پایان نامه توزیع خسارت لرزه ای در اجزاء ساختمان های فولادی با میراگر ویسکوالاستیک

فهرست:

فصل 1 مقدمه  1

1-1 مقدمه.. 2

1-2 ضرورت و اهداف تحقیق.... 3

1-3 ساختار پایان­نامه.. 4

فصل 2 مروری بر منابع  5

2-1 مقدمه.. 6

2-2 مفاهیم اولیه انرژی.... 6

2-2-1 معادلات انرژی در سیستم یک درجه آزادی 7

2-2-2 معادله انرژی مطلق 8

2-2-3 معادله انرژی نسبی.... 9

2-2-4معادلات انرژی در سیستم چند درجه آزادی با رفتار غیرخطی...................................9

2-2-5 تجزیه انرژی ورودی به عبارت­های مختلف انرژی 10

2-2-5-1  انرژی ورودی ). 11

2-2-5-2  انرژی هیسترتیک( ). 11

2-2-5-3  انرژی میرایی لزج یا ویسکوز( ). 12

2-2-5-4  انرژی جنبشی ( ). 12

2-2-5-5انرژی الاستیک( ). 13

2-2-6 تأثیر پارامترهای سازه­ای بر انرژی ورودی.... 13

2-2-6-1 تأثیر دوره تناوب سازه. 13

2-2-6-2  تأثیر نسبت شکل‌پذیری و مدل هیسترتیک در انرژی ورودی.... 14

2-2-6-3 تأثیر نسبت میرایی در انرژی ورودی.... 14

2-3 شاخص‌های خسارت.... 14

2-3-1 شاخص­های خسارتی بیشینه تغییرشکل... 15

2-3-1-1 نسبت  شکل‌پذیری.... 15

2-3-1-2 تغییر مکان نسبی بین طبقه‌ای.... 16

2-3-1-3 نسبت خسارت خمشی.... 16

2-3-2 شاخص­های خسارتی تجمعی.... 16

2-3-2-1  تغییر شکل‌های تجمعی نرمال شده. 17

2-3-2-2 انرژی تلف‌شده تجمعی نرمال شده. 17

2-3-2-3 خستگی سیکل کوتاه. 17

2-3-3 شاخص­های ترکیبی.. 18

2-3-3-1 تغییر مکان حداکثر و اتلاف انرژی.... 18

2-3-3-2 منحنی لنگر - انحنا 19

2-3-4 شاخص­های خسارت بیشینه شکل­پذیری... 19

2-3-5 میانگین وزنی شاخص­های خسارت... 20

2-3-6 تاریخچه شاخص خسارت.... 20

2-4 کنترل‌های لرزه­ای.... 24

2-4-1  انواع سیستم های کنترل‌کننده لرزه­ای.... 24

2-4-1-1  سیستم کنترل‌کننده غیرفعال... 25

2-4-1-2 سیستم کنترل‌کننده فعال... 26

2-4-1-3 سیستم کنترل‌کننده پیوندی.... 27

2-4-1-4  سیستم کنترل‌کننده نیمه فعال... 28

2-5 میراگرها 28

2-5-1  میراگرهای جرمی تنظیم شده. 29

2-5-2  میراگر مایع تنظیم شده. 31

2-5-3  میراگر ویسکوز. 42

2-5-4  میراگرهای تسلیمی (فلزی). 35

2-5-5  میراگرهای آلیاژ فلزی با تغییرشکل حافظه ای.... 38

2-5-6  میراگرهای اصطکاکی.... 40

2-5-7  میراگرهای ویسکوالاستیک...... 42

2-5-7-1  ساختار مواد ویسکوالاستیک...... 42

2-5-7-2  مشخصات دینامیکی میراگرهای ویسکوالاستیک...... 43

2-5-7-3  مدل‌سازی سازه‌های دارای میراگر ویسکوالاستیک...... 46

2-5-7-4 روش انرژی کرنشی مودال... 48

2-5-7-5 روش طراحی.... 49

2-5-7-6  پیشینه کاربردی میراگرهای ویسکوالاستیک...... 51

فصل 3 معرفی و مدلسازی سازه­های موردمطالعه  54

3-1 مقدمه.. 55

3-2 قاب­های موردبررسی در این مطالعه.. 55

3-3 بارگذاری و طراحی قاب­ها در نرم­افزار ETABS ver9.5.0. 56

3-4 چگونگی انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی.... 59

3-5 انتخاب شتاب‌نگاشت‌ها 60

3-6 هم‌پایه کردن شتاب‌نگاشت‌های انتخابی.... 61

3-7 خصوصیات نرم­افزار Perform 3D... 61

3-7-1 المان­های مورداستفاده در نرم­افزار Perform 3D 61

3-7-2 گام زمانی در آنالیز غیرخطی نرم­افزار Perform 3D 62

3-7-3 تکنیک حل نرم­افزار Perform 3D... 62

3-7-4 انرژی در نرم­افزار Perform 3D 62

3-7-4-1 محاسبه انرژیهای غیر الاستیک و کرنشی.... 63

3-7-4-2 خطای انرژی.... 65

3-7-5 فرضیات تحلیل دینامیکی و مدلسازی در نرم­ا­فزار Perform3D... 65

3-7-6 مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم­افزار Perform 3D... 65

3-7-7 کنترل صحت مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم افزارPerform 3D... 68

فصل 4 نتایج و تفسیر آنها 71

4-1 مقدمه.. 72

4-2 بررسی نتایج تغییر مکان نسبی طبقات.... 73

4-2-1 قاب 4 طبقه.. 73

4-2-2 قاب 8 طبقه.. 75

4-2-3 قاب 12 طبقه.. 77

4-2-4 نتایج میانگین تغییر مکان نسبی طبقات در قاب­ها 79

4-3 بررسی نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زمین­لرزه. 81

4-3-1 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله لندرز. 81

4-3-1-1 قاب 4 طبقه.. 81

4-3-1-2 قاب 8 طبقه.. 83

4-3-1-3 قاب 12 طبقه.. 83

4-3-2 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله طبس..... 84

4-3-2-1 قاب 4 طبقه.. 84

4-3-2-2 قاب 8 طبقه.. 85

4-3-2-3 قاب 12 طبقه.. 86

4-4 بررسی انرژی هیسترزیس در سازه. 87

4-4-1 قاب 4 طبقه.. 88

4-4-2 قاب 8 طبقه.. 89

4-4-3 قاب 12 طبقه.. 90

4-4-4بررسی میانگین انرژی هیسترزیس وارد بر قاب­ها 91

4-5 بررسی  انرژی باقی‌مانده در سازه. 91

4-5-1قاب 4 طبقه.. 92

4-5-2 قاب­ 8 طبقه.. 93

4-5-3 قاب­ 12 طبقه.. 94

4-5-4بررسی میانگین انرژی باقی­مانده در قاب­ها 95

4-6 بررسی نسبت انرژی هیسترزیس به انرژی ورودی در قاب­ها 95

4-7 بررسی توزیع خسارت در ارتفاع قاب­های موردبررسی.... 96

4-7- قاب­ 4 طبقه 96

4-7-2 قاب­ 8 طبقه.. 98

4-7-3 قاب­ 12طبقه 100

4-7-4 نتایج میانگین شاخص خسارت طبقات در قاب­ها 102

4-8 بررسی شاخص خسارت کل سازه در قاب­های موردبررسی.... 104

4-9 بررسی برش پایه در سازه. 105

4-9-1 قاب­ 4 طبقه.. 106

4-9-2 قاب­ 8 طبقه.. 107

4-9-3 قاب 12طبقه.. 108

4-9-4 نتایج میانگین برش پایه  قاب­های موردبررسی.... 109

4-10 بررسی جابجایی بام در سازه. 110

فصل 5 جمع‌بندی و پیشنهادها 111

5-1 مقدمه.. 112

5-2 نتیجه‌گیری.... 112

5-3 پیشنهادات.... 113

مراجع   115

منبع:

1. نعیم، فرزاد. 1380. "طراحی سازه­های ضد زلزله"، انتشارات آکادمیک کلائر

2. Hart,G.G.”Earthquake  forces for the lateral force code”,The Structural Damage of Tall Buildings, Vol.9,PP.49-64, 2000.

3. Copra, A.K. and Cruz, E.F. “Evaluation of building code formulas for earthquake forces”, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 115,No. 8 PP. 1881-1899, 1986.

4.  آیین نامه طراحی ساختمان در برابر زلزله, استاندارد2800 ایران, ویرایش اول, 1368

5. SEAOC. “Vision 2000 – A Framework for Performance Based Design, “Technical report, Structural Engineers Association of California, Vision 2000 Committee, Sacramento, California, 1995.

6. BSSC. “NEHRP Guidelines for the Seismic Regulation of new  Buildings and Other Structures”, Technical Report FEMA 303, FEMA, 1998.

7. Bungale S. Taranath “ Wind and Earthquake Resistant Buildings structural analysis and design”, Marcel Dekker, New York, 2005.

8. Uang C.M. and Bertero, V.V. “Evaluation of Seismic Enerjgy in Structures”, Earthquake Engineering and Structural Dynammics, Vol. 19, pp. 77-90, 1990.

9. Clough, R.W. Penzein, J., “Dynamic of Structures”, Nc GrawHill. ISBN: 0-07011-7, 1973.

10. Akyama, H. “Earthquake –resistant Limit –state Design for Buildings”, the University of Tokyo Press, Tokyo, Japan, 1985.

11. Khashaee, P.,Mohraz, B., Sadek, F., Lew, H.S. and John L. Gross. ”Distribution of Earthquake Input Energy in Structures”, Building and Fire Research Laboratory National Institute of Standard and Technology Gaithersburg, MD20899, PP. 1-36, 2003.

12. Newmark, N.M. and Hall, W.J. “ Earthquake Spectra and Design”, EERI, Berkely California,1982.

13. Zahrah T.F. and Hall W.J. “Earthquake Energy Absorption in SDOF Structures”, J.Struct. Eng., ASCE, 110(8), PP. 1757-1772, 1982.

14. Banon, H. and D.Veneziano. “ Seismic Safety of Reinforced Concrete Members and Structures”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics 10, PP. 179 – 193, 1982.

15. Culver, C. G. et al. “Natural Hazards Evaluation of Existing Buildings”, Technical Report BSS 61, National Bureau of Standards, U.S. Department od Commerce, 1975.

16. Toussi, S.and J. P. T. Yao. “Hysteresis Identification of Existing  Structures”, Journal of Engineering Mechanics 16, PP. 1177 – 1188, 1983.

17. Banon, H., J. M. Biggs, and H. M. Irvine “Seismic Damage of Reinforced Concrete Frames”, Journal of the Structural Division, ASCE 107 (ST9), PP. 1713 – 1729, 1981.

18. Roufaiel, M. S. L. and  C. Meyer “Analysis of Damaged Concrete Frame Buildings”, Technical Report NSF-CEE-81-21359-1, Columbia University, New York, 1983.

19. Krawinkler, H. “ Shear-Design of steel Frame Joints”, Engineering Journal 15(3), 1987.

20. Yao, J. P. T and W. M. unze . “ Low Cycle Fatigue Behaviour of Mild Steel”, ASTM Special Publication 338, PP. 5-24, 1968.

21. Iemura, H. “Earthquake Failure Criteria of Deteriorating Hysteretic Structures”, In Proceedings of the Seventh World Conference of Earthguake Engineering, Istanbol, Turkey, PP.8-13, 1980.

22. Park.Y.J., and Ang.A.H.S. “Mechanistic Seismic Damage Model For Reinforced Conceret”, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.111, No.ST4, PP.722-739, 1985.

23. Kunnath, S.K., Reinhorn, A. M., Lobo, R.F., IDARC Version 3: A Program for the Inelastic Damage Analysis of RC Structures. Technical Report NCEER-92-0022, National Center for Earthquake Engineering Research, State University of New York, Buffalo NY:1992.

24. DiPasquale, E. and A. S. Cakmak. “Detection of Seismic Structural Damage using Parameter-Based Global Damage Indices”, Probabilistic Engineering Mechanics 5(2), PP. 60-65, 1990.

25.  Bracci, J.M. and Reinhorn, A.M. and Mander, J.B. and Kunnath, S.K., “Deterministic model for seismic damage evaluation of RC structures” Technical Report NCEER-89-0033, National Center for Earthquake Engineering Research, State University of New York, Buffalo N.Y, 1989.

26. Kunnath,S.K., A.M.Reinhorn, and J.F.Abel. “A Computational Tool for Evaluation of Seismic Performance of Reinforced Concrete Buildings.” Computers and Structures.1991

27. Whitman, R.V., “Damage Probability Matrices for Prototype Buildings, Dept. of Civil Engineering”, Cambridge, MIT,R73-57, 1973.

28. شکیب، حمزه و عظیمی، مهدی و برکچیان، مجید، "ارزیابی آسیب پذیری ساختمان­های متداول شهری (جلد سوم)، تحقیقات لرزه­خیزی و طرح مقاوم سازی ساختمان­های استان ایلام، 1381.

29. Culver, C. G. “Natural Hazards Evaluation of Existing Buildings”. National Bureao of Standards, Building Sci. Ser. No. 61., 1975.

30. Wiggins, J. H., Jr and Moran, D. V. “ Earthquake Safety in the City of Long Beach Based on the Concept of Balanced Risk”, J.H. Wiggins Company, Redondo Beach, California, 1971.

31. Blume, J. A. and Monroe, R.E. “The Spectral Matrix Method of Predicting Damage From Ground  Motion”, Rep. JAP-99-88, John Blume & Assosiates, 1971.

32. Bresler.B. in “ Building Practices for Disaster Mitigation”(Ed.R. Wright et al), National Bureau of Standards, Building Science Series No. 46, 1973.

33. Bertero, V. V. and Bresler, B. In “ Developing Methodologies for Evaluating the Earthquake Safety of Existing Buildings”, Earthquake Engineering Research Center, University of California at Berkeley, 1977, Rep. No. UCB-EERC-77/06

34.Gosain N. K., Brown R. H.and Jirsa J.O., “ Shear Requirements for Load Reversals on RC Members”, Journal of Structural Engineering, 1977, ASCE, No. 7,103(1977) 1461-1476.

35. Park, YJ., Ang, AHS., and Wen, YK. , “Seismic Damage in Reinforced Concrete Frames,”Journal of Structural Engineering, 1985, 111(4), 740-757.”,concrete buildings.

36. Kappos AJ. Seismic Damage Index for RC Buildings: Evaluation of Concepts and Procedure. Progress in Structural Engineering and Materials, 1977, Vol: 1(1): 78-87.

37. Housner, G.W. “Limit Design of Structures to Resist Earthquake”, Proc. First World Conference on Earthquake Engineering, 1956, pp. 5-13, Berkeley California.

38. McKevitt, W.E. and Anderson, D.L. and Cherry, S. “Hysteretic Energy Spectra in Seismic Design”, proc. Of the 2nd World Conference on Earthquake Engineering, 1980, Vol. 7, pp. 487-794.

39. Karimi mohammadi, R.K. Naggar, M.H. and Moghaddam, H. “Optimum Strengh Distribution for Seismic Resistant Shear Building”, International Journal of Solids and Structural, 2004,Vol. 41 , pp. 6597-6612.

40. Kunnath, S.K. and Chai, Y.H. “ Cumulative Damage-Based Inelastic Cycle Demand Spectrum” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2004, Vol.33, pp.499-520.

41. گنجوی، بهنود" تاثیر روش­های طراحی لرزه­ای در نحوه توزیع خسارت و انرژی جذب شده در ساختمان­های بتنی مسلح قاب خمشی(MDOF)"، پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه، دانشگاه مازندران، شهریور 1383.

42. Moghaddam, H. and Hajrasouliha,I. “Toward more Rational Criteria for Determination of Design Earthquake Foeces”, International journal of Solids and Structural, 2006, Vol.43, pp. 2631-2645.

43. گرامی، محسن و دانشجو، فرهاد" تغییرشکل پلاستیک تجمعی طبقه به عنوان شاخصی از خسارت موضعی قاب­های خمشی فولادی در سطح طبقه" نشریه دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی، 1385.

44. Benavent, A. “An Energy-Based Damage Model for Seismic Response of Steel Structures”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2007, Vol.36, pp. 1049-1064.

45. "آیین نامه طراحی ساختمان­ها در برابر زلزله"، استاندارد 2800، ویرایش سوم،1387.

46. یحیی زاده احمدی، کیومرث" بررسی رفتار و آسیب پذیری ساختمان­های بتن مسلح همراه با دیوار برشی بر اساس مفاهیم انرژی"، پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه، دانشگاه مازندران، شهریور 1387.

47.  آل هاشم، اردلان "بررسی آسیب پذیری و توزیع خسارت در قاب­های مهاربندی فولادی بر اساس مفاهیم انرژی"، پایان نامه کارشناسی ارشد سازه، دانشگاه شمال، 1389.

48.نیک­نفس، سهیل " توزیع خسارت لرزه­ای در اجزاء ساختمان­های فولادی با سیستم ترکیبی"، پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه، دانشگاه شمال، شهریور 1390.

49. Wilson, Claudia Mara” Fuzzy control of magnetorhiological dampers for vibration reduction of seismically excited structures” thesis, the Florida state university.2005

50. Sarnoand, L.S. And Elnashai, A.S. “Seismic retrofitting of steel and composite building structures” report, University of Illinois. 2002

51. Whipp, Katie, “Structural control by induced stress based stiffness modification” thesis, Vanderbilt University, 2005.

52. Chopra, Anil, “Dynamic of structures theory and applications to earthquake engineering” second edition, Prentice Hall, 2000.

53. Building Seismic Safety Council “NEHRP guidelines for the seismic rehabilitation of buildings” FEMA Report 273, Washington, DC, 1997.

54. Corner, Jim “Introduction to structural motion control” E-BOOK, MIT university, 2000.

55. Weber, Feix. Feltrin, Glauco And Hath, Olaf, “Guidelines for structural control” SAMCO final report, Switzerland,2006.

56. تخم پاش, علی،" بررسی بهبود عملکرد لرزه ای سازه های فلزی متداول با استفاده از سیستم ترکیبی میراگرهای اصطکاکی و ویسکوالاستیک در برابر زلزله های حوزه نزدیک"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.

57. Zimmer, M., “Characterization of Visco-elastic Materials for Use in Seismic Energy Dissipation Systems”, Master  of  Science  Thesis,  Department  of  Civil,  Structural  and  Environmental  Engineering, University at Buffalo,2000

58. طهرانی، پیام. "بررسی آسیب پذیری و شیوه­های بهسازی سازه­های فولادی" پایان نامه کارشناسی ارشد سازه، دانشگاه تهران،1384.

59. Ibrahim, Y.,” A new visco-plastic device for seismic protection of structure”, Doctor of Philosophy thesis, Virginia Polytechnic Institute, Blacksburg, 2005.

60. Soong,T.T.,and Dargush,G.F.”Passive energy dissipation systems in structural engineering” ,New York: Wiley ,1997

61. Chang, K.C., Lai, M.L., Soong, T.T., Oh, S.T., Hao, D.S. and Yeh, Y.C. "Seismic Behavior and Design Guidelines for Steel Structure with Added Viscoelastic Damper", Technical Report NCEER-93-0009, State University of New York at Buffalo, Buffalo, NY,1993.

62. .Fahim,S., Mohraz, B., Andrew W.T., and Riley M.C “.Passive energy dissipation devices for seismic application.” National Institute of Standard & Technology, 1996

63. Chang,K., Soong, T. T., Oh, S-T., and Lai, M. L. “Seismic Response of a 2/5 Scale Steel Structure With Added Viscoelastic Dampers”. Technical Report NCEER-91-0012, University at Buffalo, May 17, 1991.

64. Chang, K. C., Chen, S. J., and Lai, M. L. “Inelastic Behavior of Steel Frames with Added Viscoelastic Dampers.” Journal of Structural Engineering, Taiwan University, October 1996.

65. Lee, D-G., Hong, S., Kim, J. “Efficient Seismic Analysis of Building Structures with Added Viscoelastic Dampers.” Department of Architectural Engineering Sungkyunkwan University, South Korea, April 2002.

66. Madsen L.P.B . Thambiratnam D.P, & Petera N.J , “Seismic Response of Building Structures with Dampers in Shear Walls”. Journal of Computer and Structures.Vol.81, 2003,P, 239-253.

67. Tezkan, S., Uluca, O., “Reduction of Earthquake Response of Plane Frame Buildings by Viscoelastic Dampers.” Department of Civil Engineering , Boagzici University, Istanbul 80815, Turkey, July 2003.

68. رحمت آبادی، پیمان" بررسی عملکرد میراگرهای ویسکوالاستیک در کاهش پاسخ لرزه­ای سازه­ ها"، پایان نامه کارشناسی ارشد زلزله، دانشگاه شریف،1382.

69. Min, k-w., Kim, J., Lee, S-H., “ Vibration Tests of 5-Story Steel with Viscoelastic Dampers.” Department of Architectural Engineering, South Korea, February 2004.

70. زینالی سیلاب، رضا. زهرائی، مهدی. " بررسی کاهش پاسخ لرزه­ای سازه­های قابی با میراگرهای ویسکوالاستیک" دانشگاه تهران 1383.

71. قنبری، یاسمین. " بررسی عملکرد میراگرهای ویسکوالاستیک در کاهش پاسخ لرزه­ای مدل های سه بعدی نامنظم سازه ها با در نظر گیری اندرکنش خاک و سازه" پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شریف، 1387.

72. Dr.Graham H.Powell,2006. CSI Perform 3D, User Guide, Version 5. RAM International, L.L.C., University of California, Berkeley.

73 . "دستورالعمل بهسازی لرزه­ای ساختمان­های موجود- نشریه شماره 360"، دفتر امور فنی، تدوین معیارها و کاهش خطرپذیری ناشی از زلزله. 1385

74. K.C. Chang, S. J. Chen, and M. L. Lai, ”Inelastic Beheavior of Steel Frames with Added Viscoelastic Dampers. Journal of Structural Engineering, October 1996.