در سال های اخیر پیشرفت تکنولوژی این امکان را برای جامعه مهندسین و پژوهشگران فراهم آورده است که ارزیابی دقیقی از رفتار سازه ها داشته باشند و ابزاری جهت پیش بینی رفتار سازه ها در هنگام شرایط فوق العاده نظیر زلزله در دست داشته باشند. با توجه به اهمیت شناخت رفتار سیستم های سازه ای، مطالعه حاضر در زمینه شناسایی و ارزیابی ویژگی ها، محدودیت ها و عملکرد لرزه ای سیستم های دوگانه فولادی شکل گرفته است و اثر کمیت های مهاربندی بر آنها بررسی شده است. در ابتدا نقاط قوت و ضعف سیستم دوگانه فولادی نسبت به سایر سیستم های دوگانه بررسی می شود و سپس اثر کمیت مهاربندی بر ویژگی ها سیستم های دوگانه مشخص می گردد. همچنین در این مطالعه آثار نامطلوب در سیستم های دوگانه فولادی بیان می شوند. با رویکردی جدید دیافراگم ها بررسی شده و عملکرد آنها در سیستم های دوگانه بررسی می شود. اثر کمیت مهاربندی بر نیروی برکنش به عنوان یکی از آثار نامطلوب موجود در سیستم های دوگانه بررسی خواهد شد و راهکارهایی جهت غلبه بر نیرو بیان می گردد. در انتها نیز به کمک تحلیل استاتیکی غیرخطی عملکرد لرزه ای سیستم های دوگانه بررسی شده و کمیت مناسب مهاربندی ها از نظر بهبود عملکرد لرزه ای سیستم های دوگانه بررسی معرفی خواهد شد.

از قابهای با مهاربندی واگرا به عنوان سیستمی یاد می شود که در برابر بارهای لرزه ای ناشی از زلزله، علاوه بر تأمین سختی جانبی مناسب قادر است تا مقادیر بالای شکل پذیری را برای سازه تأمین کند. در واقع این سیستم نقاط ضعف دو سیستم رایج قابهای با مهاربندی همگرا و قابهای خمشی را پوشانده و از نقاط قوتشان بهره می برد. ارزیابی دقیق از شکل پذیری این سیستم با استفاده از تحلیل های استاتیکی غیرخطی (پوش اور)، هدف کلی تحقیق حاضر می باشد. آنچه که بصورت جزئی تر در این تحقیق به دنبال آن هستیم تأثیر نوع اتصال تیر به ستون (صلب و مفصلی) بر پارامترهای شکل پذیری این سیستم ها است. برای رسیدن به اهداف تعیین شده، قاب ها به صورت دو بعدی در نرم افزار etabs مدلسازی شدند. قابهای مدل شده از لحاظ هندسی، نوع اتصالات تیر به ستون، طول تیرهای پیوند و نحوه آرایش مهاربندها با یکدیگر تفاوت دارند. ابتدا تحلیل و طراحی خطی انجام شد. سپس مقاطع ستون ها با توجه به ضوابط طرح لرزه ای کنترل و اصلاح شدند. در ادامه روشی جدید و کارآمد برای کنترل و اصلاح مقاطع ستون ها، تیر های خارج از پیوند و مهاربندها در دهانه های مهاربندی قاب، معرفی شد. در این روش که با عنوان راهبرد طراحی (design guideline) نامگذاری شده تمامی مندرجات آیین نامه طرح لرزه ای آمریکا در سال 2010، رعایت شده است. پس از بکارگیری روش ذکر شده، تحلیل پوش اور بر طبق مندرجات آیین نامه fema 356 و نشریه 360 بر سازه اعمال شد. با توجه به نمودار پوش اور بدست آمده، پارامترهای شکل پذیری سازه محاسبه شد. ضریب رفتار سازه به عنوان پارامتر اصلی شکل پذیری، مبنای مقایسه رفتار قاب ها قرار گرفت. در انتها نیز برای مطالعه لوکال تیر پیوند و همچنین اعتبار سنجی نتایج حاصله از نرم افزار etabs، از نرم افزار جامع المان محدود abaqus برای مدل سازی استفاده شده است.

درپی زلزله نورثریج، تعداد زیادی از ساختمان هایی که در آنها از سیستم قاب خمشی فولادی با اتصالات گیردار جوشی استفاده شده بود، دچار خرابی هایی درناحیه اتصال تیر به ستون که جزء نقاط حساس، مهم وتأثیر گذار در رفتار سازه های خمشی محسوب می شود، شدند. نتایج مشاهدات و مطالعات المان محدود بیانگر تفاوت توزیع تنش ها در ناحیه اتصال با فرضیات تیرکلاسیک و شکست ترد اتصالات بود. این امرمحققان را به یافتن جایگزینی مناسب برای این اتصالات واداشت . یکی از الگوهای پیشنهادی جهت تأمین شکل پذیری در سیستم های باربر جانبی لرزه ای در آیین نامه fema و آیین نامه aiscاتصال wuf-w است. که بال ها و جان تیر مستقیماً به بال ستون جوش می شوند. جان تیر با استفاده ازیک صفحه جان با جوش گوشه به جان تیر و با جوش نفوذی به بال ستون متصل می شود. و اتصال بال آزاد است که بال را از جان مجزا می کند. در این مطالعه عملکرد این دو اتصال با اتصال متعارف در حالت خطی و غیر خطی مقایسه شده است. به منظور مطالعه تحلیلی رفتار اتصال تیر به ستون، نرم افزار abaqus به کار گرفته شده است. در این تحلیل ها همچنین رفتار غیر خطی مصالح فولادی لحاظ شده است. نتایج تحلیل ها بر روی اتصالات بال آزاد وwuf-w، نشان دهنده موثر بودن آنها در انتقال مفصل پلاستیک تیر به دوراز برستون و شکل پذیری رضایت بخش آنها می باشد. در این مطالعه ضمن بررسی رفتار اتصال نتیجه گیری شده است که ظرفیت چرخش پلاستیک آن عمدتاً فراتر از نیاز طراحی است و میزان گیرداری اتصال در محدوده پذیرش آیین نامه اتصالات گیردار در سازه های قاب خمشی با شکل پذیری ویژه می باشد. در قسمت دیگری از این تحقیق اثر افزایش ارتفاع و ضخامت جان تیر در شکل پذیری و مقاومت با استفاده از چند مدل اجزاء محدود مورد مطالعه قرار گرفته است.

میراگر جرمی تنظیم شده (tmd) ، ابزاری است شامل جرم، سختی و میرایی که به منظور کاهش پاسخ های دینامیکی سازه و بهبود رفتار آن در مقابل تحریک های خارجی به کار می رود. نحوه عملکرد میراگر جرمی تنظیم شده بدین صورت است که با تنظیم پارامترهای میراگر، فرکانس میراگر به نحوی تنظیم می شود که موجب می گردد میراگر در فاز مخالف سازه شروع به ارتعاش نموده که این امر سبب ایجاد نیرویی مخالف جهت حرکت سازه می شود و در نتیجه نوسانات ناشی از نیروهای دینامیکی استهلاک می گردد. نیروهای دینامیکی می تواند نیروی باد، شتاب ناشی از زلزله و یا هر نیروی خارجی وارد بر سازه باشد. این جاذب انرژی به عنوان یک سیستم کنترل غیرفعال با دارا بودن مزایای عمده ای از قبیل کارایی بالا، سهولت نصب و نگهداری، و هم چنین سادگی سازوکار آن نسبت به سایر روش های کنترلی بیشتر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. به منظور شبیه سازی یک مدل واقعی تر، در این مطالعه سازه چند درجه آزادی به عنوان مدل استفاده شده است که با استفاده از رویکرد فضای حالت در مدل سازی سازه، پاسخ های دینامیکی محاسبه می شوند. تنظیم بهینه پارامترهای میراگر جرمی تنظیم شده تاثیر شگرفی در کارایی این سیستم کنترلی تحت بارهای دینامیکی دارد. الگوریتم ژنتیک که یک روش بهینه سازی فرا ابتکاری است و به طور موفقیت آمیزی برای مسائل مختلف مهندسی به کار برده شده است، در این پژوهش برای تنظیم پارامترهای بهینه میراگر جرمی غیرفعال استفاده می شود. برنامه ای در نرم افزار matlab برای تحلیل تاریخچه زمانی و بهینه سازی عددی پارامترهای میراگر، توسعه یافته است. معیار بهینه سازی، مقدار بیشینه پاسخ طبقه بام است. این رویکرد با سایر روش های مستند مقایسه می گردد که نشان می دهد رویکرد جدید موثرتر از سایر روش های مستند است و به علت پارامترهای کوچک تر میراگر جرمی تنظیم شده، عملی تر می باشد.

