دانلود پایان نامه ارشد : بررسی آزمایشگاهی رفتار دیوار برشی فولادی دارای بازشو و سخت کننده

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مکانیک

عنوان : بررسی آزمایشگاهی  رفتار دیوار برشی فولادی دارای بازشو و سخت کننده

دانشگاه ارومیّه

دانشکده فنی ومهندسی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

بررسی آزمایشگاهی  رفتار دیوار برشی فولادی دارای بازشو و سخت کننده

اساتید راهنما :

دکتر محمدرضا شیدایی

دکتر حسین شوکتی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

 

امروزه استفاده از دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم باربر جانبی در ساختمانهای فولادی و بتنی مورد توجه قرار گرفته است.استفاده از دیوار برشی فولادی در مقایسه با قابهای فولادی ممان گیر تا حدود 50% صرفه جویی در مصرف فولاد را در ساختمان ها به همراه داشته است. با توجه به سادگی و امکان ساخت دیوار برشی فولادی در کارخانه و نصب آن در محل، سرعت اجرای سیستم بالا بوده و از هزینه های اجرایی تا حد بالایی کاسته می شود.این سیستم از نظر سختی برشی از سخت ترین سیستم های مهار بندی که X   می باشد سخت تر بوده و با توجه به امکان ایجاد بازشو در هر نقطه آن کارایی همه سیستم های مهاربندی را از این نظر دارا می باشد. میزان جذب انرژی و رفتار غیر ارتجاعی این سیستم بهتر از سیستم های مهاربندی است. آیین نامه های مختلف از جمله آیین نامه طراحی سازه های فولادی کانادا و FEMA 450[1] ضوابطی را برای طراحی دیوار برشی فولادی ارائه کرده اند. در سال 2005 میلادی ضوابط مربوط به طراحی دیوار های برشی فولادی ویژه به آیین نامه طراحی لرزه ای  سازه های فولادی[2] AISC اضافه گردید.

 برای طراحی دیوار برشی فولادی و نیز تعیین میزان نیروی قابل تحمل توسط آن سه روش مدل نواری، مدل غشایی و تحلیل غیر خطی ارائه شده است. تا کنون روشی برای طراحی دیوار برشی دارای بازشو که متکی به نرم افزار های اجزای محدود نباشد ارائه نشده است و تنها روش دستی برای طراحی دیوار برشی که مدل نواری است برای دیوار برشی بدون بازشو قابل استفاده است. در این تحقیق سعی شده است تا بتوان با نصب سخت کننده مناسب بر روی دیوار برشی فولادی دارای بازشو به رفتاری مشابه دیوارهای برشی فولادی بدون بازشو دست یافت. برای این منظور ابتدا مدل های مختلفی از شکل و محل سخت کننده ها با استفاده از نرم افزار ABAQUS مدل شد و بهترین نوع سخت کننده انتخاب شد . برای اطمینان از نتایج تحلیلی بدست آمده هفت نمونه آزمایشگاهی با مقیاس یک به هفت  و نسبت عرض به ضخامت 500، که با توجه به مطالعات قبلی از میزان جذب انرژی بالاتری برخوردار بوند، با بازشو هایی با نسبت 0% و20% و 35% تهیه شده ودر آزمایشگاه سازه دانشگاه ارومیه تحت بارگذاری رفت وبرگشتی قرار گرفت. سپس با بررسی نمودار های هیسترزیس بدست آمده پارامتر های لرزه ای مانند مقاومت، سختی، شکل پذیری و همچنین جذب انرژی پانل ها بدست آمده و با همدیگر مقایسه شده است. با توجه به نتایج بدست آمده مشاهده شد

که نمونه دارای سخت کننده لوزی شکل رفتاری دقیقا مشابه با رفتار دیوار برشی بدون سخت کننده داشت. این رفتار مشابه تا جایی که خرابی در نمونه دارای سخت کننده لوزی شکل به وجود آید ادامه داشت و با ایجاد خرابی در نمونه که به دلیل نقص ایجاد شده در اثر جوشکاری بود نیروی تحمل شده توسط نمونه دارای سخت کننده لوزی شکل افت کرد .

کلمات کلیدی : دیوار برشی فولادی – بازشو – سخت کننده – دیاگرام بار تغییر مکان جانبی شکل پذیری – ضریب رفتار – جذب انرژی

 

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول : مقدمه های بر دیوار برشی فولادی 1
1-1کلیات 2
1-2فصل بندی پایان نامه 6
فصل دوم :مطالعات پایه ای در مورد دیوار های برشی فولادی و مروری بر تحقیقات گذشته 7
2-1 رفتار دیوار برشی فولادی 8
2-2 سختی و مقاومت 10
2-3 جذب انرژی 11
2-4 -پایداری 12
2-5-تحلیل دیوار برشی 14
2-5-1- مدل نواری 15
2-5-2- مدل غشایی ارتوتروپیک : 16
2-5-3- تحلیل غیر خطی 18
2-6- طراحی اولیه ورق جان 18
2-7- اثر بازشو در دیوارهای برشی فولادی 19
2-8- دیوارهای برشی فولادی تقویت شده 22
2-9-مروری بر تحقیقات گذشته 27
2-9-1-تحقیقات آزمایشگاهی 28
2-9-2-تحقیقات نظری بر روی دیوار برشی فولادی 33
2-10-بحث و نتیجه گیری 41
فصل سوم :مطالعه آزمایشگاهی دیوار برشی فولادی تحت بارگذاری چرخه ای 43
3-1-مقدمه 44
3-2-تجهیزات لازم برای اعمال بارگذاری رفت و برگشتی 44
3-2-1- تکیه گاه صلب 44
3-2-2-جک بارگذاری رفت وبرگشتی 44
3-2-3-قاب مفصلی 45
3-2-4- اتصال مفصلی جک به قاب 45
3-2-5-سیستم مهار جانبی 46
3-3-تجهیزات اندازه گیری و برداشت داده ها 46
3-3-1-لودسل 46
3-3-2-تغییر مکان سنج ها 47
3-3-3-کرنش سنج ها 47
3-3-4-دیتا لاگر 47
3-4-مشخصات نمونه ها 48
3-5- مشخصات مصالح 50
3-6-آماده سازی نمونه ها 51
3-7-روش بارگذاری 53
3-8-نتایج حاصل از آزمایشها 54
3-8-1-نمونه SPW1 54
3-8-2- نمونه   SPW2   57
3-8-3- نمونه SPW3 60
3-8-4-نمونه SPW4 62
3-8-5-نمونه SPW5 65
3-8-6-نمونه SPW6 67
3-8-7-نمونه SPW7 70
3-9 –بررسی نتایج آزمایشها 71
3-9-1-مقاومت 71
3-9-2- شکل پذیری 73
3-9-3-جذب انرژی 73
3-9-4-ضریب رفتار 76
3-9-4-1- ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری 76
3-9-4-2- ضریب مقاومت افزون Ω  76
3-9-4-3-ضریب تنش مجاز Y  77
3-9-4-4- تعیین ضریب رفتار 77
نمودارهای دو خطی 78
فصل چهارم : مطالعات تحلیلی 81
4-1-مقدمه 82
4-2-روش اجزاء محدود 82
4-3-آشنایی مقدماتی با ABAQUS 83
4-4-مدل سازی المان محدود 84
4-5-بارگذاری و شرایط مرزی 85
4-6-صحت سنجی مدل 86
4-7-انواع سخت کننده های مدل شده 87
4-8-مقایسه نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی 90
فصل پنجم خلاصه و نتیجه گیری 95
5-1-مقدمه 96
5-2-نتیجه گیری 97
5-3-پیشنهادات برای تحقیقات آینده 98
 

کلیات

با توجه به خسارات جانی و مالی زیادی که هر ساله در اثر نیروهای زلزله و باد بوجود می آید، محققان همواره در تلاش بوده اند تا به یک سیستم سازه ای مناسب با حداقل خسارات دست یابند. امروزه انواع مختلف سیستم های سازه ای مقاوم در برابر بارهای جانبی وجود دارد که از آن جمله می توان به قاب های صلب، قاب های میان پر، سیستم های مهار بندی و دیوارهای برشی بتنی و فولادی اشاره نمود. در سه دهه اخیر توجه و علاقه گسترده ای به کاربرد دیوار برشی فولادی به عنوان سیستم مقاوم در برابر بار جانبی در ساختمان ها صورت گرفته است. دیوار برشی فولادی همانند یک تیر ورق فولادی است که به صورت عمودی قرار گرفته و در کل ارتفاع ساختمان امتداد می یابد. یک ورق فولادی نسبتا نازک اتصال یافته به تیر ها و ستون ها همانند جان یک تیرورق رفتار می کند. ستون ها و تیر های افقی به ترتیب نقش بالها وسخت کننده های تیر ورق عمودی را ایفا می کنند. اگر چه بنظر می رسد تئوری تیرورق برای طراحی یک سازه SPW مناسب باشد، یک تفاوت اساسی مربوط به مقاومت خمشی و سختی نسبتا بالای تیرها و ستونها که اعضای مرزی دیوار را تشکیل می دهند نسبت به تیرورق ها وجود دارد. به نظر می رسد که این اعضا اثر مهمی روی رفتار کلی ساختمان داشته باشند.

