رفتار لرزه‌ای ستون‌های فلزی باکسی پرشده با بتن تحت نیروهای زلزله

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی عمران
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:93
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

چکیده ……………………………………………………………………………………. ۱

ستون‌های باکسی پرشده با بتن در بسیاری از ساختمان‌ها در جهان استفاده شده‌اند. این سازه‌هابا ارتفاعها و وضعیتهای گوناگون در دو موقعیت بدون نیروهای لرزه‌ای ودر مناطقی که خطر لرزه‌ای بالایی دارند اجرا گردیده اند. این بازبینی کوتاه رفتار ستون‌های پرشده از بتن بامقطع دایره و مربع مستطیل به همراه بادبندها، و خصوصاً متمرکزشده بر رفتار آنها در زمان اعمال بارها به طور لرزه‌ای رفت و برگشتی درنظر گرفته است. این بحث با رفتار ستون‌های پرشده با بتن تحت بارهای محوری و خمش و پیچشی شروع می‌شود و چکیده‌ای از اثرات خزش، جمع‌شدگی و عکس‌العمل کلی ستون‌های پرشده با بتن برای تنش‌های پسماند را نشان خواهد داد. مختصری از رفتار یکنواخت براساس بحث‌های متعاقب تحقیق شده بر روی رفتارسیکلی این ستون‌ها دیده می‌شود. این مقاله از چندین مقاله که در زمین‌های نیروی غیرلرزه‌ای برای محاسبه و طراحی این ستون‌ها کارشده برگرفته شده است.

فصل اول: مقدمه و مفاهیم کلی رفتار ستون‌های پر شده با بتن (CFT)

۱- ۱ مقدمه ……………………………………………………………………………… ۳

ستون باکسی مرکب ، پر شده با بتن (CFT) به طور روزافزون بعنوان یک ستون یا تیر ستون در سازه‌های بادبندی شده ویا قاب‌های خمشیمورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از مقاطع سرد نوردشده دایره‌ای یا مستطیلی مربعی در ساختمان‌های مختلف با بتنهای پیش تنیده یا درجا ریخته شده در سراسر جهان مرسوم گردیده است، این سازه‌ها با مقاطعی با ابعاد بالا و درجا ریخته شده در ستون‌های اصلی که باید در برابر نیروهای لرزه‌ای مقاوم باشد در ساختمان‌های چند طبقه بادبندی شده و قاب‌های خمشی استفاده شده است. ستون‌های باکسی پرشده با بتن از پلیت جوش شده به هم درست شده‌اند و در ساختمان‌های بلند جهان با ستون‌های دایره‌ای از لوله‌ها استفاده شده است. در مجموع در ژاپن از این روش برای ستون‌های پل به طور معمول استفاده می‌شود. ]۳[

اعضای پرشده با بتن در سازه‌ها یکسری نتایج خوب با مقاطع متعادل ازفولاد، بتن مسلح، و یا فولاد مسلح شده با بتن دارد. وقتی از قاب‌های مرکب از فولاد و بتن شامل مقاطع I شکل در تیرهای اصلی که به صورت مربعی مسطتیلی یا دایره‌ای قاب شده‌اند که این قاب‌ها به طور کامل یا بخشی از آن یا اتصالات آنها گیردار شده‌اند،CFTها باعث یکنواختی عالی و مقاومت زیاد در برابر لرزه در جهت عمود برهم و تناسب خوب برای مقاومت برابر خمش یکطرفه به همراه بار محوری می‌شود.برای طراحی لرزه‌ایCFTها دربخش مقاوم در خمش قاب‌ها نسبت (مقاومت بر وزن) را بسیار بالا می‌برد وبدلیل محبوس‌بودن بتن و بادبندی ممتد، باکس‌های نواری با نسیت بالای (مقاومت بر وزن) از ستون‌های باکسی، باعث تأخیر در کمانش موضعی در آن می‌شود، رفتار استهلاکی تصحیح شده، در مقایسه با قاب‌های فولادی معمولی مشهود می‌باشد و افزایش شکل‌پذیری و سختی فولاد در بیرون محیطی که بطور مؤثر در مقاومت خمشی به خوبی کشش و فشار محوری بطوراجرای عمل می‌کند، قرار می‌گیرد در حالی که فرم‌های‌های بتنی بعنوان یک هسته کمکی بسیار عالی به مقاومت در برابر بارهای فشاری خواهد کرد.

