فهرست مطالب
1 فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………. 1
1-1 مقدمه………………………………………………………………………………. 3
2-1 نیاز به شبیه سازی عددی…………………………………………………………….. 4
2 فصل دوم: مرور مطالعات پیشین………………………………………………………….. 5
2-1 پایههای نظری………………………………………………………………………. 7
2-2 پیشینه شبیهسازی اتصال تیر-ستون بتن مسلح………………………………….. 11
2-2-1 ماکرومدلهای ساده شده اتصالات……………………………………………. 12
2-2-2 مدلهای اجزای محدود پیوسته………………………………………………. 13
2-2-3 پیشینه تحلیل اجزای محدود اتصالات بتن مسلح……………………………… 13
2-3 شکافهای موجود در مطالعات پیشین……………………………………………… 35
3 فصل سوم: روشهای عددی و مفاهیم پایه……………………………………………….. 37
3-1 پیشگفتار…………………………………………………………………………. 39
3-2 مدلهای گسیختگی مصالح……………………………………………………….. 40
3-3 مدلهای رفتاری مختلف بتن موجود در نرمافزار ABAQUS………………………… 40
1-3-3 مدل ترک برای بتن (Cracking model for concrete)………………………. 40
3-3-2 مدل ترک اندود (Concrete Smeard Cracking )……………………………. 41
3-3-3 مدل بتن آسیبدیده خمیری (Concrete Damaged Plasticity)……………… 41
3-3-3-1 کاهش سختی الاستیک در هنگام نرمشوندگی کرنش……………………. 44
3-3-3-2 رفتار تکمحوری چرخهای………………………………………………. 45
3-3-3-3 تسلیح بتن……………………………………………………………… 47
3-3-3-4 سختشدگی کششی……………………………………………………. 48
3-3-3-5 رفتار تنش-کرنش پس از شکست……………………………………….. 48
3-3-3-6 معیار انرژی شکست…………………………………………………….. 49
3-3-3-7 کاربرد………………………………………………………………….. 51
3-3-3-8 تعریف رفتار فشاری…………………………………………………….. 51
3-3-3-9 تعریف آسیب و بازیابی سختی…………………………………………… 53
3-3-3-10 آسیب کششی (Tensile damage)……………………………………. 54
3-3-3-11 آسیب فشاری (Compressive damage)……………………………… 54
3-3-3-12 بازیابی سختی (Stiffness recovery)…………………………………. 54
3-4 پاسخ تک محوری فشاری انتخاب شده برای بتن…………………………………….. 55
3-4-1 مدل فشاری هاگنستاد………………………………………………………… 56
3-5 رفتار کششی بتن…………………………………………………………………… 57
3-6 المان معرفی شده برای بتن…………………………………………………………. 58
3-7 رفتار فولاد…………………………………………………………………………. 59
3-7-1 منحنی تنش-کرنش فولاد……………………………………………………. 59
3-7-2 المان انتخابی برای میلگردها………………………………………………….. 60
3-8 تکنیک المان مدفون (Embedded element)……………………………………… 60
3-8-1 تعریف ……………….. ………………………………………………………….. 60
3-8-2 کاربردها …………………………………………………………………………….. 61
3-8-3 تعریف تلرانس هندسی……………………………………………………….. 62
3-8-4 محدودیتهای روش المان مدفون…………………………………………….. 62
4 فصل چهارم : بحث و نتایج……………………………………………………………….. 63
4-1 تعاریف پایه………………………………………………………………………… 65
4-1-1 تعریف جابجایی نسبی (Drift)……………………………………………….. 65
4-1-2 زوال سختی ………………………………………………………………………… 66
4-1-3 اتلاف انرژی ………………………………………………………………………… 67
4-1-4 تنش برشی اتصال………………………………………………………….. 67
4-2 اتصال یکطرفه تیر-ستون پانتلیدس و همکاران ……………………………………………….. 69
4-2-1 شرح آزمایش ……………………………………………………………………. 69
4-2-2 مدل اجزای محدود اتصال پانتلیدس………………………………………….. 73
3-2-4 نتایج ………………………… ……………………………………………………… 75
4-3 اتصال تیر-ستون-دال انجیندنیز……………………………………………………. 85
4-3-1 شرح آزمایش ……………………………………………………………………… 86
4-3-2 مدل اجزای محدود اتصال انجیندنیز………………………………………….. 90
4-3-3 نتایج ………………………………………………………………………………………………………………………. 94
5 فصل پنجم : نتیجهگیری……………………………………………………………….. 103
5-1 خلاصه تحقیق و نتیجهگیری……………………………………………………… 105
5-2 پیشنهاد برای تحقیقات بعدی…………………………………………………….. 108
6 منابع ……………………………………………………………………………….. 109
1-6 منابع فارسی…………………………………………………………………… 111
6-2 منابع انگلیسی………………………………………………………………….. 111
جدول 4-1 : مقایسه بیشینه نیرو و جابجایی انتهای تیر در مدل آزمایشگاهی و عددی . . . . . . 77
جدول 4-2 : تنش برشی اسمی در اتصال پانتلیدس . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
جدول4-3 : بیشینه نیروهای انتهای تیر راستای EW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
جدول4-4 : بیشینه نیروهای انتهای تیر راستای NS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
جدول4-5 : بیشینه تنش برشی اسمی در راستای EW در اتصال انجیندنیز . . . . . . … . . . . . . 98
جدول4-6 : بیشینه تنش برشی اسمی در راستای NS در اتصال انجیندنیز . .. . . . . . . . . . . . . 99
شکل 2‑1: زلزله چیچی تایوان، 1999 (انجیندنیز، 2008) 8
شکل 2‑2: اتصالات خارجی مدلسازی شده در آزمایشگاه a) آکگوزل و پامپانین (2011) b) انجیندنیز (2008) c) پارک و مسلم (2010) 10
شکل 2‑3: ماکرومدلهای ساده شده اتصالات.. 12
شکل 2‑4 : نمودار بار-تغییر شکل در اتصال تیر-ستون (فیلیپو و کواک، 1990) 15
شکل 2‑5 : مدل اجزا محدود نوگوچی و کاشیوازاکی و پاسخ آن (نوگوچی و کاشیوازاکی، 1997) 18
شکل 2‑6 : مقایسه تغییر شکل خاموتهای به کار رفته در هسته اتصال (همیل، 2000) 19
شکل 2‑7 : مقایسه نمودار بار-تغییر شکل برای اتصالات با بتن ساده و مقاومت بالا و میلگردهای طولی با خم 90 درجه و U شکل (همیل، 2000) 20
شکل 2‑8 : مقایسه پاسخ نیروی برشی -جابجایی طبقه در مدلهای عددی و آزمایشگاهی (نوگوچی و کاشیوازاکی، 2004) 24
شکل 2‑9 : مقایسه نمودار لنگر-دوران در مدل اجزا محدود با نتایج تئوری با و بدون در نظر گرفتن اثر پیوستگی-لغزش (مستوفی نژاد و طلایی تبا، 2006) 26
شکل 2‑10 : مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی در مدل مانفردی و همکاران (مانفردی و همکاران، 2008) 27
شکل 2‑11 : نمونه AS2 در آزمایشگاه (لی و همکاران، 2009) 29
شکل 2‑12 : مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی در نمونه AS2 (لی و همکاران، 2009) 29
شکل 2‑14 : نمودارهای نیرو-جابجایی نسبی و نیروی وارد بر انتهای ستون در نمونه 3D1 (آکگوزل ، 2011) 31
شکل 2‑15 : اتصال دوطرفه شامل دال مدلسازی شده توسط دیتون (دیتون، 2013) 33
شکل 2‑16 : مقایسه نمودار نیرو-جابجایی نسبی در مدلهای عددی و آزمایشگاهی برای مدل پارک (دیتون، 2013) 34
شکل 3‑1: پاسخ بتن تحت بارگذاری تک محوره (a) در کشش و (b) در فشار ((ABAQUS 2013. 43
شکل 3‑2: تأثیر پارامتر بازیابی سختی فشاری (wc) (ABAQUS 2013) 47
شکل 3‑3: تعریف کرنش ترکخوردگی (ɛtck) برای بیان سختشدگی کششی (ABAQUS 2013) 49
شکل 3‑4: رفتار تنش-جابجایی پس از ترکخوردگی (ABAQUS 2013) 50
شکل 3‑5 : منحنی تنش-انرژی شکست پس از ترکخوردگی (ABAQUS 2013) 50
شکل 3‑6 : تعریف رفتار فشاری غیرالاستیک (ɛcin) برای بیان سختشدگی فشاری (ABAQUS 2013) 52
شکل 3‑7 : چرخه بار محوری (کشش-فشار-کشش) با فرض مقادیر پیشفرض برای سختی (ABAQUS 2013) 55
شکل 3‑8 : نمودار تنش-کرنش هاگنستاد برای بتن با مقاومت MPa 41. 57
شکل 3‑9 : منحنی رفتاری بتن در کشش (چگنی و همکاران، 2011) 57
شکل 3‑10 : المانهای سهبعدی شش وجهی درجه اول و دوم با نمایش وجوه محلی آنها (ABAQUS 2013) 58
شکل 3‑11 : المانهای سه بعدی 4 و 5 وجهی درجه اول و دوم با نمایش وجوه محلی آنها (ABAQUS 2013) 59
شکل 3‑12 : المانهای خرپایی دو و سه گرهای سه بعدی (ABAQUS 2013) 60
شکل 3‑13 : المانهای میلهای و غشایی مدفون در المانهای Solid (ABAQUS 2013) 61
