیر ارتجاعی است. ولی به دلیل پر هزینه بودن این روش و عدم گستردگی برنامه­های غیر ارتجاعی و سهولت روش ارتجاعی، روشهای تحلیل و طراحی متداول، بر اساس تحلیل ارتجاعی مورد نیاز عموما با استفاده از ضرایب کاهش مقاومت انجام میشود[2].
یکی از مشکلات موجود در زمینه ضریب رفتار در آئین­نامه­های قدیمی، مربوط به تجربی بودن مقادیر پیشنهاد شده بود. یعنی با وجود اینکه ضرایب رفتار تعیین شده در آئین­نامه­های لرزه­ای در نظر داشتند بیانگر رفتار هیستریک، شکل پذیری، مقاومت افزون، میرایی و ظرفیت استهلاک انرژی باشند، مقادیر این ضرایب در آئین نامه های زلزله، اصولا بر اساس مشاهدات عملکرد سیستم­های ساختمانی مختلف، در زلزله­های قوی گذشته، بر مبنای قضاوت مهندسی بود. بر این اساس، پژوهش­های زیادی در این زمینه صورت گرفت تا مقادیری مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در آئین­نامه­های زلزله بیان شود که در نهایت منجر به اصلاح این ضرایب بر اساس مطالعات علمی شد.
ضریب رفتار اولین بار در گزارش 06-3 ATC در سال 1978 ارائه گشت. در این گزارش، مقادیر پیشنهاد شده برای ضریب رفتار بر اساس نظر مجموعه­ای از مهندسان خبره استوار بود. به همین دلیل روش مشخصی برای تعیین مقدار آن ارائه نشده بود. همچنین در مقررات NEHRP مربوط به سالهای 1997 و 2000 (FEMA369 و FEMA303) که الهام گرفته از 06-3 ATC بود، بر تجربی بودن ضرایب کاهش تاکید شده است[11و13]. در برخی از آئین نامه های طراحی لرزه­ای، مطلبی ناظر در محاسبه این ضرایب ارائه شده، حال آن که در بیشتر آئین­نامه­ها مقادیر آنها بر مبنای قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد ساختمان­ها در زلزله­های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون آن­ها استوار است[15]. از این رو و با توجه به مطالب فوق، ارزیابی ضرایب رفتار و بررسی ارتباط میان پارامترهای مؤثر در آن برای سازه­هایی که مطابق آئین­نامه­های طراحی میشوند، اهمیت ویژه­ای دارد. لذا در اکثر آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای جدید، روش­های تعیین آن ذکر شده است.
در این پژوهش بر خلاف آئین­نامه ایران، ضرایب رفتار برای فهم بهتر به اجزای تشکیل دهنده آن تجزیه میشود. البته امروزه در اکثر آیین­نامه­ها، به جای تعریف یک مقدار معین برای یک نوع قاب سازه­ای، اجزای ضریب رفتار برای قاب­های با شکل­پذیری­های مختلف و بسته به لرزه­خیزی منطقه تعریف می شوند، که از جمله آن­ها میتوان به آیین­نامه کانادا اشاره نمود.
با توجه به تحولات زیادی که از زمان تدوین آئین­نامه ایران در طرح ساختمان­ها در برابر زلزله (استاندارد 2800) در سال 1366 تاکنون در امر مهندسی زلزله صورت گرفته است و نیز با وجود کاربرد وسیع این آئین­نامه در طراحی ساختمان­های مختلف کشور، آگاهی از محتوای این آئین­نامه و مفاهیم آن امری مهم میباشد. تدوین اغلب آیین­نامه های کاربردی طرح لرزه­ای ساختمان­ها، با هدف جلوگیری از تلفات جانی و خسارات احتمالی و نیز دستیابی به طرحی اقتصادی برای سازه انجام گرفته­است. از جمله عوامل تأثیر­ گذار در دستیابی به این هدف می­توان به دو عامل مقاومت و شکل­پذیری سازه اشاره کرد. عوامل مذکور از مهمترین پارامترهای موثر در طراحی لرزه­ای بسیاری از آئین­نامه­ها، از جمله استاندارد 2800 است. تأمین این دو پارامتر در روش طراحی آئین­نامه­های مذکور با توجه به برآورد اهداف مورد نظر این آئین­نامه­ها در زلزله­های خفیف، متوسط و شدید میباشد. این اهداف با توجه به انتظاراتی که از رفتار سازه­ها در هنگام وقوع زلزله­هایی که ممکن است در طول مفید ساختمان اتفاق بیافتد و نیز میزان خسارات احتمالی وارده به سازه در حین زلزله در نظر گرفته شده­است.
در دهه­های اخیر با بررسی نتایج زمین لرزه­های پیشین و خسارات وارده به سازه­های موجود، پرداختن به مفاهیم شکل­پذیری بیش از پیش مورد توجه محققین قرار گرفته­است. از آن جمله، پس از وقوع زلزله در شهر سان­فرناندو در ایالات کالیفرنیای آمریکا در سال 1971 و با توجه به خرابی­های زیاد ایجاد شده در اثر این زلزله، تحولات بسیاری در ضوابط آیین­نامه­های طراحی لرزه­ای آمریکا حاصل گردید و مفاهیم شکل­پذیری مورد توجه ویژه قرار­گرفت. همچنین بررسی­ها بر علل خرابی­های زلزله­های رخ داده در سال­های اخیر از جمله زلزله­ی نور­تریج (لس آنجلس) در سال 1993، زلزله­ی سال 1994 در کوبه (ژاپن) و نیز زلزله رودبار­– منجیل (ایران) در سال 1369 اهمیت قابلیت شکل­پذیری سازه در استهلاک انرژی زلزله را نمایان ساخت و ضوابط طراحی بسیاری از آیین­نامه­های لرزه­ای با نگرشی جدید در جهت تأمین این پارامتر در سازه مورد باز بینی و تحول قرار گرفت.
در آئین­نامه­های موجود طراحی لرزه­ای نیز استفاده از قابلیت جذب انرژی زلزله با در نظر گرفتن رفتار غیر­خطی سازه از اهداف اصلی طراحی میباشد. از آنجا که تعیین دقیق ظرفیت تغییر شکل سازه مستلزم تحلیل­های غیر خطی سازه بوده و با توجه به زمان بر بودن این نوع تحلیل­ها و از طرفی سهل بودن آنالیزهای خطی نسبت به تحلیل­های غیر خطی، در این آئین­نامه­ها به صورت کلی برای سیستم­های مختلف سازه­ای ضرایب کاهنده­ای موسوم به ضریب رفتار ® ارائه گردیده­است که این ضرایب به منظور کاهش نیروهای زلزله با در نظر گرفتن عملکرد غیر خطی سازه­ها میباشد. تعیین ضریب مذکور در آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای با توجه به عوامل متعددی از جمله شکل­پذیری سازه، اضافه مقاومت، میرایی و نیز ضرایب اطمینان بکار گرفته شده در ضوابط طراحی ساختمان­ها می­باشد. بدین ترتیب در این آئین­نامه­ها اجازه داده میشود با استفاده از این قابلیت سازه و بکارگیری ضرایب فوق الذکر، سازه را برای نیرویی به مراتب کوچکتر از نیروی واقعی زلزله طرح نمود. در این آئین­نامه­ها این ضرایب با توجه به مشخصات سازه مورد نظر، به لحاظ سیستم باربر جانبی، مشخص و در قالب جداولی به عنوان ضرایب کاهش نیروی پیشنهادی آئین­نامه، به منظور تعیین نیروی زلزله طراحی سازه در اختیار طراح قرار داده شده­است.
از طرفی در نسل جدید آیین­نامه­های طراحی و بهسازی لرزه­ای که از روش طراحی بر اساس عملکرد در جایگزینی با روش­های تجویزی استفاده می شود، بررسی دقیق­تر این موضوع مد نظر قرار­ گرفته­است. در این فرآیند با توجه به رفتار واقعی اعضا تحت اثر نیروهای وارده و با در نظرگیری کلیه­ی پارامتر­های اثر گذار، از جمله مصالح، هندسه و مشخصات اعضا، شکل­پذیری متناظر با هر تلاش در هر المان برآورد می گردد. در این آیین­نامه­ها (از جمله آیین­نامه و نیز دستورالعمل بهسازی لرزه­ای ساختمان­های موجود) در تحلیل خطی، با معرفی پارامتر ” “m، موضوع شکل­پذیری مورد توجه قرار گرفته­­­است و به عنوان معیاری برای ارزیابی و پذیرش عملکرد هر یک از اعضا در سازه استفاده شده­است. در روش تحلیل غیر خطی طراحی بر اساس عملکرد نیز رفتار مورد انتظار هر یک از اعضا سازه و نیز قابلیت­های شکل­پذیری آن در حین زلزله مدنظر قرار گرفته و با تعیین منحنی رفتاری عضو و نیز معیار­های در­نظر گرفته­ شده برای سطوح عملکردی مختلف سازه در حین زلزله، اعضاء سازه مورد بررسی قرار می گیرد. بدین ترتیب در این روش طراحی لرزه­ای ، قابلیت استهلاک انرژی زلزله در سطح عضو و با توجه به میزان این توانایی در تک تک اعضای سازه­ای مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد و بر این اساس رفتار کلی سازه در حین زلزله تعیین می گردد.
امروزه روش رایج و مرسوم طراحی لرزه­ای کشور، استفاده از روش طراحی بر اساس نیروهای کاهش یافته و استفاده از ضرایب پیشنهادی آئین­نامه طراحی لرزه­ای ایران، با توجه به سیستم باربر جانبی سازه مورد نظر، می­باشد. بر این اساس بررسی اعتبار ضرایب عنوان شده در آئین­نامه های لرزه­ای مورد استفاده امری مهم است.از طرف دیگر با توجه به کاربرد روز افزون از روش طراحی لرزه­ای بر اساس عملکرد در طراحی سازه­ها، پرداختن به مفاهیم این روش طراحی و استفاده از نحوه نگرش آن در بررسی اعتبار ضرایب کاهش نیروی پیشنهادی آئین­نامه لرزه­ای مرسوم و در صورت لزوم تعدیل و تصحیح این ضرایب، مؤثر می­باشد.
بر این اساس در این پایان­نامه با بهره­گیری از نتایج مطالعات انجام شده در این زمینه، مفاهیم شکل پذیری و ضرایب کاهش نیروی متأثر از شکل­پذیری و همچنین ضرایب شکل­پذیری مورد استفاده در آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای به دو شیوه فوق­الذکر مورد تحقیق قرار گرفته­است. بدین منظور سه ساختمان 3، 5 و 7 طبقه منظم با سیستم قاب مهاربندی شده با استفاده از مهاربند­های هم محور (CBF) مورد بررسی قرار کرفته است. در بررسی این ساختمان­ها، پارامتر­های رفتاری محاسبه و با مقادیر پیشنهادی آن در نتایج آئین­نامه لرزه­ای ایران (استاندارد 2800) مقایسه شده و همچنین ضریب شکل­پذیری اعضاء برای نمونه­های مورد مطالعه محاسبه و ارتباط بین این ضریب و ضریب کاهش نیروی زلزله متأثر از شکل­پذیری سازه، تعیین شده­است و در نهایت در جهت تصحیح و تعدیل ضریب کاهش، پیشنهاداتی ارائه میگردد.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