قاب های مهاربندی شده ی همگرا فولادی، به دلیل اقتصادی بودن و همچنین کنترل تغییر مکان جانبی به وجود آمده در اثر زلزله به واسطه سختی جانبی زیاد، مورد استفاده فراوان قرار می گیرد. با این وجود، این سیستم های باربر جانبی به دلیل شکل پذیری پایین، در هنگام زلزله رفتار خوبی از خود نشان نمی دهند. ارزیابی دقیق از شکل پذیری این سیستم و همچنین ارائه ی راهکارهایی برای بهبود عملکرد لرزه ای آن، هدف اصلی این تحقیق می باشد. برای رسیدن به اهداف تعیین شده، قاب های مورد مطالعه در نرم افزار etabs، تحلیل وطراحی شدند. این قاب ها دارای پیکربندی های مختلف و همچنین تعداد طبقات و طول دهانه های متفاوت می باشند. در ادامه با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی به ارزیابی قاب های مهاربندی همگرا، پرداخته شده و معایب و محاسن ضوابط آیین نامه های طراحی لرزه ای مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، روشی جدید و کارآمد برای تحلیل و طراحی لرزه ای قاب های مهاربندی شده ی همگرای ویژه تحت عنوان "طراحی لرزه ای قاب های ساختمانی توأم با مهاربندی های همگرا از طریق ایجاد تغییرات دما در اعضای مهاربندی" با استفاده از مفاهیم تنش و کرنش حرارتی معرفی گردید. استفاده از این روش، باعث افزایش سرعت عمل و دقت در تحلیل و طراحی می گردد. در پایان نیز روشی برای بهبود عملکرد لرزه ای قاب های مورد مطالعه ارائه شده است. در این روش یک سری الگوی بارهای جانبی اضافی، علاوه بر بارهای جانبی توصیه شده در آیین نامه های طراحی لرزه ای ارائه شده است. چنانچه این بارها با مقادیر توصیه شده در آیین نامه های طراحی لرزه ای جمع شوند و سازه براساس آن طراحی گردد، سازه از شکل پذیری بالایی برخوردار خواهد بود. برای مقایسه عملکرد لرزه ای قاب های طراحی شده با روش ارائه شده در این تحقیق، از تحلیل استاتیکی غیرخطی استفاده شده است. ضریب رفتار و پارامتر شکل پذیری و همچنین وزن سازه ای افزایش یافته، مبنای مقایسه رفتار قاب ها قرار گرفته است.

امروزه دیوارهای برشی بتنی در اکثر سیستم های سازه ای از اجزاء اصلی سیستم باربر جانبی به شمار می روند. در برخی موارد، طراحان به منظور برآورده ساختن ملزومات معماری از قبیل تعبی? در و پنجره و کریدور مجبور به ایجاد بازشو در این دیوارها هستند، به چنین دیوارهای برشی دارای بازشو اصطلاحاً دیوارهای برشی همبند و به تیر ما بین این دیوارها تیر همبند گفته می شود. با توجه به اینکه تیرهای همبند از دو انتها به دیوارهای برشی متصل هستند، لذا اینگونه تیرها در بارگذاری های جانبی نظیر زلزله تحت اثر تغییرشکل های برشی زیادی شده و طراحی آنها غالباً منتج به درصد بالایی از آرماتورهای طولی و عرضی می گردد. بالا بودن میزان آرماتورهای طولی و عرضی در اینگونه تیرها بعضاً به حدی می باشد که عملاً اجرای آن را غیر ممکن می سازد. ظمناً تحققیقات صورت گرفته در اینگونه سیستم های سازه ای نشان داده است که اینگونه آرماتورگذاری عملاً شکل پذیری مورد انتظار را تامین نمی کند. در حال حاضر مطابق تحقیقات آقای پاولی (pauley ) تعبی? آرماتورهای قطری در تیرهای همبند معمولی ترین راه حل برای اجتناب از تعبی? آرماتورهای عرضی بیشتر و نیز تامین شکل پذیری موردنیاز اینگونه سیستم های سازه ای می باشد. هر چند مطابق تحقیقات آقای پاولی تعبی? آرماتورهای قطری موردنیاز در تیرهای همبند منجر به افزایش شکل پذیری آنها به میزان قابل توجهی می شود، لیکن این بهبود رفتار منوط به اجرای صحیح آرماتورهای قطری با زاوی? تقریباً 45 درجه می باشد که در بسیاری از موارد امکان اجرای آن مهیا نمی باشد. در سال های اخیر با توجه به تغییر مبنای طراحی آیین نامه ها از طراحی به روش مقاومت به طراحی بر اساس سطوح عملکرد، ونیاز طراحان سازه به مجموعه ای از پیشنهادات به منظور بهبود رفتار لرزه ای دیوارهای برشی همبند، محققین را بر آن داشته تا با استفاده ازنتایج به دست امده از تحلیل های غیر خطی، پیشنهاداتی را برای استفاده طراحان در تحلیل های خطی مطرح کنند تا با بکارگیری این پیشنهادات قبل از شروع طراحی رفتار سیستم های همبند قابل پیشبینی و پیشگویی باشد. در همین راستا در پژوهش پیش رو، نگارنده با استفاده از انواع تحلیل های غیر خطی استاتیکی و دینامیکی به ارائه مجموعه پیشنهاداتی پرداخته که استفاده آنها در تحلیل های خطی موجب بهبود رفتار و افزایش شکل پذیری سیستم های همبند و همچنین اقتصادی شدن طرح می گردد. در اولین پیشنهاد، دیوارهای برشی با استفاده از الگوی طرح شطرنجی مشبک شده و نتایج تحلیل و طراحی این دیوارها با دیوارهای برشی بدون الگوی مشبک سازی مقایسه گردیده است همچنین رفتار لرزه ای قاب های دوبعدی شامل دیوارهای برشی دارای بازشو با دیوارهای بدون بازشو مورد مقایسه قرار گرفته، نتایج بدست آمده حاکی از بهبود رفتار و افزایش سطح زیر منحنی ظرفیت و متعاقبا افزایش ضریب رفتار سیستم های همبند دارای الگوی مشبک سازی می باشد. همچنین الگوهای مشبک سازی متفاوتی نیز توسط تحلیل دینامیکی غیر خطی و تحت زلزله السنترو مورد بررسی قرار گرفت که نتایج بدست آمده مشخصا بیانگر افزایش و چاق شدگی منحنی هیسترزیس قاب های دو بعدی می باشد. در دومین پیشنهاد ارائه شده ، به میزان حساسیت رفتار سیستم همبند به درجه کوپلگی پرداخته شده است نتایج حاصل از تحلیل های غیر خطی استاتیکی بر روی قاب های دوبعدی شامل دیوارهای برشی همبند نشانگر وجود دامنه مشخصی برای درجه کوپلگی می باشد که در این دامنه از درجه کوپلگی سیستم همبند شکل پذیری بالایی از خود نشان می دهد و ضمنا بزرگترین ضریب رفتار از سیستم همبند بدست می آید. در سومین پیشنهاد ارائه شده در این پژوهش ، مدل های سه بعدی از ساختمان های دارای هسته برشی شامل دیوار همبند مورد بررسی قرار گرفت، و مشخص گردید که صلب فرض کردن دیافراگم های متصل به هسته مقاوم برشی در ساختمان هایی که شامل دیوارهای حائل می باشند موجب طراحی غلط و غیر اقتصادی می گردد. و درصد خطای ایجاد شده در اثر ساده سازی مدلسازی، باعث افزایش ابعاد و سطح تسلیح المان های سازه ای می گردد.

در روش کنترل ارتعاشات بدون اینکه نیاز به مقاوم سازی تک تک عناصر مقاوم سازه ای باشد با تعبیه وسایل و تجهیزات مناسبی در ساختمان کاهش تغییرمکان و بهبود پاسخ دینامیکی سازه فراهم می شود. یکی از روش‏ های کنترل ارتعاشات سازه ها تحت تاثیر بارهای لرزه ای، استفاده از وسایل اتلاف انرژی یا میراگرها است. این سیستم‏ ها با جذب و استهلاک درصد بالایی از انرژی ورودی به سازه، شرایط ایمن و پایداری را نسبت به ساختمان ‏های مشابه فراهم می‏کنند. با گسترش روش‏ های کنترل ارتعاشات و معرفی انواع مختلف از وسایل اتلاف انرژی باید با شناخت این وسایل و نحوه عملکرد آن ها، روش‏ هایی که با توجه به امکانات موجود در کشور به سادگی قابل اجرا بوده را انتخاب کرد.در این تحقیق نوعی از سیستم ‏های میراگر اصطکاکی پال مورد مطالعه قرار گرفته است. در این سیستم، عضو? بادبندی درمحل اتصال محل ت?قی دو عضو بادبند، به یک میراگر اصطکاکی متصل می‏گردد. در این سازه ها میراگرهای اصطکاکی به گونه ?ای عمل می کنند که انرژی وارد شده به سیستم مستهلک شود.?در ابتدا با استفاده از نرم ‏افزار abaqus با مدلسازی دقیق یک میراگر، نمودار هیسترزیس آن به دست آورده شده است. سپس، با قرار دادن همان میراگر در یک قاب ? رفتار غیر خطی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. میراگر و قاب مدل شده در نرم ‏افزار abaqus را در نرم ‏افزار sap2000 مدل و مقایسه شده است. در ادامه قاب ‏های 5، 8 و12 طبقه تحت تحلیل پوش اور، رفتار غیرخطی قاب ‏های مهاربندی شده با قاب ‏های مجهز به میراگر مورد بررسی و با مقایسه ی رفتار غیرخطی آن? ?با قاب‏ های رایج، عملکرد این سیستم جدید مورد قضاوت قرار گرفته است. ?? تلاف انرژی توسط میراگر و میزان تاثیر در کل اتلاف انرژی قاب در قاب ‏های مختلف و تاثیر استفاده از میراگر بر میزان استفاده از ظرفیت اعضای سازه نیز مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر استفاده از میراگر اصطکاکی پال بر روی ضریب های موثر بر ضریب رفتار و رابطه این تاثیرات با میزان بار لغزش میراگر نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.

آنچه که در این رساله صورت گرفته است، با تهیه یک نرم افزار تحلیل گر غیرخطی ‏‎nap2d‎‏ و یک نرم افزار محاسبه کنندهخطا‏‎smooth‎‏ ، میزان خطای نسبی سراسری و خطای نسبی موضعی در هر گام بارگذاری محاسبه شده و به کمک یک نرم افزار تولید کننده شبکه جزبندی ‏‎mgp‎‏ و براساس اصلاح وفقی نوع ‏‎h‎‏ با شبکه بندی غنی شده ، ابعاد المانها بطور موضعی کوچک شده به طوری که خطای نسبی در کلیه المانها کمتر از یک گردد. محاسن روش فوق نسبت به روش اجزای محدود معمولی عبارتند از: 1-داشتن ابزاری مبنی بر صحیح بودن نوع حل صورت گرفته.2-اصلاح وفقی المانها.3-رسیدن به جواب نهایی با تعداد المانهای کمتر و عدم نیاز به برنامه هایی با ظرفیت بالاتر.4-دسترسی به مسیرهای محتمل تشکیل مکانیزم گسیختگی از طریق اصلاح وفقی و محاسبه نرم های خطا.