شکل 3‑14 : تلرانس خارجی برای المانهای مدفون (ABAQUS 2013) 62
شکل 4‑1 : جابجایی نسبی طبقه و جابجایی نسبی تیر (دیتون 2013) 66
شکل 4‑2 : زوال سختی و اتلاف انرژی در سیکل nام (دیتون 2013) 67
شکل 4‑3 : تعادل اتصال و نیروهای وارد بر آن.. 68
شکل 4‑4 : هندسه، جزئیات میلگردگذاری و شرایط مرزی اتصال پانتلیدس… 70
شکل 4‑5 : اتصال پانتلیدس و دستگاههای بارگذاری (پانتلیدس و همکاران، 2000) 71
شکل 4‑6 : بارگذاری اتصال پانتلیدس در مرحله اول و دوم بارگذاری (پانتلیدس و همکاران، 2000) 72
شکل 4‑7 : مدل اجزا محدود اتصال پانتلیدس… 73
شکل 4‑8 : نیروی وارد شده به انتهای تیر در اتصال پانتلیدس… 75
شکل 4‑9 : جابجایی نقطه انتهایی تیر در اتصال پانتلیدس… 76
شکل 4‑10 : نمودار نیرو-جابجایی نسبی نقطه انتهایی تیر در اتصال پانتلیدس… 76
شکل 4‑11 : زوال سختی در مدلهای آزمایشگاهی و عددی.. 79
شکل 4‑12 : مقایسه انرژی تلف شده تا سیکل nام در مدلهای آزمایشگاهی و عددی برای اتصال پانتلیدس… 80
شکل 4‑13 : کانتور تنش فون میزز برای بتن در آخرین سیکل بارگذاری.. 82
شکل 4‑14 : تغییر شکل و کمانش میلگردهای طولی ستون در هسته اتصال.. 83
شکل 4‑15 : کرنشهای پلاستیک در سطح خارجی بتن.. 83
شکل 4‑16 : آسیبدیدگی المانهای بتن (a) آسیب کششی (b) آسیب فشاری.. 84
شکل 4‑17 : گسیختگی اتصال و از بین رفتن پوشش میلگردها در هسته اتصال (پانتلیدس و همکاران، 2002) 84
شکل 4‑18 : اتصال آزمایش شده توسط انجیندنیز و همکاران (انجیندنیز و همکاران 2008) 85
شکل 4‑19 : جزئیات میلگردگذاری اتصال انجیندنیز (انجیندنیز 2008) 87
شکل 4‑20 : تاریخچه بارگذاری اتصال انجیندنیز (انجیندنیز 2008) 89
شکل 4‑21 : مشبندی اتصال انجیندنیز. 91
شکل 4‑22 : میلگردگذاری اتصال انجیندنیز. 91
شکل 4‑23 : جزئیات هسته اتصال و مدلسازی وصله میلگردهای طولی ستون در اتصال انجیندنیز. 92
شکل 4‑24 : نمای پلان میلگردها در اتصال انجیندنیز. 92
شکل 4‑25 : نمودار نیرو-جابجایی برای تیر راستای EW… 95
شکل 4‑26 : نمودار نیرو-جابجایی برای تیر راستای NS. 95
شکل 4‑27 : زوال سختی در مدلهای آزمایشگاهی و عددی برای راستای EW… 97
شکل 4‑28 : زوال سختی در مدلهای آزمایشگاهی و عددی برای راستای NS. 97
شکل 4‑29 : کل انرژی تلف شده تا سیکل nام برای اتصال انجیندنیز. 98
شکل 4‑30 : کانتور تنش فون میزز در سیکل آخر بارگذاری برای گوشه داخلی اتصال.. 99
شکل 4‑31 : کانتور تنش فون میزز در سیکل آخر بارگذاری برای میلگردهای اتصال.. 100
شکل 4‑32 : کرنش پلاستیک در سیکل آخر بارگذاری برای گوشه داخلی اتصال.. 100
شکل 4‑33 : کرنش پلاستیک در آخرین سیکل بارگذاری در یکی از وجوه بیرونی اتصال.. 101
شکل 4‑34 : کنده شدن بتن در گوشه داخلی اتصال شماره 1 انجیندنیز (انجیندنیز، 2008) 102
شکل 4‑35 : ترک خوردگی وجوه خارجی اتصال و از بین رفتن مهار میلگردهای سفره تحتانی تیر (انجیندنیز، 2008) 102
فهرست علائم اختصاری
Ag : |
مساحت کل مقطع |
bb, bc : |
عرض تیر و عرض ستون |
dt و dc : |
متغیرهای آسیب تکمحوری در کشش و فشار |
E0 : |
مدول الاستیسیته اولیه |
Ecum n : |
کل انرژی تلف شده تا سیکل nام |
En : |
انرژی تلف شده در سیکل nام |
f’c : |
مقاومت فشاری نمونه استوانهای بتن |
f’t : |
مقاومت کششی بتن |
hb , hc : |
عمق تیر و عمق ستون |
Wt و Wc : |
پارامترهای بازیابی سختی کششی و فشاری |
t’ : |
کرنش نظیر حداکثر مقاومت کششی |
tpl و cpl : |
کرنشهای پلاستیک معادل در کشش و فشار |
˙tpl و ˙cpl : |
نرخ کرنشهای پلاستیک معادل در کشش و فشار |
tck : |
کرنش ترکخوردگی بتن |
cin : |
کرنش غیرالاستیک فشاری |
t0σ : |
بیشینه تنش کششی در منحنی تنش-کرنش |
cuσ : |
تنش فشاری نهایی بتن در منحنی تنش-کرنش |
: |
دما |
