ستون ها از اعضاء اصلی در سازه های متعارف، اعم از ساختمان ها و پل ها می باشند. بررسی رفتار لرزه ای و شناخت پارامترهای موثر در جهت بهبود و اصلاح عملکرد ستون های بتن آرمه در پاسخ به نیروهای حاصل از زلزله، از اهمیت بالایی برخوردار است. معمولاً آئین نامه ها و دستورالعمل های رایج در خصوص طراحی سازه ها در برابر زلزله بر اساس مقایسه نیروها است، در حالیکه روش های جدیدتر مبتنی بر تغییر شکل، با نگاهی دقیق تر به مسائلی چون شکل پذیری، سختی و مکانیزم های تخریب، سعی در پیش بینی واقع بینانه تر رفتار سازه ها دارند. در سال های اخیر بحث تعیین ظرفیت تغییر شکل جانبی ستون های (drift) در هنگام انهدام تحت اثر بارگذاری دوره ای مورد توجه قرار گرفته است، این بدان علت است که در روش های طراحی جدید بر اساس عملکرد، ظرفیت تغییر شکل جانبی ستون های بتن آرمه یکی از حالات حدی است که در فرآیند طراحی و تعیین شاخص خسارت این اعضاء مورد نیاز می باشد. به علت عدم دسترسی آسان به میزهای لرزان و وجود مشکلات فراوان در انجام آزمایش های مورد نیاز در این پایان-نامه از نتایج آزمایشگاهی 184 ستون بتن آرمه با مقطع مربع مستطیل استفاده شده است. این نتایج از بانک اطلاعاتی موسسه peer انتخاب شده است. این تحقیق به بررسی اجمالی رفتار ستون های بتن آرمه تحت اثر بارهای وارده و مولفه های پاسخ یک ستون بتن آرمه تحت بارهای جانبی پرداخته است. سپس با توجه به پارامترهای موثر در ظرفیت تغییر شکل جانبی ستون های بتن آرمه، مدلی جهت پیش بینی آن به تفکیک نوع انهدام ستون ها ارائه شده است. مدل پیشنهادی تخمین ظرفیت تغییر شکل جانبی ستون ها به لحاظ دقت مورد ارزیابی قرار گرفته است. در ادامه به منظور بالا بردن دقت در پیش بینی ظرفیت تغییرشکل جانبی ستون ها و در نظر گرفتن پارامترهای بیشتر در تخمین ظرفیت تغییرشکل جانبی، از روش شبکه های عصبی مصنوعی استفاده شده است. شبکه های عصبی مصنوعی در مقایسه با مدلهای رگرسیون خطی چندگانه، علاوه بر استفاده آسان، قادر به یادگیری روابط پیچیده و غیر خطی بین متغیرهای موجود می باشند. در ادامه، مدل پیشنهادی توسط شبکه عصبی مصنوعی به لحاظ دقت مورد ارزیابی قرار گرفته است و دقت آن با مدل ارائه شده توسط رگرسیون خطی چندگانه مقایسه شده است. که مدل طراحی شده توسط شبکه عصبی مصنوعی در مقایسه با رگرسیون خطی چندگانه از دقت بالاتری برخوردار است.

در سال‎های اخیر محققان گام‎های موثری در طراحی سازه‎های مقاوم در برابر زلزله برداشته‎اند. به عبارت دیگر دیدگاه آنان در فراهم آوردن طرحی ایمن و مطمئن برای سازه در مقابل بارهای ویرانگر زلزله بهبود چشمگیری یافته است. این پیشرفت شامل تغییر نگرش دانشمندان از طراحی بر اساس نیرو به سمت طراحی بر مبنای رفتار بوده است. این روش اصطلاحاً طراحی بر اساس عملکرد سازه (performance based design) نامیده می‎شود. در تحلیل بار افزون با مقایسه مقاومت و تغییر مکان تقاضا بر اساس زلزله‎های طرح با ظرفیت‎های موجود در سطوح عملکردی performance level)) مورد نظر، رفتار مورد انتظار سازه تخمین زده می‎شود. از این روی تحلیل بارافزون نقش مهم کلیدی خواهد داشت چرا که بدون نیاز به انجام تحلیل‎های وقتگیر، پرهزینه و پیچیده دینامیکی غیرخطی، رفتار نهایی سازه از نظر نحوه توزیع مفاصل پلاستیک، نوع و نحوه توزیع مفاصل پلاستیک، نوع و نحوه تشکیل حالت مکانیزم خرابی، تغییر مکان‎های کلی و نسبی تقاضا، نیرو‎های نهایی اعضا و .... با دقت مناسب برآورد می‎گردد. در این تحقیق انواع فراسنجهای موثر در تحلیل استاتیکی غیرخطی سازه‎ها بررسی گردیده‎اند و دقت آن‎ها ارزیابی گردیده است. دو سری نتایج آزمایشگاهی بررسی شده است. در ابتدا با نرم افزار ansys الگو سازی عددی انجام شده و چگونگی الگو سازی اجزاء محدودی، مورد بررسی قرار گرفته و نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است، سپس در محیط نرم‎افزار sap2000 الگو سازی عددی به انواع روش‎ها (بررسی رفتار غیر خطی مصالح و بررسی اثرات ثانویه تحلیل غیر خطی هندسی و الگوهای بارگذاری مختلف) انجام شده و تحلیل‎‎های لازم انجام گردیده است. با مقایسه نتایج حاصل از تحلیل الگوی عددی با نتایج آزمایشگاهی، دقت هر روش بررسی و ارزیابی گردیده است. نتایج بررسی‎ها در این تحقیق نشان داده است، گزینه‎های متفاوت تحلیل غیر خطی سازه‎ها در نرم افزارهایansys و sap2000 هر کدام در محدوده و تحت شرایط خاص خروجی‎های دقیق‎تری را به همراه داشته است. کلمات کلیدی: تحلیل استاتیکی غیرخطی، الگوهای بارگذاری، رفتار غیر خطی مصالح

ساختمانهای بنایی مسلح به لحاظ فنی و اقتصادی گزینه مناسبی برای کشور زلزله خیز ایران می باشند. بنائی مسلح با بلوک مجوف بتنی یک روش ساختمانی نسبتا ساده در عین حال اقتصادی است که از نظر مقاومت در مقابل نیروهای باد و زلزله ،در بعضی ساختمان ها می تواند جانشین اسکلت بتن آرمه ریخته در محل گردد ولی در مقابل از نظر اجرایی به مراتب ساده تر است و عملا کارهای دستگیر اجرایی در سطح بالای فنی مربوط به بتن آرمه را ندارد. فکر استفاده از بنایی مسلح از حدود 160 سال قبل در انگلستان سابقه داشته ولی بنائی مسلح با مشخصات فنی جدید وبسط و رواج آنرا می توان از زلزله 1933 لانگ بیچ کالیفرنیا دانست.از زمان وقوع این زلزله به بعد ،تحقیقات و تجربه در این نوع بنایی و تکمیل روشهای طرح ومحاسبه و اجرا ، بتدریج آنرا بصورت یک تکنیک تجربه شده و قابل اطمینان برای سازه های مقاوم در مقابل باد وزلزله در آورده است.ساختمان بنائی مسلح با بلوک بتنی در ساختمان های مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است . از آن جمله در واحد های مسکونی ،در انبار ها و ساختمان های صنعتی ،در بعضی ساختمانهای بلند آپارتمانی،تجاری و هتل ها ،همچنین در دیوار های حائل نیز در بسیاری از موارد راه حل سریع و آسان است. در سال های اخیر ساختمان های مرتفعی تا حدود 48 متر ارتفاع با این روش ساخته شده است.در این روش ساختمان ، سلاح فولادی در داخل بنائی ودر فضا هایی که با بتن پر می شود قرار می گیرد بطوریکه بلوک و بتن پر شده و سلاح فولادی بصورت جسم واحدی نیرو های وارد را تحمل می نمایند. در ایران بنا بر آمار اعلام شده در سال 1385 از سوی وزارت مسکن و شهرسازی حدود 80 درصد ساختمان های موجود و بیش از 40 درصد ساختمان های در حال ساخت کشور از نوع بنایی ( غیر مسلح) می باشد . اما با توجه به مزیت های زیاد ساختمان های بنایی (آجری و بلوکی) مسلح نسبت به ساختمان های بنایی غیر مسلح موجب گردید که با گذشت زمان جای خود را در ساخت و ساز کشور بیابند . اتصالات نامناسب بین اجزا این سازه باعث ایجاد آسیب دیدگی و تخریب در برابر زلزله میگردد. درصد آرماتور بکار رفته در دیوار و نحوه اتصال دیوار و دال از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر ایمنی این گونه سازه ها می باشد. در این مطالعه که در 5 فصل انجام شده است در فصل اول به تعاریف و کلیات ساختمانهای بنایی مسلح و مروری بر تحقیقات گذشته در این زمینه پرداخته شده است.در فصل دوم به بررسی فرضیات و روشهای مدل سازی به روش المان محدود پرداخته شده و مراحل تحلیل بیان شده است.. پس از مدلسازی دیوار بنایی مسلح و مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی و اثبات صحت مدل ایجاد شده در نرم افزار abaqus ،که در فصل سوم به آن پرداخته شده است، در فصل چهارم پنج ساختمان یک ، دو و چهار طبقه بنایی با دال بتنی در موقعیت های متفاوت مدلسازی و تحلیل شده است. قطر و فاصله میلگردهای اتصال و طول مهاری بین دیوار و دال بتنی بررسی گردیده ودر فصل پنجم نتایج مورد بررسی قرار گرفته و پیشنهاداتی در این زمینه ارائه شده است.

امروزه کاربرد میانقاب در قاب های سازه ای و ساختمانی به منظور جداسازی فضاها زیاد می باشد؛ از این رو شناخت میزان تأثیر میانقاب ها بر روی رفتار لرزه ای قاب های اصلی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به نظر می رسد استاندارد2800 در ارتباط با تعیین زمان تناوب اصلی سازه هایی با مهاربندی واگرای فولادی محافظه کارانه و کلی باشد، همچنین این استاندارد برای تعیین زمان تناوب سیستم های تقویت شده با مهاربند واگرا، اثر میانقاب را لحاظ نکرده است. در صورتی که این رابطه با توجه به ویژگی های میانقاب بسط داده شود منتج به طرح های اقتصادی تری خواهد شد. در این تحقیق با مدلسازی سه بعدی اجزا محدود 41 سازه فولادی با مهاربندی واگرا توسط نرم افزار sap2000، تأثیر ویژگی هایی مانند جنس مصالح، ضخامت و درصد بازشوی پانلهای میانقاب و تأثیر ارتفاع، بر روی دوره تناوب طبیعی سازه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق با نتایج بدست آمده از رابطه استاندارد 2800 در خصوص زمان تناوب طبیعی سازه مقایسه شده و پس از بررسی و مطالعه نتایج، با ارائه ضرایبی سعی شده است میزان دقت رابطه ارائه شده توسط استاندارد 2800 افزایش یابد، در ادامه میزان دقت رابطه پیشنهادی و رابطه استاندارد 2800 ، با بررسی 58 مثال مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در اکثر مطالعات گزارش شده در ارتباط با قاب مهاربندی واگرا، تحقیقات و آزمایشات در رابطه با تیرپیوند و محدود به مقاطع بال پهن با مشخصات فنی aisc بوده است اما در این مطالعه رفتار سه نوع متعارف سیستم مهاربندی واگرا (نوعk ، نوعd ، نوعv) که در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان آورده شده است، با مشخصات فولاد st37 بررسی شده و با استفاده از منحنی هیسترزیس این سیستم ها به مقایسه شکل پذیری، مقاومت نهایی، سختی و جذب انرژی آنها پرداخته شده است. به این منظور قاب های تک دهانه یک طبقه مهاربندی شده، با استفاده از نرم افزار اجزا محدود abaqus v6.10مدلسازی شده است. این قاب ها با استفاده از بارگذاری استاتیکی غیر خطی (چرخه ای) طبق توصیه های atc24 مورد تحلیل قرار گرفته است. این بررسی رفتار مناسب قاب های نوع k را در مقایسه با دو قاب دیگر مورد تائید قرار داده است. در آئین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله ایران (استاندارد 2800) در مورد دوره تناوب سیستم های مهاربندی رابطه کلی t=0.05h^(3/4) ارائه شده است که با توجه به تفاوت رفتار هر نوع از قاب های ebf نیاز است که این رابطه بصورت تفکیک شده ارائه شود. به این منظور با استفاده از تحلیل 24 مدل از قاب های سه دهانه مهاربندی شده انواع ebf (3 تا 10 طبقه)، دوره تناوب این سیستم ها را بدست آورده و روابطی جهت توسعه رابطه آئین نامه به تفکیک برای هر یک از سیستم ها پیشنهاد شد.

