پایان نامه مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی فروریزش ستونهای بتنی تحت اثر نیروی محوری و بار جانبی چرخه ای
پایان نامه مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی فروریزش ستونهای بتنی تحت اثر نیروی محوری و بار جانبی چرخه ای
فرمت فایل دانلودی: .docxفرمت فایل اصلی: doc
تعداد صفحات: 241
پایان نامه مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی فروریزش ستونهای بتنی تحت اثر نیروی محوری و بار جانبی چرخه ای
نوع فایل: Word و قابل ویرایش
تعداد صفحات : 241 صفحه
چکیده
عملکرد نامناسب ستونها در ساختمانهای بتنی طراحی و ساخته شده در سالهای گذشته موجب ایجاد نگرانی و توجه به میزان آسیب‌پذیری آنها در برابر فرو ریزش شده است. بررسی آسیب‌ها به سازه‌ها پس از زلزله و تحقیقات انجام شده در طی این سالها تغییراتی در آیین‌های طراحی برای رسیدن به رفتار شکل پذیر در ستونها را موجب شده است. اکثر تلاشها در این سالها برای بهبود ضوابط طراحی انجام شده است، اما همچنان اثر نیروی محوری و یا از دست رفتن ظرفیت محوری ستونها در ساختمانهای موجود که در سالهای گذشته ساخته شده، ناشناخته است. اکثر این ستونها دارای آرماتورهای عرضی با فواصل زیاد هستند که مقاومت جانبی کمی برای آرماتورهای طولی و همچنین محصورشدگی ناچیزی برای بتن در بارهای لرزه‌ای فراهم می‌آورند. بسیاری از این ستونها از نظر ضوابط آیین نامه‌های امروزی پذیرفته نیستند. در این ستونها نه تنها تعیین ظرفیت برشی بلکه قابلیت ستون برای تحمل نیروی محوری بعد از تسلیم برشی از اهمیت زیادی بر خوردار است. در نتیجه به منظور درک رفتار لرزه ای این گونه سازه ها نیاز به ارزیابی رفتار ستونهای آن می باشد.
بدین منظور یک پژوهش آزمایشگاهی و تحلیلی بر روی ستونهای بتنی غیر استاندارد انجام شد. شش نمونه ستون بتنی با مقیاس ½ به منظور ارزیابی رفتار لرزه ای آنها تهیه شد. پارامترهای مهم در این آزمایش مقدار نیروی محوری، درصد آرماتور عرضی و مقاومت فشاری بتن بود. نمونه ها تا زمان فروریزش ثقلی تحت اثر بار محوری ثابت و بار جانبی چرخه ای شبه استاتیکی قرار گرفتند. نتایج آزمایشگاهی بدست آمده عبارت اند از پاسخ هیسترزیس، الگوی ترک خوردگی، مقدار دیریفت متناظر تخریب محوری و مقدار انرژی جذب شده تجمعی.
مقایسه پاسخ این نمونه ها با آیین نامه ASCE 41-07 و FEMA 356 نشان دهنده این است که هر دو این آیین نامه ها مود خرابی نمونه-ها به درستی پیش بینی نکردند. همچنین مقادیر بدست آمده بوسیله این آیین نامه ها برای سختی اولیه و مقدار دریفت متناظر با تخریب محوری کمتر از مقادیر بدست آمده از آزمایش بود.
در ادامه با یک رویکرد تحلیلی و استفاده از تغییرشکل های ناشی از برش و خمش سعی شد تا سختی موثر ستون بدست آید. با استفاده از یک مطالعه پارامتری اثر پارامترهای مختلف بر روی سختی موثر مورد بررسی قرار گرفت. و در نهایت یک رابطه ساده برای محاسبه سختی موثر ستون ها ارائه گردید. سپس کارایی و صحت رویکرد روش پیشنهاد شده با استفاده از داده ها بدست آمده از این پژوهش و همچنین نتایج مطالعات محققین دیگر مورد صحت سنجی قرار گرفت که نشان داد دقت رابطه ارائه شده بهتر از سایر روابط موجود در ادبیات فنی می باشد.
در انتها یک مدل به منظور تخمین مقدار تغییرمکان متناظر با فروریزش ثقلی ارائه گردید. این مدل براساس تعادل و سازگاری و یک روش حل تکرار شونده قرار دارد و مطابق آن می توان مقدار تغییرمکان دورانی ناشی از بازشدن ترک بحرانی برشی را تعیین نمود. با ساده سازی آن در نهایت یک مدل برای تخمین دریفت متناظر فروریزش ثقلی ارائه گردید. صحت این مدل با مقایسه با مدلهای های دیگر نشان داده شد. همچنین با استفاده از این مدل مقدار دریفت متناظر با فروریزش ثقلی برای تعدادی از ستون های موجود در ادبیات فنی محاسبه و با مقدار آزمایشگاهی آن مقایسه گردید. این بررسی های نشان دهنده صحت و دقت این روش در تخمین مقدار دریفت متناظر با تخریب محوری می باشد.
