فرمولهای تجربی آئین نامه های ساختمانی برای تخمین دوره تناوب اصلی بر پایه پریودهای مشاهده شده ساختمان های واقعی طی زمین لرزه، ارائه شده اند و عموماً تابعی از ارتفاع و نوع ساختمان (قاب خمشی، قاب ساده و یا سیستم دوگانه) هستند. این روابط به دلیل راحتی در کاربرد، به طور گسترده ای توسط مهندسین طراح مورد استفاده قرار می گیرد. دقت روابط آیین نامه های موجود کافی نبوده، درنتیجه کمبود روابطی ساده و دقیق حس می شود. در این تحقیق، با بهره گیری از قابلیت های برنامه نویسی ژنتیکی، بعنوان جدیدترین عضو خانواده الگوریتم های تکاملی، روابطی با دقت مناسب برای تخمین دوره تناوب ارتعاشی اصلی ساختمان های قاب خمشی ارائه می دهیم.

میراگرهای جاری شونده فلزی، از قدیمی ترین ابزار اتلاف انرژی برای کنترل و کاهش پاسخ های لرزه ای سازه ها تحت زمین لرزه های شدید محسوب می شوند. یکی از پرکاربردترین این وسایل نوع خاصی از میراگرها تحت عنوان میراگرهای adas می باشند . در طراحی این نوع میراگرها پارامتر های مختلفی دخیل هستند که عبارت اند از: 1-جابجایی تسلیمی(?y) 2-ضریب سخت شوندگی کرنشی(?) 3-نسبت سختی اعضای بادبندی به سختی میراگرها(b/d) 4- نسبت سختی میراگر به سختی طبقه بدون میراگرهای نصب شده(sr) 5-سختی الاستیک میراگر(kd). انتخاب مناسب این پارامترها، تأثیر چشمگیری بر رفتار غیرخطی سازه دارد. در تحقیقات گذشته دانشمندان مقادیر ثابتی را برای پارامتر های طراحی adas پیشنهاد کرده اند . در این پژوهش نشان داده شده است، چنانچه این مقادیر برای میراگرها در تمامی طبقات قاب های خمشی و ساده فولادی یکسان انتخاب شود، شکل پذیری به صورت یکنواخت در طبقات توزیع نشده و تغییر شکل های بخش هایی از سازه کمتر از تغییر شکل مجاز خواهد شد. به عبارت دیگر از تمامی ظرفیت مصالح مصرفی استفاده نشده و طراحی بهینه نمی باشد . می توان با متغیر فرض کردن پارامترهای موثر در سختی و مقاومت میراگرهای adas و با استفاده از الگوریتم رسیدن به تغییر شکل های یکنواخت، سازه ای طراحی نمود که علاوه بر بهینه بودن ، عملکرد و رفتار لرزه ای مناسب تری تحت زلزله های شدید داشته باشد .

برای جلوگیری از ایجاد نا پایداری موضعی در اتصالات گیردار تیر به ستون قوطی شکل، از ورق های پیوستگی در داخل قوطی استفاده می شود. در این نوع اتصال، مشکلات فراوانی در اجرای ورق پیوستگی در ستون قوطی شکل دیده می شود. در این تحقیق به دنبال معرفی اتصال جایگزین به منظور حذف ورق پیوستگی در اتصالات متداول تیر به ستون قوطی می باشیم. با ساخت پنج نمونه مدل سه بعدی از اتصالات جوشی دو طرفه تیر به ستون به روش اجزای محدود در نرم افزار abaqus، رفتار چرخه ای اتصالات پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته است. در این نمونه ها، رفتار اتصال رایج تیر به ستون قوطی و اتصال تیر به ستون با سخت کننده خارجی t شکل از نظر سختی، مقاومت، شکل پذیری و محل تشکیل مفصل پلاستیک مقایسه شده است. صحت مدل المان محدود این نوع اتصالات با استفاده از داده های تجربی تایید شد. نتایج این مطالعه نشان می دهد که روش اجرای اتصال گیردار تیر به ستون قوطی شکل با استفاده از سخت کننده خارجی t شکل بهتر از روش اجرای اتصال رایج کنونی در ایران می باشد و این اتصال امکان انتقال مناسب نیروهای داخلی از تیر به ستون در قابهای خمشی را فراهم می کند. در این پایان نامه نوع جدیدی از اتصالات دو طرفه تیر به ستون با استفاده از پیچ های طویل که برای ستون های h شکل معرفی شده بود، بررسی گردید. مدل المان محدود برای این اتصال ایجاد شده و با استفاده از داده های تجربی صحت آن تایید شد. با استفاده از مدل المان محدود امکان کاربرد این شیوه از اجرای اتصال تیر به ستون، در ستون های قوطی شکل بررسی شد. نتایج نشان می دهد که این شیوه اتصال در ستون h شکل رفتار مناسبی را در قابهای خمشی دارا می باشد ولی در ستونهای قوطی شکل رفتار مناسبی را نشان نمی دهد. بنابراین استفاده از این نوع اتصال در ستون قوطی شکل، نیاز به مطالعات و اصلاحات اساسی دارد.

در سال¬های اخیر روش بهینه سازی تکاملی سازه¬ها موسوم بهevolutionary structural optimization ( eso ) به¬عنوان یک ابزار قوی در طراحی سازه¬ها مورد استفاده قرار می گیرد. مبنای این روش استفاده از نتایج تحلیل المان محدود مسئله در هر مرحله و فرآیند حذف تدریجی مواد زائد بر مبنای نتایج می¬باشد. روش eso یکی از روش¬های متعدد علم بهینه سازی سازه¬ها می باشد که اولین بار در سال¬ 1992 مطرح شد و بر پایه حذف تدریجی مواد غیر ضروری سازه شکل گرفته است. ]2[ در این تحقیق، یک معیار تکاملی جدید برای مسائل مربوط به طراحی با استفاده از تغییر ضخامت ( بر اساس به حداقل رساندن حداکثر تنش در سازه ) ارائه می¬گردد. در این راستا فایل های مختلفی برای نشان دادن توانایی استفاده از روش بهنیه سازی تکاملی سازه ها ارائه شده است و این مثالها در برنامه ansys مدل سازی و پس از اعمال شرایط تکیه گاهی تحلیل می شوند و نهایتا در طراحی بهینه با مقایسه نتایج بدست آمده از خروجی برنامه ansys به هدف کلی طرح می رسیم.

قابهای خمشی فولادی در نواحی با خطر لرزه خیزی زیاد و خیلی زیاد با شکل پذیری متوسط یا زیاد طراحی می شوند. این قابها با تحمل تغییرشکلها و دورانهای پلاستیک بزرگ در محل مفصلهای پلاستیک اعضا و اتصالات، دارای شکل-پذیری و ظرفیت استهلاک مناسب می باشند. بنابراین در طراحی لرزه ای این قابها، ضریب رفتار بزرگی در نظر گرفته می شود و نیروهای طراحی آنها نسبت به سایر سیستمهای سازه ای کمتر است. مقاوم سازی قابهای خمشی فولادی موجود، در مواردی نظیر حادثه های پیش بینی نشده، زلزله های شدید یا تغییر کاربری سازه ضرورت پیدا می کند. یکی از روش هایی که می تواند برای مقاوم سازی لرزه ای این قاب ها مورداستفاده قرار گیرد، استفاده از دیوار برشی فولادی غیرمتصل به ستون های کناری به همراه مهاربندهای کششی است. در این پایان نامه، ابتدا مدل اجزای محدود دو نمونه آزمایشگاهی، در نرم افزارهای اجزای محدود ساخته شده و نتایج تحلیل آن، با داده های آزمایشگاهی، مقایسه شده است؛ نمونه اول، قاب مفصلی مقاوم¬سازی شده با دیوار برشی غیر متصل به ستون¬های کناری و مهاربند و نمونه دوم، قاب خمشی فولادی بدون مهاربند می باشد. پس از اثبات دقت این مدل¬های اجزای محدود، مدل اجزای محدود قاب خمشی فولادی مقاوم¬سازی شده با دیوار برشی غیرمتصل به ستون های کناری و مهاربند ایجاد شده است. نتایج تحلیل این مدل اجزای محدود، با نتایج سه روش مقاوم سازی دیگر که عبارتند از سیستم مهاربند ضربدری نبشی، سیستم مهاربند ضربدری کابلی و سیستم مهاربند ضربدری کابلی که از داخل غلاف استوانه¬ای عبور داده شده است، مقایسه می شود. نتایج تحلیل اجزای محدود، نشان می دهد که استفاده از این روش مقاوم سازی، موجب می شود مقاومت جانبی سازه به اندازه 50 درصد افزایش یابد، در حالی که مدل دارای شکل پذیری مناسب می¬¬باشد و نیاز به تقویت ستون های کناری محدود خواهد بود.

تعیین خسارت وارد بر یک سازه از مهم ترین مقوله¬هایی است که در چند سال اخیر مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. در این زمینه با بررسی جنبه¬های مختلف رفتاری سازه، شاخص¬های متنوعی توسط محققین مختلف ارائه شده است. از آنجا که اکثریت این اندیس¬ها با استفاده از تحلیل¬های دینامیکی غیرخطی که بسیار پیچیده و وقت¬گیر هستند، تعیین می¬شوند؛ محاسبه آن ها بسیار مشکل خواهد بود و کاربرد آن ها به کارهای تحقیقاتی محدود می¬شود. در سال¬های اخیر تحلیل استاتیکی غیرخطی به عنوان یک ابزار قوی برای تحلیل غیرخطی سازه¬ها به خاطر سادگی و سهولت آن نسبت به روش دینامیکی، مورد پذیرش قرار گرفته است. بنابراین توسعه یک معیار جهت تخمین خسارت وارد بر سازه با استفاده از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی می¬تواند در مقاصد عملی نظیر طراحی بر اساس عملکرد، بسیار سودمند و موثر واقع شود. هدف اصلی این تحقیق، ارائه یک معیار خسارت کاربردی برای قاب های بتنی بر اساس تحلیل استاتیکی غیرخطی می¬باشد. بدین منظور در این تحقیق روشی برای طراحی سازه¬های بتنی پیشنهاد شد که با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی انجام می شود و برای ارزیابی این روش پیشنهادی هفت رکورد زلزله متناسب با زمین انتخاب گردید و درستی روش پیشنهادی با تحلیل دینامیکی غیرخطی سنجیده شد و الگوی بار جانبی توانی به عنوان یک الگوی مناسب با در نظر گرفتن اثرات مدهای ارتعاشی بالاتر جهت تحلیل استاتیکی غیرخطی پیشنهاد گردید.

سیستم های کنترل نیمه فعال به دلیل داشتن مزیت های کنترل فعال و غیر فعال به طور همزمان، از بهترین سیستم های کنترلی محسوب می گردند. استفاده از میراگر mr به عنوان یکی از مناسب ترین ابزار سیستم های هوشمند، برای کاهش خطر تحریکات لرزه ای، بسیار موثر می باشد. از سوی دیگر پدیده ی ضربه زدن ساختمان های مجاور به یکدیگر در هنگام زلزله های شدید یکی از رایج ترین مکانیزم های خرابی سازه در حین وقوع این زمین لرزه ها است، اتصال سازه ی های مجاور به یکدیگر با استفاده از سیستم کنترل نیمه فعال یکی از موثرترین راههای کاهش و کنترل این آسیب ها می باشد. در سیستم های کنترل نیمه فعال، محاسبات کامپیوتری و عملکرد حسگرها و انتقال یا ادامه چکیده دریافت داده ها نیازمند یک فرآیند زمانی می باشد، به همین دلیل نمی توان از اثر تأخیر زمانی در فرآیند کنترل چشم پوشی کرد. در واقع تأخیر زمانی ممکن است عملکرد سیستم کنترل را کاهش دهد و یا حتی موجب ناپایداری سازه ها گردد. این پژوهش پدیده ی تأخیر زمانی را در اتصال دو سازه ی مجاور به هم، توسط میراگر mr مورد توجه قرار داده و جهت جبران آن از ایده ی جدید و کارآمد روش جبران ساز مبتنی بر روش انتگرال نیومارک-بتا بهره خواهد برد، در ادامه پاسخ لرزه ای دو سازه ای متصل با میراگر mr با و بدون در نظر گرفتن تأخیر زمانی مقایسه خواهد کرد. بررسی نتایج حاکی از کاهش جابه جایی های هر دو سازه در اثر اتصال و کنترل آن هاست، همچنین لحاظ اثر تاخیر زمانی درسیستم مورد نظر موجب بهبود عملکرد لرزه ای آن می گردد.

در این پایان نامه تأثیر افقی ستون پاندولی بر روی چندین زلزله بررسی شده است. این جداگر دو منظوره شاید اولین نسل از ستون های ایزوله کننده ساختمان می¬باشدکه تأثیری افقی و عمودی بر پاسخ زلزله دارد. این جداگر با قسمت / (8 فارسی) به زمین وصل می شود و هم ارز با تکیه گاه پاندول است؛ قسمت / (7 فارسی) به سقف وصل می شود و وزن سازه را به پایین عضو قائم (ا) که نقش میله پاندول را دارد منتقل می کند. این جداگر توسط نویسنده پایان نامه طراحی شده است. برای 10 مورد زلزله متفاوت پاسخ جداگر به دست آمده و پاسخ جداگر برای زلزله های northridge و kobe در نرم افزار etabs مورد مطالعه قرار گرفته است و نتایج حاصل از برنامه نوشته شده در matlab برای زلزله ها با پاسخ جداگر که از نرم افزار etabs به دست آمده مورد بحث قرار گرفته است و در نهایت یک سازه 2 طبقه و قاب 10 طبقه در etabs مدل شده و پاسخ آن در حالت وجود و عدم وجود جداگر بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهد که این جداگر علیرغم سایر جداگرها اثر جابجایی زلزله را نیز در اکثر زلزله¬ها کاهش داده و شتاب را تا نزدیکی صفر کاهش و90 درصد بار زلزله و شتاب زلزله کم می شود. استفاده از اثر ناپایدار کنندگی در سیستم روشی نوین در بهسازی است و اثر فوق العاده دارد.

در این پژوهش با استفاده از نرم افزار آباکوس رفتار چرخه ای تیرهای فشرده rbs با erbs مقایسه شده است و در ادامه با تبدیل این تیرها به تیرهای غیر فشرده، تأثیر غیرفشردگی و استفاده از سخت کننده های طولی در این تیرها مورد مطالعه قرار گرفته است. در انتها با بررسی رفتار این اتصالات به صورت مجزا و همچنین رفتار درون قابی آن ها مشخص شده است که ترکیب اتصال erbs با تیر غیرفشرده ی دارای سخت کننده طولی می تواند علاوه بر کاهش چشمگیر مصرف فولاد، افزایش مقاومت و بهبود قابل توجه در رفتار سازه را در بر داشته باشد.

وظیفه ی اولیه ی المان کف، انتقال بارهای ثقلی به سایر المان ها مثل تیرها و دیوارها می-باشد. با این وجود، المان کف نقش اساسی در توزیع بار جانبی وارده، بین المان های باربر جانبی قائم و نیز حفظ یکپارچگی سازه در برابر بارهای جانبی را ایفا می کند. در کل، المان های افقی و یا نیمه افقی مثل سقف ها که وظیفه ی انتقال بارهای جانبی به سیستم باربر جانبی قائم را داشته باشد، دیافراگم کف و یا به اختصار دیافراگم می نامند. فرض صلبیت دیافراگم کف فرضی است که به صورت عمده و جهت ساده سازی مدل و کاهش درجات آزادی سازه، مورد استفاده قرار می گیرد. این فرض در همه ی موارد به نفع اطمینان نمی باشد و در مواردی منجر به طراحی غیر ایمن سازه می شود. نسبت طول به عرض زیاد پلان، المان های قائم سخت در مقایسه با المان های افقی و پلان نامنظم می توانند فرض صلبیت دیافراگم کف را زیر سئوال برده و دیافراگم را به سمت عملکرد انعطاف پذیر سوق دهند. در این پایان نامه نخست با مدل سازی سقف عرشه فولادی با تمام جزئیات در نرم افزار abaqus، رفتار آن از جمله تغییرمکان های داخل صفحه ای تعیین شده است. سپس ضخامت معادل سقف بتنی یکنواخت به گونه ای تعیین شده است که تغییر مکان های داخل صفحه ی آن در برابر بارهای جانبی، برابر با تغییرمکان های سقف عرشه فولادی گردد. در مرحله ی بعد، با استفاده از دال بتنی معادل با سقف عرشه فولادی، مدل سازی سازه های فولادی با قاب های مهاربندی شده و خمشی با تعداد طبقات 3، 5 و 7 و نسبت ابعاد پلان 2 ، 3 و 5 در نرم افزار sap2000 با فرض دیافراگم صلب و نظیر همان سازه ها با دیافراگم انعطاف پذیر انجام گرفت. بررسی ها نشان داد که در سازه های فولادی با قاب خمشی و پلان منظم، نسبت های ابعادی پلان تاثیر قابل توجهی در رفتار دیافراگم به لحاظ صحت فرض دیافراگم صلب ندارد. در حالیکه در سازه های مهاربندی شده با تعداد طبقات کم و نسبت ابعاد پلان زیاد، عملکرد نرم دیافراگم در طبقات بام مشهود می باشد. همچنین در سازه های فولادی مهاربندی شده با نسبت ابعاد پلان بزرگ تر از 3 تفاوت پاسخ ها در دو حالت انعطاف پذیر و صلب قابل توجه می باشد. با تحلیل تاریخچه ی زمانی خطی بر روی سازه ها ی مهاربندی شده مشاهده شد که شتاب های تجربه شده در مرکز جرم طبقات در حالت انعطاف پذیر بسیار بیشتر از حالت صلب بوده، در حالیکه در گوشه های سازه و در فواصل دورتر از مرکز جرم این شتاب ها در حالت صلب بیشتر از حالت انعطاف پذیر می باشد.

برای مقاوم سازی سازه ها در برابر زلزله، سیستم های مقاوم مختلفی می تواند مورد استفاده قرار گیرد که بعضا برای رفع معایب یک سیستم خاص، از سیستم مقاوم دیگری در کنار آن استفاده میشود. در قاب مقاوم خمشی فولادی ‏‎(mrf)‎‏ که به دلیل قابلیت بهره برداری از فضای بین قابها، مورد استفاده زیادی دارد، به خاطر برخورداری از سختی کم، تامین مقاومت در برابر جابجایی مشکل ساز بوده و معمولا باعث انتخاب پروفیل های با مقاطع نسبتا بزرگ در طراحی میشود. یکی از روشهایی که بتواند ضمن داشتن برتریهای این سیستم، از کاستیهای آن بکاهد استفاده از سیستم دوگانه قاب مقاوم خمشی فولادی و دیوار برشی بتن آرمه ‏‎(mrf+shw)‎‏ می باشد که محور اصلی این پایان نامه را تشکیل می دهد. در این کار پژوهشی برای مدل سازی سازه ها از نرم افزار ‏‎ansys‎‏ به صورت سه بعدی و با در نظر گرفتن ترک خوردگی بتن و تاثیر آن در اصلاح ماتریس سختی استفاده شده است. مدلها به روشهای دینامیکی و دینامیکی غیرخطی تحلیل شده و نتایج تحلیلهای فوق به صورت پارامترهای لرزه ای سازه نظیر ضریب رفتار ناشی از شکل پذیری ‏‎(ru)‎‏ ، ضریب رفتار ناشی از اضافه مقاوم ‏‎(rs)‎‏ ، ضریب شکل پذیری ( ) و ضریب تشدید تغییر مکان ‏‎(cu)‎‏ تعیین شده اند. همچنین نتایج تحلیلی مربوط به حالت اصلاحی این سیستم ترکیبی ‏‎(mrf+shw)‎‏ که در این پایان نامه پیشنهاد شده، آورده شده است. مقایسه پارامترهای لرزه ای محاسبه شده با آیین نامه های معتبر از جمله ‏‎aisc, ubc97‎‏ و نیز آیین نامه 2800 زلزله ایران، بخش پایانی این رساله را تشکیل می دهد.