علاقه به امر زیر نظر گرفتن سازه ها و ردیابی خرابی در آنها در زودترین زمان ممکن در مجامع مهندسی نظیر سازه، مکانیک و علوم فضائی روز به روز در حال افزایش است. علت افزایش فعالیت های تحقیقاتی در این زمینه را می توان مواردی نظیر نگرانی های اقتصادی، پیشرفت های تکنیکی اخیر و خرابی های بزرگ در اثر وقایع طبیعی نظیر زلزله، که به تلفات زیاد انسانی منجر شده است عنوان کرد. علاوه بر آن وضعیت حال حاضر سازه های زیربنائی قدیمی و هزینه-های لازم برای تعمیرات آنها نیز یکی از عوامل محرک برای توسعه روش هایی است که به کمک آنها بتوان خرابی و زوال را در مراحل اولیه آن ردیابی کرد. در نهایت نیز پیشرفت های علمی نظیر افزایش حافظه و سرعت در امر محاسبات، توسعه و پیشرفت سنسورها، نظیر سنسورهای غیرتماسی و کنترل از.....

امروزه طراحی ساختمان ها تحت اثر نیروهای وارده و بارهای اعمالی به سازه ها وارد مرحله جدیدی گشته است. تحلیل سازه ها به عنوان اصلی ترین گام در جهت طراحی سازه ای ایمن مورد توجه قرار گرفته است. بدیهی است رسیدن به سازه ای ایمن دارای مراحلی است که به صورت خلاصه به آن اشاره می شود. ابتدایی ترین گام در این مسیر شناخت بارهاو نیروهای اعمالی به سازه و نحوه ی تاثیرگذاری آن می باشد. همانطور که می دانیم هر کدام از بارها و نیروها دارای ماهیت های متفاوت ایستایی و دینامیکی می باشند و همچنین جهت تاثیر این بارها و میزان تاثیر گذاریشان بر روی اجزای سازه متفاوت می باشد. این نیروها در مباحث بارگذاری و شناخت الگوهای آن مورد بررسی قرار می گیرد. گام دوم و به نوعی مهم ترین گام در مسیر طراحی سازه ای ایمن ، گام تحلیل آن می باشد. تحلیل را می توان به نوعی مشخص کردن تاثیر بارهای اعمالی به هر کدام از اجزای سازه نام نهاد که به نوعی نیروهای داخلی هر کدام از اجزا را متناسب با بارهای اعمالی مشخص می سازد. و اما گام آخر از این مسیر استفاده از آیین نامه های طراحی برای رسیدن به نظامی واحد جهت طراحی و کنترل سازه ها است. اما همانطور که در مطالب فوق بیان گشته است، قلب تپنده این مسیر ،تحلیل سازه می باشد. در بخش آغازین فصل اول این پایان نامه، به تاریخچه پژوهش ها و پژوهشگرانی که در این زمینه دستاوردهای ارزشمندی را کسب نموده اند پرداخته می شود همچنین در ادامه در پیرامون ضرورت انجام تحلیل مرتبه دوم سازه ها واهمیت اثراتp-delta پرداخته خواهد شد. در بخش دوم،با توجه به پژوهش ها وتحقیقات صورت گرفته p-delta روش های مختلف تحلیل تقریبی مرتبه دوم سازه ها صورت خواهد گرفت. برای منظور کردن اثرات مرتبه دوم، روش های گوناگون تحلیل تقریبی که عبارتند از: روش تکراری p-delta ، روش مستقیم، روش عضو مهری منفی، روش تکراری بار ثقلی، روش سختی منفی ستون مجازی، روش ضریب طول موثر، روش اصلاح شده روش های تقریبی p-delta، روش ضریب تشدید ممان تیر- ستون و روش بارفرضی- مفصل پلاستیک برای طراحی قاب ها، به تفضیل مورد بررسی قرار می گیرند. در بخش سوم این فصل نیز روش تحلیل نیمه دقیق مرتبه دوم مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. فصل دوم شامل ضوابط و مقررات ارائه شده در آیین نامه های مختلف واثرات p-delta در تحلیل سازه هاست. در این تحقیق ، ضوابط ارائه شده در آیین نامه 2800 ایران(ویرایش سوم) و نیز روش پیشنهاد شده در پیوست این آیین نامه و ارزیابی قرار می گیرد. همچنین مقررات و ضوابط آیین نام هاseaoc,atc3-o6,fema 451 ubc, euro code , nehrp مورد بررسی قرار خواهند گرفت. در فصل سوم، 9 قاب به طور موردی، مورد مطالعه قرار می گیرند. این قابها در محیط نرم افزاریsap2000 تحلیل و طراحی می شوند تا از مقاطع آن در مراحل بعدی مطالعه استفاده گردد. فرضیات طراحیو نتایج مورد نظر در اینفصل در خروجی هاینرم افزار نمایش داده خواهد شد. در فصل چهارم، توضیحاتی در زمینه انواع روش های تحلیل سازه ارائه گشته و در انتهای این فصل قابهای موردنظر در محیط نرم افزارsap90 مدل شده و تحت تاثیر شتاب نگاشت زلزله طبس مورد تحلیل تاریخچه زمانی قرار می گیرد. در فصل پنجم به جهت بررسی تاثیر نیروهای محوری ایجاد شده در اثر زلزله و میزان تاثیرات تحلیل مرتبه دوم درتغییر مکان گرمی نرم افزاری به نام mathcad استفاده شده است قاب های مورد مطالعه پس از مدلسازی در این نرم افزار به 4 روش استاتیکی مرتبه دوم تحلیل می شوند. در این فصل از روش عددی درون یابی خطی(جینگنز) جهت حل معادلات تحلیل دینامیکی استفاده گشته است. مراحل کامل مدلسازی و تحلیل قاب ها با ارائه مثال در این فصل بیان گشته است.پدر فصل ششم این پژوهش ، نتایج خروجی نرم افزارmathcad, sap90 نمایش داده شده است و مقایسه ای میان این نتایج صورت می پذیرد.پدر فصل هفتم نتیجه گیری کلی وهمچنین پیشنهادهاو راهکارهایی برای انجام تحقیقات بعدی به منظور ادامه روند تکامل این مبحث ارائه شده است.

بررسی اثرات ?-p یکی از عوامل مهم در کنترل پایداری سازه ها است. در تحلیل های رایج مرتبه اول، معادلات تعادل بر اساس حالت تغییر شکل نیافته سازه به دست می آید، در حالی که در تحلیل مرتبه دوم، باید بارهای اعمال شده را ابتدا به حالت تغییر شکل یافته منتقل کرده و سپس نیروها، ممان ها و تغییرمکان های اضافی مرتبه دوم را به دست آورد. در این مطالعه به منظور ارزیابی اثرات ?-p برنامه ای تهیه شد که سازه خمشی- محوری را به صورت دینامیکی مرتبه های اول و دوم تحلیل می کند. روش حل عددی به کار رفته در این برنامه بر اساس روش عددی جنینگز است. با برنامه تهیه شده اثرات دینامیکی ?-p برای دو نوع ساختمان فولادی با تعداد طبقات متفاوت بررسی گردید. یک نوع از این ساختمان ها با سیستم قاب خمشی و دیگری با سیستم مهاربندی شده از نوع بادبند واگرای ? شکل است. در این ساختمان ها تحلیل دینامیکی مرتبه های اول و دوم تحت اثر شتاب نگاشت زلزله 1940 السنترو انجام گرفت. نتایج تحلیل تفاوت هایی در حدود 10% در مقادیر مطلق پاسخ دینامیکی مرتبه اول و مرتبه دوم نشان می دهد. این تفاوت اهمیت و لزوم انجام تحلیل دینامیکی مرتبه دوم را در محاسبه اثر ?-p بیش از پیش آشکار می سازد.

در این پایان نامه به بررسی سازه هایی با شکل های خاصی از مقاطع ستون بتنی ( نبشی ، تی و صلیب شکل ) و متناسب با آن تیر با عرض کمتر و عمق بیشتر درمقایسه تیر و ستون بتنی با شکل معمول مربع و مستطیل که درصد زیادی از ساختمانها را شامل می شود، مورد بررسی به روشهای استاتیکی خطی معادل و استاتیکی غیر خطی ( pushover ) و تاریخچه زمانی ( time history ) قرارگرفته است . که در نتیجه سازه با مقاطع خاص از لحاظ اقتصادی در میزان مصالح مورد استفاده ( بتن و میلگرد ) بهتر و سختی سازه بیشتر که در نتیجه تغییر شکل نسبی طبقات) ( drift کمتر ، ضریب رفتار سازه بزرگتر ، سازه شکل پذیرتر بوده و درکل عملکرد لرزه ای سازه با مقاطع خاص رفتار بهتری در مقابل سازه مشابه مربع و مستطیلی از خود نشان می دهد.

رفتار لرزه ای مهاربندهای معمولی و مرسوم دارای مشکلات مختلفی است. از جمله این مشکلات می توان به شکل پذیری و منحنی هیسترزیس این دسته از بادبندها اشاره کرد. بادبندهای معمول و مرسوم دارای منحنی هیسترزیس نامتقارن در کشش و فشار هستندو همچنین در هنگام رفتار غیر الاستیک سازه، تحت بارهای وارده دچار کمانش می شوند. در این میان مهاربندهای کمانش ناپذیر به عنوان نسل جدید سیستم مهاربندی پیشنهاد شده اند و به دلیل عملکرد عالی و تأثیر گذاری خوب آنها در برابر زلزله در سازه ها مورد استفاده قرار می گیرند. این دسته از بادبندها در مقایسه با بادبندهای هم مرکز معمولی از مقاومت فشاری بالاتری برخوردار هستند. در بادبندهای کمانش ناپذیر مقاومت در برابر بار وارده و مقاومت در برابر کمانش از یکدیگر تفکیک شده اند و این مسئله سبب افزایش مقاومت و شکل پذیری آن ها می شود. در این بادبندها هسته فولادی شکل در برابر تنش های محوری مقاومت می کند و غلاف آن هم هسته مرکزی را در برابر کمانش مقاوم می سازد. طراحی صحیح بادبند کمانش ناپذیر این امکان را بدست می دهد تا مفصل های پلاستیک ناشی از کمانش در بادبند ایجاد نشده و این مسئله سبب افزایش ظرفیت محوری فشاری و ظرفیت جذب انرژی سیستم می شود. در سیستمbrb کاهش مقاومت به علت ناپایداری بوجود نخواهد آمد و طول موثر هسته را می توان صفردر نظر گرفت. در حالی که سیستم cbf تمایل بیشتری به کمانش تحت بار وارده را دارد و بدین ترتیب قابلیت جذب انرژی و ظرفیت محوری فشاری سیستم cbfنسبت به سیستم بادبند کمانش ناپذیر کمترخواهد بود. در سیستم بادبندهای هفت و هشت، تیرها می بایست در برابر نیروهایی که در اثر عدم تعادل بین ظرفیت کششی و فشاری در این بادبندها ایجاد می شود مقاومت کنند، که در اثر این مقاومت سختی سازه کاهش خواهد یافت و همچنین این بادبندها تمایل به کمانش در اثر بار وارده را دارند. در نتیجه این سیستم از بادبندها نسبت به سیستمبادبند کمانش ناپذیر قابلیت جذب انرژی کمتری را دارا می باشد. قاب های مهار شده بابادبند کمانش ناپذیر (brbf)منحنی هیسترزیس مناسب و ظرفیت های شکل پذیری بالایی از خود نشان داده اند که در پاسخ لرزه ایشان منعکس شده است. در حالتی که تیرها در قاب مقاوم در برابر نیروی جانبی بصورت گیردار به ستون وصل شده اند? ضریب رفتار r را در این سیستم ها 8 در نظر می گیریم ودر سایر حالات r را 7 در نظر می گیریم. در سیستم بادبند کمانش ناپذیر ضرایب رفتار برای حالتی در نظر گرفته شده است که مهاربندها بصورت ترکیبی نباشند یا به عبارتی دیگر آرایش این مهاربندها به گونه ای است که در گیری بین این بادبندها وجود ندارد. حال با در گیر کردن این مهاربندها می خواهیم بدانیم آیا می توان از ظرفیت های بالای brbها هم از نظر مقاومت فشاری و هم از نظر شکل پذیری استفاده کامل ولازم را برد. در واقع با تعیین ضریب رفتار این نوع سازه با این نوع آرایش می خواهیم به جواب نهایی مورد نظر دست پیدا کنیم. برای بررسی عملکرد لرزه ای این سیستم ها از روش های تحلیل غیر خطی مانند: پوش آوربا استفاده از نرم افزار sap2000استفاده شده است.

در فصل آغازین این پایان نامه، مطالعات صورت گرفته در ارتباط با تاثیر p-∆ و روش های مختلف تحلیل تقریبی مرتبه دوم سازه ها مورد واکاوی قرارگرفته است. در فصل دوم روش های تحلیل سازه ها و روش به کار گرفته شده در این مطالعه و همچنین روش ریاضی مورد استفاده در حل مساله دینامیک سازه¬ها مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل سوم برنامه تهیه شده در این محیط که اثرات تحلیل مرتبه دوم را در سازه های دو بعدی نمونه نشان می دهد، ارائه شده است. فصل چهارم، اثر پدیده p-∆ را بر روی ارتفاع ساختمان ها مد نظر قرار داده است. در این راستا نتایج حاصل از برنامه تهیه شده که اثرات تحلیل دینامیکی الاستیک غیرخطی تحت شتاب نگاشت زلزله های نورتریچ و سانفرناندو را منظور می نماید. نتایج حاصل با نتایج متناظر با نرم افزارهای معتبر رایج روی ساختمان¬های دو بعدی نمونه مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. در انتها در فصل 5، نتیجه گیری و پیشنهادهایی برای انجام تحقیقات بعدی به منظور ادامه و تکمیل این مباحث ارائه شده است.

به علت کاربرد بسیار زیاد خرپاها، بهینه سازی توپولوژی، شکل و ابعاد آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش بهینه سازی توپولوژی رویکرد جدیدی در طراحی سازه های خرپایی بوده که وجود یا عدم وجود المان های خرپایی را بین دو گره مشخص می کند. در این مقاله به منظور بهینه سازی توپولوژیکی خرپاهای مستوی، برنامه ای تهیه گردید، که در آن با به کارگیری روش طرح تنش نهایی و همچنین با استفاده از الگوریتم ژنتیک، خرپا با وزن بهینه به دست آمد. در بخش اول مقاله، فرمول بندی مسئله بهینه سازی را تعریف و آن را در بخش های الگوریتم ژنتیک شرح می دهیم .سپس الگوریتم ژنتیک را شرح داده و در ادامه روش پیشنهادی را ارائه می کنیم. بدین منظور در برنامه تهیه شده به زبان mathcad، ده مدل خرپا در هر بار اجرای برنامه در طی چندین نسل توسط الگوریتم ژنتیک بهینه و در پایان، بهترین خرپای بهینه شده با دو مدل خرپای متعارف مقایسه می گردد.

روش های متنوعی در زمینه تحلیل خمش ورق¬ها از جمله ناویر، لوی، تفاضل محدود و ... وجود دارد که از جمله این روش¬ها می توان به روش کانتروویچ توسعه یافته (ekm ) که در سال های اخیر در زمینه تحلیل کمانش و خمش صفحات ایزوتروپیک و ارتوتروپیک به کار گرفته شده است اشاره کرد. این روش سعی کرده است محدودیت روش های دیگر را در مورد شرایط تکیه گاهی و یا المان¬بندی برطرف کند و بتواند تمامی حالت های تکیه¬گاهی ممکن را با ارائه یک روش منطقی پوشش داده و درعین حال سرعت و دقت محاسبات را تاحد قابل قبولی نسبت به سایر روش ها افزایش دهد. روش کانتروویچ پیشرفته بر اساس در نظر گرفتن خیز ورق به صورت دو تابع مستقل از یکدیگر در راستای x وy، و کاهش معادله دیفرانسیل جزیی (pde ) ورق به یک مجموعه از معادلات دیفرانسیل معمولی (ode ) استوار است. در این پایان نامه سعی شده است که با برنامه نویسی در محیط نرم¬افزار متلب ابتدا کارهایی که در گذشته با این روش انجام شده است، مانند تحلیل خمش ورق¬هایی که حداقل شرایط تکیه¬گاهی دو لبه موازی آن یکسان باشد تحت بارگذاری یکنواخت مورد بررسی قرار گیرد و سپس این روش برای ورق هایی با شرایط تکیه¬گاهی دو لبه ساده و دو لبه گیردار بطور نامتقارن، ورق تحت یک بستر ارتجاعی و ورقی که هر چهار لبه آن متکی بر فنر انتقالی و پیچشی ¬باشد به کار گرفته شد که نتایج بدست آمده با نتایج روش المان محدود و حل دقیق تیموشنکو برای ورق¬های نازک با ابعاد، تکیه¬گاه و سختی متغیر مقایسه گردید. به جهت اطمینان از صحت تحلیل های انجام شده با این روش، نتایج تحلیل را با نتایج نرم افزار safe که بر اساس روش اجزاء محدود (fem ) استوار می باشد مورد مقایسه قرار داده¬ایم مقایسه های صورت گرفته بین نتایج روش کانتروویچ توسعه¬یافته و روش اجزاء محدود، نشان می دهد که نتایج نشان¬دهنده آن است روش حاضر برای ورق های نازک از دقت قابل قبولی برخوردار است.

زلزله با ایجاد جابجایی هایی نسبی زیاد در طبقات ساختمان ها باعث ایجاد خرابی در سازه می شود که این امر محققین را بر آن داشته است تا به طرق مختلف این دریفت ها را کاهش دهند.در ابتدا به بالا بردن سختی سازه،سپس به کاهش وزن ساختمان و نهایتاً به جداسازی سازه پرداخته اند.جداسازی در سال های اخیر گسترش بیشتری یافته است که باعث گردیده تا روش ها و وسایل مختلف جداسازی پدید آید. یکی از علتهای خرابی در سازه در اثر زلزله تحریک شدن مودهای به خصوصی از سازه می باشد که فرکانسی نسبتاً نزدیک به فرکانس ارتعاشی زمین در آن منطقه دارند. به عبارت دیگر نوسان سازه در یک مود خاص، می تواند موجب ایجاد پاسخهای لرزه ای نامطلوب از سوی ساختمان گردد. بنابراین به منظور جلوگیری از ایجاد یک مود خاص باید تمهیداتی اندیشیده شود که در طبقات مختلف ساختمان، فرکانس های متفاوتی از لحاظ ارتعاشی بروز نمایند. به عبارت دیگر هر سقف به شکل خاص خود ارتعاش نماید. جدیدترین روش جداسازی، جداسازی جرم از سازه بود که به جداسازی کف طبقات انجامید.در این پایان نامه به ارائه روشی نوین تر و وسیله ای جدیدتر برای جداسازی پرداخته ایم.روش پیشنهادی تقسیم بندی جرم کف طبقات به چند بخش است که با اندرکنشی که با یکدیگر ایجاد می نمایند باعث بهبود پاسخ لرزه ای سازه و کاهش جابجای اسکلت شود. این عمل باعث ایحاد عدم هماهنگی در ارتعاش کل سازه می گردد. در عین حال، به دلیل اینکه سقف هر یک از طبقات از قطعاتی تشکیل شده که با یکدیگر دارای اندرکنش دینامیکی می باشند، می توان مقدار قابل توجهی از انرژی وارد شده به سازه را مستهلک نمود. نوع جداساز پیشنهادی جداساز آونگی است، به این صورت که به جای اینکه کف طبقات بر روی جداساز قرار داشته باشند، آنها را به شکل آویخته از ستون ها آویزان کنیم که باعث می شود تکنولوژی جداساز ها را ساده تر و هزینه ها را کاهش دهد. نتایج نشان داد که این روش باعث بهبود پاسخ لرزه ای سازه نسبت به روش جداسازی یک تکه سقف شد وجابجایی اسکلت را کاهش داد، همچنین جداساز آونگی به خوبی توانایی ایجاد سختی های زیاد را برای کاهش جابجایی ها را داراست.