تحلیل غیر ارتجاعی ساختمانهای فولادی با سیستم بادبند دروازه ای تحت تاثیر نیروی زلزله

جزئیات و دریافت

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.

فهرست مطالب

چکیده .........................................................................................................................١
علایم  ......................................................................................................................... ٢
مقدمه  ..........................................................................................................................5
هدف تحقیق ....................................................................................................................................8
روش انجام کار ...............................................................................................................................9
فصل اول : بررسی اجمالی انواع مختلف سیستم های مهاربندی
مقدمه  ...........................................................................................................................................11
١-١- سیستم های مهاربندی در فلسفه جدید طراحی ..................................................................13
١-٢ - چند نمونه از خرابی بادبند ها در زلزله های شدید ...........................................................15
١-٣ - انواع سیستم ساختمانهاي اسکلت فولادي .........................................................................19
١-٣-١- مهار بندي هاي هم محور ..............................................................................................20
١-٣-١-١- بادبند های ضربدری ..................................................................................................22
١-٣-١-٢- بادبند های قطری .......................................................................................................23
١-٣-١-٣- بادبند شورن ٧ و ٨ ....................................................................................................23
١-٣-١-٤- بادبند های K ............................................................................................................24
١-٣-٢- مهار برون محور .............................................................................................................27
١-٣-٢-١- ترکیب سيستم مهاربندي شده واگرا با سیستم های سازه ای دیگر ............................30
١-٣-٣- مهاربند زانوئی.................................................................................................................31
١-٣-٤- معرفی بادبندهای دروازه ای............................................................................................33
١-٤- مقایسه تاثیر استفاده از بادبند دروازه ای ، هم محور ضربدری و برون محور در یک قاب دو طبقه ..............................................................................................................................................36
فصل دوم : مطالعه ضریب رفتار و بررسی رفتار لرزه ای قاب با مهاربند دروازه ای تحت تحلیل استاتیکی غیر خطی با تغییر موقعیت گره میانی
مقدمه ............................................................................................................................................40
٢-١- نواقص طرح برمبنای مقاومت  ...........................................................................................41
٢-٢- انواع روش های محاسبه R.................................................................................................43
٢-٣- ضریب رفتار .......................................................................................................................44
٢-٣-١- عوامل مؤثر بر ضریب رفتار ...........................................................................................45
٢-٣-١-١- ضریب کاهش بر اثر شکل پذیري .............................................................................45
٢-٣-١-٢- ضریب مقاومت افزون Ω یا Rs ...............................................................................47
٢-٣-١-٣- ضریب تنش مجاز Y ................................................................................................47
٢-٣-٢- تعیین ضریب رفتار .........................................................................................................46
٢-٤- تحلیل استاتیکی غیرخطی Pushover .................................................................................49
٢-٤-١- فرضيات روش تحليل استاتيكي غير خطي  ...................................................................51
٢-٤-٢- مزايا روش استاتيكي غير خطي ......................................................................................51
٢-٤-٣- محدودیتهای آنالیز استاتیکی غیر خطی ..........................................................................52
٢-٤-٤- طریقه اعمال بار در آنالیز استاتیکی غیر خطی.................................................................53
٢-٤-٦- روش های تعیین تغییر مکان هدف ................................................................................53
٢-٤-٦-١- روش طیف ظرفیت ...................................................................................................53
٢-٤-٦-٢- سیستم یک درجه آزادی معادل .................................................................................56
٢-٤-٦-٣- روش آنالیز دینامیکی الاستیک ...................................................................................56
٢-٥-  تشریح کامل روش طیف ظرفیت ......................................................................................56
٢-٥-1-الگوی بارگذاری ..............................................................................................................57
٢-٥-1-١- توزیع نوع اول ...........................................................................................................57
٢-٥-1-٢- توزیع نوع دوم ...........................................................................................................58
٢-٥-2- تعریف مفاصل پلاستیک   .............................................................................................58
٢-٦- روش نوين دوخطي سازي منحني Pushover براي ارزيابي لرزهاي سازه هاي فولادي...........................................................................................................................................60
٢-٦-١- روش پيشنهادي  ATC – 40..........................................................................................60
٢-٦-٢- روش پيشنهادي جديد.....................................................................................................61
٢-٧- مدل سازی، بررسی خروجی های نرم افزار و تعیین ضریب رفتار قاب با سیستم مهاربند دروازه ای.......................................................................................................................................62
٢-٧-١- تشریح مدل و هندسه سازه ............................................................................................63
٢-٧-٢- بارگذاری سازه ...............................................................................................................65
٢-٧-٣- مدلسازی بادبندهای دروازه ای در برنامه  SAP2000  ..................................................66
٢-٧-٤- تعریف بارگذاری تحلیل غیر خطی (پوش) ...................................................................68
٢-٧-٤-١- تعریف مفاصل پلاستیک ...........................................................................................69
٢-٧-٤-٢- نحوه معرفي مفاصل پلاستيك اعضاء در آناليز پوش آور ..........................................71
٢-٧-٤-٢-١- مفاصل پلاستيك در ستون ها ...............................................................................71
٢-٧-٤-٢-٢- مفاصل پلاستيك دربادبند ها .................................................................................71
٢-٧-٤-٢-٣- مفاصل پلاستيك درتیر ها .....................................................................................٧٢
٢-٧-٥- فرايند تحليل استاتيكي غير خطي درنرم افزار ................................................................٧٢
٢-٧-٦- بررسی رفتار قاب با بادبند ضربدری و قاب با مهاربند دروازه ای در تحلیلی استاتیکی غیرخطی ........................................................................................................................................76
٢-٧-٧- مراحل تعیین ضریب رفتار .............................................................................................79
٢-٨- بررسي تاثيرات خروج از مركزيت گره مياني بادبند دروازه ای  بر رفتار قاب.....................82
٢-۹- تاثیر ارتفاع طبقات برروی سختی، شکل پذیری و ظریب رفتار بادبند دروازه ای ..............85
٢-١٠- بررسی معیار تغییر مکان ...................................................................................................87
فصل سوم: تحلیل غیر ارتجاعی و مقایسه عملکرد قاب های فولادی با مهاربند دروازه ای، ضربدری و برون محور
مقدمه ............................................................................................................................................89
٣- ١- تفاوت تحليل هاي خطی و غير خطي................................................................................91
٣-٢- رفتار غیر خطی سازه ها.......................................................................................................94
٣-٣- رفتار خطی و غیر خطی فولاد..............................................................................................95
٣-٣-١- رفتار فولاد در بارهای رفت و برگشتی (منحنی هیسترزیس یا چرخه ای)......................96
٣-٤- تحليل هاي غير خطي و انواع تحلیل های غیر خطی دینامیکی...........................................۹8
٣-٤-١- آناليز ديناميكي با استفاده از طيف پاسخ غير خطي RSA................................................99
٣-٤-٢- تحليل هاي غير خطي ديناميكي NDA...........................................................................99
٣-٤-٢-١- تحليل ديناميكي افزايشي IDA.................................................................................100
٣-٤-٢-٢-آناليز تاريخچه زماني غير خطي  RHA.....................................................................101
٣-٤-٢-٢-١- قواعد روش آنالیز دینامیکی غیر خطی به روش تاریخچه زمانی.........................١٠3
٣-٥- مشخصات شتاب نگاشت ها و اصلاح آن ها....................................................................104
٣-٦- بررسی رفتار شکل پذیر و لرزه ای بادبند ضربدری...........................................................107
٣-٦-١- انواع بادبندهاي ضربدری..............................................................................................108
٣-٦-٢-تشريح رفتار سيكلي غيرارتجاعي...................................................................................110
٣-٦-٣-اتصالات وسط بادبند ضربدری......................................................................................١١1
٣-٧- بررسی رفتار شکل پذیر و لرزه ای بادبند برون محورEBF...............................................113
٣-٧-١- بررسی پارامتر های لرزه ای بادبند واگرا بر اساس نسبت   ....................................116
٣-٧-١-١- سختی قاب...............................................................................................................١١٧
٣-٧-١-٢- مقاومت قاب............................................................................................................117
٣-٧-١-٣- پریود طبیعی.............................................................................................................118
٣-٧-١-٤- مکانیسم جذب انرژی...............................................................................................118
٣-٨- بررسی رفتار شکل پذیر و لرزه ای بادبند دروازه ای........................................................ 119
٣-٨-١- بررسی رفتار اعضای مهاربند دروازه ای در کشش........................................................120
٣-٨-٢- بررسی رفتار اعضای مهاربند دروازه ای در فشار..........................................................123
٣-۹- بررسی و مقایسه منحنی هیسترزیس بادبند های دوازه ای، ضربدری و برون محور..........124
٣-۹-١- شکل پذیری..................................................................................................................124
٣-۹-١-١- شکل پذیری سازه....................................................................................................125
٣-۹-٢- منحنی رفتار حلقوی......................................................................................................126
٣-۹-٢-١- تحلیل قاب های یک طبقه با مهاربند دروازه ای، ضربدری و برون محور تحت اثر بارهای تناوبی...............................................................................................................................128
٣-١٠- مدل سازی وانجام تحلیل دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی وتحلیل استاتیکی غیر خطی و بررسی نتایج.............................................................................................................................................130
٣-١٠-١- تشریح مدل و هندسه ی سازه....................................................................................131
٣-١٠-٢- بارگذاری سازه برای تحلیل خطی..............................................................................133
٣-١٠-٣- تعریف مشخصات مصالح به صورت غیرخطی به برنامه............................................136
٣-١٠-٤- مراحل آماده سازی شتاب نگاشت ها برای انجام تحلیل دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی............................................................................................................................................137
٣-١٠-٤-١- دانلود شتاب نگاشت ها.........................................................................................138
٣-١٠-٤-٢-استفاده از نرم افزار SeismoSignal  ......................................................................138
٣-١٠-٤-٣- بدست آوردن ضرایب مقیاس.................................................................................141
٣-١٠-٥- تعریف مفاصل پلاستیک (به روش FEMA356 ) ....................................................144 
٣-١٠-٥-١- تعریف مفاصل پلاستیک در تیرها..........................................................................144
٣-١٠-٥-٢- تعریف مفاصل پلاستیک در مهاربندها...................................................................147
٣-١٠-٥-٣- تعریف مفاصل پلاستیک در ستون ها.....................................................................147
٣-١٠-٦- معرفی سه زوج شتاب نگاشت به نرم افزار................................................................150
٣-١٠-٧- معرفی حالات تاریخچه زمانی به نرم افزار.................................................................150
٣-١٠-٧-١- تنظیم پارامتر های انتگرال گیری زمان....................................................................151
٣-١٠-٧-٢- حالات تحلیل غیر خطی........................................................................................151
٣-١٠-٧-٣- میرایی سازه............................................................................................................152
٣-١٠-٨- نتایج تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی سازه................................................................152
٣-١٠-٨-١- کنترل معیار پذیرش و مقایسه تشکیل مفاصل پلاستیک.........................................152
٣-١٠-٨-٢- بررسی توابع جابجایی قاب ها و جابجایی ماکسیمم قاب ها.................................154
٣-١٠-٨-٣- بررسی منحنی های هیسترزیس قاب ها ................................................................156
٣-١٠-٨-٤- منحنی برش پایه قاب ها .......................................................................................158
٣-١٠-۹ - انجام تحلیل استاتیکی غیر خطی برای مقایسه پارامتر های لرزه ای قاب ها.............159
٣-١٠-۹ –١- مقایسه پارامتر های لرزه ای بادبند دروازه ای، ضربدری و برون محور................160
فصل چهارم : بررسی کمانش اعضا و ضريب طول موثر در بادبند دروازه ای
مقدمه ..........................................................................................................................................162
٤-١- کمانش...............................................................................................................................164
٤-٢- تحليل پايداري قاب ها......................................................................................................165
٤-٢-١- تحليل كيفي پايداري يك قاب ساده..............................................................................165
٤-٣- پایداری بادبند ها...............................................................................................................167
٤-٤- تاثير نيروي محوري بر روي سختي خمشي - استخراج رابطه شيب - افت اصلاح شده..............................................................................................................................................169
٤-٥- تعيين نيروهاي محوري اعضاي مورب..............................................................................١٧٠
٤-٦- مدل سازي وفرمول بندي..................................................................................................١٧2
٤-٦-١- تعیین بار کمانشی سیستم مهاربند دروازه ای با فرض تغییر شکل های کوچک...........172
٤-٦-٢- تعیین بار کمانشی سیستم مهاربند دروازه ای با فرض تغییر شکل های بزرگ..............176
٤-٧- تاثیر موقعیت گره میانی در مقدار بار کمانش خارج از صفحه...........................................١٧٨
٤-٨- محاسبه ضريب طول موثر.................................................................................................١٧۹
٤-۹- کمانش خارج از صفحه در برابر کمانش داخل صفحه......................................................١٨٠
٤-١٠- بررسی اتصال گره میانی در بادبند دروازه ای..................................................................182
٤-١١- اجرای بادبند دروازه ای بصورت بادبند کمانش ناپذیر....................................................١٨٦
٤-١١-١-تحليل پايداري مهاربندهاي کمانش ناپذیر...................................................................191
٤-١١-١-١- تحليل بر اساس تئوري هاي پايداري.....................................................................191
٤-١١-١-٢- تحليل بر اساس مثال عددي...................................................................................١۹٢
٤-١٢- نمودارهايي جهت تعيين بار كمانشي و ضريب طول مؤثر با ذکر یک مثال.................١۹٣
فصل پنجم : مرور نتایج .................................................................................................٢٠2
منابع...........................................................................................................................................206
فهرست جدول ها
جدول 1-1 – تعیین Wo (1'Ì 3Ì3*E G'Ì 3'2G 'Ì...............................................................................................................26
جدول 1-2 – مقاطع استفاده شده............................................................................................................................................36
جدول 1-3- محاسبه ضریب رفتار و ضریب...........................................................................................................................37
جدول2-1- قاب های مهاربندی شده ساختمان.......................................................................................................................65
جدول2-2 – ضریب رفتار و ضریب زلزله برای جهت های متعامد........................................................................................66
جدول2-3 - مقادير تقريبي ضريب  Co..................................................................................................................................73
جدول2-4- محاسبه Cm.........................................................................................................................................................74
جدول 2-5 – محاسبه C2.......................................................................................................................................................74
جدول 2-6- استخراج اطلاعات نمودار پوش آور از برنامه SAP..........................................................................................81
جدول 2-7- روش نیومارک و هال برای محاسبه  ضریب کاهش شکل پذیري......................................................................81
جدول 2-8- محاسبه ظریف رفتار...........................................................................................................................................82
جدول 2-9- پارامترهای لرزه ای سازه در حالت های مختلف موقعیت گره میانی..................................................................83
جدول2-10 – پارامتر های لرزه ای قاب ٨ طبقه با مهاربند دروازه ای با تغییر موقعیت گره میانی..........................................87
جدول2-11 – پارامتر های لرزه ای قاب ١٢ طبقه با مهاربند دروازه ای با تغییر موقعیت گره میانی........................................86
جدول2-12- تغییر مکان طبقات با حالت های مختلف موقعیت گره میانی.............................................................................87
جدول2-13– جابجایی طبقات استخراج شده از گام آخر تحلیل............................................................................................88
جدول3-1- آرایش مهاربند ها...............................................................................................................................................131
جدول3-2 – ضریب زلزله قاب ها........................................................................................................................................135
جدول 3-3– مقاطع استفاده شده در ساختمان.......................................................................................................................135
جدول3-4 – بدست آوردن ضرایب مقیاس...........................................................................................................................145
جدول 3-5– پارامترهاي مدل سازي و معيارهاي پذيرش برای تیر پیوند...............................................................................145
جدول 3-6- پارامترهاي مدل سازي و معيارهاي پذيرش برای تیرها در خمش....................................................................145
جدول 3-7- پارامترهاي مدل سازي و معيارهاي پذيرش ستون ها.......................................................................................148
جدول 3-8 – محاسبه سختی قاب ها....................................................................................................................................161
جدول 4-1- طول موثر اعضا با تکیه گاه های مختلف..........................................................................................................168

فهرست نمودار ها
نمودار2-1 - نمودار بار- تغييرمكان يا منحني ظرفيت.............................................................................................................50
نمودار2-2 - منحنی ظرفیت.....................................................................................................................................................53
نمودار2-3- تبدیل منحنی ظریف به طیف ظرفیت...................................................................................................................53
نمودار2-4- طیف تقاضای طرح..............................................................................................................................................54
نمودار2-5 - طیف نیاز و ظرفیت.............................................................................................................................................54
نمودار 2 -6 - تعیین تخمیین فاصله حداکثر با مسیر تکرار.....................................................................................................54
نمودار2-7 - نتیجه افزایش تغییر شکل بر عملکرد سازه ........................................................................................................55
نمودار2-8 - مفاصل پلاستیک تیپ شده در آیین نامه ها.........................................................................................................59
نمودار2-9-الف- دو خطی سازی منحنی پوش آور با سختی مثببت بعد از تسلیم..................................................................60
نمودار2-9-ب- دو خطی سازی منحنی پوش آور با سختی منفی بعد از تسلیم......................................................................60
نمودار2-10-الف- منحني  پوش آور واقعي و دوخطي سازي آن طبق 40- ATC.............................................................62
نمودار2-10-ب- روش پيشنهاد ی جدید  براي ايده آل سازي دوخطي منحني پوش آور....................................................62
نمودار2-11  - منحنی مفصل خمیری نیروی محوری در FEMA356 ونشریه ٣٦٠............................................................69
نمودار2-12  - منحنی مفصل خمیری نیروی محوری و ممان خمشی در FEMA356 ونشریه ٣٦٠...................................70
نمودار2-13  - منحنی مفصل خمیری نیروی برشی در FEMA356 ونشریه ٣٦٠...............................................................70
نمودار2-14 -الف- منحنی Pushover قاب ٤ طبقه با بادبند دروازه ای مدل ١....................................................................73
نمودار2-14-ب - دوخطي سازي منحني Pushover قاب ٤ طبقه با بادبند دروازه ای مدل ١.............................................73
نمودار2-15-الف- نمودار Pushover قاب با بادبند ضربدری .............................................................................................78
نمودار2-15-ب- دو خطی سازی نمودار Pushover قاب با بادبند ضربدری......................................................................77
نمودار2-16- سطوح عملکرد سازه ای در منحنی پوش آور ..................................................................................................78
نمودار2-17 -الف- نقطه عملکرد قاب با بادبند دروازه ای.....................................................................................................78
نمودار2-17 -ب- نقطه عملکرد قاب با بادبند ضربدری.........................................................................................................78
نمودار 3-1- تغییرات مقاومت خمیری قاب با مقادیر e/L...................................................................................................117
نمودار 3-2 - تغییر دوران مورد نیاز e/L..............................................................................................................................119
نمودار 3-3- منحنی تنش کرنش اجسام ترد و شکل پذیر.....................................................................................................125
نمودار3-4- شکل رفتار سازه تحت بار افقی تکراری الف) رفتار ثابت ب) رفتار کاهنده.....................................................127
نمودار3-5- منحنی هیسترزیس قاب با بادبند دروازه ای ......................................................................................................128
نمودار3-6- منحنی هیسترزیس قاب با بادبند ضربدری .......................................................................................................129
نمودار3-7- منحنی هیسترزیس قاب با بادبند برون محور ....................................................................................................129
نمودار3-8- طیف پاسخ ترکیبی شتاب نگاشت زلزله تبریز...................................................................................................141
نمودار3-9- طیف پاسخ ترکیبی شتاب نگاشت زلزله رودبار.................................................................................................141
نمودار3-10- طیف پاسخ ترکیبی شتاب نگاشت زلزله طبس................................................................................................142
نمودار3-11- طیف بازتاب آیین نامه ٢٨٠٠ و طیف میانگین سه زلزله..................................................................................142
نمودار3-12- مفاصل پلاستیک تیپ شده در آیین نامه .........................................................................................................147
نمودار3-13- توابع جابجایی ماکسیمم قاب ها  ...................................................................................................................156
نمودار3-14- منحنی هیسترزیس قاب ها...............................................................................................................................157
نمودار3-15 – نمودار برش پایه قاب با بادبند دروازه ای......................................................................................................158
نمودار3-16 - تن برش پایه قاب قاب با بادبند برون محور..................................................................................................158
نمودار3-17 - نمودار برش پایه قاب با بادبند ضربدری........................................................................................................159
نمودار3-18- نمودار پوش آور قاب با مهاربند ضربدری......................................................................................................159
نمودار3-19- نمودار پوش آور قاب با مهاربند دروازه ای.....................................................................................................160
نمودار3-20- نمودار پوش آور قاب با مهاربند برون محور...................................................................................................160
نمودار4-1- نمودار تعیین بار کمانشی سیستم بادبند دروازه ای.............................................................................................194
نمودار4-2- نمودار تعیین بار کمانشی سیستم بادبند دروازه ای.............................................................................................195
نمودار4-3- نمودار تعیین بار کمانشی سیستم بادبند دروازه ای.............................................................................................195
نمودار4-4- نمودار تعیین بار کمانشی سیستم بادبند دروازه ای.............................................................................................196
نمودار4-5- نمودار تعيين ضريب طول موثر بادبند دروازه ای...............................................................................................196
نمودار4-6- نمودار تعيين ضريب طول موثر بادبند دروازه ای...............................................................................................197
نمودار4-7- نمودار تعيين ضريب طول موثر بادبند دروازه ای...............................................................................................197
نمودار4-8- نمودار تعيين ضريب طول موثر بادبند دروازه ای...............................................................................................198
نمودار4-9- استخراج PL^2/EI  وK  از جدول ................................................................................................................200

فهرست شکل ها
شکل 1-1 - بادبند هم محور(چپ) بادبند برون محور (راست) ............................................................................................20
شکل 1-2 - اشكال مختلف بادبندهاي همگرا.........................................................................................................................22
شکل 1-3- بادبند های ضربدری.............................................................................................................................................22
شکل 1-4- بادبند قطری..........................................................................................................................................................23
شکل 1-5 - بادبند شورن ٧ و ٨..............................................................................................................................................23
شکل 1-6-  نحوه عملکرد بادبند شورن..................................................................................................................................24
شکل 1-7- استفاده از ستون های دوخت................................................................................................................................24
شکل 1-8- استفاده از پیکربندی مدول ٣................................................................................................................................24
شکل 1-9- بادبند K................................................................................................................................................................25
شکل 1-10 - اشکال مختلف مهاربند برون محور...................................................................................................................28
شکل1-11 - تیر پیوند.............................................................................................................................................................29
شکل 1-12 - بادبند زانويي.....................................................................................................................................................32
شکل 1-13 – بادبند دروازه ای و چگونگی تامین فضای مناسب برای بازشو.........................................................................34
شکل 1-14 - مسیر انتقال نیروی جانبی توسط اعضای قاب...................................................................................................35
شکل 1-15 – نسبت تنش اعضا و تغییر شکل در بادبند دروازه ای.........................................................................................37
شکل 1-16 - نسبت تنش اعضا و تغییر شکل در بادبند ضربدری..........................................................................................37
شکل 1-17 - نسبت تنش اعضا و تغییر شکل در بادبند برون محور.......................................................................................38
شکل 1-18– تنش اعضا در بادبند دروازه ای با تغییر موقعیت گره میانی(از راست به چپ الف، ب، پ) ............................38
شکل2-1- رفتار کلی یک سازه متعارف..................................................................................................................................44
شکل 2-2- حالت های مختلف توزیع بار جانبی در تحلیل استاتیکی غیر خطی.....................................................................58
شکل 2-3 - بادبند دروازه ای استفاده شده در قاب ها ...........................................................................................................63
شکل 2-4- مشخصات فولاد مورد استفاده..............................................................................................................................64
شکل 2-5- پلان ساختمانهای طراحی شده و نمایش محل قرارگیری بادبندها........................................................................64
شکل 2-6- موقعیت گره میانی از محل اتصال تیر به ستون.....................................................................................................67
شکل 2-7- هندسه قاب ٤ طبقه با بادبند دروازه ای................................................................................................................68
شکل 2-8- نحوه ی تشکیل مکانیزم در قاب با بادبند ضربدری و دروازه ای.........................................................................71
شکل 2-9-الف - تشکیل مفصل پلاستیک در قاب با مهاربند دروازه ای................................................................................78
شکل 2-9-ب - تشکیل مفصل پلاستیک در قاب با مهاربند ضربدری....................................................................................78
شکل2-10- حالت های مختلف خروج از مرکزیت گره میانی................................................................................................83
شکل 3-1- منحنی تنش- کرنش واقعی فولاد.........................................................................................................................95
شکل 3-2 - نمودار ایده ایده آل شده تنش و کرنش فولاد......................................................................................................95
شکل 3-3 - منحنی بارگذاری و بار برداری در حالت خطی...................................................................................................96
شکل 3-4 - منحنی بارگذاری و باربرداری در حالت غیر خطی..............................................................................................96
شکل 3-5 - انرژی تلف شده و انرژی قابل بازیابی.................................................................................................................97
شکل 3-6- بادبند ضربدری با طراحی اعضای قوی..............................................................................................................108
شکل 3-7 – بادبند ضربدری با طراحی اعضای شکل پذیر...................................................................................................109
شکل 3-8- منحني هيسترزيس بادبندهای ضربدری فقط کششی..........................................................................................111
شکل 3-9- اتصال مفصلي بادبند ضربدری............................................................................................................................112
شکل 3-10- اتصال پيوسته بادبند ضربدری..........................................................................................................................112
شکل 3-11- مهاربندی واگرا وجزئیات تیر پیوند..................................................................................................................115
شکل 3-12- مشخصات بادبند برون محور EBF................................................................................................................117
شکل 3-13- تعریف پارامتر e...............................................................................................................................................120
شکل 3-14- بادبند دروازه ای در کشش...............................................................................................................................121
شکل3-18- هندسه بادبند دروازه ای استفاده شده در مدل ها...............................................................................................133
شکل3-19- هندسه بادبند برون محور استفاده شده در مدل ها.............................................................................................133
شکل3-20 - مشخصات فولاد مصرفی..................................................................................................................................135
شکل 3-21– تحلیل و طراحی خطی و کنترل کفایت مقاطع.................................................................................................136
شکل 3-22 -  نمودار تنش کرنش مصالح.............................................................................................................................137
شکل 3-27– تعریف مفصل پلاستیک برای تیر پیوند............................................................................................................146
شکل 3-28- تعریف مفصل پلاستیک برای Box 20x1.....................................................................................................149
شکل 3-29- تشکیل مفاصل پلاستیک در اعضای قابهای تحت بررسی................................................................................153
شکل4-1- کمانش قاب بدون حرکت جانبی.........................................................................................................................167
شکل 4-2- کمانش قاب با حرکت جانبی.............................................................................................................................167
شکل 4-3- قاب با بادبند دروازه ای......................................................................................................................................171
شکل 4-4- قاب با بادبند غیر هندسی که عملکردی شبیه به بادبند دروازه ای دارد..............................................................172
شکل 4-5- نحوه تشکیل مکانیزم در صفحه، در قاب با مهاربند دروازه ای...........................................................................173
شکل 4-6- محور اصلی داخل صفحه اعضا و دستگاه مختصات..........................................................................................177
شکل 4-7 - تعریف مختصات گره میانی در قاب.................................................................................................................178
شکل 4-8 - اتصال مهاربندهای از نوع I در نقطه سه شاخه.................................................................................................183
شکل 4-9- اتصال مهاربند های قوطی شکل در سه نقطه......................................................................................................184
شکل4-10-الف - بادبند دروازه ای و اتصال پیوسته دو عضو..............................................................................................184
شکل4-10- ب - بادبند دروازه ای و اتصال پیوسته سه عضو..............................................................................................184
شکل4-11- ارايه روش جلوگيري از كمانش (كمانش در مودهاي بالاتر در هسته فولادي) ................................................187
شکل4-12- بادبند کمانش ناپذیر: هسته فلزی + غلاف........................................................................................................188
شکل4-13- مقطع بادبند کمانش ناپذیر.................................................................................................................................188
شکل 4-14 – تغییر المان های کششی و فشاری در بادبند دروازه ای .................................................................................189

فهرست تصاویر
تصویر 1-1 - کمانش موضعی در بادبندها .............................................................................................................................16
تصویر 1-2 -کمانش بادبند در فشار .......................................................................................................................................16
تصویر 1-3 - شکست مقطع خالص مقطع در پیچ ها..............................................................................................................17
تصویر 1-4 - اعوجاج شدید تیر بدون تکیه گاه جانبی در محل اتصال به بادبند ها................................................................17
تصویر 1- 5- گسیختگی اتصالات جوشی بادبندها.................................................................................................................18
تصویر 1-6  - گسیختگی جوش ............................................................................................................................................18
تصویر1-7 - نمونه ای از ماکت بادبند دروازه ای برای تحقیقات آزمایشگاهی ......................................................................36
تصویر3-1- اتصال پيوسته بادبندها در وسط.........................................................................................................................113
تصویر3-2- اين عكس به موازات ورق اتصال گرفته شده است...........................................................................................113
تصویر3-3- نمونه اجرا شده از بادبند برون محورEBF.......................................................................................................114
تصویر4-1- کمانش خارج از صفحه بادبند دروازه ای..........................................................................................................163
تصویر4-2- اتصال ناصحیح گره میانی در بادبند دروازه ای..................................................................................................183
تصویر4-3- اتصال نامناسب بادبند به ورق اتصال( زلزله بم) ...............................................................................................186
تصویر4-4- استفاده از مقطع نامناسب برای مهاربند( زلزله بم) ............................................................................................186
تصویر4-5- بادبند دروازه ای با مهاربند کمانش ناپذیر..........................................................................................................190
تصویر4-6- جزئیات اجرای بادبند دروازه ای با مهاربند کمانش ناپذیر.................................................................................190

چکیده :
يكي ازروش هاي مقاوم سازي ساختمان در مقابل بارهاي جانبي استفاده از سيستم بادبندي (همگرا يا واگرا) مي باشد. کاربرد روزافزون مهاربندهاي فولادي براي مقابله با نيروهاي زلزله ایجاب می‌کند که عملکرد لرزه‌ای این نوع سيستم‌ها مورد توجه بيشتري قرار گیرد. شكل متداول بادبندهاي همگرا مشكلات زيادي در تامين فضاي بازشوهاي ساختمان به وجود مي آورد. معماران براي تامين فضاي كافي جهت بازشو ها در ساختمان و برطرف كردن مشكل موجود دست به ابداع نوع جديدي از بادبند ها زده اند كه مشابه بادبندهاي ٧ يا ٨ (شورون) مي باشند، با اين تفاوت كه به جهت تامين فضاي بازشو ها، ديگر اعضاي آن مستقيم نيستند و از نقطه اي با شيب هاي مختلف به هم متصل و در انتهاي ديگر، به محل اتصال تير به ستون وصل مي شوند. یکی از انواع مهاربندهای بسیار رایج در سالهای اخیر، مهاربندهای دروازه‌ای است. در استاندارد ٢٨٠٠ در مورد این مهاربندها بحثی نشده، ولی استفاده از آنها رو به افزایش است و اکثر طراحان، این نوع مهاربندها را همانند مهاربندهای هم‌مرکز فرض می‌کنند. 
در اين رساله، با قرار دادن مهاربندهای دروازه‌اي و هم ‌مرکز ضربدری و برون محور در قاب‌های دوبعدی مختلف ساختمان فولادی، تحليل‌هاي استاتيکي و ديناميکي غير‌خطي انجام و عملکرد آنها با هم‌ مقايسه شده است. به کمک نتایج تحليلی، عملکرد قابها از جمله منحني‌هاي Pushover و هيسترسيس، ضريب شکل‌پذيري، سختي اوليه، ضريب اضافه مقاومت قاب ها، جذب انرژي و نحوه تشکيل مفاصل پلاستيک بررسي شده است. نتایج نشان می دهد رفتار بادبند دروازه ای تا حد زیادی بستگی به موقعیت گره میانی دارد. سختی آن کمتر از مهاربند ضربدری و شکل پذیری آن کمتر از مهاربند EBF است. البته بسياري از مهندسان به علت تصور دو بعدي از اين نوع مهاربندي به مسئله ناپايداري آن در خارج از صفحه و خارج شدن محل اتصال از صفحه قاب در هنگام زلزله توجهي نمي نمايند كه اين موجب صدمات جبران ناپذيري در هنگام زلزله مي شود. بنابراین ضرورت بررسی مسئله کمانش و پایداری در این بادبندها مشخص می شود که در این رساله به این موضوع هم پرداخته شده است.
کلمات کلیدی : تحلیل غیر ارتجاعی، قاب های فولادی، مهاربند دروازه ای، نیروی زلزله
علایم
 
A  شتاب مبنای طرح 
B  ضریب بازتاب ساختمان 
C  ضریب زلزله
Cd ضريب تغييرشكل پلاستيك
Ci ضریب سختی 
E  ضریب ارتجاعی
 e خروج از مرکزیت 
ei خروج از مرکزیت گره میانی مهاربند دروازه اي 
Fi نیروی جانبی وارد بر طبقه i
g شتاب ثقل
hi ارتفاع طبقه i از تراز پایه
I ضریب اهمیت ساختمان 
Ix  ممان اینرسی سطحی نسبت به محور x  
Iout ممان اینرسی خارج از صفحه 
Iin  ممان اینرسی داخل صفحه
K  ضریب طول موثر
Ke با شيب اوليه سختي الاستيك موثر 
Lc  طول مهار شده
Li  طول عضو i
m  جرم  
  Moلنگر نیرو نسبت به نقطه O  
MP  ظرفیت لنگر پلاستیک مقطع تیر پیوند
Pi  نیروی محوری  
R  ضريب رفتار براي طراحي حالت حدي 
Rw ضريب رفتار طراحي به روش تنش مجاز 
Pcr باربحرانی کمانش 
Pe بار اولر 
 Peiبار اولر المان i ام
T زمان تناوب سازه در جهت مورد نظر
T0 عددی که بر حسب نوع زمین تعیین می شود
Ts عددی که بر حسب نوع زمین تعیین می شود
 ti تابع پایداری ستون بدون برش با انتهای مفصلی
V برش پایه ناشی ا ز تحریك زمین لرزه
Vy حد تسلیم کلی سازه 
Vs نیروي متناظر با تشکیل اولین لولاي خمیري در سازه  
VP  ظرفیت برش پلاستیک مقطع تیر پیوند
Vw نیرو در حد تنش هاي مجاز 
Vu برش پايه نهايي سازه در حالت الاستيك 
w وزن 
Wi وزن طبقه i 
Y ضریب تنش مجاز
α درجه کاهش سختی
μ ظرفیت شکل پذیري سازه
  فرکانس زاویه ای سازه
  فرکانس نیروی محرک
  فرکانس با استهلاک
  ضریب استهلاک بحرانی
Ω ضریب مقاومت افزون
Δmax حداکثر تغییر مکان جانبی نسبی 
Δy تغییر مکان جانبی نسبی  تسلیم
Δu جابجايي نهايي سازه در حالت الاستيك
  

مقدمه

اصولا از نظر مهندسی آن طرح مناسب و قابل قبول تلقی می شود که بتواند شرایط مطلوب را چه از نظر اقتصادی، کارایی، مقاومت و... در حد معقول و مقبولی بر آورده سازد. گر چه گاهی مسائل اقتصادی و معماری سبب از دست رفتن مقاومت و عملکرد مناسب ساختمان در مقابل بار های وارده می گردد، ولی در عین حال باید ضمن تامین مقاومت و پایدار کافی، حتی الامکان سعی شود ساختمان دارای کارایی حداکثر و از نظر اقتصادی بهینه باشد. با توجه به توضیحات فوق،  در حال حاضر بهترین راه حل یافتن شیوه هایی برای بهبود روند ساختمان سازی کنونی است. یعنی با تغییراتی چند در روش های اجرایی و صد البته با انجام کار ها بر اساس ضوابط آیین نامه ها از ابتدا تا اتمام کار اجرایی پروژه ها، می توان به نتایج بسیار بهتری دست یافت.
مقاومت هر سازه در برابر زلزله به دو عامل بستگی دارد : یکی نوع ساخت سازه و به کارگیری اصول و قوانین مهندسی در طراحی و اجرای آن و دیگری بزرگی و قدرت زلزله در سال های اخیر از طریق رسانه های گروهی هر چند وقت یک بار خبری در مورد روش های ابداعی مهندسان سازه برای مقاوم سازی ساختمان ها یا ساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله شنیده می شود؛ شیوه هایی مثل قرار دادن ساختمان ها روی بلوک های لغزشی ، حفر کانال های بسیار بزرگ در اطراف فونداسیون ها، معلق کردن ساختمان از زنجیر ! ، آویزان کردن پاندول های بزرگ از سقف و... نکته قابل تامل در مورد این راهکار ها، تقریبا غیر علمی بودن آنها با توجه به وضعیت ساخت و ساز در کشوری مثل ایران آن هم در مقیاس وسیع است. البته نه تنها در ایران بلکه در اکثر کشور ها این کار تا حدود زیادی نشدنی است و اگر هم قابلیت اجرایی داشته باشند بسیار هزینه بر بوده، برای تمام ساختمان ها قابلیت اجرایی ندارند. در کنار این روش ها کارهایی مثل استفاده از جدا ساز ها ، میرا کننده ها و جذب کننده های انرژی ( قرار دادن فنر های پلاستیکی ویژه یک یا چند لایه در پی ساختمان ) برای کاهش خسارات و تلفات، عملی تر به نظر می رسد. گاهی ملاحظات معماری مثل ایجاد فضا و یا ایجاد نمای مناسب در ساختمان سبب می شود که مهندسان سازه دست به ابداعات جدید سازه ای بزنند. البته برای بهره بری بهتر و ایجاد عملکرد مناسب لازم است رفتار سازه در زلزله بررسی شود تا از خسارت های احتمالی آن جلوگیری شود. از این دیدگاه ساختمان ها به طور کلی به چهار دسته ساختمان های فولادی، بتنی، ساختمان های با مصالح بنایی (آجری) و ساختمان های چوبی تقسیم می شوند. 
با توجه به کاربرد بیشتر و بروز بودن ساخت سازه های بتنی و فولادی در عصر حاضر، قوانین موجود در زمینه ساخت این دو نوع سازه رابیشتر مورد بحث و بررسی قرار می دهیم. سازه های بتنی و فولادی اگر بر اساس اصول مهندسی و ضوابط و آیین نامه های اجرایی موجود ساخته شوند، تفاوت آنچنانی از نظر مقاومتی با هم ندارند. با یاد آوری این نکته که، فولاد در برابر حرارت و مواد شیمیایی نسبت به بتن مقاومت کمتری دارد (آتش سوزی و ذوب شدن، زنگ زدگی ، پوسیدگی و...) در زلزله هر چه اعضای سازه شکل پذیر تر و انعطاف پذیر باشند ، خسارات مالی و جانی وارده کمتر خواهد بود. برای این کار بهتر است از فولاد کم کربن، جوش پذیر و دارای شکل پذیری بالا استفاده شود. البته صرفا فولادی بودن یک سازه تضمینی بر مقاومت آن  در برابر زمین لرزه نیست.
در ساختمان های فولادی بادبند ها بعد از تیر و ستون و در موقع زلزله و باد حتی می توان گفت بیش از آن ها دارای اهمیتند و عامل بسیار مهمی برای مقاومت در برابر زلزله و بارهای جانبی دیگر هستند. بادبند های فولادی از جمله سیستم هایی هستند که در برابر نیرو های جانبی مقاومت می کنند با بادبند گذاری در تعدادی از قابهای ساختمانی در هر امتداد و با کمک عملکرد دیافراگم صلب کف سازه می توان آن راستا را مهار شده در نظر گرفت. بادبند گذاری به دو نوع همگرا و واگرا تقسیم می شود.
طراحی و اجرای بادبند ها باید با نهایت دقت و بر اساس اصول مهندسی خصوصا در مورد محل قرار گیری خود بادبند ها، نوع و اندازه پروفیل مصرفی، مقدار و نوع و طول جوش ها، نوع درز جوش و... صورت گیرد.
سختی، شکل پذیری و مقاومت، پارامتر های مهم در نحوه پاسخ لرزه ای سازه های مقاوم در برابر زلزله به شمار می آیند. قاب های خمشی در حالی که شکل پذیری بسیار بالایی را ارائه می کنند سختی بسیار پایینی دارند بطوری که در این قاب ها معمولا کنترل های تغییر مکانی حاکم بر طرح می شوند و در نتیجه از همه ظرفیت سازه استفاده نمی شود. قاب های هم محور بر خلاف قاب های خمشی سختی جانبی بالا و شکل پذیری بسیار پایینی دارند که این قضیه ضریب رفتار بسیار پایینی را برای این قاب ها نتیجه می دهد.
در سازه های مهاربندی شده هم محور از نوع ویژه  عضو لرزه بر یا به عبارتی کنترل شونده توسط تغییر مکان، مهاربند می باشد و سایر اعضا سازه کنترل شونده توسط نیرو بوده و انتظار رفتار غیر ارتجاعی در آنها نمی رود. بنابراین مهاربند ها باید در همه مدهای رفتاری کاملا شناخته شده باشند و براساس این مدهای رفتاری سازه مهیا شود. باید توجه کرد که این عوامل حساسیت طرح را بالا برده و داشتن رفتار لرزه ای مناسب را منوط به کنترل های بسیار دقیق می کند، چه بسا عدم رعایت کوچکترین نکات اجرایی باعث عدم ایجاد رفتار مناسب لرزه ای شود.
قابهای مهاربندی برون محور هر دو پارامتر سختی و شکل پذیری را بطور همزمان دارا می باشد. در این قاب ها مهاربند ها تامین کننده سختی سازه و قطعه تیر بین دو مهاربندی (تیر پیوند) ، تامین کننده شکل پذیری می باشد. حال چنانچه محدوده کنترل شونده توسط تغییر مکان به یک فاصله کوچک محدود شود ضمن استفاده از شرایط کلی آن (مثل سختی مناسب) می توان رفتار لرزه ای کنترل شده تری را فراهم کرد، چرا که  ناحیه غیرارتجاعی محدود به یک المان کوتاه می شود.
از معضلات استفاده از بادبند هاي مرسوم، بروز مشکل در تامین بازشوها می باشد. در اغلب ساختمانها در ایران، به علت ضوابط معماري رایج،  منظور نمودن بادبند ها در جهت شرقی غربی ساختمان مشکل است. زیرا عمده درب وپنجره ها در اطراف شمالی جنوبی ساختمان قرار دارند. در کشور ما با وجود آزمایشات کم، انواع متنوعی از بادبند های ابتکاری رواج یافته که هیچ گونه ضابطه ای در مورد آن ها وجود ندارد. یکی از شیوه هایی که اخیرا مورد توجه طراحان قرار گرفته است، استفاده از بادبند دروازه اي  است. پذیرش هر گونه سیستم جدید مقاوم در برار بار جانبی، مستلزم انجام آزمایشات مختلف و تحلیل دقیق می باشد. شناخت عوامل موثر بر رفتار لرزه اي بادبند دروازه اي، به درك بهتر از رفتار این نوع بادبند در زلزله، کمک شایانی می کند.