مهمترین هدف در طراحی لرزه ای سازه ها جلوگیری از فروریزش سازه در هنگام زلزله های شدید می باشد که پایه تئوری های حاکم بر رفتار لرزه ای سازه می باشد. نتیجه بررسی رفتار غیرخطی سازه در هنگام زلزله و مقاومت ناشی از عملکرد غیرخطی آن در آئین نامه ها و مقررات طرح لرزه ای، معرفی عددی تحت عنوان ضریب رفتار، جهت تقلیل نیروی طراحی خطی به منظور هدایت سازه به عملکرد غیر خطی بوده است. یکی از سیستم های باربر لرزه ای که از لحاظ نیاز معماری نیز مورد توجه است، سیستم قاب های خمشی ویژه می باشد. ظرفیت جذب و استهلاک انرژی و شکل پذیری بالا از ویژگی های این سیستم است. با بررسی و اصلاح اتصالات این سیستم ها می توان شکل پذیری را در آنها بهبود بخشید. در این تحقیق ابتدا با نرم افزار ansys، اتصالات دارای صفحات پوششی با مقطع کاهش یافته تحت بارگذاری چرخه ای قرار گرفته و نمودارهای لنگر- دوران پلاستیک آنها بدست آمده است. سپس قابهای خمشی با ارتفاع های متفاوت دارای این اتصالات، پس از تحلیل خطی و طراحی، بر اساس آئین نامه ubc بصورت غیرخطی مورد تحلیل قرار گرفته و با استفاده از روابط موجود، ضریب رفتار این قاب ها بدست آمده است. نتایج حاصله موید این مطلب است که استفاده از اتصالات ترکیبی rbs-cover plates تاثیر ناچیزی بر روی افزایش ضریب رفتار قاب ها با تراز ارتفاعی پایین (3 الی 6 طبقه) می گذارد و با افزایش تراز ارتفاعی میزان تا ثیرگذاری نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج بررسی اتصال نشان می دهد که قاب ها با اتصالات ترکیبی نسب به قاب ها با اتصالات صفحات پوششی، بویژه در قاب های بلند از حاشیه امنیت بالاتری برای اتصالات در زمینه تردشکنی ایجاد کرده اند.

دیوارهای برشی فولادی یکی از مناسب ترین سیستمهای رایج جهت مقاومت و پایداری سازه در برابر بارهای جانبی می باشد. که در مقاوم سازی و بهسازی سازه ها در مناطق لرزه خیز بکار گرفته می شود. این سیستم ها در دو نوع سخت شده و سخت نشده در سازه ها بکار می روند. از جمله مزیت هایی که سبب رونق گرفتن این سیستم نسبت به سیستم های مشابه شده است می توان به شکل پذیری بالا، ظرفیت جذب و استهلاک انرژی فراوان، سختی اولیه ی بالا، سبک بودن نسبت به مشابه بتنی خود، صرفه جویی در مصالح مصرفی، کاهش زمان و هزینه ی ساخت اشاره نمود.از آنجایی که هدف از کاربرد این سیستم افزایش ظرفیت اتلاف انرژی و کنترل واژگونی سازه ها می باشد لذا تنها روشهای معمول جهت بهبود عملکرد این سیستم، افزایش ضخامت دیوار و استفاده از سخت کننده ها می باشد. با توجه به اینکه افزایش ضخامت دیوار مقرون به صرفه نیست لذا از سخت کننده ها جهت دستیابی به این اهداف استفاده می گردد. در این پایان نامه تاثیر سخت کننده ها بر رفتار دیوارهای برشی فولادی و پارامترهای موثر بر آن شامل تاثیر نوع آرایش سخت کننده ها بر ظرفیت باربری و شکل پذیری، تاثیر انواع مقاطع سخت کننده، اثر ضخامت دیوار و سخت کننده ها ، عرض سخت کننده و سختی تیر و ستونها بر رفتار دیوار برشی فولادی سخت شده بررسی شده است. مدلهای مربوط به دیوارهای سخت شده با استفاده از المان shell143 در نرم افزار اجزای محدود ansys10.0 شبیه سازی شده اند. در این تحقیق جهت بررسی صحت مدلسازی با استفاده از المان shell143، از نتایج آزمایشگاهی بهبهانی فرد و همکارانش که در دانشگاه آلبرتای کانادا در سال 2003 بر روی یک دیوار سه طبقه ی فولادی انجام داده اند، استفاده شده است. با انجام مطالعات اولیه ی نمونه های دیوارهای سخت شده با استفاده از نرم افزار ansys10.0 و دست یافتن به یک سری نتایج مفید و پارامترهای موثر بر رفتار دیوارهای برشی فولادی سخت شده، با استفاده از روش بهینه سازی تخمین تصادفی بر مبنای آشفته سازی همزمان ، مقادیر بهینه ی پارامترهایی موثر بر رفتار دیوار برشی فولادی سخت شده ی بدست آمده است و مشاهد شد که در دیوار برشی سخت شده ی موردنظر اگر نسبت عرض به ضخامت و نسبت سختی سخت کننده به دیوار به ترتیب برابر با 11/4 و 82/83 انتخاب گردد، دیوار سخت شده دارای ظرفیت اتلاف انرژی و باربری بالایی خواهد شد.

گاست پلیت ها صفحاتی هستند که عموما در خرپای پلها برای انتقال نیرو از یک عضو سازه ای به اعضای دیگر و در ساختمان با سازه فولادی از عضو اصلی بادبند به تیر و ستون مورد استفاده قرار می گیرند. ورق های مذکور تحت نیروی کششی و فشاری دارای مودهای گسیختگی متفاوتی می باشند و رفتار پیچیده ای از خود نشان می دهند که این مسئله پیش بینی رفتار آنها را دشوار می سازد. البته با وجود پیچیدگی های موجود، مطالعات تئوریک و آزمایشگاهی در زمینه رفتارگاست پلیت ها انجام گردیده است که به دلیل مود های گسیختگی محدودتر اکثر این مطالعات به منظور بررسی رفتار کششی گاست پلیت می باشد و رفتار فشاری به دلیل کثرت مودهای گسیختگی کمتر مورد مطالعه قرار گرفته. به همین منظور در این تحقیق برخی از پارامترهای موثر بر رفتار فشاری گاست پلیت مورد مطالعه قرار گرفته است. در پایان نامه حاضرتاثیر سخت کننده های لبه ای و میانی و پارامترهای آنها شامل عرض و ضخامت سخت کننده لبه ای و ضخامت سخت کننده میانی بررسی شده است. همچنین برخی از پارامترهای تاثیرگذار در رفتار فشاری گاست از جمله فاصله ردیف ابتدا و انتهای پیچ، فاصله پیچ های کناری، تاثیر ضخامت عضو پیوندی، تاثیر طول جوش عضو پیوندی، نقش جوش انتهایی عضو پیوندی بر رفتار فشاری گاست پلیت و دقت برخی از تئوری های رایج گاست پلیت تحت نیروی فشاری یکنوا مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق مدلهای گاست پلیت با استفاده از المان 45solid در نرم افزار اجزای محدود 10.0ansys شبیه سازی شده است و برای اعتبار سنجی، رفتار مدلهای ساخته شده با مدلهای تحقیقات آزمایشگاهی انجام شده توسط یام و چنگ در سال 1993 دانشگاه آلبرتا کانادا مقایسه گردیده است. به طور کلی تحقیقات نشان می دهد که وجود سخت کننده های لبه ای موجب بهبود رفتار فشاری گاست پلیت می گردد، اما به دلیل کنترل منطقه حساس بعد از انتهای عضو پیوندی نقش سخت کننده های میانی بیشتر است. سایر پارامترهای مورد بررسی مطابقت خوب نتایج نرم افزاری و تئوری های رایج گاست پلیت را نشان می دهد.

در دو دهه اخیر به دلیل وقوع زلزله های مخرب و مرگبار در دنیا توجه مهندسین سازه و زلزله به ارزیابی رفتار واقعی تر سازه ها در حین زلزله و پیش بینی خسارات ناشی از آن و همچنین ماهیت خود زلزله بیشتر جلب شده است. بررسی عملکرد سازه ها بر اساس مفاهیم انرژی، رفتار واقعی تری از سازه ها را بدست می دهد. مطالعات انجام شده بر روی سازه ها چه در زمینه طراحی و چه در زمینه بهینه سازی بیشتر بر مبنای طراحی بر اساس عملکرد، تحلیل دینامیکی و . . . می باشد ولی تحقیقات اخیر نشان داده که مفاهیم انرژی و شاخص های خرابی در طراحی، آیتم های مهم و تاثیرگزاری می باشند که می بایست بر این مفاهیم نیز در طراحی سازه ها تکیه شود. همچنین طراحی سازه در آئین نامه ها بر اساس مفاهیم استاتیکی، مقاومتی و دینامیکی استوار است و تقریبا می توان گفت در این آئین نامه ها به مفاهیم انرژی اشاره ای نشده است. در این تحقیق، بهینه سازی قاب های خمشی فولادی بر اساس این مفهوم مد نظر است. بدین معنا که با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی و تکیه بر مفاهیم انرژی و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی pso، قابهای خمشی به صورت بهینه طراحی می شوند. امید است نتایج این تحقیق مورد استفاده جامعه علمی و مهندسی کشور واقع شود.

یکی از انواع سیستم های سازه ای ساختمان های بلند، سیستم قاب محیطی مهاربندی شده است. در این سیستم که ترکیبی از سیستم های قاب محیطی و قاب مهاربندی می باشد نیروی جانبی توسط مهارها، تیرها و ستون ها تحمل می شود. امکان اجرای این سیستم سازه ای در ارتفاع بالا موجب شکل پذیری و جذب انرژی زیاد در ستون های طبقات فوقانی می گردد، همچنین در تعداد زیادی از ستون ها مفصل پلاستیک تشکیل شده و نیز بعلت بالا بودن تنش ها در محل اتصال تیر و ستون، قبل از رسیدن به شکل پذیری مورد نیاز ممکن است با شکست ناگهانی در این محل مواجه گردد. به نظر می رسد اتصال تیر با مقطع کاهش یافته (rbs?) با ایجاد شکل پذیری بیشتر در تیر و متمرکز کردن تنش در محلی دور از اتصال تیر و ستون، راه حل مناسبی برای رفع مشکل باشد، اما از آنجا که اتصال rbs در قاب خمشی کاربرد داشته و تاکنون در قاب محیطی مهاربندی شده در ساختمان بلند آزمایش نشده باید حتما مورد بررسی قرار گیرد، لذا در این پایان نامه با استفاده از نرم افزارهای sap2000 و perform-3d و طی تحلیل های دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی میزان جذب انرژی، روند تشکیل مفصل پلاستیک، چرخه های هیسترزیس و جابجایی گره بام تحت بکارگیری اتصال مذکور مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصله، از مقایسه بین سیستم های بدون اتصال rbs و سیستم های دارای اتصال rbs بدست آمده است. در این تحقیق ابتدا سه ساختمان بلند در ترازهای ارتفاعی ?? ، ?? و ?? طبقه با استفاده از نرم افزار sap2000 مدلسازی و طراحی و سپس یک قاب از هر ساختمان در نرم افزار perform-3d تحت دو سیستم بدون اتصال rbs و دارای اتصال rbs مدل گردیده است. مدل ها با شتاب نگاشت زلزله های منجیل، طبس و نورثریج تحت تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی قرار گرفته اند. مطابق این تحقیق مدل های دارای اتصال rbs با کاهش سختی تیر و افزایش شکل پذیری آن، میزان انرژی جذب شده را در تیرها افزایش و در ستون ها کاهش داده، امکان تشکیل مفصل پلاستیک در ستون ها نیز با کاهش همراه بوده است. در مطالعه ی چرخه های هیسترزیس در تیرها افزایش سطح زیر منحنی های هیسترزیس مشهود است و در ستون ها عکس این مطلب دیده می شود. بررسی جابجایی گره بام نشان می دهد میزان جابجایی به مقدار بسیار کمی افزایش داشته که با وجود کم شدن سختی تیرها و در نتیجه کم شدن سختی سیستم سازه ای، بدلیل حضور مهاربندی کلی در سازه، سختی سیستم در برابر بار جانبی همچنان بالا بوده و تغییرات جابجایی اندک است.

در طول سالهای اخیر پیشرفتهای زیادی جهت شناسایی خرابی در سازه های موجود حاصل شده است. بسیاری از راهکارهای ارائه شده بر روشهای سنتی ریاضی استوار می باشند. استفاده از روشهای ریاضی مستلزم صرف هزینه های محاسباتی زیادی همچون تحلیل حساسیت و تعیین ماتریس مشتقات توابع می باشد. از طرف دیگر این روشهای سنتی در بسیاری از موارد قادر به شناسایی موقعیت و مقدار دقیق خرابی در یک سازه نمی باشند. به منظور مرتفع نمودن این معایب روشهای دیگری مطرح شده اند که از تکنیکهای بهینه سازی بهره می برند. بدین صورت که مساله تعیین خرابی در سازه ابتدا به شکل استاندارد مسائل بهینه سازی تبدیل می شود سپس با استفاده از روشهای بهینه سازی موقعیت و مقدار دقیق خرابی در سازه تعیین می شود. عیب اصلی این روشها نیز زمان بر بودن و عدم دقت کافی آنها به علت تعداد بسیار زیاد متغیرهای بهینه سازی می باشد، زیرا در یک مساله خرابی تعداد متغیرها برابر تعداد کل اعضای سازه مورد نظرمی باشد. در این مطالعه یک روش مفید و موثر جهت شناسایی المانهایی از سازه که از احتمال خرابی بیشتری برخوردارند ارائه می شود. در این روش از تغییرات انرژی کرنشی یک سازه قبل و بعد از پدیده خرابی به عنوان معیاری برای تعیین موقعیت دقیق المانهای خراب استفاده می شود. با استفاده از این روش می توان تعداد متغیرهای خرابی را بطور چشمگیری کاهش داد تا در مرحله بعد الگوریتمهای بهینه سازی براحتی قادر به تعیین مقدار دقیق خرابی در سازه باشند. بنابراین با استفاده از روش پیشنهادی، تعیین موقعیت خرابی در یک سازه با دقت خوب، در زمان بسیار کوتاه و با انجام فقط دو بار تحلیل سازه ممکن می شود. به منظور بررسی صحت روش ارائه شده تعدادی مثال استاندارد از مراجع معتبر انتخاب و نتایج بدست آمده ضمن مقایسه، مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند.

چکیده ستونها در قاب‎های خمشی و هر سیستم سازه‎ای که تحت اثر بارهای فشاری است، وظیفه تحمل بارهای فشاری را بر عهده دارند. برای ساخت ستون‏ها معمولا از نیمرخ‎های فولادی استفاده می‏گردد. در بعضی شرایط نیز ستونها از ترکیب چند نیمرخ ساخته می‎شوند که در این صورت به آنها، ستون‎های مرکب می‎گویند. در طراحی ستون‏های تک، محاسبه‏ی بار بحرانی، براساس کمانش کلی آنها و با در نظر گرفتن تغییرشکل‎های کوچک و بدون در نظر گرفتن اثر برش امکان پذیر است. از حل معادله‏ی دیفرانسیل عضو کمانش یافته نیروی بحرانی براساس ضریب لاغری kl/r محاسبه می‏گردد، در تعیین ضریب لاغری فقط اثرات شرایط انتهایی ستون با ضریب k تعیین می‏گردد ولی تأثیر نادیده گرفتن اثر برش مقدار طول موثر kl را به صورت k´kl اصلاح می‏کند که مقدار k´ در ستون‏های بلند تک تقریبا یک، فرض می‏شود. اثر برش در ستون‏های مرکب در ضریب لاغری تأثیرگذار بوده و در آئین نامه‏های ایران و آمریکا مقدار آن قابل صرف نظر کردن نمی‎باشد. ولی تحقیقات اخیر سبب گردید که مقدار k´ از آئین نامه 1384 تا 1387 تغییر نماید در این پژوهش برای ستون‏های مرکب با بست‏های موازی، تعیین مقدار k´ با در نظر گرفتن مدلسازی عددی در برنامه‏ی abaqus امکان پذیر است پارامترهای موثر بر k´ مانند فاصله دو پروفیل، فواصل بست‏های موازی، مشخصات هندسی تک پروفیل، ابعاد بست‎های موازی و طول ستون‎های مرکب مورد ارزیابی قرار گرفته و دقت مقدار k´ پیشنهادی آئین نامه مورد بررسی قرار می‏گیرد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‏دهد که با افزایش ارتفاع ستون‎ها وفواصل پروفیل‎ها بار بحرانی کاهش یافته و ضریب k? کاهش می یابد، با افزایش ضخامت بست‏ها و اندازه پروفیل بار بحرانی افزایش یافته اما ضریب k? کاهش می یابد، با کاهش فاصله بست‎ها بار بحرانی افزایش و ضریب k? کاهش می‎یابد که در قالب رابطه‎ای ارائه شده است و نیز درصد بار برشی که ضریب ثابتی از مقدار نیروی محوری به اندازه 2 درصد از آئین نامه داده شده است یراساس نتایج این تحقیق درصد نیروی برشی حدود 2/5 درصد نیروی محوری پیشنهاد شده است.

شناسایی مقدار و محل خرابی در سازه ها بسیار حائز اهمیت است. با استفاده از روش های شناسایی خرابی در سازه ها می توان موقعیت خرابی را شناسایی و با انجام اقدامات ترمیمی لازم، از گسترش آسیب جلوگیری نموده و عمر سازه را افزایش داد. در این پایان نامه، ابتدا مسئله تعیین موقعیت و شدت خرابی در سازه به شکل یک مسئله بهینه سازی بیان می شود. بدین صورت که با استفاده از شتاب های سازه آسیب دیده و شتاب های تحلیلی که از روش نیومارک بدست می آیند، تابع هدف در بهینه سازی تعریف می شود. خرابی به صورت کاهش مدول الاستیسته اعضای سازه شبیه سازی می شود. سپس مسئله خرابی که تبدیل به یک مسئله بهینه سازی شده است را با الگوریتم تکامل تفاضلی حل نموده تا موقعیت و شدت دقیق خرابی در سازه تعیین شود. بمنظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، تعدادی مثال عددی و یک مثال آزمایشگائی ارائه شده است. در این مطالعه تنها از دو حساسه در مدل-های تئوری و آزمایشگاهی استفاده شده و با استفاده از تنها دو درجه آزادی از پاسخ های حوزه زمان توانستیم نشان دهیم که کارایی روش پیشنهادی جهت تعیین دقیق مکان و شدت خرابی با در نظر گرفتن اثر نویز بسیار خوب می-باشد.