بررسی گسیختگی پیش‌رونده ناشی از خرابی مهاربند در قاب‌های فولادی مهاربندی شده EBF

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : سازه

عنوان : بررسی گسیختگی پیش‌رونده ناشی از خرابی مهاربند در قاب‌های فولادی مهاربندی شده EBF

تعداد صفحات : 109

1-1- تعریف مسأله

همواره در علم مهندسی سازه، سعی در پیش‌بینی مجموعه رخدادهایی بوده است که در طول عمر مفید سازه، بر کارایی و استقامت آن اثر قابل‌توجهی داشته باشند. این عوامل می‌بایست حین طراحی سازه، مدنظر مهندس طراح قرارگرفته و بتواند پایداری سازه را در مواجهه با آن تأمین نماید.

خرابی پیش‌رونده¹ از آن دسته از عواملی است که دلیل وقوع آن، عدم پیش‌بینی رخداد آن در زمان طرح سازه بوده است و متأسفانه باعث صدمات و فجایع جدی می‌گردد.

«خرابی پیش‌رونده را به صورت گسترش خرابی موضعی اولیه از عضوی به عضو دیگر که سرانجام به گسیختگی تمام سازه یا قسمت بزرگی از آن می انجامد تعریف می کنند]8[.»

بطور کلی ساختمان‌ها برای شرایط بارگذاری با احتساب انفجارهای گاز، انفجارهای بمب، برخوردهای وسایل نقلیه، تصادم‌های هواپیما، طوفان، گردباد و از این قبیل بارها طراحی نمی‌شوند. از این رو زمانی که ساختمان‌ها در معرض چنین بارهای غیرمعمولی قرار می‌گیرند، ممکن است متحمل آسیب‌های بزرگ و جبران‌ناپذیری شوند.

می‌توان گفت که تاریخچه مساله فروپاشی پیش‌رونده به عنوان یک معضل مهندسی ریشه در ویرانی مشهور ساختمان آپارتمانی رونان پوینت ² (شکل 1-1) در سال 1968 دارد. این یک نمونه از خرابی پیش‌رونده است که با از دست دادن عضو باربر منجر به خرابی کلی سازه گردید. تکرار این نوع فروپاشی‌های پیش‌رونده باعث گردید تا مهندسین طراح به این‌گونه فروپاشی‌ها، به عنوان یکی از دغدغه‌های طراحی بنگرند و سعی در لحاظ کردن آن در روند طراحی سازه داشته باشند.

در این راستا، تحقیقات وسیعی در جهان توسط محققین سازه انجام‌شده و نتایج آن به صورت دستورالعمل و آیین‌نامه در کشورهای صنعتی ارائه شده است.     

پدیده خرابی پیش‌رونده را می‌توان با روش‌های تحلیلی متنوعی که از آنالیزهای بسیار ساده تا آنالیزهای بسیار پیچیده را شامل می‌شوند، مورد بررسی قرارداد که عموماً این تحلیل‌ها با به‌کارگیری نرم‌افزارهای اجزاء محدود رایجی مانند SAP2000 که قابلیت کاملی برای در نظر گرفتن خواص دینامیکی و غیرخطی دارد قابل انجام است.

واضح است که پدیده خرابی پیش‌رونده، به دلیل وقوع آن در یک بازه زمانی بسیار کوتاه و تحمیل شدن تغییر شکل‌های غیرخطی به المان‌ها پیش از گسیختگی، یک پدیده دینامیکی و غیرخطی می‌باشد.

2-1- چالش ها و اهداف

بعد از وقوع حملات تروریستی، خصوصاً در برج‌های دوقلوی تجارت جهانی مسئله ارزیابی و بررسی پتانسیل وقوع خرابی پیش‌رونده در سازه‌های بااهمیت به یکی از محورهای تحقیقاتی تبدیل شده است. همچنین سازه‌های طراحی‌شده بر اساس آیین‌نامه‌های جاری، در اثر وجود هر گونه ضعف در طراحی و یا اجرای المان‌های سازه‌ای ممکن است باعث به وجود آمدن پدیده خرابی پیش‌رونده در سازه‌ها، حین مواجه‌شدن با بارهای غیرعادی و یا لرزه‌ای گردد که ممکن است خسارات جانی و مالی فاجعه‌آمیز به بار آورد. به همین دلیل در صورت محتمل بودن هر یک از این پارامتر‌ها طراح سازه می‌بایست برنامه‌ای جهت کنترل احتمالی فروپاشی پیش‌رونده در سازه، در نظر داشته باشد.

شاید بتوان گفت که طراح سازه می‌بایست همچون یک کارگردان، ادامه این سناریو را برنامه‌ریزی کرده و برای توقف آن راه‌حلی در نظر داشته باشد.

با بررسی منابع علمی موجود می‌توان گفت رفتار لرزه‌ای سیستم قاب‌های خمشی و مهاربندی در نتیجه تحقیقات گسترده انجام‌شده طی چند دهه گذشته تا حد مطلوبی درک شده است. با این وجود، رفتار این سیستم‌ها در مواجه با گسیختگی پیش‌رونده هنگام از بین رفتن اعضای مهم به طور کامل بررسی نشده است. سازه‌هایی که بر اساس آیین‌نامه‌های زلزله طراحی‌شده‌اند لزوماً در برابر خرابی پیش‌رونده مقاوم نخواهند بود، مگر اینکه این بحث در آن‌ها در نظر گرفته شده باشد. با توجه به اینکه درایران و همچنین در سایر نقاط دنیا، استفاده از این نوع سیستم از جایگاه خاصی برخوردار می‌باشد، لذا مطالعه و بررسی تأثیر این پدیده در سازه‌ها ضروری به نظرمی رسد.

شایان‌ذکر است در این پایان‌نامه روش‌های مختلف آیین‌نامه‌های معتبر جاری در زمینه خرابی پیش‌رونده مورد بررسی قرارگرفته و دستورالعمل‌های مربوط به کاهش خرابی مورد توجه قرار می‌گیرد. همچنین با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی مقاومت در برابر گسیختگی پیش‌رونده در قاب‌های خمشی فولادی مهار بندی شده برون محور برای یک نمونه ساختمان 9 طبقه با طراحی مدل‌هایی با جا نمایی متفاوت مهاربند در دهانه‌ها و ارتفاع این ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است. در اکثر تحقیقات انجام‌شده در زمینه خرابی پیش‌رونده از یک پلان با ارتفاع‌های مختلف استفاده شده است ولی در این تحقیق با بکار گیری چندین پلان مختلف با ارتفاع یکسان به بررسی پتانسیل خرابی پیش‌رونده در سازه، پرداخته شده است.

هدف از این تحقیق این بوده که در مرحله اول، میزان آسیب‌پذیری سازه‌های فولادی قاب خمشی مهار بندی شده که توسط آیین‌نامه‌های ایران طراحی‌شده‌اند و همچنین تأثیر عواملی مانند تغییر جانمایی مهاربندها در دهانه‌ها و ارتفاع سازه، محل حذف عضو (کناری یا میانی) و شماره طبقه‌ای که عضو در آن حذف‌شده، در برابر پدیده خرابی پیش‌رونده بررسی شود و پس از تعیین المان‌های آسیب‌پذیر، در مرحله دوم، سازه‌هایی طراحی شوند که در برابر خرابی پیش‌رونده مقاوم باشند. در انتها به مقایسه مقاومت این سازه‌ها در برابر خرابی پیش‌رونده پرداخته خواهد شد.

3-1- روش تحقیق

به منظور بررسی گسیختگی پیش‌رونده در ساختمان فولادی مهاربندی شده، بر اساس مقررات ملی ساختمان ایران، شامل مباحث ششم و دهم که مربوط به بارهای وارد بر ساختمان]1[ و طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی]2[ می‌باشد، ساختمانی 9 طبقه با سیستم دوگانه قاب خمشی فولادی و مهار بندی برون محور با مدل‌هایی با جا نمایی متفاوت مهار بند در دهانه‌ها و همچنین در ارتفاع ساختمان طراحی گردید.

در طراحی مدل‌ها ملاحظات لرزه‌ای آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد 2800)]3[ در نظر گرفته شد. طراحی ساختمان مذکور با استفاده از نرم‌افزار ETABS صورت پذیرفت. سپس با توجه مقاطع فولادی مربوط به تیرها، ستون‌ها و مهاربندی‌ها، قاب ساختمانی مورد نظر جهت بررسی نیروهای ایجادشده در اعضای قاب و تغییر مکان گره‌ها به روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی در نرم‌افزار SAP2000 ]4 و 10[مدل گردیده است. با توجه به بارهای وارده، تحت ترکیب بار ویژه خرابی پیش‌رونده از آیین‌نامه 2009UFC  [11] و مدل اعمال آن‌ها به سازه و همچنین بر حسب موارد تحلیل روش مسیر جایگزین و حذف ناگهانی مهار بند و ستون، پاسخ دینامیکی سیستم تعیین گردیده است.

4-1- ساختار پایان نامه

این پایان‌نامه در 5 فصل تهیه و تنظیم شده است که فصل‌های آن به شرح زیر می‌باشد:

فصل اول شامل تعریف مسئله، اهداف دنبال شده در این پایان‌نامه و همین طور شیوه و روند تحقیق انجام‌شده می‌باشد.

در فصل دوم ابتدا تاریخچه‌ای از وقوع خرابی پیش‌رونده در سازه‌ها و تأثیر آن در تصحیح، تألیف و پیشرفت آیین‌نامه مرتبط با این پدیده مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ادامه مبانی خرابی پیش‌رونده و مقایسه جامعی از مقررات مربوط به آن، در آئین نامه‌های معتبر بین‌المللی ساختمانی پرداخته می‌شود. در انتهای فصل هم خلاصه‌ای از مطالعات انجام‌شده در این زمینه ارائه شده است.

فصل سوم به بیان مفهوم سطح عملکرد و مفاصل پلاستیک، مدل‌سازی سازه و انواع روش‌های تحلیل مورد استفاده در آیین‌نامه UFC 2009 می‌پردازد.

در فصل چهارم به نحوه اعمال بارگذاری در تحلیل دینامیکی غیرخطی و بررسی نتایج حاصل از این تحلیل پرداخته می‌شود.

فصل پنجم نیز به نتیجه‌گیری و بحث پیرامون نتایج و در نهایت ارائه پیشنهاد‌ها جهت تحقیقات آتی می‌پردازد.

در انتهای این مجموعه نیز مراجع و پیوست‌ها ارائه شده است.

فصل دوم: مبانی خرابی پیش‌رونده و بررسی آیین‌نامه‌های مرتبط

1-2- مقدمه

خرابی پیش‌رونده را می‌توان به عنوان یک واکنش زنجیره‌ای یا انتشار خرابی تعریف کرد که در آن تحت عللی خاص، صدمه موضعی در ناحیه نسبتاً کوچکی از سازه رخ می‌دهد و در شرایطی این صدمه موضعی، به بخش‌های دیگری از سازه گسترش‌یافته و در نهایت به خرابی کلی سازه، منتهی می‌شود؛ به عبارت دیگر بعضی مواقع خرابی محلی عضو، به صورت موضعی باقی نمانده و در کل سازه منتشر می‌شود]12[.

خطرات احتمالی و بارهای غیرعادی که می‌تواند موجب خرابی پیش‌رونده شود، شامل این موارد می‌باشند: خطای طراحی یا ساخت، آتش‌سوزی، انفجار گازها، اضافه‌بار تصادفی، تصادف وسایل نقلیه، انفجار بمب‌ها و غیره. چون احتمال وقوع این خطرات کم است، در طراحی سازه‌ای آن‌ها را در نظر نمی‌گیرند یا با اندازه‌گیری‌های غیرمستقیم به آن‌ها می‌پردازند. اکثر آن‌ها ویژگی کنش طی مدت زمان نسبتاً کوتاه را دارند و به پاسخ‌های دینامیکی می‌انجامند]13[.

خرابی پیش‌رونده در ابتدا توجه محققین را در دهه 70 میلادی، پس از گسیختگی جزئی برجی در رونان پوینت انگلستان به خود جلب کرد. پس از حملات تروریستی مرکز تجارت جهانی در 11 سپتامبر 2001، علاقه مجدد به بررسی گسیختگی پیش‌رونده ایجاد گردید.

فلسفه فعلی اکثر آیین‌نامه‌های موجود ساختمانی، طراحی سازه‌ها برای بارهای قابل قبولی است که ممکن است در طول عمر سازه بر آن وارد شود. سازه‌ها را معمولاً برای حوادث غیرطبیعی که می‌توانند موجب خرابی‌های فاجعه‌آمیز شوند طراحی نمی‌کنند. اکثر آیین‌نامه‌های رایج فقط دارای توصیه‌های کلی برای تعدیل تأثیر پیش‌رونده در سازه‌هایی هستند که فراتر از بارهای طراحی‌شان بارگذاری می‌شوند]14[.

2-2- تاریخچه‌ای از خرابی پیش‌رونده

با توجه به تاریخچه تخریب ناگهانی سازه‌های مهم و بلندمرتبه در جهان ، مشاهده می شود که عامل فروپاشی بسیاری از آن‌ها، تخریب جزئی قسمتی از سازه بر اثر یک حادثه همچون انفجار، برخورد هواپیما و… و گسترش آن به تمام سازه بوده است. شباهتی که تمام این فروپاشی‌ها باهم داشته این است که جزئی از سازه تحت نوعی بارگذاری قرارگرفته که در مرحله طراحی، توسط طراح سازه قابل پیش‌بینی نبوده است. در ادامه به نمونه‌هایی از خرابی‌های پیش‌رونده که وقوع آن‌ها سبب پیشرفت تصحیح و تألیف آیین‌نامه‌ها و دستورالعمل‌های سازه‌ای زمان خود شده است، اشاره می‌شود.

1- تخریب ساختمان رونان پوینت

می‌توان گفت که تاریخچه مساله فروپاشی پیش‌رونده به عنوان یک معضل مهندسی، ریشه در تخریب ساختمان رونان پوینت در سال 1968 دارد.

رونان پوینت یک ساختمان جدید 22 طبقه بود که از پانل‌های باربر پیش‌ساخته‌ای که توسط پیچ به یکدیگر متصل می‌شدند، تشکیل می‌شد. کمی پس از اسکان ساکنین در ساختمان، در اثر انفجار گاز طبیعی در طبقه 18 تنها یکی از پانل‌های دیوار باربر در آن طبقه تخریب گردید. این تخریب منجر به از دست رفتن تکیه‌گاه سقف بالای آن و متعاقباً باعث ریزش سقف‌های فوقانی بر روی کف طبقات تحتانی در قالب یک تخریب پیش‌رونده گردید و تا تراز پایین ساختمان ادامه یافت]9[.

در شکل )2-1) پلان این ساختمان و خرابی اتفاق افتاده در آن مشاهده می شود.

این واقعه منجر به ایجاد تغییرات مهمی در قوانین ساختمانی انگلستان گردید. پس از آن طبق مقررات ساختمانی انگلستان، اعضای سازه‌ای می‌بایست به حد کافی به یکدیگر کلاف می‌شدند و اعضایی که در پایداری سازه نقش بحرانی داشتند می‌بایست برای مقاومت در برابر فشار مضاعف انفجار ناشی از احتراق گاز طبیعی طراحی می‌گردیدند. این فشار معادل ²N/m 34000 و به صورت استاتیکی فرض می‌شد]15[.

تعداد صفحه : 109

قيمت فايل ورد پروژه : 14000 تومان

 دانلود فایل ورد بلافاصله بعد از پرداخت هزینه

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

پشتیبانی سایت :        09010633413

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