۹/۵

y = 0.17

Plastic g-Factor نسبت به شکل­پذیری نهایی قاب

۹/۵

y = 0.17

Plastic g-Factor نسبت به ρ_l/ρ_s ستون

۹/۵

y = - 3.5 ( x - 0.10 ) + 0.25

متوسط شاخص­ های آسیب نسبت به g-Factor کاربردی

۴-۳- خلاصه
نتایج تحلیل­های غیرخطی صورت گرفته برای انجام این پژوهش در این فصل آورده شده است. این نتایج در قالب جداول و نمودارهای مختلف ارائه شده و سعی بر این بوده است که بتواند به خوبی روند انجام کار و نتایج بدست آمده را نشان دهد. آنچه در این­جا ارائه شد شامل موارد زیر می­باشد:

دسته­بندی قاب­ها بر اساس مود زوال ­آن­ها
در ابتدای این فصل چند تعریف ارائه شد، به این صورت که با در نظر گرفتن معیارهای زوال مختلف در سطوح مفصل پلاستیک، طبقات و کل قاب و ترکیب آن­ها با مقدار بیشینه شاخص آسیب مقاطع در لحظه زوال قاب، پنج مود زوال مختلف برای قاب­ها تعریف شد. بعد از انجام تحلیل­ها و محاسبات مورد نیاز هر قاب در یکی از این گروه­ ها دسته­بندی شد.
توزیع مفصل­های پلاستیک در لحظه زوال قاب­ها
دو انتهای اعضای تیر و ستون به عنوان مقاطع با پتانسیل تشکیل مفصل پلاستیک در نظر گرفته شده است. اما یک مفصل پلاستیک زمانی واقعاً تشکیل می­ شود که مقدار انحنای ایجاد شده در آن از انحنای تسلیم مقطع بیشتر باشد. این حالت برابر است با این­که مقدار شاخص آسیب شکل­پذیری مقطع یک مقدار مثبت باشد. بنابراین با بررسی مقادیر شاخص­ آسیب همه مقاطع بحرانی در لحظه زوال قاب نحوه توزیع مفصل­های پلاستیک و در نتیجه آن چگونگی توزیع آسیب در قاب مشخص شد.
بررسی تغییرات پارامترهای تعریف شده بر اساس شاخص آسیب مقاطع در طول تحلیل
در این پژوهش با تعریف چندین پارامتر با معنی بر اساس مقادیر شاخص آسیب مقاطع و بررسی چگونگی تغییرات این پارامترها در طول تحلیل، رفتار قاب­های با مود زوال مختلف از نظر نحوه توزیع و تغییرات آسیب در آن­ها مطالعه شد.
بررسی تأثیر پارامترهای مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری در نوع زوال قاب­ها
قسمت آخر این پایان نامه به یافتن مهم­ترین پارامترهای مؤثر در مود زوال قاب­ها اختصاص یافت. بدین منظور چندین پارامتر مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری انتخاب و به صورت دو به دو نسبت به هم رسم شدند. در این قسمت شرایط قاب در لحظه زوال مورد نظر بوده و نمودارها به صورت نقطه­ای ایجاد شدند. مهم­ترین هدف یافتن فضایی بود که بهترین تفکیک را بین قاب­های با مود زوال مفصل پلاستیک و سایر قاب­ها ایجاد کند. در انتخاب بهترین فضای تفکیک، دو شرط دقت کافی و کاربردی بودن پارامتر باید رعایت شود. کاربردی بودن پارامتر به این معنی است که محاسبه آن نیاز به انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون نداشته باشد.
فصل پنجم
خلاصه، نوآوری­ و نتیجه ­گیری
۵-۱- خلاصه تحقیق
معیار طراحی در آیین­ نامه­ های موجود بر اساس طراحی اعضا و مفصل­های پلاستیک می­باشد و هنگام طراحی سیستم­های قابی، معیاری برای بررسی ظرفیت کل قاب یا طبقات مد نظر قرار نمی­گیرد. هدف از انجام این پایان نامه بررسی مود زوال قاب­های منظم بتن­آرمه و اثبات این مطلب بود که در برخی مدل­ها زوال سیستم (قاب یا طبقه) زودتر از زوال مفصل پلاستیک اتفاق می­افتد، لذا در کنار معیارهایی که برای بررسی زوال هر مفصل پلاستیک یا عضو در نظر گرفته می­ شود لازم است که معیارهایی نیز برای اطلاع از زوال یا عدم زوال کل سیستم مدنظر قرار بگیرد.
برای دستیابی به هدف این پایان نامه، قاب­های منظم سه طبقه و سه دهانه بتن­آرمه با هندسه یکسان در نظر گرفته شدند. مدل­سازی و تحلیل قاب­ها در محیط نرم­افزار OpenSees انجام شد. مدل کردن قاب­های دو بعدی بتن­آرمه در نرم­افزار OpenSees، به تعریف مصالح مورد استفاده، نوع مقاطع و عناصر مورد نظر و جزئیات مربوط به آن­ها نیاز دارد. در این پژوهش برای تعریف مصالح بتن و میلگردهای مسلح­کننده فولادی در نرم­افزار OpenSees به ترتیب از مصالح Concrete04 با پایه مدل مندر و Steel02 استفاده شده است. عنصر مورد استفاده در مدل­سازی اعضای تیر و ستون، عنصر nonlinearBeamColumn بوده و مقطع به کار رفته مقطع Fiber می­باشد. هر عضو با یک عنصر و ۵ نقطه انتگرال­گیری مدل شده است. در مرحله اول ۱۰۵ قاب طراحی شد. طراحی این قاب­ها با روش سعی و خطایی و با رعایت محدودیت­های آیین­ نامه­ای به صورتی انجام شد که پس از قرار گرفتن آن­ها تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون با کنترل جابجایی تا لحظه زوال قاب­ها، تعداد زیادی از آن­ها دارای مود زوال سیستمی (قاب یا طبقه) باشند. سپس برای تعیین منطقی بودن طراحی، از معیار نسبت ظرفیت لنگر پلاستیک تیر و ستون­ها استفاده شد، به این صورت که اگر این نسبت بین ۵/۰ تا ۰/۲ بود طراحی منطقی و در غیر این صورت طراحی غیر منطقی در نظر گرفته شده است. بدین ترتیب از میان قاب­های مدل شده تنها ۳۴ قاب که حائز این شرایط بودند برای ادامه پژوهش انتخاب شدند. برای محاسبه ظرفیت لنگر پلاستیک مقاطع و همچنین انحناهای تسلیم و نهایی آن­ها تمام مقاطع تحت تحلیل لنگر–انحنا قرار گرفتند. در مرحله بعد برای تعیین تشکیل یا عدم تشکیل مفصل پلاستیک در مقاطع بحرانی قاب و نیز مقدار آسیب وارده به آن­ها شاخص آسیب شکل­پذیری برای تمام این مقاطع محاسبه شد. بدین وسیله نحوه توزیع مفصل­های پلاستیک و همین­طور توزیع آسیب در لحظه زوال برای همه مدل­ها مشخص شد. پس از محاسبه شاخص آسیب مقاطع بحرانی در لحظه زوال قاب­ها، با بهره گرفتن از ترکیب بیشینه این شاخص­ های آسیب در هر قاب با مود زوال همان قاب (اولین زوالی که در قاب رخ می­دهد) پنج گروه مختلف برای قاب­ها تعریف شد و بدین ترتیب قاب­ها در کلاس­های خاص دسته­بندی شدند. مود زوال قاب­ها به دو دسته کلی و جزئی تقسیم می­ شود. زوال جزء در واقع زوال مفصل پلاستیک بوده که به صورت زوال بتن یا فولاد آن تعریف شده است. زوال کلی در دو دسته زوال طبقه و زوال کل قاب طبقه ­بندی می­ شود که هر دو نوع زوال کلی به صورت افت ۱۵ درصدی در منحنی ظرفیت به ترتیب طبقه و کل قاب در نظر گرفته شده است.
در ادامه پژوهش نحوه تغییرات برخی از پارامترهایی که بر اساس شاخص آسیب مقاطع تعریف شده بودند مانند متوسط شاخص­ های آسیب مقاطع تیر و ستون، متوسط شاخص­ های آسیب تیرها (یا ستون­ها) ، متوسط شاخص­ های آسیب طبقه اول (یا طبقه دوم یا طبقه سوم) و … برای قاب­های مختلف در طول تحلیل مورد بررسی قرار گرفت. آخرین مرحله از انجام این تحقیق یافتن پارامترهای مؤثر در تفکیک قاب­های با مود زوال مفصل پلاستیک از سایر قاب­ها و به نوعی پیش ­بینی حالت­هایی بود که مود زوال قاب چیزی جز زوال مفصل پلاستیک باشد. بنابراین چند پارامتر مختلف طراحی، ظرفیتی و رفتاری شامل درصد میلگردهای طولی و عرضی در مقاطع، دوره تناوب مود اول قاب، شکل­پذیری نهایی قاب، پارامترهای Plastic g-Factor و g-Factor کاربردی ، متوسط شاخص­ های آسیب مقاطع و… مورد بررسی قرار گرفته و این پارامترها به صورت دو به دو نسبت به هم ترسیم شدند. در این نمودارها شرایط قاب در لحظه زوال آن مد نظر بوده است، بنابراین نمودارهای مربوطه به صورت نقطه­ای رسم شده ­اند.
۵-۲- نوآوری­ تحقیق
در این پژوهش برای اولین بار روشی برای یافتن قاب­هایی با مود زوال سیستمی یعنی قاب­های با مود زوال طبقه یا کل قاب مد نظر قرار گرفته است. پس از اثبات این موضوع که تعداد قابل ملاحظه­ای از این نوع قاب­ها می­توانند وجود داشته باشند تحقیق در مورد پیدا کردن معیارهایی که طراح را در شناسایی قاب­هایی که دارای پتانسیل مود زوال سیستمی هستند یاری کند ادامه پیدا کرد. در نهایت چند معیار طراحی کاربردی که بدون نیاز به انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون قابل محاسبه بوده و در تشخیص قاب­های با پتانسیل مود زوال سیستمی مؤثرتر هستند معرفی شده ­اند. علاوه بر آن چند معیار پاسخ دیگر قاب که محاسبه آنها مستلزم انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون بوده ولی قادر به تفکیک قاب­های با مود زوال مفصل پلاستیک از سایر قاب­ها هستند نیز ارائه شده است.
۵-۳- نتیجه ­گیری
پس از انجام تحلیل­های غیرخطی متعدد مهم­ترین نتایجی که از این مطالعه حاصل شد به شرح زیر می­باشد:
در این پژوهش نشان داده شد که زوال سیستم (قاب یا طبقه) اتفاق خواهد افتاد، لذا نیاز است که طراحان معیاری را برای محاسبه آسیب قاب و طبقه در نظر بگیرند و بیشینه شاخص آسیب مقاطع همیشه نمی­تواند معیار مناسبی از زوال سیستم قابی باشد.
از میان پارامترها و معیارهای بررسی شده برای تفکیک قاب­های با مود زوال مفصل پلاستیک از سایر قاب­ها، پارامتر g-Factor کاربردی به تنهایی توانست تفکیک قابل قبولی را بوجود آورد و خط با دقت خوبی قاب­های موردنظر را از سایر قاب­ها جدا کرد.
علاوه بر پارامتر g-Factor کاربردی، فضای ایجاد شده به­وسیله نسبت میلگردهای طولی به میلگرد عرضی ستون در مقابل دوره تناوب مود اول نیز توانست با همان دقت جداسازی را انجام دهد.
علت انتخاب این فضاها علاوه بر میزان دقت آن­ها، کاربردی بودنشان می­باشد، به این مفهوم که محاسبه آن­ها نیاز به انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون ندارد. اگر معیارهایی که تعیین مقدار آن­ها مستلزم انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون می­باشد نیز در نظر گرفته شود می­توان گفت:
پارامتر Plastic g-Factor معیار مناسبی برای تفکیک فضاهای مورد نظر می­باشد و خط با دقتی حتی بالاتر از g-Factor کاربردی جداسازی را انجام می­دهد.
محیط ایجاد شده به­وسیله متوسط شاخص­ های آسیب مقاطع در برابر g-Factor کاربردی نیز با دقت خیلی بالایی تفکیک قاب­های با مود زوال مفصل پلاستیک را از سایر قاب­ها انجام می­دهد.
نتیجه کناری دیگری که در این پژوهش مشاهده شد این بود که:
اگر میزان فولاد مسلح کننده عرضی نسبت به میلگردهای طولی در ستون­ها از حد مشخصی بیشتر شود (این نسبت حدود عدد ۱ می­باشد)، احتمال وقوع زوال سیستم افزایش می­یابد. بنابراین استفاده زیاد از میلگرد برشی نسبت به میلگردهای طولی برای جلوگیری از زوال مفصل پلاستیک همیشه به صرفه و مفید نخواهد بود.
فهرست منابع و مآخذ
مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، (۱۳۸۴). آیین­ نامه طراحی ساختمان­ها در برابر زلزله، استاندارد ۸۴ – ۲۸۰۰ (ویرایش سوم).
SEAOC, (1995). Performance Based Seismic Engineering of Buildings, Vision 2000 Committee, Structural Engineers Association of California, Sacramento.
کریمی، م. (۱۳۸۹). بررسی تحلیل لرزه­ای استاتیکی غیرخطی معادل برای قاب­های خمشی فولادی نامنظم با روش طیف ظرفیت و بارگذاری تطابقی، پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد، بخش مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست، دانشگاه شیراز.
شریفی زروانی، ا. (۱۳۸۸). ارزیابی لرزه­ای قاب­های بتن­آرمۀ طراحی شده بر اساس آیین­ نامه و طراحی آن­ها بر مبنای معیار آسیب، پایان نامه مقطع دکتری، بخش مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست، دانشگاه شیراز.
Applied Technology Council, (1997). Seismic Rehabilitation Commentary, published by the Federal Emergency Management Agency (FEMA 274), Washington, D.C.
Applied Technology Council, (1997). NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, published by the Federal Emergency Management Agency (FEMA 273), Washington, D.C.
American Society of Civil Engineers, (2000). Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, published by the Federal Emergency Management Agency (FEMA 356), Washington, D.C.
Applied Technology Council, (2006). Next-Generation Performance-Based Seismic Design Guidelines: Program Plan for New and Existing Buildings, published by the Federal Emergency Management Agency (FEMA 445), Washington, D.C.
Gade, F., Chander, A. M., Duffield C. F. and Hutchinson G. L. (1999). “Earthquake Ductility and Overstrength in Residential Structures”, Structural Engineering and Mechanics.
Massumi, A., and Moshtagh, E. (2010). “A New Damage Iindex for RC Buildings Based on Variations of Nonlinear Fundamental Period”, The Structural Design of Tall and Special Buildings. Published online in Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com). DOI: 10.1002/tal.656
Applied Technology Council, (2005). Improvement of Inelastic Analysis Procedures, published by the Federal Emergency Management Agency (FEMA 440), Washington, D.C.
Oguz, S. (2005). Evaluation of Pushover Analysis Procedures for Frame Structures, a thesis submitted to the Graduate School of Natural and Applied Sciences of Middle East Technical University.