قاب های مهاربندی همگرا (cbf) به علت سهولت اجرا، سختی اولیه و هزینه اجرایی مناسب از جمله سیستم های مقاوم جانبی پرکاربرد می باشند. این سیستم به چهار نوع کلی ضربدری، شورن، قطری و k.شکل تقسیم می شود. در تحقیق حاضر رفتار لرزه ای سیستم های فوق الذکر با استفاده از نرم افزار المان محدود abaqus مطالعه شده است. مدل ها تحت دو نوع بارگذاری جانبی افزاینده یکنواخت و دوره ای مشابه قرار گرفته اند. برای تعیین بارگذاری دوره ای مدل ها از پروتکل بارگذاری atc-24 استفاده شده است. پس از تحلیل مدل ها اتلاف انرژی، زوال سختی، افت مقاومت، پدیده کمانش و شکل.پذیری آن ها مورد مقایسه قرار گرفته است. آئین نامه زلزله ایران (استاندارد 2800) برای زمان تناوب سازه های شامل سیستم مهاربندی همگرا به تفکیک رابطه مشخصی ارائه نداده است. برای این سیستم ها تنها به رابطه بسنده شده است. در این تحقیق با استفاده از تحلیل مودال 28 سازه روابط کامل تری برای انواع مختلف cbf ارائه شده است. با استفاده از نتایج زمان تناوب مدل های مطالعه شده، رابطه برای محاسبه زمان تناوب سازه های تقویت شده توسط انواع سیستم مهاربند همگرا پیشنهاد شده است. در این رابطه ضرایب و برای هر کدام از سیستم های مهاربندی به تفکیک تعیین شده است.

آیین نامه های ساختمانی نظیر:fema273 ، eurocode 8، ubc97 و 2800 ایران روابط تجربی ساده ای را بر حسب نوع سازه (فولادی یا بتنی)، نوع سیستم سازه ای (قاب، دیوار برشی و غیره) و ارتفاع سازه جهت محاسبه زمان تناوب طبیعی ساختمان ها ارائه کرده اند. در این روابط کلی عواملی نظیر مقاومت فشاری، ضخامت و درصد بازشو موجود در میانقاب ها در نظر گرفته نشده است. هدف این تحقیق ارزیابی و توسعه رابطه ارائه شده توسط آیین نامه طراحی سازه ها در برابر زلزله (استاندارد 2800) در مورد تعیین دوره تناوب سازه های خمشی بتن آرمه دارای میانقاب می باشد. آیین نامه در صورت وجود میانقاب اعمال ضریب 8/0 برای کاهش دوره تناوب را برای همه حالات پیشنهاد نموده است. به نظر می رسد این رابطه کلی محافظه کارانه باشد. در این تحقیق با مدلسازی سه بعدی اجزای محدود 23 قاب خمشی بتن آرمه، زمان تناوب طبیعی آنها با در نظر گرفتن خصوصیات میانقاب مصالح بنایی محاسبه شده است، سپس با بدست آوردن ضرایب تاثیر، روابط نسبتا دقیقی برای تعیین زمان تناوب اینگونه سازه ها پیشنهاد شده است. برای بررسی دقیق روابط پیشنهادی از نتایج آنالیز مودال 60 سازه بتن آرمه قاب خمشی با خصوصیات متفاوت استفاده شده است. سازه های مورد مطالعه دارای طبقات متفاوت از 4 تا 12 طبقه بوده اند و بر اساس آیین نامه ایران بارگذاری شده اند. با استفاده از روابط پیشنهادی زمان تناوب و برش پایه ساختمان با دقت بیشتری محاسبه خواهد شد.

اکثر سازه ها در اثر وقوع زلزله های شدید وارد مرحله غیر خطی می شوند. از این رو برآورد عملکرد این نوع سازه ها نیازمند استفاده از تحلیل غیر خطی می باشد. دقیق ترین روش، تحلیل دینامیکی غیر خطی می باشد. اما امروزه روش جایگزینی جهت تحلیل غیر خطی ارائه شده است که تحلیل استاتیکی غیر خطی یا آنالیز بار افزون می باشد که به عنوان ابزار مناسبی جهت ارزیابی سازه ها با استفاده از تخمین مقاومت و منحنی های ظرفیت مورد استفاده قرار می گیرد. در این پایان نامه هدف ارزیابی دقت الگوهای مختلف بار جانبی ارائه شده در دستورالعمل fema-356 با آنالیز دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی در قاب های خمشی بتنی می باشد که برای این منظور 3 تیپ قاب 5 ، 7 و 9 که هر کدام آنها شامل سه حالت متقارن، نا منظم سختی و نا منظم جرم می باشد، در نظر گرفته شده است. سپس قاب های فوق را با استفاده از نرم افزار sap2000 مدل سازی و تحلیل بار افزون دو بعدی بر روی این قاب ها انجام گرفته است و چهار الگوی بار جانبی الگوی بار یکنواخت، الگوی بار مثلثی وارونه، الگوی بار سختی و الگوی بار مود اول به آنها اعمال گردیده است و با نتایج تحلیل دینامیکی غیر خطی مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان دهنده دقت مناسب الگوی بار مود اول نسبت به سایر الگوها می باشد که می تواند به عنوان مناسب ترین الگوی بار مورد استفاده قرار گیرد. همچنین نتایج بدست آمده نشان دهنده دقت کم الگوی بار یکنواخت نسبت به سایر الگوها می باشد که جزئیات آن در این پایان نامه ارائه می شود.

زمان تناوب سازه ها تابعی از جرم و سختی آن ها می باشد . هر عاملی که باعث تغییر در جرم و سختی شود، زمان تناوب را نیز تغییر خواهد داد . وجود میانقاب ها به خصوص از نوع حجیم و سنگین می تواند تاثیر قابل ملاحظه ای در زمان تناوب سیستم های قاب خمشی داشته باشد . در آیین نامه 2800 (ویرایش سوم) زمان تناوب سازه های تقویت شده با مهاربندی همگرا از رابطه تجربی و کلی t=0.05h^(3?4) بدست می آید . این آیین نامه در خصوص تاثیر میانقاب در تغییر میزان زمان تناوب این سیستم ها اشاره ای نکرده است . در این تحقیق به کمک نرم افزار sap2000 بر اساس تحلیل اجزا محدود 52 قاب فولادی همراه میانقاب ، اثرات پارامترهای مختلف مربوط به میانقاب نظیر جنس مصالح ، ضخامت ، درصد بازشوی پانلهای میانقاب و تأثیر ارتفاع، بر روی زمان تناوب طبیعی این سیستم ها بررسی و مطالعه شده است . در نهایت رابطه ای پیشنهاد گردیده است که به تفکیک اثرات موارد فوق الذکر در آن منظور می شود و به این ترتیب رابطه تجربی آیین نامه توسعه داده شده است . به نظر می رسد در صورت استفاده از رابطه پیشنهادی برش پایه سازه ها دقیق تر تعیین شود و در نتیجه طراحی اقتصادی تر گردد.

نشانه های خسارت برای ارزیابی کمی وضعیت خسارت دیدگی عضو یا سازه خسارت دیده بکار می رود. با مشخص شدن نشانه خسارت تصمیم گیری های قبل از زلزله برای بهسازی و مقاوم سازی سازه ها آسان تر می شود، بعد از زلزله مدیریت بحران بهتر صورت می گیرد، ضمن اینکه تصمیم گیری برای تعمیر یا تخریب و نوسازی سازه ها معقول تر خواهد شد. قریب به اتفاق نشانه های خسارت موجود با فرض رفتار خمشی اعضاء بتن آرمه تعریف شده است. هیچکدام از این مدل ها فرآیند انهدام برشی ستونها بتن آرمه را به صورت جدا از سایر خرابی ها نشان نمی دهد. گزارشات متعدد از زلزله های گذشته نشان داده است که این نوع انهدام یکی از علل عمده و مهم خرابی ساختمان ها و پل ها بوده است. بنابراین مطالعه و تحقیق در این خصوص با اهمیت و مفید خواهد بود. هدف از این تحقیق، توسعه و تدوین نشانه خسارتی بوده است که با آن بتوان فرآیند انهدام برشی ستون های بتن آرمه را به تفکیک از سایر خرابی ها نشان داده و از خصوصیات یک مدل مناسب بر اساس ملاک های فوق الذکر برخوردار باشد.