برتری این نوع سیستم نسبت به دیگر سیستم های سازه ای مقاوم در برابر نیروهای جانبی باعث گردیده تا استفاده از آن روز به روز افزایش یابد. استفاده از دیوار برشی فولادی روشی موثر در افزایش سختی و مقاومت، بدون افزایش وزن سازه می باشد و در مقایسه با سیستم قاب خمشی تقریبا تا میزان پنجاه درصد موجب صرفه جویی در مصرف فولاد می گردد. برخی مهندسین بر این باور بودند که به ورق نباید اجاره کمانش داده شود. این مطلب سبب ایجاد دو طرز فکر گردید. در ژاپن ورق های نازک با سخت کننده های با فواصل نزدیک مورد توجه قارا گرفت، در حالی که در آمریکا از ورق های ضخیم استفاده گردید.

در طراحی سازه ها ، تامین فضای مناسب داخلی از مهمترین اهداف طراحی می باشد. هم زمان با فضایابی داخلی معماران ملزم به برآوردن خواسته های کارفرما و بهره برداران ساختمان و همچنین ایجاد نمای مناسب می باشند. در نتیجه می توان معیار اولیه طراحی را مربوط به معماری آن دانست که پس از آن مهندس مقید به ایجاد سازه مناسب در چهارچوب فضاهای تعیین شده خواهد بود. فقط در مورد سازه های بلند و مهم، سازه ساختمان وشرایط و محدودیت های مهندسی به عنوان معیار اولیه طراحی جایگزین برخی نیازهای معماری می گردد. اعمال چنین نیازهای معماری و زیبا سازی را می توان یکی از عوامل ایجاد بازشو در دیوار های برشی فولادی به حساب آورد. همچنین سازه ساختمان باید با سیستم های خدماتی نظیر تاسیسات برقی و مکانیکی ، آب و فاضلاب که مجموعه ای پیچیده و حجیم بوده و سهم بزرگی از سرمایه گذاری سازه به ویژه ساختمان های بلند را به خود اختصاص می دهند، هماهنگ باشد. بنابرین ملاحظات غیر سازه ای از قبیل موقعیت و مسیر سیستم های تاسیساتی می تواند از دیگر عوامل موثر در ایجاد بازشو در دیوار های برشی فولادی باشند.

در ابتدا طراحان SPW، رفتار پس کمانش آن سیستم ها را مورد توجه قرار نمی دادند و این امر سبب صرف نظر شدن از میدان کشش و فواید مربوط به آن جهت کنترل تغییر مکان نسبی و مقاومت برشی می شد. بعلاوه از ظرفیت تغییر شکل غیر الاستیک و ظرفیت جذب انرژی اساسی آنها که اهمیت زیادی برای ساختمان ها در نواحی با لرزه خیزی بالا دارد صرف نظر می شد. بیشتر روش های رایج روی مقاومت پس کمانشی ورق بر اساس مطالعات Wagner قرار دارد. او نشان داد که کمانش برشی یک ورق نازک ، که تکیه گاه های به مقدار کافی در طول لبه های آن وجود داشته باشد منجر به خرابی آن نمی شود. در نقطه کمانش مکانیسم حمل بار ورق از برش داخل صفحه ، به میدان کشش مایل تغییر می کند. این ایده سال های متمادی در طراحی برشی تیر ورق ها (Basler) مورد استفاده قرار گرفت، اما اولین بار در سال 1980 در طراحی دیوار های با ورق فولادی به کار رفت و با یک سری از مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی دنبال گردید. این تحقیق سبب پذیرفته شدن فلسفه رایج طراحی سیستم های SPW شد، که در آن به ورق اجازه کمانش برشی داده می شود و میدان کشش پس کمانش جهت مقاومت در برابر برش پانل در نظر گرفته می شود.

خصوصیت جذب انرژی ورق جان تحت بارگذاری رفت و برگشتی با شدت بالا سبب استفاده از SPW در نواحی با خطر لرزه خیزی بالا گشت. همچنین میدان کشش قطری ورق جان که شبیه به مهار قطری در یک قاب مهار شده عمل می کند بعنوان روش موثری برای کنترل تغییر مکان نسبی ساختمان ها شناخته شد. آزمایش ها با مقیاس بزرگ انجام شده روی SPW در دانشگاه British Columbia ، دانشگاه Alberta و دانشگاه California عملکرد استثنایی این سیستم هارا تحت اعمال بارگذاری رفت و برگشتی سریع نشان می دهد.

سیستم SPW نشان داده است که هزینه های کلی یک ساختمان با توجه به فواید زیر می تواند به طور اساسی کاهش یابد:

  • یک سیستم SPW ظرفیت جذب انرژی نسبتا زیاد با رفتار هیسترزیس پایدار را داراست. در نتیجه کاربرد آن در نواحی با خطر لرزه خیزی بالا بسیار مفید است.
  • به دلیل اینکه میدان کشش جان شبیه به یک مهار قطری عمل می کند یک سیستم SPW سختی اولیه نسبتا بالایی را داراست و بنابرین در محدود کردن تغییر مکان نسبی بسیار موثر می باشد.
  • در مقایسه با دیوار های برشی بتن مسلح، SPW بسیار سبکتر است بطوریکه سبب کاهش بار مورد نظر روی ستون ها و پی ها می شود و نیروی لرزه ای را که متناسب با جرم سازه است کاهش می دهد.
  • در مقایسه با ساخت بتن مسلح فرآیند نصب یک ساختمان تمام فولادی به طور اساسی سریع تر است. بنابرین مدت زمان ساخت را که یک فاکتور مهم در هزینه کلی یک پروژه است کاهش می دهد.
  • ساخت سازه های تمام فولادی با SPW یک راه عملی موثر برای نواحی سردسیر است در حالیکه ساخت بتن نمی تواند به این سادگی باشد. دمای خیلی پایین هوا مسئله ساخت قطعات بتنی را پیچیده می کند و تناوب های یخ زدن و ذوب شدن بتن می تواند سبب مشکلات دوام آن شود.
  • در کاربرد های مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای ، SPW بسیار آسانتر و سریع تر از دیوار های برشی بتنی مسلح نصب می شود.
  • با استفاده از دیوار های با ورق فولادی با جوش کارگاهی و یا پیچ شده میدان بهتری جهت بازرسی وجود دارد وکیفیت بالاتری برای کنترل می تواند به دست آید.
  • از نظر معماری در مقایسه با دیوار های برشی بتن مسلح بدلیل سطح مقطع کمتر SPW قابلیت جابجایی افزایش یافته و فضای بیشتری حفظ می شود که این امر یک برتری مشخص می باشد به ویژه در ساختمان های بلند مرتبه ضخامت دیوار های برشی بتنی در طبقات پایین تر بسیار زیاد می شوند و بخش زیادی از سطح پلان را اشغال می کنند.

در مقایسه با سیستم های مهاربندی رایج، پیوستگی پانل های فولادی سبب ایجاد رفتار شکل پذیر و پایدار سیستم تحت بارگذاری رفت و برگشتی می شود.[3] بعلاوه سختی زیاد ورق ها، شبیه مهار های کششی برای حفظ پایداری عمل می کند. چنانکه سیستم SPW را به طرز موثری به صورت سیستم جاذب انرژی در نواحی با خطر لرزه خیزی بالا معرفی می کند. Kulak در دانشگاه Alberta یکی از اولین محققانی بود که رفتار SPW را دقیقا مورد بررسی قرار داد.[4] در حدود سال 1980 ، گروه او دو تحقیق تحلیلی و آزمایشگاهی جهت توسعه فرآیندهای طراحی مناسب انجام دادند. نتایج کار آنها سبب ایجاد یک روش ساده برای آنالیز یک SPW نازک تقویت نشده گردید(مدل نواری). در این تحقیق ورق با یک سری اعضای نواری مورب همسو که تنها قادر به انتقال نیروی کششی می باشند جایگزین شد. تحقیق اخیر صورت گرفته توسط Rezai و همکارانش[5] در دانشگاه Brithish Columbia نشان داد که مدل نواری برای محدوده وسیعی از SPW به طور اساسی ناسازگار است و رفتار سازه را با دقت کافی پیش بینی نمی کند. آنها یک مدل تحلیلی جدید تحت عنوان مدل نواری چند زاویه ای پیشنهاد نمودند. با این وجود هنوز مدل چند نواری دقت بالایی نداشته و تحقیقات بیشتری در این زمینه پیشنهاد شده بود.