باکس‌های فولادی همچون قاب در سازه عمل می‌کنند و اجرای آنها می‌تواند برای سازه‌های چندطبقه ارجع باشد چون در آنها هزینه کارگری و مصالح را کاهش خواهد داد. هزینه تمام شده اعضا کمتر از هزینه فولاد و به سختی با بتن مسلح بر پایه (مقاومت برهزینه)برابری می‌کند.

تحقیقات اخیر استفاده از بتن مقاومت بالا و یا فولاد با بتن مقاومت بالا رابا موفقیت بیشتری ا نشان داده است]۸-۱۲[. با استفاده از بتن مقاومت بالا، CFTها در هر فوت مربع قویتر از ستون‌های بتنی مسلح معمولی هستند. با این روش قاب‌هایی کوچکتر و سبکتر روی فونداسیون ساخته خواهد شد.

در نیروهای لرزه‌ای، پاسخ سیکلی ستون‌های CFT و اتصالات بوجود آمده در آنها یک منحنی هیسترزیس کامل با جذب انرژی قابل توجه را نشان می‌دهد]۴-۶-۱۳-۱۴[. کاهش قدرت و سختی در این مرحله خصوصاً برای ستون‌های CFT که در آن بتن حکمفرما است، اتفاق می‌افتد]۶-۱۵-۱۶[. ترجیح داده می‌شود که این کاهش بصورت تدریجی و متوسط باشد، خصوصاً برای مصالح نرمال این مهم است. به دلیل سودمندی آن، مقداری از پروژه‌های تحقیقی در حال پیشرفت در سراسر جهان شامل رفتار لرزه‌ای ستون‌های CFT در شروع آن از آمریکا و ژاپن در بخش علوم پایه ملی آمریکا و برنامه‌‌های همکاری تحقیقاتی ژاپن، بر روی ساختمان‌های چندگانه و مرکب بوده است. شکل (۱-۱) پلان یک ساختمان که با قاب‌های CFT در این برنامه تحقیقاتی مرتب شده است. استفاده از ستون‌های CFT در چند دهانه در تمام جهت‌های اصلی از کم به زیاد در سازه باعث افزایش ظرفیت ستون‌های CFT در حین لرزه برای هر دو جهت قاب‌ها می‌شود.

این تحقیقات بخش کوچکی از مبحث ستون‌های پرشده با بتن در پاسخ لرزه‌ای ساختمان‌ها می‌باشد. پیشرفت در فهم رفتار CFTها به نسبت ساختمان‌های با مقاطع توخالی در طول ۴۰ سال گذشته و تعداد زیاد تحقیقات مرتبط بر روی رفتار مقاطع توخالی در سازه‌ها کامل‌کننده این تحقیقات برای ستون‌های CFT می‌باشد. هر چند فقط در دو دهه گذشته مقدار قابل توجهی تحقیقات روی پاسخ  لرزه‌ای سیکلی بر روی CFTها انجام شده که در مناطق زلزله‌خیز مورد استفاده قرار گرفته شد.

مباحث بسیار دقیق بر روی لوله‌های دایره‌ای سرد نوردشده و مقاطع مربعی یا باکس‌های چهاروجهی، با داشتن خط جوش ممتد که در کارخانه انجام شده است. در این تحقیق هدف محدود به ستون‌های CFT که به طور کامل با بتن پرشده‌ و تیرهای طولی یا متصل‌کننده‌های برشی در آن تعبیه شده‌اند، می‌باشد. رفتار ستون‌های پرشده به بتن و یا ستون‌های دایره با قطر بزرگ، لوله‌های دایره‌ای ساخته شده به ورقهای نازک پرشده با بتن که در اینجا به طور کامل تحقیق نشده‌اند، خواننده می‌تواند برای بحث در این زمینه به مراجع دیگری مراجعه کند]۲-۳-۱۹[. تحقیق بر روی تیرهای با پروفیل I شکل متصل شده به ستون‌های CFT به طور مختصر توضیح داده شده است.

۱-۲ رفتار یکنواخت ستون‌های باکسی پرشده با بتن (CFT) (مقاومت محوری و سختی) . ۵

۱-۳ مقاومت خمشی و سختی …………………………………………………………… ۷

۱-۴ مقاومت تیر ستون …………………………………………………………………. ۸

۱-۵ مقاومت پیچشی و سختی …………………………………………………………… ۹

۱-۶ خزش و جمع شدگی در CFTها ……………………………………………………. ۱۰

۱-۷ تنش پسماند در CFTها …………………………………………………………….. ۱۰

۱-۸ رفتار چرخه‌ای باکس‌های فولادی پرشده با بتن …………………………………… ۱۰

۱-۹ طراحی ستون‌های باکسی فلزی پر شده با بتن …………………………………….. ۱۴

فصل دوم: آزمایشات اعضای CFT و نتایج

۲-۱ بررسی آزمایشات بر روی ستون‌های CFT و نتایج ………………………………. ۱۸

۲-۲ نوع المان و مش بندی در محاسبه …………………………………………………. ۱۹

۲-۳ آماده سازی نمونه‌ها ……………………………………………………………….. ۲۰

۲-۴ تجهیزات اعمال بار سیکلی ……………………………………………………….. ۲۲

۲-۵ مدهای خرابی ……………………………………………………………………… ۲۲

۲-۶ نتایج این آزمایشات ………………………………………………………………… ۳۰

 فصل سوم: اثرات پیش بارگذاری روی اعضای CFT

۳-۱ نگاهی به پیش بارگذاری بر ستون‌های فلزی پر شده با بتن ………………………. ۳۳

۳-۲ مطالعات انجام شده بر روی ستون‌های فلزی پرشده بابتن بر اثر پیش بارگذاری …. ۳۳

۳-۳ تحلیل تئوریک …………………………………………………………………….. ۳۷

۳-۴ تحقیقات آزمایشگاهی ……………………………………………………………… ۴۳

۳-۵ جزئیات نمونه‌های آزمایش ………………………………………………………… ۴۳

۳-۶ نتایج آزمایش و مشاهدات …………………………………………………………. ۴۶

۳-۷ بررسی نتایج دیگر آزمایشات منتشر شده …………………………………………. ۵۶

۳-۸ تحلیل المان محدود …………………………………………………………………. ۵۷

۳-۹ کالیبره کردن و مدلسازی عددی ……………………………………………………. ۵۷

۳-۱۰ نتایج عددی ………………………………………………………………………. ۶۰

۳-۱۱ یک روند گام به گام طراحی …………………………………………………….. ۶۱

۳-۱۲ نتیجه‌گیری ……………………………………………………………………….. ۶۲

فصل چهارم: نکات آیین‌نامه‌ای در طراحی اعضای CFT

۴-۱ نکات آیین‌نامه‌ای در ستون‌های مختلط ……………………………………………. ۶۵

فصل پنجم: نتیجه گیری

۵-۱ نتیجه‌گیری …………………………………………………………………………. ۷۲

با توجه به کاربرد روزافزون ستون‌های قوطی پرشده با بتن در ساختماهای بلند وعملکرد مناسب این ستون‌ها در برابر زلزله از یک طرف و لرزه خیزی اکثر مناطق کشور ازطرف دیگر سعی شده است در این مطالعه رفتار این ستون‌ها در برابر بارگذاری جانبیزلزله بررسی شود. در این مطالعه علاوه بر بررسی رفتار خمشی این ستون‌ها در برابرترکیب بارگذاری ثقلی و جانبی سیکلیک رفتار برشی آنها نیز بررسی شده است. با توجه بهاهمیت شکل‌پذیری و ظرفیت جذب انرژی اعضا سازه ای در برابر زلزله، این مقادیر نیز بهطور مفصل مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با توجه به لزوم پیوستگی و هماهنگیفولاد و بتن در مقاطع مرکب، چسبندگی و پارامترهای مؤثر بر مقاومت چسبندگی درستون‌های مرکب نیز مورد بررسی قرارگرفته است. روشی سازگار با آیین‌نامه‌های معتبربرای طراحی ستون‌های قوطی پرشده با بتن در هر دو حالت ستون کوتاه و ستون لاغر نیزارائه گشته است. نشان داده شده است که ستون که ستون قوطی پرشده با بتن علاوه برمقاومت و رفتار خمشی و برشی مطلوب شکل‌پذیری خوبی داشته و از ظرفیت جذب انرژی قابل توجه ای نیز برخوردار است. به علاوه از روند طراحی ساده ای برخودار بوده و برایطراحی دفتری کاملاً مناسب است. خصوصیات فوق ستون‌های قوطی پرشده با بتن را به صورتاعضا سازه ای بسیار مناسب و ممتاز برای ساختمان‌های بلند در مناطق زلزله خیز معرفیمی‌کند.

رفتار خمشی و شکل‌پذیری و ظرفیت جذب انرژی ستون‌های قوطی پرشده با بتن مورد بررسی قرارگرفته است و نشان داده شده است که این مقادیر بهپارامترهای زیادی منجمله نسبت عرض به ضخامت ورق فولادی، ضریب لاغری ستون، طویل شدگی بتن در ستون، نوع بتن و فولاد، تعداد سیکل بارگذاری، بار محوری، گل میخبرشگیر بر پوسته فولادی بستگی داشته و نحوه ارتباط آنها نیز بررسی شده است.

باتوجه به ضخامت قوطی فولادی در ستون مرکب، این ستون‌ها معمولاً ظرفیت برشی بسیاربالایی از خود نشان داده و عمدتاً در مورد خمشی گسیخته می‌شوند. رفتار برشی ستون‌هایقوطی پرشده با بتن در ستون‌های کوتاه که در آنها برش بیشترین تأثیر را دارد، که حتی در این حالتنیز ستون‌های قوطی پرشده با بتن، از نظر برشی رفتار بسیار مناسب از خودنشان می‌دهند.

با توجه به فرم سازگاری کرنشها در نقاط تماس بتن و فولاد، چسبندگی بینفولاد و بتن در ستون‌های مرکب و نحوه تأثیر پارامترهاییچون سن بتن سایز، دما، شرایط نگهداری بتن و انقباض بر مقاومت چسبندگی مشخص شدهاست.

سعی شده است روش برای طراحی ستون‌های قوطی پرشده با بتن،ارائهشود که علاوه بر هماهنگی با آیین‌نامه‌های معتبر، برای طراحی دفاتر مهندسی کاملاًعملی و مناسب باشد. بدین منظور روش گام به گام طراحی ستون قوطی پرشده با بتن در دوحالت ستون کوتاه و ستون لاغر آورده شده است و نشان داده شده است که با استفاده ازستون قوطی فولادی پرشده با بتن در مقایسه با قوطی فولادی از تغییرمکان جانبی کمتر وشکل‌پذیری بیشتری برخوردار بوده و رفتار  لرزه‌ای مناسبتری از خود نشان می‌دهند.

مراجع …………………………………………………………………………………… ۷۴

پیوست‌ها ………………………………………………………………………………… ۸۴

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت