دانلود پروژه:بهبود عملکرد مهاربندهای زانویی به کمک مصالح هوشمند

فصل اول: کلیات

1-1 مقدمه ………………………………….. 2

1-2 نیازهای لرزه­ای سازه­ها در برابر زلزله ………. 3

1-2-1 سختی ………………………………. 3

1-2-2 مقاومت …………………………….. 4

1-2-3 شکل­پذیری …………………………… 5

1-2-4 برگشت­پذیری …………………………. 6

1-3 اهمیت و اهداف تحقیق ……………………… 7

1-4 ساختار پایان­نامه ………………………… 8

فصل دوم: آلیاژهای حافظه­دار شکلی

2-1 مقدمه …………………………………. 12

2-2 تاریخچه ……………………………….. 13

2-3 کاربردهای آلیاژهای حافظه­دار ……………… 13

2-3-1 وسایل سوپرالاستیک …………………… 14

2-3-2 عملگرهای حافظه­دار ………………….. 14

2-3-3 وسایل مارتنزیتی ……………………. 14

2-4 روش­های تولید آلیاژهای حافظه­دار …………… 15

2-5 تبدیلات فازی و دماهای تبدیل ………………. 15

2-6 خصوصیات مکانیکی آلیاژهای حافظه­دار شکلی ……. 19

2-6-1 رفتار در کشش و فشار ………………… 20

2-6-2 رفتار در برش و پیچش ………………… 21

2-7 خصوصیات ویژۀ آلیاژهای حافظه­دار شکلی ………. 22

2-7-1 خاصیت حافظۀ شکلی ……………………. 22

2-7-2 خاصیت فوق ارتجاعی …………………… 24

2-8 رفتار آلیاژهای حافظه­دار شکلی در بارگذاری چرخه­ای، استهلاک انرژی                                                    26

2-9 پیچیدگی­های رفتاری ………………………. 27

2-9-1 اثر دما ……………………………. 27

2-9-2 اثر ابعاد نمونه­ها …………………… 28

2-9-3 اثر تعداد چرخه­های بارگذاری …………… 29

2-9-4 اثر سرعت بارگذاری …………………… 29

2-10 معرفی آلیاژهای حافظه­دار شکلی پرکاربرد ……. 30

2-10-1 آلیاژهای نیکل-تیتانیوم ……………… 30

2-10-2 آلیاژهای بر پایۀ مس ………………… 31

2-10-3 آلیاژهای Cu-Al-Ni …………………….. 32

2-10-4 آلیاژهای Fe-Mn-Si-X …………………… 33

2-11 پیشینۀ تحقیق در مورد آلیاژهای حافظه­دار شکلی . 34

2-11-1 جداگرلرزه­ای ……………………….. 34

2-11-2 سیستم­های مهاربندی ………………….. 39

2-11-3 ابزارهای استهلاک انرژی ………………. 45

2-11-3-1 اصول طراحی میراگرهای حافظه­دار شکلی … 46

2-11-4 اتصالات سازه­های فولادی ……………….. 48

2-11-5 ترمیم و مقاوم­سازی ………………….  51

2-11-6 کاربرد در بتن ……………………… 58

2-11-6-1 بازیابی شکل اولیه با استفاده از آلیاژهای حافظه­دار شکلی سوپرالاستیک …………………………….. 58

2-11-6-2 بتن مسلح هوشمند …………………. 59

2-12 محدودیت­های آلیاژهای حافظه­دار شکلی ……….. 60

 

فصل سوم: مهاربندهای زانویی

3-1 مقدمه …………………………………. 63

3-2 انواع قاب­های فولادی ……………………… 63

3-3 پیشینۀ تحقیق در مورد مهاربند زانویی ………. 66

3-3-1 پارامترهای اصلی و ویژگی­های مهم مهاربند زانویی 67

3-3-2 پارامترهای ابعادی در سیستم قاب با مهاربند زانویی   68

3-3-3 موقعیت مهاربند زانویی …………………. 68

3-3-4 عملکرد جانبی قاب­ها با مهاربندهای قطری مختلف 70

3-3-5 عملکرد جانبی قاب­ها با تیرها و ستون­های مختلف 72

 

فصل چهارم: روش تحقیق

4-1 مقدمه …………………………………. 76

4-2 مدل­های مورد استفاده …………………….. 76

4-2-1 مشخصات هندسی مدل­ها ………………….. 76

4-2-2 بارگذاری مدل­ها ……………………… 77

4-2-2-1 بارگذاری ثقلی ……………………. 77

4-2-2-2 بارگذاری زلزله …………………… 77

4-2-3 طراحی مدل­ها ………………………… 78

4-3 تحلیل­های مورد استفاده …………………… 83

4-3-1 تحلیل بر اساس عملکرد ………………… 84

4-3-2 تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش­اور) ……….. 85

4-3-3 تحلیل تاریخچه­زمانی غیرخطی ……………. 86

4-3-3-1 انتخاب شتاب­نگاشت­ها ……………….. 86

4-4 نرم­افزارهای مورد استفاده ………………… 91

4-4-1 معرفی نرم­افزار OpenSEES  ………………. 92

4-4-2 ساخت مدل …………………………… 93

4-4-2-1 مصالح …………………………… 94

4-4-2-2 مقاطع …………………………… 96

4-4-2-3 اعضا ……………………………. 97

4-4-2-4 تبدیلات هندسی …………………….. 98

4-4-2-5 آنالیز ………………………….. 98

4-4-2-5-1 قیود ………………………… 99

4-4-2-5-2 شمارنده ……………………… 99

4-4-2-5-3 سیستم ……………………….. 99

4-4-2-5-4 آزمون همگرایی ……………….. 100

4-4-2-5-5 الگوریتم ……………………. 100

4-4-2-5-6 انتگرال­گیر ………………….. 100

4-4-2-5-7 نوع آنالیز ………………….. 101

4-5 صحت سنجی ……………………………… 101

4-6 روش پردازش اطلاعات ……………………… 102

4-6-1 روش پردازش سختی ……………………… 103

4-6-2 روش پردازش شکل­پذیری ………………….. 103

4-6-3 روش پردازش مقاومت ……………………. 103

4-6-4 روش پردازش برگشت­پذیری ………………… 103

 

فصل پنجم: نتایج تحلیل­ها

5-1 مقدمه ………………………………… 106

5-2 بررسی سختی قاب­های مورد مطالعه …………… 107

5-3 بررسی شکل­پذیری قاب­های مورد مطالعه ……….. 114

5-4 بررسی مقاومت قاب­های مورد مطالعه …………. 117

5-5 بررسی برگشت­پذیری قاب­های مورد مطالعه ……… 119

 

فصل ششم: نتیجه­گیری و پیشنهادها

6-1 مقدمه ………………………………… 127

6-2 نتیجه­گیری …………………………….. 127

6-3 پیشنهادات …………………………….. 129

فهرست مقالات ارائه شده توسط نگارنده ………….. 130

منابع و مراجع …………………………….. 132

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست  جدول­ها

 

جدول 2-1 ترکیب شیمیایی، فرآیند ساخت و دماهای تبدیل انواع SMA      18

جدول 2-2 مشخصات مکانیکی کششی و فشاری نایتینول …. 21

 جدول 2-3 مشخصات مکانیکی برشی و پیچشی نایتینول … 22

جدول 2-4 مقایسة مشخصات مکانیکی نایتینول و فولاد ساختمانی 31

جدول 2-5 مشخصات مکانیکی SMAهای بر پایة مس …….. 32

جدول 2-6 مقایسة بین مشخصات نایتینول و آلیاژهای بر پایة مس    33

جدول 2-7 پیش­شرط­های لازم SMAها برای کاربرد در مهندسی سازه و زلزله   61

جدول 4-1 مقاطع نمای قاب نوع اول سه طبقه ………. 79

جدول 4-2 مقاطع نمای قاب نوع اول پنج طبقه ……… 80

جدول 4-3 مقاطع نمای قاب نوع اول هفت طبقه ……… 81

جدول 4-4 مشخصات رکوردهای انتخابی …………….. 87

جدول 4-5 مقادیر عددی پارامترهای مادۀ یک­جهتی خود مرکز 96

جدول 5-1 میانگین حداکثر جابجایی نسبی طبقات قاب سه طبقه   108

جدول 5-2 میانگین حداکثر جابجایی مطلق طبقات قاب سه طبقه   109

جدول 5-3 میانگین حداکثر جابجایی نسبی طبقات قاب پنج طبقه 110

جدول 5-4 میانگین حداکثر جابجایی مطلق طبقات قاب پنج طبقه  111

جدول 5-5 میانگین حداکثر جابجایی نسبی طبقات قاب هفت طبقه  112

جدول 5-6 میانگین حداکثر جابجایی مطلق طبقات قاب هفت طبقه 113

جدول 5-7 ضریب شکل­پذیری قاب سه طبقه ………….. 115

جدول 5-8 ضریب شکل­پذیری قاب پنج طبقه …………. 115

جدول 5-9 ضریب شکل­پذیری قاب هفت طبقه …………. 116

جدول 5-10 مقاومت ارتجاعی قاب­ها ……………… 118

جدول 5-11 مقایسۀ حداکثر جابجایی پسماند در قاب سه طبقه    120

جدول 5-12 مقایسۀ حداکثر جابجایی پسماند در قاب پنج طبقه   122

جدول 5-13 مقایسۀ حداکثر جابجایی پسماند در قاب هفت طبقه   124

فهرست  شکل­ها

شکل 2-1 فازهای اصلی در SMAها ………………… 16

شکل 2-2 رفتار SMAها در حالت بدون تنش و تحت تأثیر تغییرات دما 16

شکل 2-3 تبدیلات فاز استنیت به مارتنزیت و برعکس در حالت بدون بارگذاری مکانیکی……………………………………. 17

شکل 2-4 نمایش ساختار کریستالی SMAها…………… 19

شکل 2-5 عملکرد ترکیب اعمال تنش و دما بر روی کریستال­های استنیت و مارتنزیت ………………………………….. 19

شکل 2-6 نمودار تنش – کرنش SMAها در کشش یا فشار … 20

شکل 2-7 سيكل حرارتي مكانيكي توصيف كننده پديده حافظه­داري شكلي 23

شکل 2-8 رفتار حافظة شکلی ……………………. 23

شکل 2-9 اثر حافظة شکلی یک­طرفه………………… 24

شکل 2-10 خاصیت فوق ارتجاعی…………………… 25

شکل 2-11 نمودار سه بعدی تنش – کرنش – دما در SMAها 25

شکل 2-12 نمودار تنش – کرنش SMAهای سوپرالاستیک در بارگذاری چرخه­ای   26

شکل 2-13 نمودار تنش – کرنش SMA نوع مارتنزیتی در بارگذاری چرخه­ای محوری و پیچشی………………………………. 27

شکل 2-14 رفتار فوق ارتجاعی SMAها در دماهای مختلف . 28

شکل 2-15 اثر ابعاد SMAها بر روی رفتار فوق­ارتجاعی . 28

شکل 2-16 اثر تعداد چرخه­های بارگذاری بر روی رفتار فوق ­ارتجاعی 29

شکل 2-17 اثر سرعت بارگذاری بر روی رفتار فوق­ ارتجاعی SMAها 30

شکل 2-18 شبکة کریستالی فاز استنیت و فاز مارتنزیت در نایتینول  31

شکل 2-19 شبکة کریستالی فاز استنیت و فاز مارتنزیت در Fe-Mn-Si    34

شکل 2-20 مشخصات ابعادی پل مورد مطالعه ………… 35

شکل 2-21 مدل دو درجه آزادی پل مورد مطالعه …….. 35

شکل 2-22 پاسخ پل تحت زلزلة ضعیف ……………… 35

شکل 2-23 پاسخ پل تحت زلزلة متوسط …………….. 36

شکل 2-24 پاسخ پل تحت زلزلة شدید ……………… 36

شکل 2-25 نمودار تاریخچه زمانی انرژی سیستم SMA سیستم NZ   37

 شکل 2-26 سیستم جداگر لرزه­ای در سازه­های ساختمانی . 37

شکل 2-27 قاب برشی یک طبقه و پاسخ آن تحت تحریک تکیه­گاهی با دو نوع مهاربند …………………………………… 38

شکل 2-28 جداگر لرزه­ای پیشنهادی Corbi در سازه­ها ….. 38

شکل 2-29 تغییرمکان جانبی نسبی طبقات اول تا هفتم .. 39

شکل 2-30 نمای شماتیک قاب مورد آزمایش …………. 40

شکل 2-31 مدل قاب دو طبقة مهاربندی شده با SMA (ابعاد بر حسب میلیمتر)                                                    41

شکل 2-32 میراگر مورد استفاده در آزمایش ……….. 41

شکل 2-33 مدل اجزا محدود قاب­های مورد مطالعه ……. 42

شکل 2-34 پاسخ مدل به ارتعاش آزاد مدل مهاربندی نشده و مدل مهاربندی شده ………………………………………. 42

شکل 2-35 پاسخ مدل در تحلیل دینامیکی مدل مهاربندی نشده و مدل مهاربندی شده ………………………………………. 42

شکل 2-36 سیستم مهاربندی پیشنهادی Tami …………. 45

شکل 2-37 پیکربندی مهاربند SMA و ضد کمانش ……… 43

شکل 2-38 مدل های رفتاری مهاربندهای ضد کمانش و SMA 44

شکل 2-39 نمودار تاریخچه­زمانی جابجایی طبقة بام قاب سه طبقه     44

شکل 2-40 نمودار جابجایی نسبی حداکثر طبقة بام ….. 45

شکل 2-41 نمودار جابجایی نسبی پسماند طبقة بام ….. 45

شکل 2-42 رفتار شماتیک مواد حافظه­دار شکلی بازگرداننده، مستهلک کننده و ترکیب آنها ………………………………… 46

شکل 2-43 انواع میراگرها بر اساس قابلیت­های SMAها .. 47

شکل 2-44 جزئیات میراگرهای حافظه­دار شکلی ………. 47

شکل 2-45 جزئیات اتصالات بررسی شده در تحقیقات Ocel و همکاران     49

شکل 2-46 بازگشت SMAها به­حالت اولیه بعد از حرارت­دادن 49

شکل 2-47 منحنی هیسترزیس اتصالات S1 و S2 …………. 50

شکل 2-48 کاربرد SMA در اتصالات ستون به پی ……… 50

شکل 2-49 مهار مقاوم­کننده در سقف و طرح مقاوم­سازی .. 51

شکل 2-50 مقاوم­سازی کلیسای St.Francesco در Assisi ایتالیا 52

شکل 2-51 تخریب پل به علت جابجایی نسبی بیش از اندازة عرشه و پایه   53

شکل 2-52 هندسة پل مقاوم­سازی شده و محل نصب نگهدارنده­ها    53

شکل 2-53 محصورشدگی فعال یک ستون بتنی دایروی با استفاده از SMA     54

شکل 2-54 مقایسة انواع مختلف پوشش­های تقویت­کننده در یک ستون استوانه­ای بتنی ……………………………………… 54

شکل 2-55 نتایج حاصل از بارگذاری استاتیکی یکنواخت در دیوار بتنی    56

شکل 2-56 نتایج حاصل از بارگذاری استاتیکی متناوب در دیوار بتنی     56

شکل 2-57 نتایج حاصل از بارگذاری استاتیکی یکنواخت در دیوار بتنی مجهز شده ………………………………………. 57

شکل 2-58 نتایج حاصل از بارگذاری استاتیکی متناوب در دیوار بتنی مجهز شده ………………………………………. 57

شکل 2-59 ایجاد ترک در زمان بارگذاری و کاهش عرض ترک بعد از باربرداری                                                    58

شکل 2-60 بلوک بتنی مورد مطالعه و آزمایش سه نقطه­ای. 59

شکل 3-1 سیستم­های متداول قاب­های فولادی………….. 64

شکل 3-2 مقایسه­ی عملکرد سیستم­های متداول قاب­های فولادی 64

 شکل 3-3 پارامترهای اصلی در سیستم قاب با مهاربند زانویی  67

شکل 3-4 منحنی تغییرشکل – نیروی جانبی در سیستم قاب با مهاربند زانویی                                                    67

شکل 3-5 منحنی­های تغییرشکل – نیرو به ازای مقادیر مختلف x  69

شکل 3-6 نیز منحنی­های تغییرشکل – نیرو به ازای مقاطع مختلف عضو زانویی                                                    69

شکل 3-7 منحنی­های تغییرشکل – نیرو با مهاربندهای قطری مختلف    71

شکل 3-8 مدل ساده شده و نیروهای داخلی المان زانویی. 72

شکل 3-9 منحنی­هاي تغییر شکل – نیرو به ازاي مقادیر مختلف طول تیر    72

شکل 3-10 منحنی­هاي تغییر شکل – نیرو به ازاي مقاطع مختلف تیر    73

شکل 3-11 منحنی­هاي تغییر شکل – نیرو به ازاي مقادیر مختلف طول ستون  73

شکل 3-12 منحنی­هاي تغییر شکل – نیرو به ازاي مقاطع مختلف ستون   74

شکل 4-1 پلان عمومی مدل­های مورد مطالعه………….. 77

شکل 4-2 معرفی پارامترهای به­کار رفته در مهاربند زانویی    78

شکل 4-3 نمای قاب نوع اول سه طبقه …………….. 79

شکل 4-4 نمای قاب نوع اول پنج طبقه …………….. 80

شکل 4-5 نمای قاب نوع اول هفت طبقه ……………. 81

شکل 4-6 نمای قاب نوع دوم سه طبقه ……………… 82

شکل 4-7 نمای قاب نوع دوم پنج طبقه ……………. 83

شکل 4-8 نمای قاب نوع دوم هفت طبقه…………….. 83

شکل 4-9 شتاب­نگاشت Chi Chi …………………….. 88

شکل 4-10 شتاب­نگاشت Northridge …………………… 88

شکل 4-11 شتاب­نگاشت Tabas  …………………….. 88

شکل 4-12 شتاب­نگاشت Imperial Valley …………………. 89

شکل 4-13 شتاب­نگاشت Landers ……………………. 89

شکل 4-14 طیف شتاب مقیاس شده شتاب­نگاشت Chi-Chi …… 89

شکل 4-15 طیف شتاب مقیاس شده شتاب­نگاشت Northridge…… 90

شکل 4-16 طیف شتاب مقیاس شده شتاب­نگاشت Tabas……… 90

شکل 4-17 طیف شتاب مقیاس شده شتاب­نگاشت Imperial Valley… 90

شکل 4-18 طیف شتاب مقیاس شده شتاب­نگاشت Landers……. 91

شکل 4-19 مقایسه طیف شتاب­نگاشت­های استفاده شده ….. 91

شکل 4-20 پارامترهای پوش یکنواخت Steel02 …………. 94

شکل 4-21 رفتار چرخه­ای Steel02 بدون سخت­شوندگی کرنش…. 94

شکل 4-22 رفتار چرخه­ای Steel02 با سخت­شوندگی کرنش در فشار     95

شکل 4-23 رفتار چرخه­ای  Steel02 با سخت­شوندگی کرنش در کشش 95

شکل 4-24 پارامترهای مادۀ یک­جهتی خود مرکز………. 96

شکل 4-25 نمونه­ای از دستور pach quad……………… 97

شکل 4-26 نمونه­ای از دستور pach circ………………. 97

شکل 4-27 الگوی تنش اعمالی به المان آلیاژ حافظه­دار شکلی   102

شکل 4-28 حلقۀ پسماند تنش – کرنش برای الگوی تنش .. 102

شکل 5-1 مقایسۀ حداکثر جابجایی نسبی طبقات قاب سه طبقه     108

شکل 5-2 مقایسۀ حداکثر جابجایی مطلق طبقات قاب سه طبقه 108

شکل 5-3 مقایسۀ حداکثر جابجایی نسبی طبقات قاب پنج طبقه    110

شکل 5-4 مقایسۀ حداکثر جابجایی مطلق طبقات قاب پنج طبقه    111

شکل 5-5 مقایسۀ حداکثر جابجایی نسبی طبقات قاب هفت طبقه    112

شکل 5-6 مقایسۀ حداکثر جابجایی مطلق طبقات قاب هفت طبقه    113

شکل 5-7 منحنی ایده­آل و واقعی نیرو – تغییرمکان یک سیستم   114

شکل 5-8 مقایسۀ شکل­پذیری قاب­ها……………….. 116

شکل 5-9 نمودار پوش آور سازۀ فرضی…………….. 117

شکل 5-10 مقایسۀ مقاومت ارتجاعی قاب­ها ………… 118

شکل 5-11 حداکثر جابجایی پسماند در پایان زمان مؤثر زلزله در سازۀ سه طبقه در هر قاب…………………………….. 120

شکل 5-12 حداکثر جابجایی پسماند در هنگام  نوسان آزاد در سازۀ سه طبقه در هر قاب…………………………………. 121

شکل 5-13 حداکثر جابجایی پسماند در پایان زمان مؤثر زلزله در سازۀ پنج طبقه در هر قاب ……………………………. 122

شکل 5-14 حداکثر جابجایی پسماند در هنگام  نوسان آزاد در سازۀ پنج طبقه در هر قاب…………………………………. 123

شکل 5-15 حداکثر جابجایی پسماند در پایان زمان مؤثر زلزله در سازۀ هفت طبقه در هر قاب ……………………………. 124

شکل 5-16 حداکثر جابجایی پسماند در هنگام  نوسان آزاد در سازۀ هفت طبقه در هر قاب…………………………………. 125