پانل های برشی فولادی از مدت ها قبل به عنوان یکی از سخت ترین و مقاوم ترین سیستم های ‏مقاوم جانبی در ساختمان ها مطرح بوده اند. با توجه به دقتی که در انجام کارهای آزمایشگاهی می ‏شود، میتوان گفت که نمونه ها معمولاً اعوجاج قابل توجهی ندارند، اما در شرایط کارگاهی ممکن ‏است در این پانل ها به دلایل مختلفی تغییر شکل هایی قبل از رخداد زلزله وجود داشته باشد. این ‏اعوجاج اولیه ممکن است روی عملکرد پانل ها تأثیر بگذارد.‏ در این مجموعه، با استفاده از نرم افزار ‏ansys‏ نمونه هایی از این دیوارهای برشی تحت ‏اعوجاج های اولیه متفاوت قرار داده شده اند و میزان تأثیر این اعوجاج ها بر دو پارامتر سختی و ‏مقاومت سنجیده شده است. لازم به ذکر است که برای اطمینان از نتایج به دست آمده، قبل از ‏اعمال اعوجاج به.....

در این پایان نامه ایده های نوآورانه ای با استفاده از کار آزمایشگاهی بر روی نمونه هایی با مقیاس یک دوم مورد بررسی قرار گرفته اند. سه نمونه آزمایشگاهی از مهاربند ضربدری بررسی گردیده و نحوه رفتار سیستم در حین آزمایش به همراه مودهای گسیختگی آن ارائه گردیده است. در این آزمایشها از طریق مقایسه، پارامترهای رفتار لرزه ای با توجه به تئوری های ارائه شده بررسی گردیده اند. همچنین از طریق مدلسازی المان محدود و انجام آنالیز استاتیکی غیرخطی، انطباق نزدیک نتایج آزمایشگاهی با نتایج آنالیزهای المان محدود بررسی گردیده اند. ایده اول مربوط به کاربرد ایده فولاد نرم می باشد که تاثیرات مثبت آن در بهبود رفتار سیکلیک مهاربندهای ضربدری بررسی گردیده اند. ایده دوم مربوط به کاربرد سخت کننده ها در داخل مهاربندها جهت محدود نمودن کمانش موضعی می باشد که با توجه به اینکه در مهاربندهای چاق وقوع کمانش های موضعی موجب کاهش جذب انرژی این مهاربندها می گردد، استفاده از این سخت کننده ها موجب تاخیر در وقوع کمانش موضعی و نهایتا افزایش جذب انرژی سازه می گردد. ایده سوم مربوط به ارائه تئوری کمانش موضعی کنترل شده می باشد که برای اولین بار مطرح گردیده و موجب افزایش شکل پذیری سیستم و جذب انرژی یکنواخت سیستم می گردد. استفاده از هسته مرکزی صلب در محل اتصال مهاربندها جهت انتقال تغییرشکلهای غالب سیستم به مود دوم تغییرشکل و جلوگیری از نزول سریع سختی سیستم پس از کمانش مهاربند تحت فشار نیز مطرح گردیده و مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین روابط کلاسیک مربوط به منحنی های اندرکنش قاب مهاربندی ضربدری و قاب پیرامونی در برش تحت بارگذاری یکنواخت جانبی و نیز بارگذاری سیکلیک ارائه گردیده اند که به سادگی قابل استفاده در انجام آنالیزهای دینامیکی می باشند. با توجه به ایده های ارائه شده و آزمایشات انجام شده, می توان انتظار داشت که با استفاده از فولاد نرم در مهاربندهای ضربدری, بازدهی سیستم افزایش قابل توجهی یابد.

