در دهه های اخیر، از دیوار برشی فولادی شکل پذیر به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بار جانبی که دارای عملکرد لرزه ای مناسبی می باشد، در طراحی و تقویت برخی ساختمانها استفاده شده است. رفتار مناسب سیستم در جذب انرژی، پایداری حلقه های هیسترزیس و همچنین سختی، مقاومت و شکل پذیری بالای آن، ایده استفاده از این سیستم مقاوم در ساختمانها را بیش از پیش تقویت می کند. دیوارهای برشی که توسط اعضای خمشی که با اتصال صلب به یکدیگر متصل شدند را دیوارهای برشی کوپله می گویند. وجود اعضای اتصالی مقاوم خمشی(تیرها) ، باعث افزایش سختی و بازدهی سیستم می شود. در این تحقیق سعی شده است با استفاده از آنالیز استاتیکی افزاینده غیر خطی(pushover) و تحلیل دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی به بررسی ضریب رفتار دیوارهای برشی فولادی کوپله و تفاوت آن با حالت کوپل نشده و تاثیر ارتفاع و فاصله کوپل شدگی در این پارامتر و دیگر پارامترهای لرزه ای از قبیل ضریب شکل پذیری و ضریب اضافه مقاومت پرداخته شود. همچنین قصد بر این است که اثرات ناشی از کمانش دیوارهای برشی فولادی نازک و مقاومت پس کمانشی این دیوارها که بسیار مشهور بوده و کارهای مطالعاتی و تحقیقاتی وسیعی در رابطه با آن انجام گرفته، بر روی منحنی های pushover آن دیده شود.

چکیده: شکست گسترده و قابل توجه اتصالات قاب های خمشی فولادی در طی زلزله نورث ریج (1994) بیانگر ضعف عمده این اتصالات و عدم شناخت صحیح ان توسط مهندسین بود.پس از زلزله تغییرات زیادی در نحوه طرح و اجرای اتصالات سازه های فولادی پیشنهاد شد. یکی از این اتصالات اتصال تیر به ستون با تیر با جان شکاف دار است.مطالعات نشان داده اند که این اتصال بسیاری از ضعفهای اتصالات رایج را برطرف می کند، که از مهمترین مزیت های این اتصال مدرن، حذف نیروی برشی در بال تیر در ناحیه اتصال و نیز انتقال مفصل پلاستیک به درون تیر در محدوده دور از اتصال می باشد. آنچه مسلم است این است که لازمه مقاوم سازی لرزه ای هر سازه ای شناخت صحیح و دقیق رفتار لرزه ای آن سازه تحت سیستمهای باربر جانبی می باشد. در این پایان نامه رفتار لرزه ای سیستم قاب خمشی دوگانه ترکیبی با مهاربندهای واگرا با اتصال تیر با جان شکاف خورده به جهت تعیین پارامترهای لرزه ای موثر مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. به همین منظور قاب های خمشی دوگانه ترکیبی با بادبندهای خارج از مرکز 9،7،6،5،4،3 و 12 طبقه در دو حالت بدون شکاف در جان تیر و تیر با جان شکاف خورده آنالیز استاتیکی خطی و غیرخطی شده و پارامترهای لرزه ای هریک تعیین می شود. در نهایت بررسی ها نشان داده اند ضریب رفتار در حالت اتصال تیر با جان شکاف دار 49/1 تا 72/1 برابر نسبت به حالت بدون شکاف افزایش می یابد. همچنین تغییر مکان نسبی بین طبقات نیز در حد تسلیم به طور کلی کاهش می یابد کلمات کلیدی: اتصال تیر با جان شکاف دار، سیستم قاب خمشی دوگانه با مهاربندی واگرا، رفتار لرزه ای، پارامترهای لرزه ای، ضریب رفتار.

با پیشرفت علم و تکنولوژی در سالهای اخیر، افزایش ایمنی و عملکرد ساختمانها به هنگام وقوع زلزله اهمیت فزاینده ای یافته است. به طور کلی، برای مقابله با نیروی زلزله دو روش وجود دارد. روش اول افزایش ظرفیت لرزه ای سازه مانند استفاده از سیستم های مقاوم جانبی نظیر قاب های خمشی، قاب های مهاربندی شده، دیوارهای برشی و ... می باشد. روش دوم کاهش نیاز لرزه ای سازه با استفاده از سیستم های جداگر لرزه ای پایه می باشد. در این تحقیق، تاثیر افزایش زمان تناوب و افزایش میرایی موثر جداگرهای لاستیکی با هسته سربی بر پاسخ لرزه ای مدل های سه بعدی سازه ‏‏های فولادی با سیستم مهاربندی هم محور مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ساختمانهای 3 ، 6 و 10 طبقه فولادی برای دو حالت پایه ثابت و پایه جداسازی شده با زمان تناوب و میرایی موثر متفاوت سیستم جداگر که در مجموع شامل 30 سازه می باشند، در نرم افزار sap2000 مدل سازی شده و تحت تحلیل دینامیکی طیفی (با فرض طیف آیین نامه ubc97 بر اساس cad وcvd) قرار گرفته اند. مطابق با ضوابط آیین نامه ubc97، سازه ها در zone3 زلزله اند و در seismic source type "b" و واقع بر نوع خاک sd فرض گردیده اند. نتایج حاصل از تحلیل سازه ها در دو حالت پایه ثابت و پایه جداسازی شده که شامل زمان تناوب، ضریب شراکت جرم مدی، برش پایه و برش طبقات بوده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهند که ضریب شراکت جرم مدی سازه های جداسازی شده در مد اول تقریبا برابر با یک و در مدهای بعدی تقریبا برابر با صفر است، یعنی تمامی انرژی زمین لرزه در مد اول ارتعاش که تغییر شکل های سازه ای در آن ناچیز است جذب می شود. برش پایه و برش طبقات سازه با افزایش زمان تناوب و افزایش میرایی موثر جداگرهای لرزه ای پایه، کاهش می یابد. افزایش زمان تناوب در مقایسه با افزایش میرایی موثر سیستم جداگر لرزه ای پایه، اثر گذاری بیشتری در کاهش برش پایه و برش طبقات سازه خواهد داشت. در سازه های بلند افزایش زمان تناوب جداگر لرزه ای تاثیر بیشتری در کاهش برش پایه و برش طبقات اعمال شده به سازه خواهد داشت اما در سازه های کوتاه تاثیر افزایش زمان تناوب جداگر بر کاهش برش پایه و برش طبقات سازه بسیار کم می باشد. جداگرهای لرزه ای در بهبود رفتار لرزه ای سازه های کوتاه تاثیر بیشتری دارند و بکارگیری این سیستم ها در بهبود رفتار لرزه ای سازه های بلند که به خودی خود دارای زمان تناوب بالایی بوده، مناسب نبوده و غیر قابل توجیه است.