این پایان‌نامه در پنج فصل تهیه گردیده است كه به طور خلاصه به شرح زیر می‌باشند:

 

 

• در فصل اول مقدمه‌ای بر لزوم انجام و کلیاتی از کارهای انجام شده، ارائه می‌شود.

 

• در فصل دوم با در نظر گرفتن شرایط مسئله، معادلات حاکم بر مسئله معرفی و سپس خلاصه‌ای از مطالعات و کارهای انجام شده توسط سایر محققین ارائه می‌شود.

 

• در فصل سوم فرمول‌بندی ریاضی سیستم سد-پی- مخزن با احتساب اندرکنش و روش‌های حل دستگاه معادلات دینامیکی با استفاده از روش اجزای محدود معرفی و نیز چگونگی محاسبه کابل‌های پس‌تنیدگی و مدل‌سازی آن در روش اجزا محدود در تحلیل استاتیکی و دینامیکی ارائه می‌گردد.

 

• در فصل چهارم ابتدا صحت مدل‌سازی کامپیوتری مورد بررسی قرار گرفته و سپس نتایج تحلیل سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس‌تنیده با قرارگیری کابل‌ها در نقاط مختلف و تغییر شیب پایین‌دست سد بررسی می‌گردد.

 

• در فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌هایی برای ادامه کار ارائه می‌گردد.

 

 
 
 
 
 
فصل دوم – ادبیات موضوع و پیشینه تحقیق
 
 
 
 
 
2-1- مقدمه
با توجه به اهمیت سازه سد و آسیب پذیر بودن این سازه لزوم مقاومت این سازه در برابر نیروهای اعمالی امری اجتناب ناپذیر است. سدها می بایست در برابر نیروهای اعمالی به آن از جمله نیروهای استاتیکی نظیر زیرفشار، فشار مخزن، و تنش‌های وارده ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای دینامیکی نظیر زلزله و سیلاب و … مقاومت کافی داشته باشند. مدل سیستم سد-پی-مخزن با در نظر گرفتن نیروهای وارده همواره توسط محققین زیادی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. به‌طوریکه در ابتدا با روش‌های تحلیلی و در نظر گرفتن فرضیات ساده شونده زیاد و سپس با روشهای عددی مبادرت به حل مدل سد نمودند. در این فصل در ابتدا نگاهی گذرا به روشهای تحلیلی و عددی در حل سیستم سد-پی-مخزن خواهیم داشت. سپس تعریف و تاریخچه و کاربرد روش پس‌تنیدگی در مقاوم‌سازی و بهسازی سدها ارائه می‌گردد و نتایج محققین در این زمینه بیان می‌شود.
2-2- روش‌های تحلیلی
روش‌های تحلیلی اولین روش‌هایی بودند كه محققین برای حل مسئله تحلیل سد و مخزن تحت اثر زلزله بكار بردند. در این نوع روش‌ها، در ابتدا طبق فرضیات مصالح، معادلات حاكم و شرایط مرزی مسئله بیان و سپس مستقیماً معادلات دیفرانسیل مربوطه حل می‌شود.
 
به دلیل پیچیدگی زیاد حل این‌گونه معادلات، برای مسائل با شكل هندسی و یا شرایط مرزی پیچیده، این روش قابل‌استفاده نیست ولی برای مسائل ساده پاسخ‌هایی توسط محققین مختلف به‌دست آمده است.
جواب‌های حاصل از این روش‌ها، به دلیل سهولت در استفاده برای تحلیل تقریبی سدها و طراحی اولیه آنها، ابزاری بسیار مناسب و كاربردی می‌باشند. در ادامه خلاصه‌ای از این روش‌ها ارائه خواهد شد.
2-2-1- تحلیل مدل سد-مخزن بدون در نظر گرفتن اثر اندر کنش
اولین راه ‌حل جهت تحلیل سد تحت اثر زلزله توسط وسترگارد ]40[ در سال 1933 میلادی مطرح گردید. فرضیاتی كه وسترگارد، با توجه به شکل 2-1 در نظر گرفت به شرح زیر می‌باشد:

 

 

• رفتار سیستم دو بعدی است.

 

• سد صلب می‌باشد.

 

 

• كف مخزن افقی و صلب می‌باشد.

 

• طول مخزن در جهت بالادست تا بی‌نهایت ادامه دارد.

 

• سیال غیر چرخشی می‌باشد.

 

• دانسیته آب ثابت است.

 

• شتاب زمین افقی و هارمونیك برابر می‌باشد كه در آن:

 

• نیاز به فرضیه‌ای برای فرموله کردن دانش بشری به شکلی سیستماتیک و قرار دادن آن در سیستم‌های مهندسی توجیه دوم وجود تئوری سیستم‌های فازی را به عنوان یک شاخه مستقل در علوم مهندسی توجیه می‌کند[5].

 

این پایان نامه شامل فصول زیر می‌باشد:
فصل اول مقدمه
فصل دوم مروری بر تحقیقات گذشته
فصل سوم تحکیم
فصل چهارم منطق فازی و کاربرد آن در مهندسی عمران
فصل پنجم برآورد ضریب فشردگی تحکیم به وسیله پارامترهای فیزیکی خاک
فصل ششم آشنایی با شبکه مفاهیم شبکه عصبی
فصل هفتم مدل سازی ضریب فشردگی با استفاده از شبکه‌های عصبی-فازی (ANFIS)
فصل هشتم نتیجه گیری و جمع بندی و پیشنهادات
 
 
 
 
 
 
 
فصل دوم:
مروری بر تحقیقات گذشته
 
 
 
 
 
 
2-1- مقدمه
نشست تحکیمی یکی از ملاحظات مهم طراحی در پروژه‌های عمرانی همچون سازه ها، راهها و راه آهن می‌باشد. این پارامتر بوسیله آزمایش تحکیم تعیین می‌شود. آزمایش تحکیم یک آزمایش نسبتا وقت گیر و پر هزینه است که باید با دقت کافی انجام می‌شود.
در بسیاری از پروژه ها به خصوص در پروژ ه‌های خطی مانند راه آهن خوددارای از انجام آزمایش تحکیم به تعداد و دقت کافی سبب وارد آمدن خسارات قابل توجه به حجم راه می‌شود. با توجه به زمان و هزینه نسبتا زیاد آزمایش تحکیم، تخمین نشت تحکیمی با استفاده از پارامترهای موثری که بتوان زیاد آزمایش تحکیم، تخمین نشست تحکیمی با استفاده از پارامترهای موثری که بتوان آنها را با انجام آزمایشات ساده کم هزینه و با دقت قبول نمود همواره مورد توجه بسیاری از محققین ژئوتکنیک و راه سازی بوده است.
 

 

2-2- شناسایی پارامترهای موثر در نشست تحکیمی خاک
با انجام آزمایش تحکیم، ضریب فشردگی یا شاخص تراکم (Compression index) از شیب نمودار تخلخل (e) بر حسب لگاریتم تنش موثر ( ) برای خاکهای تحکیم عادی یافته تعیین می‌شود. شکل 1 نحوه تعیین ضریب فشردگی ( ) را نشان می‌دهد.
همانطور که در این شکل مشاهده می‌شود، به طور مستقیم از رابطه زیر قابل تعیین است:
(2-1)
 
شکل 2-1 تعیین ضریت فشردگی
به طور غیر مستقیم و از روی پارامترهای موثر، اولین بار ترزاقی و پک در سال 1997، رابطه تجربی زیر را به منظور تخمین ضریب فشردگی برای رسهای تحکیم عادی یافته در حالت دست نخورده پیشنهاد نمود[6]
(2-2)
که در آن LL، حد روانی (Liquid Limit) خاک رس است. همچنین ترزاقی و پک در رابطه‌ای مشابه، فرمول زیر را برای رس‌های دست نخورده (Remolded clays) ارائه دادند:
(2-3)
در هر دو رابطه (2) و (3)، LL به عنوان تنها پارامتر موثر در تعیین نشست تحکیمی معرفی شده است.
همچنین آزور و همکارانش با استفاده از رگرسیون تک متغیره خطی، برای مناطق مختلف روابط زیر را ارائه نمودند [7]:
(2-4)                        : برای رس برزیلی
(2-5)                              : برای رس شیکاگو
(2-6)                            : برای خاکهای آلی و نباتی
در این رابطه LL (حد روانی)، ( در صد تخلخل اولیه) و (رطوبت طبیعی خاک) به عنوان پارامترهای موثر در نظر گرفته شده هر یک از این پارامترها به طور جداگانه برای تخمین نشست استفاده شده اند.
نانسی و همکارانش با انجام مطالعه در خاکهای آتلانتیک شمالی، رابطه (2-7) را پیشنهاد دادند[8]
(2-7)
در این رابطه PI (نشانه خمیری) خاک، پارامتر تاثیر گذار بیان شده است. از آنجایی که :

 

 

 

 

هشدار(آلارم)

 

 

 

 

 

اعمال فعالیت در صورت قطع مانیتورینگ

 

 

 

 

 

تعیین طول عمر باقیمانده (جلوگیری از بارگذاری اضافه)

 

 

 

 

 

تشخیص نوع تعمیر (تعمیر خودکار)

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
شکل ‏1‑1: تشكیلات سیستم مانیتورینگ سلامت سازه. [69]
در شكل(1-1) ساختار سیستم SHM به تصویر کشیده شد(بخش(1-2-3)). این سیستم مربوط به تابع مانیتورینگ سراسری سازه[6] می‌باشد. انواع پدیده‌های فیزیکی در بحث مانیتورینگ باید مطالعه شوند در ذیل ارائه شده‌اند.
الف) نوع پدیده فیزیكی مربوط به آسیب كه توسط حسگرها مانیتوره شده است.
ب) نوع پدیده فیزیكی كه بوسیله حسگرها برای تولید، دریافت، ارسال و ذخیره‌سازی سیگنال(معمولا الكتریكی) در زیر سیستم‌ها استفاده می‌شود. چند نوع حسگر مشابه كه داده‌ها را همزمان برای یك سیستم ارسال می‌كنند، یك شبكه حسگری[7] را تشکیل داده كه در نهایت داده‌های آنها با دیگر حسگرها ادغام شده و حسگرهای دیگر نیز با استفاده از سیستم مانیتورینگ وظیفه نظارت بر شرایط محیطی را انجام می‌دهند. سیگنال‌های تحویل داده شده بوسیله زیر سیستم یكپارچه مانیتورینگ ثبت شده و توسط كنترلر استفاده می‌شوند. در نهایت کلیه این عوامل منجر به ایجاد یك سیستم تشخیص عیب کامل سازه‌ای می‌شوند. [6,14,15]

 

1-2       آشنایی با انواع آسیب‌

 

هدف اصلی این پروژه ارائه روش‌هایی نوین برای کشف آسیب‌های سازه‌ای می‌باشد. در ابتدا مفاهیم پایه‌ای آسیب ارائه می‌شود.

 

1-2-1     مفاهیم پایه‌ای آسیب

 

نزدیک به سه دهه است که تلاش‌های فراوانی برای کشف آسیب صورت گرفته است. در ده سال گذشته با ورود سیستم‌های مانیتورینگ سلامت سازه‌ای رشد چشمگیری در تکنولوژی کشف آسیب صورت گرفته است. تاکنون تعریف‌های گوناگونی از آسیب ارائه شده است. در این جا سعی بر این است که ساده‌ترین و جامع‌ترین تعریف آسیب ارائه شود. آسیب تغییر در خواص هندسی یا خواص ماده شامل تغییر در شرایط مرزی، اتصالات و… می‌باشد که تاثیر نامطلوبی بر عملکرد سازه می‌گذارد. به بیان دیگر آسیب، تغییر در عملکرد مطلوب سازه می‌باشد. مفهوم آسیب زمانی که با شرایط حالت سالم(بدون آسیب) مقایسه شود، معنا پیدا می‌کند. بدلیل اینکه این پروژه بر روی آسیب‌های مکانیکی و سازه‌ای تمرکز دارد، آسیب به تغییر در خواص هندسی و خواص ماده محدود می‌شود.[15]
شروع همه آسیب‌ها از سطح ماده است. البته ذکر این نکته ضروری است که آسیب لزوما به معنای از دست رفتن عملکرد کل سیستم نمی‌باشد اما اگر آسیب در مراحل اولیه کشف نشود، عملکرد کل سیستم کوتاه شده و در نهایت سیستم بین می‌رود(شکست کل سازه). امروزه تلاش پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های کشف آسیب این است که آسیب را در همان مراحل اولیه شناسایی کنند. در ادامه انواع آسیب و دلایل بروز آنها شرح داده می‌شود.

 

1-2-2     عوامل وقوع آسیب در صنایع هوافضا و عمران

 

 

 

1. خوردگی[8]: بیشتر در سازه‌های فلزی و بتنی رخ می‌دهد.

 

1. ارتعاشات: در سازه بال هواپیما و پل‌ها.

 

1. ضربه: این آسیب در سازه‌های کامپوزیتی چشمگیر است.

 

1. فرود دشوار[9]: در سازه‌های هوایی رایج است.

 

1. بارگذاری بیش از حد[10]: بیشتر در سازه‌های هوایی، عمرانی و دریایی رایج است.

 

1. تصادف[11].

 

1. سقوط[12].

 

1. تورق[13]: در سازه‌های کامپوزیتی رواج دارد.

 

1-2-3     طبقه‌بندی آسیب‌های سازه‌ای

 

 

 

1. کلاس1: آسیب‌هایی ناچیز[14]: آسیب سطحی و ناچیز بوده تا حدی که می‌توان از آن صرفنظر کرد. آسیب‌هایی مانند فرورفتگی[15] روی سطح خارجی سازه هواپیما از این دست می‌باشند. این نوع آسیب‌ها اگر در هواپیما رخ دهند، هواپیما می‌تواند به پرواز خود ادامه دهد(اصطلاحا نیاز نیست هواپیما گراند شود).

 

1. کلاس2: آسیب‌های قابل تعمیر[16]: این نوع آسیب‌ها در انواع سازه‌ رایج بوده و در صورتی‌که به سرعت کشف شوند، مشکل ساز نبوده ولی اگر به آنها بی توجهی شود، پییشرفت کرده و سبب از کار افتادن آن ناحیه(قطعه) می‌شوند. آسیب‌هایی از قبیل سوراخ[17] و ترک[18] از این قبیل می‌باشند. در صورت بروز این آسیبها در صنایع هوایی از پرواز هواپیما جلوگیری شده(اصطلاحا هواپیما گراند می‌شود) و بعد از رفع آسیب و تایید واحد کنترل کیفیت[19] هواپیما صلاحیت پرواز را پیدا می‌کند.

 

1. کلاس3: تعویض: قطعه آسیب دیده از رده خارج است[20] و قابل تعمیر نبوده و باید تعویض شود.

 

انواع آسیب سازه‌ای:

 

 

• خوردگی.

 

• ترک.

 

• تورق.

 

• حفره.

 

• سوراخ.

 

 

• ناپیوستگی اتصالات[21].

 

• انحراف از موقعیت.

 

• شل شدگی یا تزلزل اتصالات.

 

• خروج از مرکزیت.

 

• تغییر خواص ماده.

 

سیستم مانیتورینگ سلامت سازه توانایی کشف آسیب در مراحل اولیه و جلوگیری از رشد آسیب(جلوگیری از بارگذاری اضافی در ناحیه آسیب دیده)، ترمیم خودکار آسیب(با استفاده از مواد و حسگرهای هوشمند)، جلوگیری از تجمع آسیب و نمایان کردن عمر باقیمانده ناحیه یا قطعه آسیب دیده را دارد(شکل(1-1)).[14]

 

1-2-4     الگوریتم‌ کشف آسیب توسط سیستم مانتیتورینگ سلامت

 

 

 

1. تشخیص آسیب.

 

1. ثبت زمان وقوع آسیب.

 

1. تعیین محل آسیب.

 

1. تعیین شدت آسیب(بررسی کیفیت آسیب).

 

1. اعمال اجرایی(نظیر نوع اخطار).

 

1. تعیین طول عمر باقیمانده قطعه آسیب دیده و کل سازه.

 

1. تشخیص نوع تعمیر

 

شناسایی و تشخیص آسیب بوسیله تجمیع چهار مرحله زیر انجام می‌شود.

 

 

 

فصل چهارم : مدل‌سازی و معرفی گنبدهای مورد مطالعه
4-1. کلیات…………………………………… 25
4-2‌. گروه 1 : گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک ساده با نسبت‌های مختلف خیز به دهانه……………………………………….. 25
4-3. گروه 2 : گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته با نسبت‌های مختلف هندسی در گنبد پایه ………………………….. 27
4-4. گروه 3 : گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته با خیز ثابت و دهانه‌ی متغییر در فرازش چلیکی………………….. 28
4-5 . گروه 4 : گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته با دهانه‌ی ثابت و خیز متغییر در فرازش چلیکی ……………………. 29
4-6‌. مقاطع استفاده شده در گنبدها………………. 30
فصل پنجم : بهینه‌یابی گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته تحت بارگذاری ثقلی
5-1. بارگذاری ثقلی…………………………… 32
5-1-1. کلیات………………………………… 32
5-1-2. بارهای مرده ………………………….. 32
5-1-3. بارهای ناشی از برف و عوامل مؤثر بر آن…… 32
5-2. بارگذاری ثقلی در گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته    38
5-2-1. بارهای مرده…………………………… 38
5-2-2. بارهای ناشی از برف…………………….. 38
5-3. بارگذاری حرارتی ………………………… 41
5-4. ترکیبات بارگذاری در آنالیز و طراحی گنبدها تحت بارهای ثقلی   45
5-5. تحلیل و طراحی گنبدها تحت بارهای ثقلی …….. 46
5-5-1. روش آنالیز و فرضیات……………………. 47
5-5-2. بررسی رفتار وزنی گنبدها در گروه‌های تعریف شده     47
5- 6 . نتیجه‌گیری…………………………….. 50
فصل ششم: بررسی رفتار لرزه‌ای گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته

 

 

• 6-1-1. کلیات………………………………… 52

 

• 6-1-2. آنالیز غیر خطی تاریخچه‌ی زمانی …………. 52

 

• 6-1-3. مشخصات مفصل‌های پلاستیک …………………. 53

 

• 6-2. پارامترهای انتخاب شتاب نگاشت……………… 53

 

• 6-2-1. مشخصات زمین‌شناسی، تكتونیكی و لرزه‎ای اصفهان. 54

 

• 6-2-2. انتخاب شتاب ‌نگاشت……………………… 55

 

• 6-2-3. مقیاس كردن شتاب ‌نگاشت‎ها………………… 59

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان

صفحه

 

 

• 6-2-4. طیف طرح استاندارد……………………… 60

 

• 6-3. بررسی زمان تناوب و شکل مدی گنبدها………… 60

 

• 6-3-2.گنبدهای گروه 1 ………………………… 60

 

• 6-3-2.گنبدهای گروه 2 ………………………… 61

 

• 6-3-3.گنبدهای گروه 3…………………………. 63

 

• 6-3-4.گنبدهای گروه 4…………………………. 64

 

6-4. مد مؤثر………………………………… 65
6-4-1. گنبدهای گروه 1………………………… 65
6-4-2. گنبدهای گروه 2………………………… 68
6-4-3. گنبدهای گروه 3………………………… 71
6-4-4. گنبدهای گروه 4………………………… 73
6-5. ناپایداری در گنبدها……………………… 76
6-5-1. بررسی ناپایداری در سازه‌های فضاكار به روش الاستیک و الاستوپلاستیک……………………………………………. 76
6-5-2. تغییرمکان‌های جانبی گنبدها………………. 78
6-‌6. بررسی رفتار وزنی گنبدها………………….. 82
6-7. نتیجه‌گیری………………………………. 85
فصل هفتم : بررسی رفتار گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته تحت بارباد

 

 

• 7-1.کلیات……………………………………. 87

 

• 7-2. تعاریف………………………………….. 87

 

• 7-3. روش‌های محاسبه‌ی بارهای باد………………… 88

 

• 7-4. تعیین فشار باد……………………………. 89

 

7-4-1. فشار متناظر با سرعت مبنا، q…………….. 89
7-4-2. ضریب بادگیری، C_e ………………………. 89
7-4-3. ضریب تندباد، C_g………………………… 91
7-4-4. ضریب فشار بیرونی، C_p……………………. 91

 

 

• 7-5. فشار خالص ناشی از باد………………………. 91

 

• 7-6. نیروی ناشی از باد بر اجزای گنبد…………… 91

 

• 7-7. بارگذاری گنبدهای مورد مطالعه……………… 91

 

7-7-1. گنبدهای گروه 1 (گنبدهای بدون فرازش) ……. 91
7-7-2. گنبدهای گروه 2 و3 و4 (گنبدهای فرازش‌یافته).. 92

 

 

• 7-8. بررسی رفتار وزنی گنبدها تحت بارگذاری باد….. .99

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان

صفحه

 

 

 

• 7-9. نتیجه‌گیری………………………………. 101

 

فصل هشتم : نتیجه‌گیری

 

 

 

• 8-1. کلیات…………………………………… ..103

 

8-2. نتایج…………………………………… 104
8-3. پیشنهادات………………………………. 104
مراجع……………………………………….. 105
پیوست1………………………………………. 109
 
فهرست شكل‌ها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان

صفحه

 

 
شکل 1- 1 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت تک لایه………. .3
شکل 1- 2 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت دو لایه………. .4
شکل 1- 3 نمونه‌هایی از چلیک‌……………………. .4
شکل 1- 4 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد لملا، گنبد اشودلر و گنبد دنده‌ای………………………………….. .5
شکل 1- 5 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد پیازی، گنبد اسکالپ و گنبد دیامتیک………………………………. .5
شکل 1- 6 گنبد دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته………. ..7
شکل3- 1 نمونه‌ای از یک عبارت فرمکسی…………….. 15
شکل3- 2 تاشه‌ی گنبد و یک مقطع عمودی از آن………. 16
شکل3- 3 مؤلفه‌های برماره‌ی کروی برای تاشه‌پردازی گنبد 17
شکل3- 4 نمونه‌ای از گنبد دیامتیک……………….. 17
شکل3- 5 ساختار قاچ گنبدها. (a) گنبد دیامتیک بدون مشکل تراکم اعضا در رأس و (b) گنبد لملا با داشتن مشکل تراکم اعضا در رأس 18
شکل3- 6 گنبدهای دنده‌ای (ردیف بالا) و اشودلر (ردیف پایین) که اعضای مجاور رأس آنها مورد قطع کلی و یا هرس قرار گرفته‌اند.     18
شکل3- 7 خطوط شبکه در برماره‌ی دیامتیک…………… 19
شکل3- 8 کاربرد توابع فرمکسی در تاشه‌پردازی گنبدهای دیامتیک   20
شکل3- 9 چند نمونه از توابع فرمکسی مورد استفاده در تاشه‌پردازی گنبدهای دیامتیک……………………………………… 20
شکل3- 10 کاربرد توابع فرمکسی در تاشه‌پردازی گنبدهای دیامتیک با بافت لانه زنبوری و تاشه‌ی ایجاد شده توسط آنها ……….. 21
شکل3- 11 نمونه‌ای از بافت مثلی در گنبد دیامتیک (به وجود آمدن خطوط مرزی در نواحی مرزی قاچ‌ها)‌…………………….. 22
شکل3- 12 نمونه‌هایی از انواع فرازش در شبکه‌های تخت.. 23
شکل3- 13 مراحل ابتدایی فرازش کروی……………… 23
شکل3- 14 تابع استفاده شده در فرازش چلیک‌گونه……. 24
شکل3- 15 مراحل اولیه‌ی فرازش چلیک‌گونه…………… 24
شکل4- 1 نسبت‌های هندسی در گنبدها……………….. 26
شکل4- 2 گنبدهای دیامتیک تک‌لایه بدون ایجاد فرازش با نسبت‌های خیز به دهانه به ترتیب از چپ 1/0 و2/0 و3/0 و 4/0 و 5/0…. 26
شکل4- 3 تاشه‌های مربوط به گنبدهای گروه 2……….. 27
شکل4- 4 تاشه‌های مربوط به گنبدهای گروه 3………. 28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان

صفحه

 

 
شکل4- 5 تاشه‌های مربوط به گنبدهای گروه4………… 30
شکل 5- 1 ضریب C_S برای سقف‌های گنبدی و دندانه‌ای شکل در بارگذاری متقارن و نامتقارن ………………………………… 34
شکل 5- 2 مقادیر بارگذاری بار برف بصورت متقارن و نامتقارن درآیین‌نامه‌ی  AISC 7-05برای زوایای کمتر از^°‌30 در قوس‌ها 35
شکل 5- 3 مقادیر بارگذاری بار برف بصورت متقارن و نامتقارن درآیین‌نامه‌ی  AISC 7-05برای زوایای بین ^°30 تا ^°‌70 در قوس‌ها   35
شکل 5- 4 مقادیر بارگذاری بار برف بصورت متقارن و نامتقارن درآیین‌نامه‌ی  AISC 7-05برای زوایای بیشتر از ^°‌70 در قوس‌ها    36
شکل 5- 5 نمودارهای مربوط به تعیین ضریب C_s …….. 37
شکل 5- 6 جدول مربوط به تعیین ضریب C_e…………… 37
شکل 5- 7 جدول مربوط به تعیین ضریب C_t…………… 37
شکل 5- 8 جدول مربوط به تعیین ضریب I……………. 38
شکل 5- 9 تعیین زاویه‌ی α درگنبد SS.DD.003 …………. 39
شکل 5- 10 بارگذاری بار برف برای گنبدSS.DD.003 بر اساس آیین‌نامه‌ی سازهای فضاکار ایران………………………………… 40
شکل 5- 11 بارگذاری بار برف برای گنبدSS.DD.003 بر اساس آیین‌نامه‌ی AISC 7-05. ……………………………………………. 41
شکل 5- 12 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری متقارن 42
شکل 5- 13 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری متقارن 43
شکل 5- 14 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری متقارن 43
شکل 5- 15 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری متقارن 44
شکل 5- 16 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری نامتقارن   44
شکل 5- 17 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری نامتقارن   45
شکل 5- 18 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری نامتقارن   45
شکل 5- 19 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری نامتقارن   46
شکل 5- 20 رفتار وزنی گنبدهای گروه 1……………. 48
شکل 5- 21 تغییرات وزنی گنبدها در نسبت‌های خیز به دهانه‌ی مختلف     48
شکل 5- 22 رفتار وزنی گنبد‌های گروه 2……………. 49
شکل 5- 23 رفتار وزنی گنبدهای گروه 3……………. 49
شکل 5- 24 رفتار وزنی گنبدهای گروه 4 …………… 50
شکل 5- 25 رفتار وزنی گروه‌های مختلف گنبدها تحت بارگذاری بار برف   51
شکل 6- 1 منحنی نیرو-تغییرشکل (دوران)…………… 53
شکل 6- 2 گسل‌های شناخته شده تا شعاع 100 كیلومتری اصفهان. 54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان

صفحه

 

 

 

 

• شکل 6- 3 زلزله‎های رخ داده تا شعاع 200 كیلومتری شهر اصفهان 55

 

• شکل 6- 4 بزرگای زمین لرزه‎ها نسبت به سال وقوع در گستره‌ی شهر اصفهان 55

 

شکل 6- 5 مؤلفه‌های افقی و قائم (به ترتیب از بالا) زلزله San Fernando    56
شکل 6- 6 مؤلفه‌های افقی و قائم (به ترتیب از بالا) زلزله Whittier Narrows  57
شکل 6- 7 مؤلفه‌های افقی و قائم (به ترتیب از بالا) زلزله Northridge    57
شکل 6- 8 طیف ترکیبی پاسخ مؤلفه‌های افقی زلزله Northridge    58
شکل 6- 9 طیف ترکیبی پاسخ مؤلفه‌های افقی زلزله San Fernando  58
شکل 6- 10 طیف ترکیبی پاسخ مؤلفه‌های افقی زلزله Whittier Narrows 59
شکل 6- 11 طیف طرح استاندارد…………………… 60
شکل 6- 12 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 1…………… 61
شکل 6- 13 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 2…………. 62
شکل 6- 14 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 3…………….. 63
شکل 6- 15 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 4…………… 64
شکل 6- 16 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.001……….. 66
شکل 6- 17 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.002……….. 66
شکل 6- 18 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.003……….. 67
شکل 6- 19 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.004……….. 67
شکل 6- 20 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.005……….. 68
شکل 6- 21 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.001……….. 68
شکل 6- 22 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.002……….. 69
شکل 6- 23 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.003……….. 69
شکل 6- 24 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.004……….. 70
شکل 6- 25 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.005……….. 70
شکل 6- 26 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.001……….. 71
شکل 6- 27 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.002……….. 71
شکل 6- 28 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.003……….. 72
شکل 6- 29 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.004……….. 72
شکل 6- 30 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.005……….. 73
شکل 6- 31 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.001………. 73
شکل 6- 32 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.002………. 74
شکل 6- 33 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.003………. 74

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان

صفحه

 

 
شکل 6- 34 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.004………. 75
شکل 6- 35 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.005………. 75
شکل 6- 36 مودهای ناپایداری در سازه‌های فضاکار……. 76
شکل 6- 37 فروجهش محلی و کلی در سازه‌های گنبدی…… 77
شکل 6- 38 محل قرارگیری نقاط در ارتفاع گنبدها قبل از ایجاد فرازش  78
شکل 6- 39 محل قرارگیری نقاط در ارتفاع گنبدهای فرازش‌یافته   79
شکل 6- 40 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 1…………. 79
شکل 6- 41 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 2…………. 80
شکل 6- 42 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 3…………. 81
شکل 6- 43 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 4………… 81
شکل 6- 44 تغییرات وزن گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری‌های مختلف  82
شکل 6- 45 تغییرات وزن گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری‌های مختلف  83
شکل 6- 46 تغییرات وزن گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری‌های‌مختلف   84
شکل 6- 47 تغییرات وزن گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری‌های مختلف  85
شکل 6- 48 رفتار گروه‌های مختلف گنبدها تحت بارگذاری زلزله 86
شکل 7- 1. مقادیر C_p، ضریب فشار خارجی و گنبد دیامتیک تک لایه تحت کنش‌های ناشی از باد…………………………… 90
شکل 7- 2 نمونه‌ای از سطح مؤثر باد در نقاط مختلف…. 91
شکل 7- 3 نقاط مختلف بارگذاری گنبدهای گروه 1……. 92
شکل 7- 4 گنبدهای گروه 2………………………. 93
شکل 7- 5 گنبدهای گروه 3………………………. 93
شکل 7- 6 گنبدهای گروه 4………………………. 93
شکل 7- 7 حداکثر ضریب خارجی C_pC_g در دیوار‌های تک…… 93
شکل 7- 8 حداکثر ضریب خارجی C_pC_g در سقف‌های با شیب کمتر از^°‌7    94
شکل 7- 9 حداکثر ضریب خارجی C_pC_g در سقف‌های با شیب^°‌7 و بیشتر از^°‌7     95
شکل 7- 10 حداکثر ضریب خارجی C_pC_g در سقف‌های پله‌ای…. 95
شکل 7- 11 حداکثر ضریب خارجی C_pC_g در سقف‌های دندانه‌ای. 96
شکل 7- 12 حداکثر ضریب خارجی C_pC_g در گنبدهای فرازش‌یافته   97
شکل 7- 13 مشخصه‌های مکانی گنبد PP.DD.03…………… 98
شکل 7- 14 رفتار وزنی گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری‌های مختلف   99
شکل 7- 15 رفتار وزنی گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری‌های مختلف   100
شکل 7- 16 رفتار وزنی گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری‌های مختلف   100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان

صفحه

 

 
شکل 7- 17 رفتار وزنی گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری‌های مختلف   101
شکل 7- 18 رفتار گروه‌های مختلف گنبدها تحت بارگذاری باد 102
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان

صفحه

 

 
جدول4- 1 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای گروه 1… 27
جدول4- 2 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای پایه و فرازش ایجاد شده در گنبدهای گروه 2………………………………. 28
جدول4- 3 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای پایه و فرازش ایجاد شده در گنبدهای گروه 3………………………………. 29
جدول4- 4 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای پایه و فرازش ایجاد شده در گنبدهای گروه 4………………………………. 29

 

 

• جدول4-5 مقاطع و مشخصات هندسی پروفیل‌های استفاده شده در گنبدها 30

 

• جدول 6-1 مشخصات زلزله‎های انتخاب شده……………. 56

 

• جدول 6-2 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 1……………. 61

 

جدول 6-3 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 2……………. 62

 

 

• جدول 6-4 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 3…………… 64

 

• جدول 6-5 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 4…………… 65

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 
فصل اول
کلیات
 
 
 
 
 
 
 

 

 

• . مقدمه

 

 

 

 

 

 

علم مهندسی سازه که بر مبنای تحلیل و طراحی، به ساخت انواع سازه‌ها براساس ملزومات خود می‌پردازد همواره در پی توسعه و گسترش حیطه‌ی کاری خود بوده و هست که پیشرفت روز افزون طراحی و ساخت انواع سازه‌ها گواهی آشکار بر این موضوع می‌باشد و همچنین پر واضح است که در اغلب موارد در هر ساخت و سازی استفاده از حداقل مصالح و نیز افزایش سرعت و کاهش هزینه‌های اجرا مهمترین مسئله‌ای است که کارفرمایان و طراحان با آن مواجه هستند که با افزایش ابعاد و اهمیت سازه بررسی این پارامترها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌شوند. در نتیجه مطالعه‌ی کلیه‌ی پارامترهای مؤثر بر این موضوع که اصطلاحاً به آن بهینه‌یابی گفته می‌شود از اهمیت و جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. مرحله‌ی اول از هر عمل بهینه‌ کردن، طرح یک ایده‌ی اولیه می‌باشد. یافتن یک ایده‌ی بهینه‌سازی مستلزم مطالعه و بررسی شرایط حاکم بر مسئله و یافتن راهکارهایی جهت رسیدن به اهداف بهینه‌سازی می‌باشد. استفاده از سازه‌های فضاکار[1] از نوع تخت به جای استفاده از ستون‌های میانی بسیار قوی در پوشش دهانه‌های بزرگ یک ایده‌ی بهینه‌سازی جهت کاهش هزینه‌ها بوده است. در مرحله‌ی بعد تبدیل این شبکه‌ها[2] به انواع چلیک‌ها[3] و مجدداً تبدیل چلیک‌ها به انواع گنبدها[4] از دیگر ایده‌های بهینه‌سازی در این زمینه بوده است. در این تحقیق در راستای ادامه‌ی این روند بهینه‌سازی از عمل فرازش در گنبدها استفاده شده است.
 
 
 

 

 

• . معرفی سازه‌های فضاکار

 

به سازه‌ای كه اصولاً رفتار سه بعدی داشته باشد، به طوری كه به هیچ ترتیبی نتوان رفتار كلی آن را با استفاده از یك یا چند مجموعه‌ی مستقل دو بعدی تقریب زد، سازه‌ی فضا‌كار گفته می‌شود. این تعریف یك تعریف كلی است اما در عمل این واژه به گروه خاصی از سازه‌ها كه شامل انواع شبكه‌ها، چلیك‌ها، گنبدها، برج‌ها[6]و… اتلاق می‌شود. سازه‌های فضاکار عمدتاً دارای فرم بدیع مستوی یا منحنی در فضا بوده و با واحدهای حتی‌المقدور یکسان در الگویی تکرار شونده احداث می‌شوند [1]. از مهمترین ویژگی‌های این سازه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

 

• دهانه: سیستم سازه‌ی فضاكار قادر به پوشاندن دهانه‌های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می‌باشد )فولاد مصرفی در سازه‌ی فضاكار دو سوم سازه‌های متداول دیگر می‌باشد(.

 

• سرعت نصب: به علت پیش‌ساخته بودن قطعات، سرعت عملیات مونتاژ و نصب بسیار بالا و اقتصادی می‌باشد.

 

• وزن كم و قابلیت جابجایی: سازه‌ی فضاكار دارای وزن كم بوده و قابلیت جابجایی با دست را دارا می‌باشد.

 

• انعطاف‌پذیری در طراحی: سازه‌ی فضاكار قابلیت افزایش و كاهش سطح را دارا بوده و امكان جابجایی ستون‌ها بدون اینكه خطری برای سازه‌ی فضاكار ایجاد گردد میسر می‌باشد.

 

• مقاومت در برابر نیروهای دینامیكی: سازه‌ی فضاكار مقاومت بالاتری در برابر بارهای دینامیكی همچون زلزله، انفجار و بار باد در مقایسه با سازه‌های متداول دیگر از خود نشان می‌دهد.

 

• ظاهر زیبا: سازه‌ی فضاكار از نظر نمای ظاهری بسیار زیبا بوده و نیازی به استفاده از سقف كاذب در این سازه نیست.

 

• ایمنی سازه: سختی زیاد سازه تغییر شكل سازه را پایین می‌آورد.

 

• جدایی‌ناپذیر بودن فرم سازه از معماری.

 

• ایجاد فصل مشترکی برای بهره‌گیری معماران پیشرو از قابلیت‌های مهندسان سازه مسلح به دانش نوین.

 

• امکان احداث سازه‌ها با کاربرد چند منظوره.

 

• اجزا و زیرمجموعه‌های ساده اغلب در خور پیش‌سازی و تولید انبوه می‌باشند و در ابعاد و اشکال استاندارد اختیار می‌گردند.

 

• با استفاده ازقابلیت باربری در سه بعد، امکان کاهش وزن فراهم می‌آید. از این‌رو سازه‌های فضاکار مشبک، اسکلتی معمولاً سبک و صلب می‌باشند.

 

• سازه‌های فضاکار قابلیت‌ها و امکانات عمده‌ای را در اختیار مهندسان و معماران برای تلفیق اصول زیباشناختی و نوآوری‌ها با جنبه‌های رفتاری، عملکردی، کاربری و سرویس‌دهی سازه قرار می‌دهند.

 

• اتصالات تیپ و کاملاً یکسان در این سازه‌ها به نوبه‌ی خود کمک شایانی به افزایش سرعت نصب و اجرا می‌کند.

 

 

 

 

• . انواع سازه‌های فضاکار

 

       1-3-1. سازه‌ی فضاكار تخت یک لایه
شبکه‌ی تک لایه از مجموعه‌ای از اعضایی تشکیل شده که محورهایشان در یک صفحه قرار دارند و به صورت صلب به هم متصل شده‌اند. نمونه‌هایی از این شبکه‌ها در شکل 1-1 نشان داده شده است.
شکل 1- 1 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت تک لایه[2]
 
1-3-2. سازه‌ی فضاكار تخت دو لایه
شبکه‌ی دولایه از زیر مجموعه‌های ذیل تشکیل شده است:

 

 

• یک لایه‌ی بالایی با اعضای متصل به هم.

 

• یک لایه‌ی پایینی با اعضای متصل به هم .

 

• اعضای جان که لایه‌ی بالایی و پایینی را به هم متصل می‌‌کنند.

 

شبکه‌های دولایه اغلب در حالت افقی طرح و اجرا می‌شوند ولی می‌توان آنها را با هر درجه‌ی تمایلی نسبت به سطح افقی نیز طرح و اجرا نمود. نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت دولایه در شکل 1-2 نشان داده شده است.
شکل 1- 2 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت دو لایه[2]
 
همچنین از دیگر شبکه‌ها می‌توان به شبکه‌های چند لایه اشاره کرد. شبکه‌های چندلایه دارای بیش از دولایه می‌باشند. این شبکه‌ها از نظر ساختاری مانند شبکه‌های دولایه می‌باشند و لایه‌های این شبکه‌ها نیز توسط اعضای جان به یکدیگر متصل شده‌اند. همچنین ممکن است شبکه‌ای در قسمت‌هایی دارای دولایه بوده و در قسمت‌های دیگر از بیش از دولایه تشکیل شده باشد.
 
1-3-3. سازه‌ی فضاكار چلیک
به شبكه‌ای یک یا چند لایه كه در یك جهت دارای انحنا باشد، چلیك اتلاق می‌شود. این سازه برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضاً فاقد ستون می‌باشد و روی لبه‌های چلیك كه به تكیه گاه متصل است، قرار می‌‌گیرد. برخی از نمونه‌های چلیك در شكل 1-3 نشان داده شده است.
 
شکل 1- 3 نمونه‌هایی از چلیک‌[2]
 
1-3-4. سازه‌ی فضاكار گنبد
گنبد شبکه‌ای یک یا چند لایه است كه در چند جهت دارای انحنا می‌باشد. سطح یك گنبد می‌تواند بخشی از یك سطح منفرد كروی یا سهموی بوده یا وصله‌ای از چندین سطح متفاوت باشد. برخی از انواع گنبدهای معمول یك ‌لایه شامل گنبدهای لملا[9]، اشودلر[10] و دنده‌ای[11] در شكل 1-4 و گنبدهای پیازی[12]، اسکالپ[13] و دیامتیک[14] در شکل 1-5 نشان داده شده است. در این تحقیق از گنبدها‌ی دیامتیک تک لایه استفاده شده است.
شکل 1- 4 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد لملا‌، گنبد اشودلر و گنبد دنده‌ای [2]
شکل 1- 5 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد پیازی‌، گنبد اسکالپ و گنبد دیامتیک [2]
 

 

 

• . اتصالات در گنبدها

 

سازه‌های فضاکار از نظر نوع ساختار و اتصالات به دسته‌های زیادی تقسیم می‌شوند که در زیر به برخی از آنها اشاره شده است: