منابع پایان نامه ارشد درباره مدل سازی، انعطاف پذیری

دیوارهای برشی فولادی به وسیله نرم افزار آباکوس10 مدلسازی شد. در مدلسازی هر دو نوع رفتار غیرخطی هندسی و مصالح لحاظ شد. براساس تحلیل استاتیکی غیرخطی با الگوی بار مثلثی نتایج نشان داد که برش پایه در نقطه عملکرد با الگوی بار مثلثی 1600 تن و اتلاف انرژی 24 درصد بوده است. ضخامت صفحات به کار رفته 6 میلیمتر بوده است برای تقویت پی ساختمان از یک سرشمع مستحکم و 8 عدد شمع و از یک تیر قوی در بالاترین ارتفاع استفاده شد.

2-3-6- بررسی مفاهیم طراحی در دیوارهای برشی فولادی
در سال های 1980 طراحی براساس حالات حدی برای دیوارهای برشی فولادی مطلوب در نظر گرفته میشد، به نحوی که صفحه دیوار در خارج از صفحه دچار کمانش شود. برای اجتناب از این کمانش طراحان اقدام به سخت نمودن دیوارها به کمک سخت کنندهها نمودن ولی تحقیقات و مطالعات نشان میداد که مقاومت پس از کمانش و شکلپذیری صفحه جان نقش مهمی در عملکرد بهتر این دیوارها دارد بر همین اساس بیشتر آییننامههایی که در این ضمینه بحث نمودهاند کمانش در برش و توسعه عملکرد میدان کششی را جایز دانستهاند. لازم به ذکر است که محدودیتی درخصوص نوع اتصال تیر به ستون در این سیستم وجود ندارد لیکن استفاده از اتصالات گیردار به خصوص در مناطق لرزهخیز مناسبتر است در ذیل به توضیح مقاومت پس از کمانش و عملکرد میدان کششی در صفحات سخت نشده میپردازیم.
صفحهی دیوار برشی فولادی بار ثقلی تحمل نمیکند و تغییر شکلهای ایجاد شده در اثر بار جانبی تغییر شکلهای برشی میباشند و صفحات توسط المانهای مرزی سختی محصور شدهاند، همچنین در قسمتهای مرکزی صفحه با توجه به مقاومت مصالح میدانیم که صفحه تحت تنش اصلی 45 درجه نسبت به بارگذاری در برش خالص قرار دارد. مقاومت کمانش فشاری صفحه وابسته به لاغری آن است (نسبت طول یا عرض به ضخامت) که معمولاً این نسبت عدد بالایی است، که در نتیجهی آن مقاومت کمانشی صفحه عدد پایینی میباشد. وقتی که بار جانبی به دیوار اعمال شود تنش فشاری از مقاومت فشاری تجاوز مینماید و صفحه دچار کمانش میشود که در نتیجه آن خطوط چین خوردگی در صفحه دیوار عمود بر جهت تنشهای فشاری و موازی با جهت تنشهای کششی ایجاد میشود و در این هنگام بارهای جانبی در صفحه از طریق تنشهای کششی اصلی تحمل میشوند، این عملکرد که پس از کمانش در دیوار رخ میدهد به عنوان عملکرد میدان کششی معرفی میشود. شناسایی این رفتار در ابتدا در سال 1931 توسط وگنر در مهندسی هوا فضا و بعد از آن در سال 1960 توسط باسلر در ساخت و طراحی تیر ورقها مطرح شد. همچنین تعداد زیادی از طراحان معتقدند که دیوار برشی فولادی و المانهای مرزی آن مشابه تیر ورقها رفتار میکنند به نحوی که ستونها مثل بالهای تیر ورق عمودی و تیرها مثل سخت کنندههای عرضی در یک تیر ورق عمودی و صفحه فولادی مثل جان در یک تیر ورق عمودی رفتار میکنند این طراحان معتقدند که به دلیل شباهت زیاد این سیستم به تیر ورق میتوان از روابط تیر ورقها در طراحی این سیستم استفاده نمود.
لیکن برخی از طراحان و محققین به دلایلی به شرح ذیل روابط تیر ورقها را جهت طراحی دیوارهای برشی فولادی کافی نمی دانند.
1- در دیوارهای برشی ستونهای مرزی نقش بالهای را در تیر ورقها دارند و این ستونها از سختی خمشی و مقاومت بزرگتری در صفحهی دیوار نسبت به بالهای تیر ورق برخوردارند.
2- در دیوارهای برشی تیرهای کف حکم سخت کنندهها در تیر ورقها را دارند واضح است که تیرهای کف بسیار قویتر از سخت کنندههای صفحهای در تیر ورقها عمل مینمایند که این امر باعث میشود تکیهگاهی بهتر برای میدان کششی فراهم گردد.
3- از دیوار برشی انتظار عملکرد مطلوب تحت بارگذاری تناوبی غیرارتجاعی بزرگ میرود در حالی که تیر ورقها تحت بارگذاری یکنواخت یا بارگذاری خستگی با شدت کم بررسی میشوند به هر صورت روابط مربوط به تیر ورقها ممکن است ظرفیت دیوارهای برشی را کمتر از ظرفیت واقعی آن معرفی نماید لیکن در طراحی شالودهها و سایر اجزایی که جهت گسترش مقاومت دیوار برشی طراحی میشوند باید ظرفیت واقعیتری جهت دیوار برشی به دست آورد.

شکل 2-14- شباهت دیوار برشی فولادی و تیر ورق جهت مدل سازی

جهت درک بهتر از نحوهی طراحی صفحهی جان توجه شما را به مطالب ذیل جلب مینمایم. هرگاه عضوی تحت فشار قرار گیرد جهت طراحی آن 2 حالت ممکن است رخ دهد.
1- ممکن است گسیختگی تحت اثر باری رخ دهد که باعث تجاوز تنشها بر روی مقطع عضو از حد ارتجاعی میشود.
2- گسیختگی تحت اثر باری رخ دهد که باعث ناپایداری (کمانش) عضو میشود. هرگاه عضوی مثل صفحهی جان لاغر باشد بار گسیختگی همان بار کمانش میباشد، لذا موضوع اصلی در طراحی صفحهی جان همان بحث پایداری میباشد، قبل از کمانش صفحهی جان تنشها به وسیله عمل تیری که در تئوری تغییر شکلهای کوچک توسط ناویر و سنت و نان مطرح شده است تحمل میشوند، هنگامی که صفحه جان تحت اثر تنش برشی خالص قرار دارد میتوان تنش برشی را با دو تنش اصلی با شدت برابر یکی در کشش و یکی در فشار جایگزین نمود، هنگامی که بار جانبی افزایش مییابد تنش برشی نیز افزایش مییابد تا از تنش برشی کمانشی صفحه بیشتر شود در این لحظه صفحه دچار کمانش میشود در این حالت مکانیزم مقاومت صفحه به عملکرد کمانشی تبدیل میشود پس از اینکه صفحه دچار کمانش گردید تنش اصلی فشاری افزایش نمییابد لیکن با افزایش بار تنش کششی اصلی افزایش مییابد تا به حد تنش تسلیم برسد. لازم به ذکر است با افزایش تنشها کمانه کردن صفح
ه در جهت قطر کششی ایجاد میشوند، این کمانهها که همان چینخوردگیهای صفحه میباشند و حکم همان قطر کششی را دارند تمایل به تثبیت صفحه دارند و باعث ایجاد مقاومت پس از کمانش قابل توجهی میشوند این شکل انتقال برش که ترکیبی از تنشهای غشایی مورب کششی است همان عملکرد میدان کششی است تا زمانی که میدان کششی در صفحهی جان در حال گسترش است تعادل صفحه از طریق انتقال برش از میدان کششی به اعضای مرزی حفظ میگردد، این انتقال باعث ایجاد عکسالعملهای اضافی در اعضاء مرزی میگردد لذا در صورتی گسترش میدان ادامه مییابد که اعضاء مرزی سختی کافی جهت تحمل و ایجاد این عکسالعملها را داشته باشند. اگر اعضاء مرزی افقی (تیرها) به قدر کافی سخت نباشند تنشهای قائم این اعضاء را به داخل صفحه خم مینمایند که موجب باز توزیع نیروهای میدان کششی میشوند و اگر اعضاء مرزی قائم (ستونها) به قدر کافی سخت نباشند تنشهای افقی میدان کششی آنها را خم مینمایند که موجب باز توزیع نیروهای میدان کششی میشوند. زاویه میدان کششی در صفحه با زیادتر شدن بار به نحوی تغییر مینماید تا باربری حداکثر حاصل شود زاویه بهینه 45 درجه میباشد که البته به ندرت رخ میدهد زیرا رخ دادن آن احتیاج به سختی بالایی در المانهای مرزی دیوار دارد لذا ظرفیت یک دیوار پس از کمانش میتواند تا حدودی کمتر از مقدار تئوری حاصل برای آن باشد.

شکل 2-15- مشابهت دیوار برشی فولادی و تیرورق در تشکیل میدان کششی در آنها

2-3-7- انواع روشهای مدلسازی دیوارهای برشی فولادی
2-3-7-1- مدل نواری
این روش به عنوان روشی جهت طراحی دیوارهای برشی فولادی توسط آییننامهی فولاد کانادا پیشنهاد شده است و به این صورت میباشد که، ناحیه کششی در صفحهی جان را میتوان به صورت مجموعهای از میلههای کششی مورب در نظر گرفت، در این نوع مدلسازی سطح دیوار به مجموعهای از نوارهای با عرض برابر تقسیم میگردد هر نوار نیز به شکل یک عضو خرپای مدل میشود یعنی تنها قادر است نیروهای محوری را منتقل نماید و سطح آن برابر با عرض نوار در ضخامت نوار میباشد و این میلهها به صورت مفصلی به المانهای مرزی متصل میشوند لازم به ذکر است که وجود حداقل 10 نوار برای مدلسازی عملکرد میدان کششی در صفحهی دیوار لازم میباشد. زاویه نوارها با المانهای مرزی همان زاویه میدان کششی میباشد که تابعی از سطح مقطع المانهای مرزی و ابعاد و ضخامت صفحهی جان میباشد در سال 1983 ثربرن برای دیوارهای برشی فولادی سخت نشده با اتصالات مفصلی تیر به ستون مقدار زاویه میدان کششی برای دیوارهای برشی فولادی را به شکل زیر پیشنهاد نمود.
(2-3)
که در رابطهی فوق t ضخامت صفحهی دیوار و Ac سطح مقطع عرضی ستون و Ab سطح مقطع عرضی تیر و L طول دهانه دیوار و h ارتفاع دیوار میباشد.

شکل 2-16- مدل سازی دیوار برشی فولادی در نرم افزار ایتبس به صورت نواری

2-3-7-2- مدل خرپای معادل
این روش به عنوان روشی برای طراحی اولیه دیوارهای برشی فولادی توسط آییننامهی فولاد کانادا پیشنهاد شده است، و به این صورت میباشد که ناحیه کششی در دیوار برشی فولادی با یک عضو خرپای معادل که دارای سختی یکسانی میباشد جایگزین میشود. اندازه عضو خرپای معادل تابعی از زاویه میدان کششی ابعاد صفحه دیوار برشی و سختی المانهای مرزی میباشد قبل از ادامه بحث توجه شما را به این نکته جلب مینمایم که در دیوار برشی فولادی با توجه به سختی ستونهای مرزی دو حالت مختلف برای ناحیه کششی قابل تصور است وقتی که ستونهای مرزی دارای سختی بالایی میباشند یا به عبارتی تقریباً صلب میباشند ناحیه کششی به طور کاملاً یکنواخت در میان سرتاسر جان رخ میدهد و وقتی که ستونهای مرزی دارای انعطاف پذیری بالایی باشند که در این حالت میدان کششی تنها در مناطقی از صفحه که توسط تیرها مهار شدهاند ایجاد میشود که مورد دوم مشابه حالتی است که در تیر ورقها رخ میدهد.

شکل 2-17- مدل سازی دیوار برشی فولادی در نرم افزار ایتبس به صورت خرپای معادل

در صورتی که ستونهای مرزی صلب باشند میتوان سطح مقطع خرپای معادل را از طریق ذیل تعیین نمود.
(2-4)
A: سطح مقطع خرپای معادل، t: ضخامت صفحه دیوار، L: طول دهانه دیوار، :: زاویه میدان کششی و که h ارتفاع دیوار میباشد.
در صورتی که ستونهای مرزی انعطافپذیر باشند میتوان سطح مقطع خرپای معادل را از طریق ذیل تعیین نمود.
(2-5)
A: سطح مقطع خرپای معادل، t ضخامت صفحه دیوار، که L طول دهانه دیوار، و h ارتفاع دیوار میباشد.
در سال 1983 تیملر و همکاران با انجام یک مطالعه تحلیلی و ساخت نمونه آزمایشگاهی رابطه ثربرن جهت زاویه میدان کششی را اصلاح نمودند که استاندارد طراحی سازههای فولادی کانادا آن را برای طراحی اولیه پیشنهاد مینماید و عبارت است از:
(2-6)
لازم به ذکر است این رابطه برای اتصالات مفصلی تیر به ستون معتبر است و در آن t ضخامت صفحه دیوار، Ac سطح مقطع عرضی ستون، Ab سطح مقطع عرضیتیر L طول دهانه دیوار، h ارتفاع دیوار و Ic ممان اینرسی ستون حول محور عمود بر صفحه میباشد.
زاویه میدان کششی زمانی که تیر مرزی تنها از یک سمت به دیوار برشی متصل است (تیر در تراز آخرین طبقه) از رابطهی ذیل به دست میآید.
(2-7)
لازم به ذکر است این رابطه برای اتصالات مفصلی تیر به ستون معتبر است و تمام پارامترهای آن به مانند رابطه قبل میباشد و Ib ممان اینرسی تیر میباشد، را
بطه ذیل برای زمانی که اتصال تیر به ستون به صورت گیردار میباشد به کار میرود.
(2-8)
در سال 2004 برمن و همکارانش اظهار نمودند روش خرپای معادل اگر نسبت طول به عرض صفحه دیوار برابر 1 نباشد در تعیین ظرفیت دیوار دقیق نمیباشد. برای اینکه بتوانیم رفتار تناوبی هیسترزیس دیوارهای برشی فولادی را به خوبی مدلسازی نمایم الگالی و همکارانش مدلی را پیشنهاد نمودند که دارای نوارهایی در هر دو جهت میباشد این مدل تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی نشان داد.

2-3-7-3- مدلسازی براساس روش پروفسور آستانه اصل
آستانه اصل براساس مطالعات خود و با توجه به تئوری کمانش ارتجاعی ورقها دیوارهای برشی را براساس لاغری آنها به 3 دستهی فشرده، غیرفشرده و لاغر تقسیم نمود اگر لاغری دیوار (h/tw) کمتر از
(2-9)

این نوشته در مقالات و پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید