بررسي رفتار غيرخطي هسته هاي بتني در برابر زلزله
بررسي رفتار غيرخطي هسته هاي بتني در برابر زلزله
محسنعلي شايانفر، استاديار دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه علم و صنعت ايران، تهران، ايران
عليرضا عسكري اناركي، كارشناس ارشد، دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه علم و صنعت ايران، تهران، ايران
چكيده
در اين مقاله ابتدا يك هسته بتني پنج طبقه به صورت خطي تحليل و با استفاده از ضوابط آييننامه بتن ايران طراحي شده است. سپس اين سازه با استفاده از برنامه آناليز المان محدود غيرخطي HODAتا حد خرابي تحت اثر بارهاي استاتيكي افزايشي قرار گرفته است. همچنين تغييراتي در ميزان فولادگذاري گسترده هسته داده شده و اثرات آن بر روي باربري نهايي سازه بررسي شده است. نحوه رفتار اين سازهها شامل الگوي تركخوردگي بتن، جاري شدن فولادها و تغيير مكانهاي قائم و افقي نقاط حساس سازه، از جمله نتايج به دست آمده اين تحقيق ميباشد.
كليد واژهها: بتن مسلح، المان محدود غيرخطي، هستهها، ديوارهاي برشي، الگوي تركخوردگي.
مقدمه
طراحي سازههاي بتن مسلح براساس نيروهاي داخلي محاسبه شده به روش آناليز ارتجاعي خطي سازه و مطابق با ضوابط آييننامهاي صورت ميگيرد. هر چند طراحي سازهها بدين روش در بيشتر موارد مطمئن و مناسب است ولي براي سازههاي پيچيده و تحت اثر شرايط بارگذاري غيرمعمول، اغلب كاربرد روشهاي دقيق از جمله آناليزهاي غيرخطي لازم است.
به طور كلي اطلاعات دقيقي همچون ظرفيت مقاومت سازه، مد خرابي، شكلپذيري و ظرفيت جذب انرژي تنها به كمك آناليز غيرخطي امكانپذير ميباشد.
قبل از توسعه روشهاي قدرتمند عددي، تحقيق رفتار سازههاي بتني مستلزم آزمايشات عموما" پرهزينه و زمانگير بر روي مدلهاي تجربي بود. روش المان محدود به عنوان مكمل آزمايشات و به عنوان جايگزيني براي آزمايشهاي مشكل، پرهزينه و يا امكانناپذير ميتواند به كار رود. استفاده از اين روش از زمان تحقيقات Ngo & Scordelis در مورد آناليز المان محدود تيرهاي بتن مسلح [1] تاكنون به پيشرفتهاي قابلتوجهي در زمينه روابط مشخصه بتن منجر شده است كه خود باعث توسعه تعداد قابلتوجهي برنامههاي المان محدود با قابليت آناليز غيرخطي گرديده است. فهرست تعدادي از اين برنامهها در گزارشهاي كميته ASCE در آناليز المان محدود سازههاي بتن مسلح آمده است [2 و 3] .
معرفي هسته هاي نمونه
در اين مقاله ساختماني پنج طبقه شامل هستههاي بتني مركزي مورد مطالعه قرار گرفته است. پلان عمومي سازه مطابق شكل (1) ميباشد و فرض ميشود كه كل نيروي زلزله توسط هستهها تحمل ميشود. بار زلزله در راستاي جان هستههاي C شكل يعني امتداد y اعمال گرديده است. سازه در پلان متقارن ميباشد و نيروي زلزله با فرض يكنواخت بودن توزيع جرم در پلان، به مركز سطح آن وارد ميشود. با توجه به اين تقارن، ديوارهاي C1 وC2 مشابه يكديگر ميباشند و با درنظر گرفتن جهت اعمال بار، تنها به بررسي رفتار ديوار C1 ميپردازيم. به همين منظور سهم هر نمونه را از كل بار زلزله وارد به ساختمان به دست ميآوريم.
شكل
1ـ مشخصات عمومي نمونهها
نمونههاي مورد بررسي عبارتند از نمونه CW5 كه مطابق ضوابط آييننامه بتن ايران طراحي شده است و نمونههاي CW51 تا CW54 كه ماحصل تغيير مقدار حداقل فولادهاي يكنواخت افقي و قائم نمونه CW5 ميباشند. ارتفاع سازه ها در
جدول 1ـ مشخصات آرماتورگذاري يكنواخت CW5
( متاسفانه در گذاشتن جدول مشکل به وجود می آید )
اولين طبقه 4متر و در ساير طبقات 4/3 متر ميباشد.
نيروي زلزله براساس آييننامه 2800 ايران [4] و با توجه به منظم بودن سازهها از روش استاتيكي معادل محاسبه شده است. ساختمانها داراي كاربري مسكوني، در منطقهاي با خطر بالاي زلزله، نوع زمين تيپ I I و با ضريب رفتاري برابر 7 فرض شدهاند. تحليل خطي سازهها توسط نرم افزار ETABSو طراحي نمونهها براساس ضوابط شكلپذيري زياد آييننامه بتن ايران [5] انجام گرفته است.
نمونه CW5نمونه CW5 هستهاي C شكل از يك ساختمان 5 طبقه به ارتفاع 6/17 متر ميباشد. جزئيات مربوط به توزيع نيروي زلزله در ارتفاع سازه و سهم نمونه CW5 از اين نيرو، مشخصات هندسي و فولادگذاري المانهاي مرزي هسته و همچنين آرماتورهاي يكنواخت موردنياز نمونه در جدول (1) ارائه شده است.
مرجعها[1] Ngo, D., Scordelis, A. C., “Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beams , Journal of the American Concrete Institute, 1967, Vol. 64, No. 3, pp. 152-163.
[2] ASCE/ACI Committee 447, “Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Structures , Edited by J. Isenberg, ASCE, 1991.
[3] ASCE Task Committee, “Finite Element Analysis of Reinforced Concrete , State of the Art Report, ASCE, 1982.
[4] كميته تدوين آييننامه طرح ساختمانها در برابر زلزله، >آييننامه طراحي ساختمانها در برابر زلزله ـ ويرايش اول<، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن 1371.
[5] كميته تدوين آييننامه بتن ايران، >آييننامه بتن ايران(آبا) <، انتشارات سازمان برنامه و بودجه، 1375
محسنعلي شايانفر، استاديار دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه علم و صنعت ايران، تهران، ايران
عليرضا عسكري اناركي، كارشناس ارشد، دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه علم و صنعت ايران، تهران، ايران
چكيده
در اين مقاله ابتدا يك هسته بتني پنج طبقه به صورت خطي تحليل و با استفاده از ضوابط آييننامه بتن ايران طراحي شده است. سپس اين سازه با استفاده از برنامه آناليز المان محدود غيرخطي HODAتا حد خرابي تحت اثر بارهاي استاتيكي افزايشي قرار گرفته است. همچنين تغييراتي در ميزان فولادگذاري گسترده هسته داده شده و اثرات آن بر روي باربري نهايي سازه بررسي شده است. نحوه رفتار اين سازهها شامل الگوي تركخوردگي بتن، جاري شدن فولادها و تغيير مكانهاي قائم و افقي نقاط حساس سازه، از جمله نتايج به دست آمده اين تحقيق ميباشد.
كليد واژهها: بتن مسلح، المان محدود غيرخطي، هستهها، ديوارهاي برشي، الگوي تركخوردگي.
مقدمه
طراحي سازههاي بتن مسلح براساس نيروهاي داخلي محاسبه شده به روش آناليز ارتجاعي خطي سازه و مطابق با ضوابط آييننامهاي صورت ميگيرد. هر چند طراحي سازهها بدين روش در بيشتر موارد مطمئن و مناسب است ولي براي سازههاي پيچيده و تحت اثر شرايط بارگذاري غيرمعمول، اغلب كاربرد روشهاي دقيق از جمله آناليزهاي غيرخطي لازم است.
به طور كلي اطلاعات دقيقي همچون ظرفيت مقاومت سازه، مد خرابي، شكلپذيري و ظرفيت جذب انرژي تنها به كمك آناليز غيرخطي امكانپذير ميباشد.
قبل از توسعه روشهاي قدرتمند عددي، تحقيق رفتار سازههاي بتني مستلزم آزمايشات عموما" پرهزينه و زمانگير بر روي مدلهاي تجربي بود. روش المان محدود به عنوان مكمل آزمايشات و به عنوان جايگزيني براي آزمايشهاي مشكل، پرهزينه و يا امكانناپذير ميتواند به كار رود. استفاده از اين روش از زمان تحقيقات Ngo & Scordelis در مورد آناليز المان محدود تيرهاي بتن مسلح [1] تاكنون به پيشرفتهاي قابلتوجهي در زمينه روابط مشخصه بتن منجر شده است كه خود باعث توسعه تعداد قابلتوجهي برنامههاي المان محدود با قابليت آناليز غيرخطي گرديده است. فهرست تعدادي از اين برنامهها در گزارشهاي كميته ASCE در آناليز المان محدود سازههاي بتن مسلح آمده است [2 و 3] .
معرفي هسته هاي نمونه
در اين مقاله ساختماني پنج طبقه شامل هستههاي بتني مركزي مورد مطالعه قرار گرفته است. پلان عمومي سازه مطابق شكل (1) ميباشد و فرض ميشود كه كل نيروي زلزله توسط هستهها تحمل ميشود. بار زلزله در راستاي جان هستههاي C شكل يعني امتداد y اعمال گرديده است. سازه در پلان متقارن ميباشد و نيروي زلزله با فرض يكنواخت بودن توزيع جرم در پلان، به مركز سطح آن وارد ميشود. با توجه به اين تقارن، ديوارهاي C1 وC2 مشابه يكديگر ميباشند و با درنظر گرفتن جهت اعمال بار، تنها به بررسي رفتار ديوار C1 ميپردازيم. به همين منظور سهم هر نمونه را از كل بار زلزله وارد به ساختمان به دست ميآوريم.
شكل
1ـ مشخصات عمومي نمونهها
نمونههاي مورد بررسي عبارتند از نمونه CW5 كه مطابق ضوابط آييننامه بتن ايران طراحي شده است و نمونههاي CW51 تا CW54 كه ماحصل تغيير مقدار حداقل فولادهاي يكنواخت افقي و قائم نمونه CW5 ميباشند. ارتفاع سازه ها در
جدول 1ـ مشخصات آرماتورگذاري يكنواخت CW5
( متاسفانه در گذاشتن جدول مشکل به وجود می آید )
اولين طبقه 4متر و در ساير طبقات 4/3 متر ميباشد.
نيروي زلزله براساس آييننامه 2800 ايران [4] و با توجه به منظم بودن سازهها از روش استاتيكي معادل محاسبه شده است. ساختمانها داراي كاربري مسكوني، در منطقهاي با خطر بالاي زلزله، نوع زمين تيپ I I و با ضريب رفتاري برابر 7 فرض شدهاند. تحليل خطي سازهها توسط نرم افزار ETABSو طراحي نمونهها براساس ضوابط شكلپذيري زياد آييننامه بتن ايران [5] انجام گرفته است.
نمونه CW5نمونه CW5 هستهاي C شكل از يك ساختمان 5 طبقه به ارتفاع 6/17 متر ميباشد. جزئيات مربوط به توزيع نيروي زلزله در ارتفاع سازه و سهم نمونه CW5 از اين نيرو، مشخصات هندسي و فولادگذاري المانهاي مرزي هسته و همچنين آرماتورهاي يكنواخت موردنياز نمونه در جدول (1) ارائه شده است.
مرجعها[1] Ngo, D., Scordelis, A. C., “Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beams , Journal of the American Concrete Institute, 1967, Vol. 64, No. 3, pp. 152-163.
[2] ASCE/ACI Committee 447, “Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Structures , Edited by J. Isenberg, ASCE, 1991.
[3] ASCE Task Committee, “Finite Element Analysis of Reinforced Concrete , State of the Art Report, ASCE, 1982.
[4] كميته تدوين آييننامه طرح ساختمانها در برابر زلزله، >آييننامه طراحي ساختمانها در برابر زلزله ـ ويرايش اول<، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن 1371.
[5] كميته تدوين آييننامه بتن ايران، >آييننامه بتن ايران(آبا) <، انتشارات سازمان برنامه و بودجه، 1375
+ نوشته شده در پنجشنبه ۲۳ اردیبهشت ۱۳۸۹ ساعت ۱۰:۵۰ ق.ظ توسط منتظرظهور
|
وبلاگ پورتال تخصصی دانشجویان عمران در مسیر اعتلای فرهنگ عمران نیاز به یاری شما مهندسین ودانشجویان عزیز دارد، با ارائه نکات ظریف از طرف شما سعی در بهبود این وبگاه داریم.