با توجه به اینکه سکوهای ثابت دریایی موجود در خلیج فارس به دلیل شرایط جغرافیایی و عمق آب اغلب از نوع جاکت (jacket) می باشند، لذا تحقیق و مطالعه پیرامون این سکوها از لحاظ خودکفایی در این زمینه برای کشور واقعاً ضروری و لازم است. در این تحقیق برای ارزیابی لرزه ای سازه ابتدا با استفاده از روش تحلیل مودال، دو روش جرم متمرکز و جرم سازگار (گسترده) برای دستیابی به مشخصات دینامیکی یک سکوی سرچاهی مقایسه شده و در ادامه با استفاده از هر یک از این روش ها تحلیل سازه با روش مودال تحت اثر نیروی زلزله صورت گرفته است. همچنین در ادامه سکوی مورد مطالعه تحت اثر نیروی زلزله به روش تاریخچه زمانی مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفته است. لازم به ذکر است در این تحقیق برای انجام مدلسازی و تحلیل ها از سکوی spd12b به عنوان مطالعه موردی بهره گرفته شده است. این سکو در 100 کیلومتری خلیج فارس واقع شده و یک سکوی سرچاهی چهار پایه می باشد. همچنین مدلسازی و تحلیل ها در این تحقیق همگی با کمک نرم افزار تخصصی سازه های دریایی sacs صورت گرفته است. نتیجه حاصله از این تحلیل ها، عدم تطابقی است که برای بدست آوردن مشخصات دینامیکی سازه مذکور در حالت جرم متمرکز، بدلیل نحوه انتخاب گره ها نسبت به روش جرم سازگار ایجاد شده و پیرو آن، تغییر در نتایج تحلیل لرزه ای سکو می باشد.

در این بررسی نوع جدیدی از سیستم استهلاک انرژی لرزه ای با استفاده از نوارهای با خم اولیه در بادبند سازه بکار برده شده است. در این فرایند قابهای خمشی 3،5،7،9،11و 12 طبقه در مدلهای مختلف شبیه سازی شده اند ارتفاع طبقات و طول دهانه ها 3 متر می باشد. برای مقایسه نتایج مدلها به دو صورت بادبندی شده (با میراگر) و بدون بادبند (بدون میراگر) مدل گردیده نوارهای با خم اولیه در بادبند سازه ها بکاربرده شده اند. مدل رفتاری فولاد نرمه در این بررسی از نوع مدل دو خطی تنش-کرنش است. پاسخهای سازه با میراگر و بدون میراگر تحت اثر بار دینامیکی با هم مقایسه گردیده است. نتایج حاصل برای سازه های 3،5،7،9،11و 12 طبقه با دو دهانه نشان می دهد که پاسخهای سازه نظیر برش پایه، شتاب طبقات، سرعت طبقات بهبود یافته (کاهش یافته) است و این کاهش ها از 3 طبقه تا 12 طبقه روندی نزولی داشته است و میراگر مورد بررسی جابجایی را در طبقات بالاتر کاهش می دهد. در این بررسی شرایط مرزی جدیدی برای میراگر به جهت بهبود عملکردهای لرزه ای در حالت شبیه سازی سه بعدی ارائه گردیده است و مجموعه ای از تحلیل های غیرخطی غیرارتجاعی دینامیکی صورت گرفته است که نتایج حاکی از کارایی مناسب و موثر نوارهای با خم اولیه در جهت کاهش پاسخ های سازه ای نظیر برش پایه، پاسخ شتاب طبقات، جابجایی طبقات و پاسخ سرعت طبقات می باشد. این نوع جدید میراگر قابلیت کاهش پاسخهای سازه تحت اثر بارهای متناوب را دارد.