به علت علاقه فراوان در استفاده از SPW و عملکرد عالی آنها به عنوان سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در ساختمان ها، توصیه های طراحی مربوط به SPW نخست به طور جزئی در ضمیمه استاندارد طراحی فولادی کانادا (CAN/CSA-S16.1-94) گنجانیده شده و سپس توصیه های بیشتری همراه با ملزومات مورد نظر با توجه به ضوابط طرح ظرفیت در بخش های اصلی این آیین نامه (CAN/CSA-S16-01) گنجانیده شده است. استاندارد کانادا در طراحی حالت حدی سازه های فولادی (CAN/CSA-S16-01) راهنمایی هایی برای آنالیز و طراحی دیوار های با ورق فولادی نازک تقویت نشده در بند های 20-8  و 27-8 فراهم نموده است. مدل تحلیلی پیشنهاد شده ، بر اساس مدل نواری معرفی شده توسط Thorburn [6]قرار دارد. اگر چه مدل فوق یک گام اولیه خیلی مهم می باشد و کاربرد آن ساده است، با این وجود سختی دیوار های نسبتا بلند را نمی تواند بطور دقیق پیش بینی کند. اخیرا یک مدل تحلیلی اصلاح شده که اندرکنش اصلاح شده ورق- قاب (M-PFI) نام دارد جهت آنالیز برشی و خمشی دیوار های با ورق فولادی معرفی شده است. روش فوق هر دو اثر برش و خمش را در تعیین ظرفیت سازه در نظر می گیرد. مدل تحلیلی ارائه شده بر اساس مدل برشی نشان داده شده توسط Roberts و Sabouri-Ghomi قرار دارد. Sabouri-Ghomi ، Ventura و Kharrazi [7]مدل فوق را بیشتر اصلاح و آن را مدل اندرکنش ورق-قاب (PFI) نامیدند. سپس Kharrazi و همکاران[8] مدل PFI را با در نظر گرفتن اثرات لنگر واژگونی اصلاح نمودند که مدل مورد نظر M-PFI نامیده شد. با بررسی تحقیقات صورت گرفته در گذشته و افزایش پذیرش استفاده از سیستم SPW توسط طراحان ، زمان بیشتری برای بررسی عمیق تر تعداد زیادی از تحقیقات ناتمام لازم است، به ویژه زمانی که از سیستم SPW در ساختمان های بلند استفاده شود این ضرورت بیشتر حس می شود. برای مثال نقش اعضای مرزی تیر ها و ستون ها بیشتر بحرانی می شود. اثرات نسبت ابعاد پانل برشی ، یا نسبت ضخامت ورق در مقابل سختی خمشی تیر ها و ستون ها لازم است تعیین شود.  بعضی از مواقع به دلیل نیاز های معماری وجود بازشو در این دیوارها اجتناب ناپذیر میگردد . تعبیه سخت کننده های مناسب می تواند باعث بهبود رفتار لرزه ای دیوار های برشی بازشو دار از لحاظ میزان جذب انرژی و افزایش سختی و مقاومت گردد  . در این پایان نامه عملکرد دیوار های برشی فولادی  در حالت بدون بازشو و همچنین دارای بازشو و سخت کننده هایی با اشکال مختلف مورد بررسی قرار گرفته است و از این طریق آرایش مطلوب سخت کننده ها جهت دستیابی به سیستمی که از لحاظ سختی و مقاومت نهایی و به خصوص اتلاف انرژی هیسترزیک وضعییت مشابه با دیوار برشی بدون بازشو داشته باشد پیشنهاد گردیده است .

تعداد صفحه : ۱۰۳

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید