طراحی بهینه لرزه ای قاب های خمشی فولادی مختلط

در این پژوهش، روشی برای طراحی بهینه لرزه ای قاب های خمشی فولادی مختلط بر پایه ی تئوری تغییر شکل یکنواخت، در دو مرحله ارائه شده است. در مرحله ی اول الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی برای یکنواخت کردن توزیع تغییر شکل در ارتفاع سازه بر روی سازه های 3، 6 و 9 طبقه اعمال شده، سپس ایده قاب مختلط با ایجاد تغییر در ظرفیت مفاصل پلاستیک دهانه های مختلف قاب، اجرا شده است. روند بهینه سازی مرحله ی اول با فرض مقدار اولیه برای اساس مقطع پلاستیک مقاطع شروع شده و با انجام تحلیل تاریخچه زمانی در نرم افزار opensees برای هر سازه تحت 7 رکورد زلزله، مناسب ترین توزیع برای سختی سازه در ارتفاع به دست می آید. در نهایت مقدار اساس مقطع پلاستیک هر طبقه ی سازه برای رسیدن به ضریب شکل پذیری هدف (?t) مشخص، تعیین شده و با استفاده از الگوریتم حرکت ذرات، رابطه ای برای پیش بینی اساس مقطع پلاستیک طبقات سازه هایی با تعداد طبقات 3 تا 9 طبقه، ارائه شده است. نتایج نشان داد که با استفاده از این روش طراحی بهینه، پارامترهای عملکرد سازه شامل حداکثر جابجایی نسبی طبقات و یا ضریب شکل پذیری طبقه (?i)، توزیع مناسب تری نسبت به سازه های طراحی شده با روش های متداول داشته و منجر به محدود شدن خرابی های سازه ای و توزیع یکنواخت آن در ارتفاع سازه می شوند. در مرحله ی دوم، ایده ی قاب مختلط بر روی سازه ی بهینه شده در مرحله ی قبل اجرا شده است. بر خلاف انواع قاب های خمشی که فقط بر اساس ضوابط قاب های خمشی معمولی، متوسط و ویژه طراحی می شوند، قاب مختلط، ترکیبی از قاب های خمشی معمولی، متوسط و ویژه است. با ایجاد تغییر در ظرفیت مفاصل پلاستیک دهانه های مختلف قاب، رفتار غیر خطی سازه کنترل و در چهار دسته ی متفاوت بررسی شده است. در این روش اعضایی که با جزئیات ویژه طراحی می گردند، زودتر تسلیم شده تا اتلاف انرژی لازم برای عملکرد دینامیکی بهتر سازه را تامین کرده و اعضای با اتصالات معمولی در طول زلزله ی طراحی الاستیک باقی بمانند. رفتار غیرخطی قاب های مذکور، با استفاده از نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش آور) و تحلیل دینامیکی فزاینده (ida) بررسی شده است. نتایج حاصل از تحلیل پوش آور نشان داد که کاهش بیشتر ظرفیت مفاصل پلاستیک دهانه های خارجی در دسته ی چهارم باعث تسلیم زودتر آنها شده و دسته ی اول آخرین دسته ای است که تسلیم شده است. به علاوه هرچه قاب بیشتر دوگانه شده، شیب منفی منحنی پوش آور در تغییرمکان بزرگتری اتفاق افتاده است. نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی فزاینده نشان داد که در صورت اعمال ایده قاب مختلط در روند طراحی لرزه ای سازه ها، رفتار دینامیکی آنها بهبود خواهد یافت. این رفتار در شدت های بالاتر زمانی که سازه به مرز ناپایداری دینامیکی می رسد، خود را بیشتر نشان داده و قاب های دوگانه، دیرتر ناپایدار می شوند. اعمال این روش در شدت های پایین تر زمین لرزه، زمانی که سازه همچنان پایدار بوده و دچار فروریزش نشده است، باعث کاهش تغییر مکان باقیمانده در سازه می شود.