قابهای محیطی یکی از پرکاربرد ترین فرم های سازه ای در سازه های بلند محسوب می گردند. هنگامی که سازه تحت اثر بار جانبی قرار می گیرد، قابهای محیطی در جهت بارگذاری به صورت جانها و قابهای عمود بر جهت بارگذاری به صورت بالهای طره حجیم محیطی عمل خواهد کرد. گرچه بازدهی سازه ای ساختار قاب محیطی بسیار خوب است ولی هنوز برای اصلاح و تکمیل سیستم، امکان کار بیشتر وجود دارد، چون به نظر می رسد قابهایی که عمل بال را انجام می دهند مشکل لنگی برشی دارند؛ این مشکل ناشی از این مساله است که ستونهای وسط قابهای بالی نسبت به ستونهای گوشه ای این قابها کمتر تحت اثر تنش قرار می گیرند، بنابراین از تمام قابلیت آنها در رفتار بال استفاده نمی شود. افزودن بادبندهای کلی به سیستم لوله ای با افزایش فاصله بین ستونها و بالا بردن پتانسیل آن برای استفاده در ساختمانهای بلندتر، همراه است. از آنجا که مهاربندهای قطری در هر تقاطع به ستونها متصل می شوند، لنگی برش را عملا در جان و بال قابها حذف می کنند. در نتیجه رفتار سازه تحت اثر بارهای جانبی بسیار شبیه قابهای مهاربندی شده است، به اضافه این که خمش در اعضای قابها نیز به مقدار زیادی کاهش می یابد. در این فرم سازه ای اختلاف تنشهای ناشی از بارهای قائم در ستونها، با انتقال بارهای محوری توسط مهاربندها از ستونهای پر تنش به ستونهای کم تنش از بین رفته، در نتیجه تنشها یکنواخت می گردند. با توجه به این که همواره از بادبندهای کلی به عنوان مکمل سیستم لوله ای یاد شده است و تحقیقات زیادی درباره تاًثیر آن در لنگی برش انجام گرفته است، در این پژوهش سعی شده تاًثیر این بادبندها در قابهای خمشی بررسی شده و تفاوت های این بادبندها با بادبندهای متعارف مشخص شود. در این راستا برای شناخت رفتار بادبندهای کلی، دو حالت بادبندی متعارف با دو حالت بادبندی کلی در شرایط یکسان مقایسه شده اند. سپس سازه های انتخاب شده را تحت اثر بارهای جانبی آنالیز کرده و از نظر جابه جایی، برش پایه، تنش و درصد جذب انرژی مقایسه می کنیم تا بهترین حالت بادبندی انتخاب شود. نتایج بدست آمده حاصل مقایسه دو حالت از بادبندی های متعارف و دو حالت بادبندی کلی،به شرح زیر می باشد.البته در این مقایسه شرایط سازه ها از هر لحاظ مانند نحوه بارگذاری، میزان مصرف فولاد، مراحل و روش تحلیل ثابت فرض شده است. 1- با مهاربندی پیشنهاد شده در این پایان نامه می توان سختی جانبی دلخواهی را در سازه به وجود آورد. طوریکه با استفاده از بادبندهای کلی به جای بادبندهای متعارف با کاهش تغییر مکان جانبی سازه می توان به بهبود رفتار و افزایش کارآیی سازه نائل شد. 2- استفاده از بادبندهای کلی به مقدار زیادی برش پایه را افزایش می دهند که مقدار این افزایش به حالت بادبندی مورد انتخاب بستگی دارد. 3- مقدار تنش در دو حالت فشاری و کششی، در بادبندهای کلی کمتر از بادبندهای متعارف می باشد.البته نکته بسیار مهم تر در این مقایسه محل تنش های ماکزیمم می باشد که با توجه به نتایج مشاهده می شود، محل تنش های ماکزیمم در بادبندهای متعارف اعضاء اصلی سازه یعنی ستونها،و در بادبندهای کلی حداکثر تنش در بادبندها اتفاق افتاده است. 4- میزان مشارکت سیستم بادبندی کلی در جذب انرژی کل سازه، نسبت به بادبندهای متعارف به طور چشم گیری افزایش یافته است. این تفاوت در جذب انرژی به علت فرم خاص بادبندهای کلی می باشد که بر خلاف بادبندهای متعارف که به طور پیوسته با چند ستون در تماس می باشند این نوع از بادبندها با تمامی ستونها در تماس هستند. 5- در مجموع استفاده از بادبندهای کلی بدلیل کاهش در سطح مقطع و طول بادبند و همچنین کاهش تعداد صفحه اتصال بادبند به ستون و با توجه به افزایش جذب انرژی نسبت به حالات دیگر بادبندی، از نظر سازه ای دارای توجیه اقتصادی بیشتری می باشد.

سازه هایی که تحت بارهای با تعداد سیکل فراوان قرار دارند حتی در تنش های پایین دچار مشکلات سازه ای و گاهی تخریب ناشی از خستگی می شوند. تحلیل خستگی یکی از مهمترین مراحل آنالیز درجای سکوهای دریایی است که عمدتاً کنترل کننده قطر و ضخامت اعضای جاکت در محل اتصال می باشد. با توجه به ماهیت تکرار بارهای محیطی در سکوهای دریایی (خصوصاً موج) کنترل اتصالات این اعضادر برابر پدیده خستگی حائز اهمیت فراوان می باشد. روشهای مختلفی جهت تحلیل خستگی سکوهای دریایی وجود دارد که از این بین روش طیفی حائز اهمیت ویژه ای است چراکه این روش بعنوان روش توصیه شده توسط آیین نامه api از دقت بیشتری نسبت به روشهای دیگر(خصوصاً متعین) برخوردار است. در تحقیق حاضر از نرم افزار sacs جهت تحلیل سکوی موجود استفاده گردیده است. در این تحقیق اثر پارامترهای مدل سازی با توجه به شرایط محیطی (منطقه خلیج فارس) بر روی توابع برش پایه و لنگر واژگونی و تنش حاد سکوی مورد مطالعه پرداخته شده است و تغییرات این پارامترها براساس توصیه آیین نامه api برای منطقه مورد نظر تحت بررسی قرار گرفت.

بتن خودتراکم، بتنی بسیار سیال و روان و مخلوطی بسیار همگن است که بسیاری از مشکلات بتن معمولی نظیر جداشدگی، آب انداختگی، نفوذپذیری و غیره را مرتفع نموده علاوه بر آن بدون نیاز به هیچگونه لرزاننده داخلی و خارجی تحت اثر وزن خود، متراکم می شود. این ویژگی کمک شایانی به اجرای اعضای سازه ای با تراکم زیاد آرماتور می نماید. به دلیل مطالعات کمی که در مورد استفاده از بتن های خودتراکم در اجزای سازه ای انجام شده, لذا در این کار از این نوع بتن در ساخت تیرها استفاده شده است. به دلایل مختلفی چون خرابی های ناشی از عوامل محیطی نظیر خوردگی و یا وزش بادهای شدید، خسارت ناشی از زلزله و هم چنین تغییر ضوابط آئین نامه ای، ممکن است سازه های بتن آرمه فاقد مقاومت لازم در مقابل بارهای اعمالی تشخیص داده شوند. از این رو تقویت و یا نوسازی مجدد سازه مورد بحث در دستور کار قرار می گیرد. در سال های اخیر روش های ترمیم زیادی پیشنهاد شده است و روشی که بیشتر از همه مورد توجه قرار گرفته، استفاده از تقویت کننده های پلیمری مانند frp می باشد در این پایان نامه به بررسی رفتار استاتیکی و دینامیکی تیرهای بتن خودتراکم مسلح تقویت شده با ورق cfrp بعد از ایجاد ترک خوردگی در آن، پرداخته شده است..آزمایشات بر مبنای بارهای استاتیکی ودینامیکی و بر روی تیر های دارای ورق تقویت در ناحیه ی کششی و همچنین تیرهای بدون تقویت صورت پذیرفت. برای این هدف، شش تیر بتنی آزمایش شدند و زیر اثر بارهای استاتیکی قرارگرفتند. این بارگذاری ها به صورت گام به گام تا رسیدن به مرحله نهایی شکست ادامه یافت. در این آزمایشات دو تیر به عنوان تیر مرجع مورد استفاده قرار گرفتند، همچنین دو نمونه از تیرها هنگامی که بار به حدود نیمی از بار نهایی رسید، با یک لایه ورق cfrp تقویت شدند، دو نمونه دیگر نیز هنگامی که بار به حدود 75% بار نهایی رسید، با دو لایه ورق cfrp تقویت شدند. پس از هر گام بارگذاری و ایجاد خسارت، آزمایش دینامیکی(مودال) در حالت آویزان روی تیرها انجام گردید که در نتیجه آن میزان فرکانس طبیعی و میرایی در هر گام بدست آمد. از جمله نتایج حاصله کاهش شکل پذیری و افزایش مقاومت تیرها بعد از تقویت توسط ورق cfrp بوده است.همچنین در کلیه تیرها بعد از بارگذاری و ایجاد ترک خوردگی فرکانس طبیعی کاهش یافت، که دلیل آن را می توان کاهش سختی تیر دانست. این کاهش در کلیه گام های بارگذاری تا قبل از تقویت ادامه داشت. بعد از تقویت تیرها با الیاف cfrp به دلیل افزایش سختی تیرها فرکانس طبیعی آنها نیز افزایش یافت.

رفتار اتصالات تیر به ستون در قاب های فولادی و کامپوزیت ، به شدت تحت تأثیر پایداری و سختی آنهاست. این موضوع مخصوصا در مورد پاسخ عکس العمل های دینامیکی ، که تغییرات در سختی و میرایی بر ظرفیت و نیاز تأثیر می گذارد صحیح است. به این معنی که مدل کردن دقیق سختی ، مقاومت و شکل پذیری اتصالات در برآورد لرزه ای و تحلیل جهت طراحی ضروری به نظر می رسد. در ابتدای کار فعلی ، دو روش مختلف مکانیکی و اطلاعاتی جهت مدل کردن پاسخ هیسترزیس پیچیده ی اتصالات پیچی تیر به ستون ارائه شده است. فرض اساسی این تحقیق این است که تمام جنبه های پاسخ ، تابع مدل سازی مکانیکی نمی باشند، از این رو درنظر گرفتن روش های مبتنی بر اطلاعات در دستور کار قرار داده شده است. در ابتدا یک مدل مکانیکی مبتنی بر مولفه ارائه می شود که هر منبع تغییر شکل، تنها با مشخصات هندسی و مشخصات مصالح نشان داده شده است. سپس یک روش شبکه عصبی برای استخراج کردن مستقیم اطلاعات از داده های آزمایشگاهی بررسی می شود. جهت اعتبار سنجی منحنی های هیسترزیس مدل های مذکور و نیز جهت آموزش شبکه عصبی در مدل اطلاعاتی، آزمایشات بر روی نمونه های با ابعاد واقعی اتصالات تیر به ستون با ورق انتهایی در آزمایشگاه صورت پذیرفت. اتصال تیر به ستون مورد نظر برای دستیابی به هدف ایجاد مفصل پلاستیک در تیر طراحی شد. سپس معایب و مزایای دوروش با مقایسه پاسخ آن ها با مدل آزمایشگاهی بیان می شود. در ادامه نیز یک چهارچوب مدل سازی ترکیبی ارائه می شود که از ترکیب دو روش مدل سازی اطلاعاتی و ریاضیاتی است. در چارچوب ترکیبی، داده های آزمایشگاهی نه تنها جهت استفاده ی دقیق برای فرآیند اعتبارسنجی استفاده می شوند بلکه یک قسمت جدایی ناپذیر از مدل سازی ترکیبی می باشند. در نهایت منحنی های ممان ـ دوران مدل های ترکیبی با آزمایشات آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده اند. مقایسات نشان می دهد که مدل های ترکیبی قابلیت نمایش رفتار هیسترزیس باریک شده ی اتصالات تیر به ستون را دارند. علاوه بر این مدل توسعه یافته ترکیبی به طور موفقیت آمیز برای پیش بینی رفتار یک اتصال تازه طراحی شده استفاده شده است.

در سالهای اخیر پیشنهادات مختلفی در خصوص استفاده از روش انرژی در طرح سازه های جدید و ارزیابی سازه های موجود مطرح گردید این روش که بر پایه طرح عملکردی سازه ها تعریف شده است در مقایسه با روشهای فعلی که طراحی را با استفاده از ماکزیمم شتاب زمین انجام می دهد توجیه و توضیح بهتری برای عملکرد ساختمانها تخریب آنها در مقابل زلزله مخرب اخیر داشته است از پارامترهای که در روش های فعلی اثرات آن نادیده گرفته می شود می توان به پارامتر مدت زمان وقوع زمین لرزه و اثرات رفتار هیسترزیس سازه در بارگذاری رفت و برگشتی زلزله اشاره کرد. در روش طراحی بر پایه انرژی که بر اساس مفاهیم انرژی و تعادل انرژی های ورودی به سازه و انرژی های مستهلک شده و جذب شده در آنها شکل گرفته است اثرات پارامترهای مذکور به صورت مستقیم در معادلات منظور شده و رفتار عملکرد تری از سازه را نمایش می دهد در این تحقیق بر پایه نگاشتهای منتخب از مناطق مختلف ایران و پس از تعیین انرژیهای ورودی ارتجاعی و غیر ارتجاعی انرژی هیسترزیس و نسبت این انرژی به یکدیگر اثر پارامترهای مختلف سازه ای و غیر سازه ای بر روی این انرژیها مورد بررسی قرار گرفته است به منظور دستیابی به این اهداف مجموعا 110 نگاشت از زلزله های مختلف ایران ثبت شده در خاکهای چهارگانه براساس دسته بندی آیین نامه طراحی ساختمانهای در برابر زلزله آیین نامه 2800 انتخاب و تحلیل دینامیکی سازه ای انجام و طیف طرح انرژی ورودی برای کشور ایران پیشنهاد گردید.

دیوار برشی فولادی یک سیستم نوظهور مقاوم در برابر بار جانبی است که در مقایسه با سایر سیستم ها ، مزایایی مانند رفتار شکل پذیر پایدار، جزئیات مورد نیاز کمتر ، قابلیت اجرای سریع و جنبه اقتصادی آن حائز اهمیت است . ضوابط لرزه ای کشورآمریکا الزام می دارد که اعضای قاب مرزی دیوار برشی فولادی با یکدیگر اتصال گیردار داشته باشند؛ و برای سازه های بلند تر از 160 ft الزام در استفاده از سیستم دوگانه قاب خمشی - دیوار برشی فولادی دارد . این پایان نامه به ارائه روش طراحی پلاستیک بر مبنای سطح عملکرد (pbpd) جهت طراحی سیستم دوگانه قاب خمشی - دیوار برشی فولادی پرداخته است . روش pbpd از دریفت و مکانیزم تسلیم هدف بعنوان معیارهای اصلی طراحی استفاده می کند . برای یک سطح خطر مشخص ، برش پایه طراحی بر مبنای برقراری رابطه کار-انرژی و با استفاده از دریفت هدف محاسبه می شود . طراحی پلاستیک اعضای سیستم بنحوی انجام می شود که دستیابی به مکانیزم تسلیم مقدور باشد . همانطور که در پایان نامه آمده است ، فرایند طراحی شامل تشکیل دستگاه پنج معادله و پنج مجهول است که برای دستیابی به سهم برش قاب و دیوار ، ضخامت دیوار برشی فولادی و مشخصات مقطع اعضای قاب حل می گردد. طراحی یک سیستم دوگانه چهار طبقه بعنوان نمونه مورد مطالعه می باشد. عملکرد لرزه ای قاب مورد مطالعه طراحی شده با روش pbpd بوسیله تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیرخطی برای هر دو سطح خطر 2,1 (زلزله mce , dbe ) مورد ارزیابی قرار گرفته است . نتایج تحلیلها حاکی از آن است که روش پیشنهادی مطابق با پیش فرضها بوده و اهداف عملکردی مورد نظر را ارضا می نماید .

تحلیل قابهای فولادی در گذشته با فرض رفتار ایده آل صلب یا مفصلی اتصالات کف ستون انجام می شد. برخی روشهای تحلیلی پیشرفته برای در نظر گرفتن اتصالات به صورت نیمه صلب پیشنهاد شده است، ولی عملکرد این روشها وابسته به مدلسازی صحیح اتصال است. در تحلیل قابهای نیمه صلب، رفتار گره باید مدل شود و این مدل با مدل منحنی لنگر-دوران مرتبط می باشد. بستگی به تحلیل مورد نیاز، هر نوع بیانی از منحنی لنگر- دوران قابل استفاده است. دقیق ترین بیان این رفتار با استفاده از توابع پیوسته غیر خطی صورت می گیرد. این تحقیق روش های پیش بینی رفتار مکانیکی اتصالات کف ستون را ارائه می دهد. برای در نظر گرفتن رفتار هیستریک اتصالات کف ستون دو شیوه مدل سازی به کمک روش های ریاضی و شبکه عصبی پیشنهاد شده است. سپس عملکرد دو شیوه بررسی شده و در ادامه در مورد مزایا و معایب هر کدام بحث گردیده است. برای بهره مندی از مزایای هردو مدل ریاضی و شبکه عصبی، شیوه جدید که دارای ساختار ترکیبی می باشد، ایجاد شده و با مدلسازی اتصالات کف ستون ارائه شده است. منحنی لنگر- دوران حاصل از مدل ریاضی با منحنی آزمایشگاهی مقایسه شده است. برای بیان رفتارباریک شدگی در نمودار هیستریک اتصال کف ستون، مدل ریاضی به مولفه های لغزش و تغییر قطر سوراخها نیاز دارد که این مولفه ها در مدل سازی شبکه عصبی قابل بیان می باشند. در این تحقیق، یک ساختار ترکیبی جدید پیشنهاد شده است. در ساختار ترکیبی، مدل سازی با روش ریاضی با شبکه عصبی تکمیل می شود. اصل اولیه در شیوه ترکیبی پیشنهادی آن است که تمام خصوصیات رفتاری سیستم تابع مدل ریاضی نیستند، بنابراین روش های جایگزین شبکه عصبی در نظر گرفته می شود. نقش مدل شبکه عصبی در این ساختار، مدلسازی بخش هایی است که با مدل ریاضی قابل بیان نیستند. کاربرد روش ترکیبی با مدلسازی رفتار پیچیده هیستریک اتصالات کف ستون بیان شده است. نتیجه استفاده از این شیوه پیش بینی رفتار اتصالات کف ستون با دقت بالا می باشد.

تجربیات گذشته نشان می¬دهد که خاک زیر پی بر روی رفتار دینامیکی سازه تأثیر می¬گذارد. پاسخ دینامیکی سازه حین لرزه¬های اعمالی، متغیری از نوع خاک زیر شالوده بوده، لذا بدون در نظر گرفتن تأثیر آن نمی¬توان تخمین واقع گرایانه¬ای از نیروهای اعمالی زلزله بر سازه داشت. همچنین حرکت لرزه¬ای زمین توسط شرایط محلی ساختگاه تغییر می¬یابد. مشاهدات حاصل از زلزله¬های مخرب نشان می¬دهند که حرکات لرزه¬ای زمین در بالای تپه¬ها، تنگه¬ها و نیز رأس شیروانی¬ها تشدید می¬شوند و سازه¬های بنا شده بر رأس شیب¬ها و یا تپه¬ها خسارات شدیدتری را نسبت به آنهایی که در بستر واقع بودند، تجربه کرده¬اند. بسیاری از محققین اثرات توپوگرافی به تنهایی را با استفاده از روش¬های عددی، تحلیلی و تجربی مورد مطالعه قرار داده¬اند، اما افراد معدودی به مطالعه اندرکنش خاک- توپوگرافی- سازه پرداخته¬اند. در این پایان نامه تلاش گردید تا با مدلسازی و تحلیل عددی، تأثیر اندرکنش خاک- توپوگرافی- سازه بر پاسخ لرزه¬ای قاب¬های خمشی فولادی بررسی شود. لذا با مدل¬سازی عارضه زمین به شکل یک تپه ذوزنقه¬ای شکل تحت شتابنگاشت¬های واقعی زلزله لوماپریتا، نورثریچ و سن¬فرناندو در حوزه انتقالی، تأثیر اندرکنش بررسی شده است. بدین منظور پارامترهایی چون ارتفاع و زاویه شیب، جنس مصالح ساختگاه،pga های مختلف هم¬پایه شده و موقعیت جایگذاری قاب¬های 5 و 15 طبقه مورد ارزیابی قرار گرفت و پاسخ ها بصورت اشکال و نمودارهایی بر حسب تغییرات جابجایی¬های نسبی طبقات و برش پایه سازه ارائه شده است. نتایج تحلیل¬ها نشان می¬دهد که با افزایش ارتفاع و زاویه شیب، مقادیر جابجایی¬های نسبی طبقات بیشتر شده و این مقدار با بیشتر شدن pga رو به افزایش است. همچنین با نرم¬تر شدن جنس مصالح ساختگاه، جابجایی¬های نسبی بیشتر و برش پایه کاهش پیدا می¬کند. علاوه بر آن، مشاهده گردیده است که زلزله¬های مختلف با پارامترهای متفاوت خود نظیر بزرگی، فرکانس غالب، شار انرژی و مدت زمان تداوم موثر آن¬ها، می¬توانند بر بحث¬های اندرکنشی تأثیرگذار باشند.

ارزیابی ایمنی سازه‏ها یکی از موضوعات خیلی مهمی می باشد که همواره مورد علاقه مهندسین و محققین بوده است. ارزیابی ریسک انفجار روشی منطقی برای هدایت تصمیم‏گیری‏ها در برابر خطر بارهای انفجاری است. امروزه با توجه به افزایش حملات تروریستی در سراسر دنیا و امکان بمب‏گذاری در نزدیکی ساختمان‏های مهم، طراحی ساختمان‏ها در مقابل بارهای ضربه ای ناشی از انفجار، مورد توجه‏ی ویژه‏ای قرار گرفته است. روال طراحی سازه در مقابل انفجار، طراحی در مقابل شکست موضعی عناصر موجود در جبهه اول می‏باشد و سپس تخریب‏های موضعی و اندیشیدن تدبیری برای جلوگیری از گسترش این تخریب‏ها به بخش‏های دیگر سازه می‏باشد. خرابی‏های موضعی در این نوع طراحی مجازند و با حذف ستون معیوب، سازه باید با پل‏زدن بر روی المان منهدم شده ایستایی خود را حفظ کند. در این مطالعه اثر بارهای انفجاری ناشی از سناریوهای احتمالی تروریستی در داخل و خارج یک ساختمان مهم فولادی چهار طبقه با سیستم قاب خمشی ویژه مورد بررسی قرار گرفته است. سپس ظرفیت مقاومتی ساختمان آسیب‏دیده در برابر خرابی پیشرونده ارزیابی شده و در پایان با استفاده از یک روش احتمالی، میزان ریسک وقوع خرابی پیشرونده و قابلیت اعتماد ساختمان به دست آمده است. با انجام این کار، نقاط آسیب‏پذیر داخل و خارج ساختمان شناسایی و از میزان ایمنی ساختمان اطلاع حاصل شده و در صورت هر گونه ضعف در ایمنی و افزایش ریسک خرابی، می‏توان به مقاوم‏سازی و همچنین محدودیت دسترسی به این نقاط پرخطر اقدام نمود.

در دهه های گذشته، بسیاری از ساختمان های عمومی در محل مسکونی، که در یک منطقه با خطر لرزه خیزی بالا واقع شده بودند، تحت اثر همزمان بارهای نامتعارف که طراحی ویژه ای در برابر آنها نشده اند، قرار گرفته می شدند. در این مطالعه، یک ساختمان بتن مسلح معمولی سه بعدی ( پنج طبقه ) که فقط بر اساس آیین نامه طراحی لرزه ای محاسبه شده است و طراحی ویژه ای در برابر بارهای نا متعارف مانند بار انفجاری نشده است، در یک منطقه با خطر لرزه خیزی بالا در نظر گرفته شده است. فرض بر این است که این ساختمان، به علت خرابی در تاسیسات مکانیکی و حرارتی و نشت گاز در آن در طول مدت زمان تداوم شدید زلزله و یا کمی پس از اتمام زلزله، تحت بار انفجاری قرار بگیرد به طوری که این دو پیشامد بحرانی، سازگار و وابسته به هم باشند. در چنین شرایطی با سناریوسازی و احتمالات موجود در هر سناریو، به بررسی وقوع و یا عدم وقوع خرابی پیشرونده پرداخته شده است. بدین منظور در هر سناریو، در گام اول، دو مدل تحلیل صورت گرفته است. یک تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی زلزله و یک تحلیل دینامیکی موضعی ناشی از انفجار. در گام دوم و با در نظر گرفتن خرابی سازه در گام اول، به جهت بررسی استحکام کلی ساختمان و ارزیابی خرابی پیشرونده، یک تحلیل pushdown کلی روی ساختمان اعمال گردید. در نهایت، نرخ سالانه حالت حدّی فروپاشی این ساختمان در اثر بارگذاری همزمان زلزله و انفجار محاسبه و نتایج آن ارائه گردید. از طرفی، این ریسک دو خطره احتمالاتی در دو فاز جدا از هم ارزیابی شده است. یک فاز تحت اثر زلزله های حوزه نزدیک و انفجار و فاز دیگر نسبت به زلزله های حوزه دور به همراه انفجار می باشد. نهایتاً با مقایسه بین ریسک احتمالاتی برای دو فاز ذکر شده، ریسک احتمالاتی زلزله حوزه نزدیک، حتی با توجه به دارا بودن یک دوره بازگشت طولانی، مقدار قابل توجهی نسبت به ریسک احتمالاتی زلزله حوزه دور بدست آمد. در شرایط دیگر، به تاثیر بهسازی لرزه ای در بهبود ریسک دو خطره احتمالاتی لرزه ای – انفجاری پرداخته شده است. بهسازی لرزه ای مورد نظر، با افزایش سختی جانبی، که از طریق اضافه کردن مهاربندها می باشد، صورت گرفته است. دو نوع مهاربند cbf ضربدری و brb، در دو توزیع مختلف که مجموعاً چهار مدل بهسازی میباشد، در نظر گرفته شده است. ریسک احتمالاتی مد نظر برای هر مدل بهسازی و سیستم سازه ای اولیه، برآورده شده است. نهایتاً با مقایسه ریسک های بدست آمده برای مدل ها، تاثیر بهسازی در بهبود عملکرد سازه بررسی گشت و بهترین روش بهسازی بکار گرفته شده برای کاهش ریسک موردنظر معرفی شده است.

در سالیان اخیر استفاده از میراگرها بعنوان وسایل جاذب و مستهلک کننده انرژی لرزه ای مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. چگونگی رفتار آنها در مقابل انواع زمین لرزه ها و همچنین محاسبه پارامترهای لرزه ای سازه های مجهز با میراگرها موضوع تحقیق بسیاری از مقاله ها و رساله ها شده است. در این رساله به بررسی ضریب رفتار و ضریب افزایش تغییر مکان سازه مجهز به میراگر نوار فولادی با خم اولیه پرداخته می شود. برای حصول نتایج، 3 قاب 8،4 و12 طبقه مدل شده اند. ارتفاع طبقات 3 متر و طول دهانه ها 5 متر و تعداد دهانه ها 4 می باشد. مدل رفتاری فولاد در این بررسی از نوع مدل دو خطی تنش – کرنش است. قاب ها تحت تحلیل استاتیکی غیر خطی قرار گرفته اند و نمودار برش پایه – تغییر مکان بام برای آنها ترسیم شده است و سپس جهت محاسبه پارامترهای مورد نظر نمودارها دو خطی شده اند. نتایج نشان می دهد با توجه به قابلیت جذب و استهلاک این سیستم ها ضریب رفتار این قابها نسبت به حالت قاب خمشی متوسط(بدون میراگر) افزایش یافته و همچنین ضریب افزایش تغییر مکان نسبت به ضریب پیشنهاد شده در آیین نامه زلزله ایران- استاندارد 2800 افزایش قابل توجهی دارد.

مطالعه رفتار اتصالات با استفاده از منحنی لنگر- دوران برای تجزیه و تحلیل انواع اتصالات و ارائه مفاهیم صلبیت، مقاومت و شکل پذیری اتصالات فولادی از اهمیت ویژه ای برخوردار است . همچنین درک صحیح از رفتار سازه ای اتصالات تیر به ستون ، و آگاهی مناسب از نحوه انتقال نیرو توسط آنها و شناخت دقیق تر رفتار آنها جهت مدلسازی و تحلیل سازه های فولادی ضروری است. چالش اولیه مدلسازی رفتار این نوع اتصال، پاسخ شدید غیر الاستیک، تغییرات مداوم سختی، مقاومت و شکل پذیری تحت بارهای شدید مانند زلزله می باشد. در ابتدای این تحقیق، دو روش مختلف ریاضیاتی و اطلاعاتی جهت مدل کردن رفتار پیچیده ی هیسترزیس اتصالات تیر به ستون با ورق های فوقانی و تحتانی بال تیر ارائه شده است. فرض اساسی این تحقیق این است که تمام جنبه های پاسخ هیسترزیس، تابع مدل سازی مکانیکی نمی باشند، از این رو در نظر گرفتن روش های مبتنی بر اطلاعات در دستور کار قرار داده شده است. در ابتدا یک مدل مکانیکی مبتنی بر مولفه ارائه می شود که هر منبع تغییر شکل، تنها با مشخصات هندسی و مشخصات مصالح نشان داده شده است. سپس یک روش شبکه عصبی برای استخراج کردن مستقیم اطلاعات از داده های آزمایشگاهی بررسی می شود. جهت صحت سنجی منحنی های رفتاری و نیزجهت آموزش شبکه عصبی در مدل اطلاعاتی، آزمایشات بر روی نمونه های با ابعاد واقعی اتصالات تیر به ستون با ورق های فوقانی و تحتانی بال تیر در آزمایشگاه صورت پذیرفت. در ادامه با مقایسه پاسخ هیسترزیس مدل آزمایشگاهی با دو روش ریاضیاتی و اطلاعاتی، معایب و مزایای دو روش بیان می شود.در انتهای این تحقیق، چارچوب مدل سازی ترکیبی ارائه می شود. در چارچوب ترکیبی یک مدل ریاضیاتی با روش های اطلاعاتی تکمیل می شود. در نهایت منحنی های ممان- دوران با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده اند. مقایسات نشان می دهد که مدل های ترکیبی قابلیت نمایش رفتار پیچیده ی هیسترزیس باریک شده ی اتصالات تیر به ستون با ورق های فوقانی و تحتانی را دارند. علاوه بر این مدل توسعه یافته ترکیبی به طور موفقیت آمیز برای پیش بینی رفتار یک اتصال تازه طراحی شده استفاده شده است.

قابهای مهاربندی شده واگرا از سختی و جذب انرژی بالایی برخوردار می باشند. عملکرد لرزه ای این سیستمها، به خواص هندسی، مکانیکی و طول تیر پیوند وابسته می باشند. تیر پیوند کوتاه به علت ظرفیت دورانی بالا و توانایی اتلاف انرژی زیاد عملکرد مناسب تری را در مقایسه با پیوندهای بلند از خود نشان می دهد. در صورت نیاز میتوان با اضافه کردن المان های قائم زیپر به تیرهای پیوند، طول این تیرپیوندها را کوتاه ساخته و مکانیزم تشکیل مفصل پلاستیک در تیر پیوند را تغییر داد. در این پژوهش از نرم افزار اجزای محدودی abaqus و sap2000 برای مدلسازی قاب های ebf استفاده شده است. برای صحت سنجی مدل اجزای محدود از آزمایش تجربی که توسط برمن بر روی قاب های ebf صورت گرفته، استفاده شده و نتایج حاصل از مدل و آزمایش تطابق مناسبی دارند. با انجام تحلیل های صورت گرفته بر روی قابها، ملاحظه شده است که با افزایش طول تیر پیوند ظرفیت باربری قابها کاهش و تمرکز خرابی در اتصالات افزایش یافته است. استفاده از المان قائم در طول مشخصی از تیر پیوند با تغییر در محل شکلگیری مفصل پلاستیک سختی و ظرفیت باربری و سختی قاب را به میزان قابل توجهی بهبود بخشیده است. همچنین اضافه کردن المان قائم موجب کاهش تغییرمکان نسبی طبقات و یکنواخت تر شدن آن گردیده، که این بهبود در قابهای بلندتر و همچنین طول تیرپیوندی که می تواند باعث تغییر مکانیزم در تشکیل مفصل پلاستیک از حالت خمشی به برشی شود، بیشتر است.

قاب های خمشی بتنی ویژه از جمله سیستم های سازه ای مناسب برای مناطق لرزه خیز محسوب می شود که به علت شکل پذیری مناسب در هنگام زلزله انرژی زلزله را مستهلک می کند. قاب طرح شده با روش طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد، دارای عملکرد و پاسخ مناسب تر و قابل پیش بینی در هنگام زلزله می باشد، برای ارزیابی قاب خمشی بتنی ویژه طرح شده بر اساس عملکرد پلاستیک به بررسی سطح عملکرد این قاب ها با تعداد طبقات 4 ، 8 ، 12 و 20 می پردازیم و از قاب 3 دهانه با اندازه دهانه یکسان استفاده می کنیم. پس از طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد اجزائ قاب و اعمال بار گذاری جانبی تحلیل استاتیکی غیر خطی بر قاب طرح شده، با توجه به نمودار پوش حاصل از تحلیل استاتیکی غیر خطی در می یابیم که قاب های طرح شده به این روش دارای شکل پذیری و سختی مناسبی به هنگام بارگذاری جانبی می باشند. با بررسی عملکرد قاب ها در سطح خطر 1، قاب های 4، 8 و 12 طبقه دارای عملکرد cp (آستانه فروریزش) بوده که ضعیف تر از عملکرد طراحی (امنیت جانی) می باشد و قاب 20 طبقه دارای عملکرد ls (امنیت جانی) بوده که نشان دهنده بهسازی مبنا برای این قاب است و مفصل پلاستیک در تمامی قاب ها فقط در تیر ها و در پای ستون قاب ها تشکیل شد و با بررسی عملکرد قاب ها در سطح خطر2، همه قاب ها دارای عملکرد cp (آستانه فروریزش) می باشند که نشان دهنده بهسازی مطلوب در این سطح خطر است و مانند سطح خطر 1، مفصل پلاستیک در تمامی قاب ها فقط در تیرها و در پای ستون قاب ها تشکیل شد و در زلزله بهره برداری قاب 4 طبقه عملکردio (قابلیت استفاده بدون وقفه) بوده و قاب های 8 ، 12 ، 20 طبقه دارای عملکرد o (قابلیت خدمات رسانی بدون وقفه) می باشند و مفاصل پلاستیک در این سطح خطر فقط در تیر ها بوجود آمد.

وارد آمدن خسارت سازه ای با مفهوم رفتار غیر ارتجاعی و درنتیجه انرژی هیسترزیس نزدیکی بسیاری دارند. لذا می توان گفت که انرژی هیسترزیس در این سطوح، معیاری قابل توجه جهت طراحی و یا کنترل سازه می تواند باشد. بستگی زیاد انرژی هیسترزیس به خسارت سازه ای موجب شده تا این مفهوم و روش های نوین طراحی سازه ای موردتوجه محققان و مهندسان قرار گیرد. در این پژوهش، ابتدا سه قاب 4، 8 و 12 طبقه فولادی با سیستم قاب خمشی متوسط به روش استاتیکی معادل بر اساس ویرایش اول استاندارد2800 و به وسیله نرم افزار etabs(ver. 9.5.0) طراحی شده اند، سپس تمام قاب ها تحت اثر هفت شتاب نگاشت حوزه نزدیک و هفت شتاب نگاشت حوزه دور به وسیله نرم افزار perform3d(ver.5) مورد آنالیز دینامیکی غیرخطی قرارگرفته اند. هدف از این مطالعه بررسی نحوه توزیع خسارت، انرژی، جابجایی نسبی، جابجایی بام و برش پایه در قاب های موردبررسی است. در ادامه لزوم به کارگیری روش مقاوم سازی جهت کاهش جابجایی نسبی، بر مبنای آیین نامه شرح داده شده است، سپس از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم سازی و کاهش خسارت در قاب های موردبررسی، استفاده شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که علی رغم توزیع یکنواخت مقاومت در ارتفاع طبقات، نمودارهای توزیع انرژی هیسترزیس و خسارت از این توزیع پیروی نمی کنند و تمرکز انرژی و خسارت در یک یا چندطبقه مشاهده می شود. لذا برای استفاده بهینه از حداکثر ظرفیت سیستم، طراحی سازه ها صرفاً بر اساس مقاومت، منطقی به نظر نمی رسد و باید پارامترهای دیگری مانند انرژی هیسترزیس که نقش عمده ای در خسارت اعضای سازه دارند، درروند طراحی لحاظ شود که در این تحقیق از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم سازی استفاده شده است، نتایج نشان می دهد که این نوع از میراگر نقش زیادی در جذب انرژی و کاهش خسارت در ساختمان ها دارد. همچنین تأثیر استفاده از میراگرهای ویسکوالاستیک بر کاهش خسارت قاب های با ارتفاع زیاد، بیشتر بوده است و تحت زلزله های حوزه نزدیک عملکرد خوبی در کاهش خسارت نشان می دهد.

تخریب پیش رونده معمولاً به گسترش یک آسیب موضعی اولیه در درون سازه که همانند یک واکنش شیمیایی زنجیره ای منجر به فروپاشی جزئی و یا کلی سازه می شود، اطلاق می گردد. مطالعات صورت گرفته در رابطه با خرابی های سیستم های سازه ای در سال های اخیر، اهمیت پدیده ی خرابی پیش رونده ناشی از بارگذاری غیر عادی هم چون ضربات تصادف، زمین لرزه، انفجار و... را مشخص می سازد. لازم به ذکر است راهبرد هایی برای طراحی در برابر گسیختگی پیش رونده به منظور جلوگیری یا کاهش وقوع خرابی پیش رونده در اسناد دولتی آمریکا مانند gsa و ufc ارائه شده است. در این پژوهش، با بهره گیری از راهبردها و معیارهای پذیرش ufc ویرایش سال 2013 میلادی و با انتخاب روش طراحی مسیر باربری جایگزین به جلوگیری از وقوع خرابی پیشرونده در سازه های بتنی با استفاده از کابلهای فولادی پرداخته شده است.