سیستم های مقاوم در برابر زلزله باید دارای سختی مناسب در ناحیه الاستیک برای کنترل دریفت در زلزله ای متوسط و شکل پذیری کافی جهت جذب انرژی و جلوگیری از فروریزش در هنگام زلزله شدید باشند. در قاب های مهاربندی شده زانویی یک انتهای مهاربند به عضو مورب زانویی متصل می شود. مهاربند تامین کننده سختی جانبی می باشد و عضو زانویی از طریق تسلیم برشی و یا خمشی شکل پذیری سازه را تحت بار جانبی فراهم می کند. در هنگام زلزله ابتدا عضو زانویی تسلیم می شود و باعث می گردد که آسیب جدی در دیگر اعضای اصلی قاب اتفاق نیفتد. در این تحقیق رابطه تئوریک جهت تعیین سختی الاستیک قاب مهاربندی شده زانویی با اتصالات مفصلی به دست آمده و اثر برخی پارامترهای موثر قاب بر روی سختی بررسی شده است. هم چنین روابط تئوریک جهت تسلیم زانو قبل از کمانش و یا تسلیم مهاربند بیان شده است. صحت روابط به دست آمده نیز توسط برنامه abaqus به اثبات رسیده است. پس از آن اثر تغییر طول عضو زانویی و نوع تسلیم آن بر روی رفتار غیرخطی قاب مهاربندی شده زانویی و مسئله کمانش خارج از صفحه عضو زانویی توسط برنامه abaqus بررسی شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که استفاده از زانو با طول بلندتر (تسلیم خمشی زانو) رفتار غیر خطی بهتری در مهاربندهای زانویی دارد و مسئله کمانش خارج از صفحه عضو زانویی مطرح نمی باشد. در آخر اثر استفاده از فولاد نرم در این سیستم بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که هر گاه دو قاب مهاربندی شده زانویی تحت بارگذاری یکسان که در یکی از آن ها در عضو زانویی از فولاد نرم استفاده شده باشد، سختی قاب با فولاد نرم بیشتر از سختی قاب با فولاد معمولی می باشد و هم چنین قاب با فولاد نرم در جابه جایی کمتری وارد مرحله پلاستیک و جذب انرژی توسط زانو می شود.

دیوار برشی فولادی سیستم بار بر جانبی نسبتا جدیدی می باشد که در سالهای اخیر در طراحی سازه های بلند در بسیاری از کشورهای زلزله خیزی همچون ژاپن،کانادا وآمریکا استفاده شده است. این سیستم به دلیل داشتن سختی و مقاومت بالا، قابلیت جذب انرژی زیاد، اقتصادی بودن و سادگی اجرای آن به سرعت در جهان رو به گسترش بوده و مطالعه رفتار آن اهمیت بالایی یافته است. در سازه های بلند نیروهای محوری قابل توجهی ناشی از بار های جانبی در ستون ها بوجود می آید که در نتیجه تغییر مکان های جانبی خمشی حاکم شده و دریفت سازه کنترل کننده طراحی می شود. برای کاهش این تغییر مکان های جانبی بزرگ از فرم های متنوع و موثر سازه ای استفاده می گردد که یکی از این روش ها در رابطه با دیوار های برشی فولادی می تواند همبند نمودن دو دیوار توسط تیر های پیوند باشد. در این پایان نامه تاثیر پارامتر های مختلف موثر بر رفتار سازه به کمک روابط تئوری و مدل سازی عددی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. به این منظور ابتدا روابط تقریبی تئوری برای تحلیل سیستم دیوار های برشی فولادی همبند و تعیین مقدار تغییر مکان های خمشی سیستم در ناحیه خطی ارائه شده است و سپس برای بررسی عددی از نرم افزار abaqus استفاده گردیده است. در این نرم افزار المان محدودی نمونه هایی از دیوار های برشی فولادی به هم پیوسته در3، 6، 9 و16 طبقه در حدود 200 حالت مختلف مدل شده و تاثیر پارامتر های مختلف تاثیر گذار در رفتار سیستم، از جمله طول دهانه و مقطع تیر پیوند، سطح مقطع ستون های داخلی و خارجی و ارتفاع سازه در رفتار و مقدار همبند عمل نمودن سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از آنالیز ها نشان داده اند که با به کار گیری ایده همبند نمودن دو دیوار برشی فولادی، می توان تغییر مکان های خمشی را به مقدار قابل توجهی کاهش داد و کنترل نمود.

نشست غیریکنواخت تکیه گاهی در سازه ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ چرا که نشست ناهمگون باعث ایجاد نیروهای اضافی در سازه شده و در نتیجه سازه باید قادر به تحمل نیروهای اضافی به وجود آمده در اثر این نوع نشست باشد. در سازه های بزرگ مانند برج های خنک کننده، مسأل? نشست غیریکنواخت اهمیت بیشتری می یابد، زیرا به دلیل بزرگی ابعاد پی، امکان تغییرات جنس خاک زیر پی نیز بیشتر می شود و این مسأله خود موجب بروز نشست غیریکنواخت در برج های خنک کننده می گردد. همچنین به دلیل ارتفاع قابل ملاحظ? این نوع سازه ها، نیروی باد به عنوان یک بارگذاری مهم محسوب شده که باعث به وجود آمدن نیروهای متفاوت در ستون ها و در نتیجه نشست غیریکنواخت می شود. هدف این پروژه بررسی رفتار برج خنک کنند? فولادی تحت بارهای وارده و همچنین نشست غیریکنواخت تکیه گاهی می باشد. بدین منظور ابتدا یک برج خنک کنند? فولادی موجود در تحقیقات گذشته با روش اجزاء محدود مدلسازی شد و نشست غیریکنواخت تکیه گاهی با استفاده از یک مدل ریاضی به همراه دیگر بارگذاری ها به برج اعمال گردید. سپس رفتار برج تحت بارهای وارده در حالت غیر خطی استاتیکی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. نتایج تحلیل نشان داد، رفتار این برج خنک کنند? فولادی در برابر بارهای ثقلی و بار باد، رفتار الاستیکی خواهد بود اما در صورت بروز نشست غیریکنواخت تکیه گاهی، اعضای ترازهای پایینی این برج وارد محدود? پلاستیک شده و در نهایت موجب تخریب کلی این برج خواهد شد.

