طراحی بهینه قاب های مهاربندی شده برون محور به روش زمان دوام

قاب مهاربندی برون محور یک سیستم سازه ای است که ترکیبی از سختی الاستیک بالای قاب مهاربندی هم محور و شکل پذیری و قابلیت اتلاف انرژی بالای قاب خمشی را دارا می باشد. ترکیب این دو ویژگی سبب می شود که این سیستم سازه ای همواره به عنوان یک راه حل مناسب برای سازه های واقع در مناطق با لرزه خیزی بالا مانند ایران، مطرح باشد. لذا در این تحقیق به بررسی طراحی بهینه این قاب ها پرداخته شده است. تحقیق حاضر مبنی بر دو اصل ساده سازی و بهینه سازی است. در این تحقیق به منظور ساده سازی تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی و بهینه کردن قاب های مهاربندی برون محور، از مدل های ساختمان برشی معادل به جای مدل های تحلیلی پیچیده قاب های مهاربندی برون محور استفاده شده است. با استفاده از تئوری های موجود در زمینه سختی الاستیک قاب های مهاربندی برون محور و رفتار این قاب ها در ناحیه غیر الاستیک که مبتنی بر رفتار تیر پیوند است، سختی الاستیک، مقاومت تسلیم و رفتار در ناحیه غیر الاستیک فنرها مشخص شده است. برای حصول اطمینان از صحت پاسخ های این مدل ساختمان برشی، تحلیل های استاتیکی غیرخطی فزاینده و تحلیل های دینامیکی غیرخطی فزاینده متعددی بر روی قاب ها و مدل های ساختمان برشی 1، 3، 5 و 7 طبقه ی مدل شده در نرم افزار opensees، انجام شده است. نتایج بدست آمده از این تحلیل ها نشان می دهد که پاسخ تغییر مکان بام بدست آمده از تحلیل استاتیکی غیرخطی فزاینده و تحلیل های دینامیکی غیرخطی فزاینده از دقت بالایی برخوردار است. این دقت در مورد پاسخ تغییر مکان جانبی نسبی طبقات کاهش می یابد اما به جز در مورد طبقات فوقانی قاب ها، همواره در جهت اطمینان است، لذا با توجه به زمان تحلیل مدل های ساختمان برشی که به طور چشمگیری کمتر از زمان تحلیل مدل های اجزای محدود قاب ها است، استفاده از این مدل ها راندمان بالایی دارد. بررسی کامل تری بر روی پاسخ مدل های ساختمان برشی نیز به کمک بررسی احتمالاتی نتایج تحلیل های دینامیکی غیرخطی انجام شده است. در این تحقیق ابتدا مدل های ساختمان برشی 3، 5 و 7 طبقه به کمک برنامه ترکیبی opensees و matlab بر اساس تئوری تغییر شکل های یکنواخت به گونه ای بهینه شده اند که دوران تیرهای پیوند در تمامی طبقات برابر معیار پذیرش fema 356 در سطح عملکرد ایمنی جانی (11/0 رادیان) شود. سپس نتایج بدست آمده از این بهینه سازی در مدل های اجزا محدود قاب ها قرار داده شده و پاسخ این مدل ها بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که دوران تیرهای پیوند قاب نیز تا حد قابل قبولی بهینه شده است. در این مرحله با انجام 2 الی 5 گام بهینه سازی بر روی مدل اجزا محدود قاب می توان به مدلی بهینه دست یافت. در ادامه کار نتایج بهینه سازی با استفاده از 7 شتاب نگاشت با نتایج حاصل از بهینه سازی با استفاده از 3 تابع شتاب سری f روش زمان دوام مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که میانگین پاسخ قاب های 5 و 7 طبقه تحت تحلیل تازیخچه زمانی با استفاده از 3 تابع شتاب روش زمان دوام با میانگین پاسخ این قاب ها تحت تحلیل تاریخچه زمانی با استفاده از 7 شتاب-نگاشت همخوانی دارد. این همخوانی در مورد قاب های 3 طبقه کاهش یافته است.