واژه های کلیدی: ستون بتنی، تسلیم برشی، فروریزش ثقلی، سختی موثر ، مطالعه پارامتری ، تغییرمکان دورانی ، ترک برشی بحرانی
فهرست مطالب
۱- کلیات 1
۱-۱- مقدمه 1
۱-۲- اهداف و دامنه مطالعات 2
۱-۳- روش کار 2
۱-۴- فصلهای مختلف گزارش 3
۲- مروری بر تحقیقات گذشته 5
۲-۱- مقدمه 5
۲-۲- تحقیقات آزمایشگاهی 5
۲-۲-۱- تحقیقات انجام شده توسط یوشیمورا [۳] 5
۲-۲-۲- تحقیقات انجام شده توسط لین [۴] 6
۲-۲-۳- تحقیقات انجام شده توسط سزن [۵] 7
۲-۲-۴- تحقیقات انجام شده توسط ناکامورا [۶] 8
۲-۲-۵- تحقیقات انجام شده توسط یوشیمورا [۷] 9
۲-۲-۶- تحقیقات انجام شده توسط یوشیمورا [۸] 9
۲-۲-۷- تحقیقات انجام شده توسط اوسالم [۹] 10
۲-۲-۸- تحقیقات انجام شده توسط ترن [۱۰] 11
۲-۳- جمع بندی 12
۳- تهیه و ساخت نمونه های آزمایشگاهی 14
۳-۱- مقدمه 14
۳-۲- ساپورت آزمایش 14
۳-۳- مشخصات نمونه های آزمایشگاهی 17
۳-۳-۱- مشخصات آرماتورها 20
۳-۳-۲- مشخصات بتن 23
۳-۴- روند ساخت نمونه ها 23
۳-۴-۱- ساخت قفسه آرماتورها 23
۳-۴-۲- نصب کرنش سنجها 24
۳-۴-۳- قالب بندی 25
۳-۴-۴- بتن ریزی و عمل آوری 26
۳-۵- مقاومت اسمی نمونه ها 26
۳-۶- بارگذاری 27
۳-۷- ابزارگذاری نمونه ها 28
۳-۷-۱- اندازه گیری نیروها 28
۳-۷-۲- تغییر مکان سنجها 28
۳-۷-۳- اندازه گیری کرنش میلگردهای طولی 29
۳-۸- جمع بندی 30
۴- نتایج آزمایش 32
۴-۱- مقدمه 32
۴-۲- نتایج نمونه S1 33
۴-۲-۱- پاسخ هیسترزیس 33
۴-۲-۲- الگوی ترک خوردگی 34
۴-۲-۳- اتلاف انرژی تجمعی 36
۴-۳- نتایج نمونه S2 36
۴-۳-۱- پاسخ هیسترزیس 36
۴-۳-۲- الگوی ترک خوردگی 37
۴-۳-۳- اتلاف انرژی تجمعی 39
۴-۴- نتایج نمونه S3 39
۴-۴-۱- پاسخ هیسترزیس 40
۴-۴-۲- الگوی ترک خوردگی 41
۴-۴-۳- اتلاف انرژی تجمعی 42
۴-۵- نتایج نمونه S4 44
۴-۵-۱- پاسخ هیسترزیس 44
۴-۵-۲- الگوی ترک خوردگی 44
۴-۵-۳- اتلاف انرژی تجمعی 45
۴-۶- نتایج نمونه S5 48
۴-۶-۱- پاسخ هیسترزیس 48
۴-۶-۲- الگوی ترک خوردگی 49
۴-۶-۳- اتلاف انرژی تجمعی 50
۴-۷- نتایج نمونه S6 52
۴-۷-۱- پاسخ هیسترزیس 52
۴-۷-۲- الگوی ترک خوردگی 53
۴-۷-۳- اتلاف انرژی تجمعی 54
۵- بررسی و مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات 57
۵-۱- مقدمه 57
۵-۲- مقایسه الگوی ترک خوردگی 57
۵-۳- مقایسه منحنی های پوش هیسترزیس 59
۵-۳-۱- شکل کلی منحنیهای پوش 61
۵-۳-۲- سختی اولیه 61
۵-۳-۳- مقاومت برشی 62
۵-۳-۴- دریفت متناظر تخریب محوری 63
۵-۴- جذب انرژی 64
۵-۵- مقایسه با مدلهای آیین نامهای ارزیابی لرزه ای 66
۵-۶- مقایسه نتایج آزمایش با مدل سازی عددی 71
۵-۶-۱- نمونه S1 71
۵-۶-۲- نمونه S2 73
۵-۶-۳- نمونه S3 75
۵-۶-۴- نمونه S4 77
۵-۶-۵- نمونه S5 79
۵-۶-۶- نمونه S6 81
۶- بدست آوردن سختی موثر 84
۶-۱- مقدمه 84
۶-۲- مروری بر مدلهای موجود در تعیین سختی موثر ستونها 84
۶-۲-۱- آیین نامه ACI 318-11 [12] 85
۶-۲-۲- دستورالعمل FEMA 356 [14] 85
۶-۲-۳- آیین نامه ASCE 41-06 [2] 85
۶-۲-۴- رابطه ارائه شده توسط پاولی و پریستلی [۱۶] 85
۶-۲-۵- رابطه ارائه شده توسط اِلوود و اِبرهارد [۱۵] 85
۶-۳- چگونگی تعیین سختی موثر در ستونهای بتنی 86
۶-۴- روش پیشنهادی برای تعیین سختی موثر ستونهای بتنی 88
۶-۴-۱- نیروی برشی متناظر با تسلیم Vy 88
۶-۴-۲- تغییر مکان متناظر با تسلیم ∆y 88
۶-۴-۳- سختی موثر ستون 89
۶-۵- بررسی صحت روش پیشنهادی 90
۶-۶- مطالعه پارامتری 90
۶-۶-۱- اثر آرماتور عرضی بر ضریب سختی موثر 91
۶-۶-۲- اثر آرماتور طولی بر ضریب سختی موثر 92
۶-۶-۳- اثر تنش تسلیم آرماتورهای طولی بر ضریب سختی موثر 93
۶-۶-۴- اثر مقاومت فشاری بتن بر ضریب سختی موثر 93
۶-۶-۵- اثر نسبت ابعادی بر ضریب سختی موثر 94
۶-۶-۶- اثر نسبت نیروی محوری بر ضریب سختی موثر 94
۶-۷- معادله ارائه شده برای تعیین سختی موثر ستونهای بتنی 97
۷- دریفت متناظر فروریزش ثقلی 100
۷-۱- مقدمه 100
۷-۲- مدلهای موجود برای تعیین دریفت در زمان فروریزش ثقلی 100
۷-۲-۱- مدل الوود [۱] 101
۷-۲-۲- مدل اوسالم [۹] 101
۷-۲-۳- مدل ژو [۲۸] 102
۷-۲-۴- مدل ویبو [۲۹] 102
۷-۳- بررسی مدل الوود 103
۷-۳-۱- روند توسعه مدل 103
۷-۴- محاسبه تغییرمکان ناشی از باز شدن ترک برشی بحرانی 107
۷-۴-۱- معادلات تعادل و سازگاری در محل ترک برشی بحرانی 108
۷-۴-۲- روش پیشنهادی برای حل معادلات تعادل و سازگاری 111
۷-۴-۳- زاویه ترک برشی بحرانی 113
۷-۴-۴- فرضیات در نظر گرفته شده 116
۷-۴-۵- حل یک مثال عددی 118
۷-۴-۶- تحلیل پارامتری بر روی بازشدگی ترک برشی بحرانی (w) 123
۷-۵- اجزاء مختلف تغییر شکل جانبی 131
۷-۵-۱- تغییر شکل خمشی 131
۷-۵-۲- تغییر شکل برشی s 135
۷-۵-۳- تغییرشکل ناشی از لغزش آرماتور در محل تکیه گاه 138
۷-۶- مدل ظرفیت محوری 139
۷-۷- مقایسه مدل ارائه شده با مطالعات آزمایشگاهی موجود در ادبیات فنی 142
۷-۷-۱- مقایسه با مطالعات یوشیمورا [۳] 142
۷-۷-۲- مقایسه با مطالعات لین [۴] 142
۷-۷-۳- مقایسه با مطالعات سزن [5] 143
۷-۷-۴- مقایسه با مطالعات ناکامورا [6] 143
۷-۷-۵- مقایسه با مطالعات یوشیمورا [7] 144
۷-۷-۶- مقایسه با مطالعات یوشیمورا [8] 145
۷-۷-۷- مقایسه با مطالعات اوسالم [9] 145
۸- جمع بندی ، نتایج و پیشنهادات 148
۸-۱- مقدمه 148
۸-۲- مطالعات آزمایشگاهی 148
۸-۳- مطالعات تحلیلی 149
۸-۳-۱- محاسبه سختی موثر 149
۸-۳-۲- دریفت متناظر تخریب محوری 150
۸-۴- پیشنهاداتی برای ادامه کار 151
مراجع 152
پیوست 155
پرداخت با کلیه کارتهای عضو شتاب امکان پذیر است.