برج های خنک کننده فولادی سازه های ویژه ایی هستند که در اغلب نیروگاه ها مورد استفاده قرار می-گیرند. با توجه به اهمیت پایداری این سازه و سرویس دهی تجهیزات وابسته به آن، لازم است، رفتار برج های خنک کننده فولادی در برابر بارهای وارده و به ویژه بار باد به دقت ارزیابی گردد. یکی از راه های افزایش پایداری برج های خنک کننده، استفاده از رینگ های سخت کننده می باشد. در این راستا بمنظور بررسی اثرات سخت کننده بر رفتار این برج ها، یک برج خنک کننده فولادی در نرم افزار اجزا محدود abaqus مدلسازی گردید و ترازهای ارتفاعی بهینه و ابعاد بهینه مقاطع المان های سخت کننده محاسبه شد. همچنین مشاهده گردید که در صورت استفاده از رینگ سخت کننده پایداری برج به شدت افزایش می یابد

یک سیستم باربر جانبی مقاوم و اقتصادی، ترکیب مطلوبی از سه پارامتر مقاومت، سختی و شکل پذیری است. یکی از سیستم هایی که قادر به برآورد این سه مهم است، بادبندهای واگراست. اما بادبندهای واگرا توسط تیرپیوند و در ناحیه غیرخطی و با پلاستیک شدگی و دوران های زیاد، باعث استهلاک انرژی شده و در اکثر مواقع بصورت فیوز عمل کرده و منجر به شکست می شود. بازسازی اینگونه سازه ها که معمولا با باربرداری از سقف همراه است بسیار هزینه بر است. در این تحقیق سعی بر آن است که با اضافه کردن پانل های برشی مثلثی شکل و صلب کردن تیر پیوند، جذب انرژی به پانل ها منتقل شود. همچنیناز خرابی تیرپیوند و انهدام آن جلوگیری شده و از هزینه ها کاسته شود. سختی پانل های برشی کششی با استفاده از روابط تحلیلیمحاسبه شده و با اضافه کردن سختی بادبند با تیرصلب به آن، سختی سیستم بدست آمده است. همچنین مقدار ضریب رفتار و میزان جذب انرژی این سیستم با یک سیستم مهاربند برون محور مقایسه شده است. برای صحت سنجی روابط تحلیلی از تحلیل های عددی و از نرم افزار abaqus استفاده شده و کلیه پارامترهای غیرخطی هندسی و ماده لحاظ شده است. نتایج نشان دهنده آنست که گرچه با اضافه کردن پانل مثلثی شکل،مقاومت برشی سیستم اندکی بالا می رود ولیکن تاثیر پانل های مثلثی شکل بر روی جذب انرژی سیستم قابل توجه بوده و در حدود 8% افزایش پیدا می کند. ضریب رفتارسیستم نیز مقدار بیشتری نسبت به سیستم بادبند برون محور بدست آمد.

در چند دهه اخیر استفاده از سیستم دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در کشورهای ژاپن، آمریکا و کانادا بسیار متداول شده است. یکی از مشکلاتی که امروزه مهندسان در سازه های بلند با آن مواجه هستند، نیروهای محوری زیاد ایجاد شده در ستون ها و در نتیجه افزایش تغییر مکان های خمشی است. یکی از راهکارهای پیشنهادی کاهش این تغییر مکان ها و افزایش سختی خمشی سیستم دیوار های برشی فولادی، استفاده از سیستم دیوار برشی فولادی همبند می باشد که در این سیستم دو دیوار برشی فولادی به وسیله تیرهای پیوند به یکدیگر همبند می شوند. در این مطالعه ابتدا روابط تحلیلی در حالت الاستیک به منظور ارزیابی رفتار سیستم دیوارهای برشی فولادی همبند با فرض ورق های بدون کمانش تحت بارگذاری شبه استاتیک زلزله ارائه شده است و سپس این روابط تحلیلی با استفاده از آنالیزهای عددی انجام شده توسط نرم افزار abaqus بر روی مدل های مختلف دارای این سیستم سازه ای با بررسی اثر تغییرات پارامتر های مقطع ستون ها، تیرهای پیوند پیوند و ارتفاع سازه در میزان اختلاف نتایج تحلیلی و عددی، صحت سنجی شده اند. در بررسی دیگری اثر پارامترهای مختلفی همچون پارامترهای ممان اینرسی و طول تیر پیوند، سطح مقطع ستون های دیوار و ارتفاع سازه بر رفتار سیستم با کمک پارامتر معرفی شده درجه همبندی، به وسیله دو روش آنالیز تحلیلی و عددی با استفاده از نمونه های متعدد مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بررسی بر روی عملکرد تیرهای پیوند نشان داد استفاده از تیرهای پیوند با رفتار برشی در طبقات زیرین و استفاده از تیرهای پیوند با رفتار خمشی در طبقات فوقانی سازه می تواند به افزایش درجه همبندی سیستم کمک کند. همچنین روابط تحلیلی برای محاسبه تغییر مکان های خمشی ایجاد شده در این سیستم تحت توزیع بار جانبی بار جانبی در ارتفاع سازه ارائه شده است که نتایج حاصله از روابط تحلیلی برای مدل های مختلف دارای این سیستم سازه ای با مقایسه آن ها با نتایج حاصله از آنالیز های عددی صحت سنجی شده است که نتایج این بررسی نشان داد با افزایش نسبت سطح مقطع ستون های خارجی به داخلی می توان تغییر مکان های خمشی را بیشتر کاهش داد.

پیکربندی و هندسه سیستم های مهاربندی، عملکرد لرزه ای سازه ها را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار می دهد. در تحقیق حاضر، پیکربندی جدیدی برای مهاربندی برون محور قاب های سازه ای معرفی می شود که از دو پیوند قائم در ترکیب با یک پیوند افقی استفاده می کند. قاب مهاربندی شده حاصل، ebf-dvl (eccentrically braced frame with dual vertical links) نامیده می شود. خواص عمومی ebf-dvlها، مشتمل بر فواید و نواقص، شرح داده خواهد شد و همچنین نحوه توزیع نیروهای داخلی اعضاء و تغییر شکل ebf-dvl محاسبه و با ebfهای مرسوم مقایسه می شود. سپس، سختی نسبی تحلیلی سیستم با استفاده از روش شیب-افت محاسبه می شود. نتایج، نشان دهنده توزیع متعادل تر نیروها و همچنین سختی بیشتر در حالت ebf-dvl می باشد. برای ارزیابی رفتار ebf-dvl در شرایط لرزه ای، دو سری تست های آزمایشگاهی ترتیب داده شد. در سری اول، تعداد 4 نمونه با تمرکز بر ناحیه هسته فوقانی سیستم (نه کل قاب مهاربندی شده) ساخته شده و تحت بارگذاری استاتیکی چرخه ای قرار گرفتند. همه نمونه ها از دو پیوند قائم، یک تیر فوقانی و یک تیر تحتانی تشکیل شده بودند. پیوندهای قائم نمونه های مختلف، با ویژگی های متفاوتی ساخته شده بودند، مانند طول های متفاوت، شکل های مختلف مقاطع و مقاومت های فولاد متفاوت. علیرغم ابعاد نامتعارف مقاطع پیوندها، همه نمونه ها اتلاف انرژی خوب و منحنی های هیسترزیس پایداری داشتند و ضوابط موردنیاز آیین نامه برای شکل پذیری را ارضا کردند. اما ضرایب اضافه مقاومت نمونه ها، بیشتر از حد انتظار بود. در یک کار آزمایشگاهی دیگر، آزمایشی روی یک قاب ebf-dvl با مقیاس یک دوم انجام شد و تحت بارگذاری استاتیکی چرخه ای قرار گرفت. این نمونه، همه نیازهای موردنظر را برآورده کرد و رفتار بسیار مناسبی در طی 41 سیکل از خود نشان داد. شکل پذیری آن از حد موردنیاز آیین نامه فراتر بود و تغییر شکل های عمود بر صفحه آن نیز ناچیز بود. در آخر، مدل های عددی همه نمونه ها با استفاده از نرم افزار abaqus ساخته شده و نتایج آنالیزها با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. تأثیر هر دو نوع غیرخطی شدن های مادی و هندسی در مدل سازی ها لحاظ شد. نمودارهای بار-تغییرمکان به دست آمده از روش عددی، تطابق خوبی با نمودارهای آزمایشگاهی دارند؛ هر چند اختلاف آنها در ناحیه نرم شوندگی بیشتر می شود.

در مقاله حاضر هدف بررسی رفتار سیستمهای دوگانه(خمشی و مهاربندی) کوتاه در صورت بروز مشکل در سیستم سخت (مهاربندی) می باشد. در ابتدا به مدل سازی ستون، تیر و کمانش اعضای مهاربندی پرداخته شده و انواع کمانش های محتمل در اعضای مهاربندی مورد بررسی قرار گرفته است. قاب های دوگانه ی 3 دهنه به تعداد طبقات 2، 3، 4 و 5 با استفاده از آیین نامه ی aisc-asd89 در نرم افزار sap2000 تحلیل و طراحی شده اند. برای اطمینان از عملکرد برشی قابها، تغییرمکان های خمشی و برشی برای کلیه ی مدل های مورد بررسی محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده اند. آنالیز استاتیکی غیرخطی بر روی قابهای دوگانه صورت گرفته و منحنی های پوش اور بدست آمده، با در نظر گیری کمانش و زوال مهاربندها، از لحاظ افت مقاومت و مقاومت نهایی با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج بدست آمده از این پژوهش نشان میدهد که طراحی قاب های دوگانه کوتاه باید به گونه ای صورت گیرد که تحت زلزله های شدید، زوال مهاربندها فقط در طبقات فوقانی سازه روی دهد.

یکی از مزیت های مهم دیوار برشی فولادی ایجاد بازشو در ورق اصلی با اندازه های دلخواه در مکان های مختلف با توجه به نوع کاربری معماری یا سازه ای آن است. در این تحقیق برای اولین بار بر روی سه نمونه دیوار برشی فولادی تقویت شده یک دهانه یک طبقه با مقیاس 3/1 دارای دو بازشوی مستطیلی تحت بارهای سیکلیک شبه استاتیکی بررسی های آزمایشگاهی صورت گرفته است. تفاوت عمد? این سه نمون? آزمایشگاهی با یکدیگر، فاصله دو بازشو نسبت به هم و نزدیکی آن ها به ستون های قاب است.

رفتار کلی دیوارهای برشی فولادی با ورق نازک و بدون سخت کننده با توجه به نوع اتصالات تیر به ستون پیرامونی تحت بار جانبی استاتیکی غیرخطیمورد مطالعه قرار گرفته است. در این پایان نامه، نمونه هایی از دیوار برشی فولادینیمه بلند به صورت عددی تحلیل شده و نتایج برای بررسی اثر اتصالات تیر به ستون بر روی رفتار آن ها مورد استفاده قرار گرفته است. رفتار کلی نمونه های مورد نظر شامل حداکثر برش پایه، جذب انرژی، سختی اولیه، ضریب رفتار (r) و همچنین روند تشکیل مفاصل پلاستیک است. قبل از بررسی رفتار کلی نمونه ها، ابتدا صلبیت خمشی سقف مورد نظر که از نوع عرشه فولادی است مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است و نتایج نشان می دهد که یک دهنه از این سقف دارای رفتاری صلب است. لذا با استناد به صلبیت سقف یک دهنه مورد نظر، تمام درجات آزادی گره های تیرهای هر طبقهبه یکدیگر بسته شده اند و اصطلاحاً سقف صلبی در تمام تراز طبقات شبیه سازی شده است. نتایج با توجه به بررسی رفتار نمونه های دیوار برشی فولادی نیمه بلند همراه با سقف صلب نشان می دهد که مقادیر حداکثر برش پایه، جذب انرژی و سختی اولیه نمونه های با اتصال تیر به ستون گیردار کمی بیشتر از نمونه های با اتصال تیر به ستون ساده است ولی مقدار ضریب رفتار نمونه های با اتصال تیر به ستون گیردار کمتر از نمونه های با اتصال تیر به ستون ساده است. به طور کلی، نتایج نشان می دهد که نوع اتصال تیر به ستون بر روی رفتار دیوارهای برشی فولادی نیمه بلند با سقف صلبمی تواند اثر بگذارد ولی این اثر قابل توجه نیست.