ارزیابی خرابی پیشرونده در ساختمان های فولادی

 

 

ارزیابی خرابی پیشرونده

 

چکیده

 

انجام پایان نامه عمران

 انجام پروپوزال  عمران

 

خرابی پیشرونده را به صورت گسترش خرابی اولیه از عضوی به عضو دیگر که سرانجام به خرابی تمام سازه یا قسمت بزرگی از آن می انجامد، تعریف می کنند.

امروزه وقوع خرابی پیشرونده در سازه ها در هنگام زلزله و حتی در یک انفجار نزدیک، به چالشی مهم تبدیل شده است و مسئله ارزیابی پتانسیل وقوع خرابی پیشرونده در سازه های موجود و سازه هایی که در فاز طراحی هستند را بصورت گسترده ای در بین محققین سراسر جهان مطرح نموده است.

امروزه روش کنترل ارتعاشات سازه شیوه جدیدی برای بهسازی سازه ها و یا طراحی ساختمان های مقاوم در برابر بارهای دینامیکی از جمله زلزله است.

در این روش با تعبیه وسایل و تجهیزات مناسبی در ساختمان باعث کاهش تغییر مکان و بهبود پاسخ دینامیکی سازه می شوند که از آن جمله می توان افزودن وسایل جاذب انرژی به سازه یا جداساز لرزه ای را نام برد.

 

 

 

 

 

 

 

 

میراگرها خود به انواع مختلفی مانند، میراگرهای ویسکوز، اصطکاکی، تسلیمی و… تقسیم می شوند.

میراگر تسلیمی نسل جدیدی از میراگرها هستند که با ایجاد تمرکز زیاد در بخش محدودی از سازه، علاوه بر کنترل نمودن زیاد در سازه، ظرفیت شکل پذیری سازه را بهبود می بخشند.

در واقع این میراگرها یکی از رایج ترین مستهلک کننده های انرژی وابسته به جابه جایی می باشند که از طریق جاری شدن فلز، منجر به استهلاک انرژی می شوند.

 

در این میراگرها، انرژی منتقل شده به سازه صرف تسلیم و رفتار غیرخطی در قطعات بکاررفته درآنها می شود.

 

در این پژوهش با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی، عملکرد ساختمان های فولادی دارای میراگر تسلیمی که براساس آئین نامه های رایج کشور طراحی شده است، در برابر خرابی پیش رونده که به دلیل از بین رفتن ستون های سازه به وجود آمده، مطابق ضوابط آئین نامه های مربوطه در نرم افزار SAP2000 مورد ارزیابی قرار گرفته است.

بدین منظور باتوجه به بارهای وارده و حذف ستون ها، پاسخ دینامیکی سیستم (سطح عملکرد سازه و جابه جایی قائم گره بالای ستون حذف شده) در مدل های 5 و 10 طبقه بررسی و سازه های دارای میراگر و سازه های فاقد میراگر، باهم مقایسه شدند.

 

نتایج حاکی از آنست که با قراردادن میراگرتسلیمی، احتمال خرابی پیشرونده در سازه افزایش می یابد. دلیل این امر را ضعیف تر بودن مقاطع در سازه با میراگر نسبت به سازه بدون میراگر می توان دانست چون سازه با میراگر برای 75 درصد نیروی زلزله طراحی می شود.

نتایج نشان داد که ستون های کناری سازه در این پدیده عضو بحرانی بوده و عامل ایجاد خرابی پیشرونده می باشند.

همچنین بابررسی تاثیر ارتفاع در این پدیده مشاهده شد که هم در ساختمان های دارای میراگر و هم ساختمان های فاقد میراگر با افزایش ارتفاع احتمال رخداد پدیده خرابی پیشرونده کاهش می یابد.

 

 

 

مقدمه

 

وقوع خرابی پیش رونده در سازه ها در هنگام زلزله و حتی در یک انفجار نزدیک به سازه به چالشی مهم تبدیل شده است.

خرابی پیش رونده وضعیتی است که در آن بروز یک خرابی موضعی در یک عضو سازه ای منجر به شکست اعضای مجاور آن و فروریزش اضافی در ساختمان می گردد.

 

به طورکلی ساختمان ها برای شرایط بارگذاری با احتساب انفجارهای گاز، انفجار های بمب، برخوردهای وسایل نقلیه، تصادم های هواپیما، طوفان،گردباد و از این قبیل بارها طراحی نمی شوند.

از اینرو زمانی که ساختمان ها در معرض چنین بارهای غیر معمولی قرار می گیرند، ممکن است متحمل آسیب های بزرگی شوند.

بلافاصله بعد از ویرانی مشهور ساختمان آپارتمانی رونن پوینت دستورالعمل های ساختمانی بریتانیا لازم دانست که ساختمان ها باید طوری طراحی شوند که بتوانند خرابی موضعی را با یکپارچه کردن اعضای سازه ای، بهبود بازپخش انرژی و توزیع مجدد بارها (با ایجاد مسیرهای جایگزین انتقال بار) محدود نموده و در مقابله با بارهای غیر معمول مقاومت کنند.

این احتیاجات به منظور ساخت سازه های مقاوم در برابر خرابی پیش رونده، مورد توجه قرار می گیرند که سازه هایی شکل پذیر و با توانایی بازپخش بارهای مختلف می باشند.

 

 

 

 

پدیده خرابی پیش رونده را می توان با روش های تحلیلی متنوعی که از آنالیزهای بسیار ساده تا آنالیزهای بسیار پیچیده را شامل می شوند، مورد بررسی قرار داد که عموماً این تحلیل ها  با به کارگیری نرم افزار های اجزاء محدود رایجی مانند SAP2000 که قابلیت کاملی برای در نظر گرفتن خواص دینامیکی و غیر خطی دارد قابل انجام است.

واضح است که پدیده خرابی پیش رونده، به دلیل وقوع آن در یک بازه زمانی بسیار کوتاه و تحمیل شدن تغییر شکل های غیر خطی به المان ها پیش از گسیختگی، یک پدیده دینامیکی و غیر خطی می باشد.

 

 

 

نتیجه گیری و پیشنهادات

ارزیابی خرابی پیشرونده

 

 

 

دراین بخش مهمترین نتایج بدست آمده ازبررسی های انجام شده درفصل چهارم جمع بندی گردیده است و درانتها نیز پیشنهاداتی برای موضوعات پیرامون این تحقیق ارائه شده است.

 

در جدول 5-1 احتمال خرابی در هریک از مدل های مورد بررسی درفصل چهارم آورده شده است.

 

 

جدول(5-1) درصد خرابی درهریک از مدل های مورد بررسی

مدل                    احتمال خرابی(درصد)

قاب 5 طبقه بدون میراگر           33.3

قاب 5 طبقه با میراگر تسلیمی      50

قاب 10 طبقه بدون میراگر         16.7

قاب 10 طبقه بامیراگرتسلیمی    33.33

 

 

1- باتوجه به جدول 5-1مشاهده می شود که با قراردادن میراگر احتمال خرابی پیشرونده در سازه افزایش می یابد.

دلیل این امر را ضعیف تر بودن مقاطع در سازه با میراگر نسبت به سازه بدون میراگر می توان دانست چون سازه با میراگر برای 75 درصد نیروی زلزله طراحی می شود.

 

2- باتوجه به جدول 5-1 مشاهده می شود که با افزایش تعداد طبقات در قاب های بدون میراگر، احتمال رخداد خرابی پیشرونده کاهش می یابد.

3- باتوجه به جدول 5-1 مشاهده می شود که با افزایش تعداد طبقات در قاب های با میراگر، احتمال رخداد خرابی پیشرونده کاهش می یابد.

4-بابررسی تمام حالت هایی که خرابی پیش رونده در آنها رخ داده بود، مشاهده شد که حذف ستون های کناری عامل این پدیده بوده و حذف ستون های میانی باعث ایجاد خرابی پیشرونده نمی گردد.

بنابراین می توان نتیجه گرفت در سازه با سیستم قاب خمشی فولادی ستون های کناری ستون های بحرانی می باشند.

5- بابررسی تمام حالت هایی که خرابی پیش رونده در آنها رخ داده بود، مشاهده شد که حذف ستون های کناری در طبقات فوقانی سازه نسبت به حذف ستون های کناری در طبقات تحتانی حالت بحرانی تری دارد.

دلیل این امر را بدینصورت می توان بیان کرد که باتوجه به بزرگتر بودن نوع مقطع ستون های طبقات تحتانی، با حذف یک ستون از این طبقات سایر ستون ها با ایجاد مسیر فرعی، بار ستون حذف شده را تحمل کرده و مانع از پیشروی خرابی در کل سازه می گردند.

اما این امر درطبقات فوقانی به دلیل ضعیف تر بودن نوع مقطع ستون ها اتفاق  نمی افتد و ستون های پیرامونی عضو حذف شده، توان تحمل بار عضو حذف شده و ایجاد مسیرفرعی  را ندارند.

 

6- با توجه به اینکه تمام مدل های جدول فوق دربرابر زلزله طراحی شده اند اما با این وجود پدیده خرابی پیش رونده در آنها اتفاق افتاده است.

این امر نشان می دهد  سازه هایی که در برابر زلزله طراحی شده اند، لزوماً دارای مقاومت کافی دربرابر خرابی پیش رونده نیستند.

 

7- بر حسب نتایج می‌توان محل بحرانی حذف اعضای سازه‌ای را تشخیص داد و با تعیین اعضای بحرانی به منظور ممانعت از بروز گسیختگی پیش‌رونده و فراهم ساختن مسیرهای فرعی انتقال بار و استفاده از آرایش‌هایی با توزیع مناسب مهار بندها در سازه ، در طراحی سازه‌های جدید و همچنین در بهسازی سازه‌های موجود اقدامات لازم را انجام داد تا مقاومت کافی هم در جهت جانبی اثر زلزله و باد و هم در راستای قائم در برابر بارهای غیرعادی بطور همزمان در سازه فراهم گردد.

در نتیجه ضمن کاهش حساسیت پایداری کلی سیستم به وجود هر عضو سازه‌ای، باعث ممانعت از بروز گسیختگی پیش‌رونده در سازه شود.

 

 

 

 

 

پیشنهادات

ارزیابی خرابی پیشرونده

1-           بررسی تاثیر محل قرارگیری میراگر تسلیمی در خرابی پیشرونده ساختمان های فولادی با سیستم قاب خمشی

2-           بررسی تاثیر سایر میراگرها(مانند ویسکوز، ویسکوالاستیک و …) درخرابی پیشرونده ساختمان های فولادی

3-           مقایسه خرابی پیشرونده درساختمان های فولادی مهاربندی شده و ساختمان های فولادی مجهز به میراگر تسلیمی

4-           ارزیابی تاثیر طول و تعداد دهانه های قاب در خرابی پیشرونده ساختمان های فولادی با میراگر تسلیمی

 

 

برای مشاهده  مطالب بیشتر به سایت www.farzdon.ir مراجعه نماید.

ارزیابی خرابی پیشرونده