دانلود تحقیق عمران راهکارهای بهسازی و کنترل ارتعاش لرزه ای سازه

دانلود تحقیق عمران راهکارهای بهسازی و کنترل ارتعاش لرزه ای سازه

مقدمه    زلزله پدیده ای طبیعی است که اگر راهکار مناسب برای بهبود ساخت و سازها اتخاذ نشود، تبدیل به بلایی طبیعی می گردد. بر اساس نتایج تحقیقات بدست آمده پیشگیری به صورت احداث ساختمان های مقاوم و بهسازی ساختمان های موجود بهترین راه مقابله با عواقب ناشی از زلزله است. در این فصل ابتدا ضمن مرور مختصری بر راهکارها و روش های بهسازی لرزه ای، درمورد سیستم های کنترل ارتعاش لرزه ای سازه ها و نقش سیستم دیوار برشی در این خصوص صحبت شده است. در نهایت نیز ضمن بیان تاریخچه و ضوابط طراحی قابهای بتن مسلح با استفاده از دیوار برشی بتن مسلح در زمینه نحوه اتصال دیوار برشی ایجاد شده با سازه های بتنی و تحقیقات صورت گرفته در این خصوص بحث گردیده است. اگر ساختمان ها بر پایه دانش روز مهندسی زلزله ساخته نشوند به هنگام زلزله احتمالی، جان افراد زیادی در معرض خطر قرار می گیرد و خسارات مالی فراوانی وارد خواهد شد از آنجا که کشور ایران اصطلاحاً روی کمربند زلزله قرار گرفته و همواره در معرض خطر زلزله های مخرب قرار داشته در سال های اخیر کمیته های علمی – تحقیقاتی فراوانی تشکیل شده و کنفرانس های بین المللی فراوانی برگزار گردیده تا این خسارت و تلفات جانی احتمالی به حداقل برسد. لذا بایستی در طراحی و بهسازی لرزه ای ساختمان ها با انتخاب راهکار مناسب برای سازه مورد طراحی تا حد امکان از این خسارت جلوگیری نمود.2-2- سازه های مقاوم در برابر زلزله    برای طراحی لرزه ای سازه ها ابتدا لازم می باشد تا خصوصیات سازه های مقاوم در برابر زلزله (مقدار مناسب شکل پذیر و مقاومت) تعیین شود و سپس، در مرحله بعد سازه طوری طراحی گردد که نیازهای مورد نظر تامین شوند بنابراین لازم میباشد تا معیارهایی جهت تعریف رفتار مطلوب سازه ها در هنگام زلزله تعیین و برای دستیابی به این معیارها تلاش گردد. در آیین نامه های مختلف مانند NEIIRP.UBC.AIC، استاندارد 2800ایران و اکثر آیین نامه های معتبر، تعریف های مشابهی برای رفتار مطلوب سازه ها در برابر زلزله به چشم می خورد که به عنوان مثال آیین نامه و طراحی لرزه ای سازه ها در ایران (استاندارد 2800) در این رابطه به شرح زیر مرور می شود:الف- با حفظ ایستایی ساختمان در زلزله های شدید(زلزه طرح طبق تعریف آیین نامه) تلفات جانی به حداقل برسد و نیز ساختمان در برابر زلزله های خفیفی و متوسط بدون وارد شدن آسیب عمده سازه ای قادر به مقاومت باشد.ب-ساختمان های (با اهمیت زیاد) در زمان وقوع زلزله های خفیفی و متوسط قابلیت بهره برداری خود را حفظ کنند و در ساختمان های با اهمیت متوسط، خسارات سازه ای و غیر سازه ای به حداقل برسد.-ساختمان های با (اهمیت خیلی زیاد) در زمان وقوع زلزله های شدید بدون آسیب عمده سازه ای، قابلیت بهره برداری بدون وقفه خود را حفظ کنند]4.[-تجربه زلزله های گذشته نشان می دهد که مهمترین مکانیزم های خرابی که ممکن است در یک سازه پس از وقوع زلزله بوجود آیند رانش نسبی بزرگ بین طبقات و نیز شتابهای قابل ملاحظه ای هستند که در کف طبقات بوجود می آیند. از طرف دیگر سازه های مقاوم در برابر زلزله معمولاً در یکی از دو گروه سازه های سخت یا نرم قرار می گیرند.    سازه های سخت به دلیل سختی قابل ملاحظه ای که دارند، رانش نسبی کوچکی بین طبقات آنها بوجود می آید. اما شتاب کف طبقات این سازه ها قابل ملاحظه است. سازه های نرم یا شکل پذیربه خاطر اینکه مقداری از انرژی زلزله را به خاطر رفتار غیر الاستیک مستهلک می نمایند شتاب کمی در کف طبقات آنها بوجود می آید ولی به خاطر همین رفتار غیر الاستیک تغییر شکلهای زیادی را متحمل می شوند و در نتیجه رانش نسبی بین طبقات آنها به نسبت بزرگ است. بنابراین لازم است به نحو مطلوبی ارتعاشات سازه ها (پاسخ تغییر مکان و شتاب به طور توام) کنترل شوند تا از ایجاد خرابی های زیاد در سازه های مقاوم در برابر زلزله جلوگیری شود]7.[2-3- معرفی راهکارهای بهسازی    تعیین استراتژی و سیستم تقویت بهینه برای بهبود عملکرد سازه می تواند از نظر هزینه از اهمیت ویژه ای برخوردار باشد. منظور از تعیین راهکارانتخاب پارامترهای موثر عملکردی برای اصلاح یا کنترل سازه است. راهکارهای تقویت سازه شامل افزایش سختی، مقاومت، شکل پذیری، قابلیت جذب انرژی و میرایی و کاهش نیاز لرزه ای سازه می باشد. در برخی از موارد راهکارهای مدیریتی از قبیل تغییر کاربری و کاهش میزان استفاده از سازه نیز مد نظر قرار می گیرد به طور مثال اگر راهکار اصلی افزایش مقاومت سازه باشد می توان گزینه های مختلفی از جمله اضافه نمودن دیوار برشی موجود و یا افزودن قاب مهاربندی شده را در نظر گرفت نکته مهم در انتخاب و طراحی یک سیستم تقویت سازگاری تغییر شکل آن با سازه موجود می باشد بطوری که سیستم تقویت بتواند قبل از تغییر شکل زیاد و توسعه خرابی قابل توجه در سازه اصلی وارد کار شود. برخی از محدودیت های غیر سازه ای از قبیل محدودیت هزینه، تاثیر تقویت روی معماری سازه و میزان استفاده از ساختمان نیز در انتخاب راهکار و سیستم تقویت تاثیر گذار هستند. نوع اهداف عملکردی هم در انتخاب راهکار تقویت، موثر است. بطور مثال راهکارهای مبتنی بر افزایش سختی و مقاومت سازه، برای رسیدن به تراز پایداری سازه و ایمنی مناسبند، در حالی که برای حفاظت از تجهیزات داخلی سازه ممکن است مناسب نبوده و حتی مضر هم باشند. راهکارهای کاهش دهنده نیاز لرزه ای در عضوهای سازه، استفاده از سیستمهای تلف کننده انرژی، می توانند از نظر حفاظت از تجهیزات غیر سازه ای گزینه موثری باشد ] 12.[2-3-1-کاهش نیروی زلزله    برای رسیدن به نقطه عملکرد مطلوب بجای افزایش ظرفیت سازه، می توان نیاز زلزله وارده به سازه را کاهش داد. بدین منظور می توان از روش هایی از قبیل جدا سازی از پی (Base Isolation) کاهش جرم سازه و سیستمهای تلف کننده انرژی استفاده نمود. در سالهای اخیر کاربرد این روشها افزایش یافته است. این روشها پیچیدگی بیشتری داشته و در طراحی آنها باید دقت زیادی داشت تا دارای تاثیر مناسب باشند.الف- جداسازی پی    در این روش در ترازی از سیستم بابر سازه و معمولاً نزدیک پی یک سری بالشتک becaring نرم قرار داده می شود که سازه فوقانی را از پایه زیرین جدا می کنند. این جداگرها قابلیت تغییر شکل جانبی و جذب انرژی قابل توجهی دارند و گذاشتن آنها باعث افزایش قابل توجه پریود و میرایی موثر سازه می شود.   ب- سیستمهای تلف کننده انرژی این سیستم ها بطور مستقیم، سازه را برای کاهش پاسخ زلزله، توانمند می کنند. در این روش واحدهای تلف کننده انرژی در سیستم باربر جانبی سازه تعبیه می شود. تعبیه این واحدها معمولاً نیاز به افزودن قابهای مهاربندی شده به سازه دارد و بنابراین به سختی سیستم نیز افزوده می شود]12.[2-3-2- افزایش مقاومت و سختی    افزایش مقاومت سازه، از متداولترین روشهای تقویت سازه ها می باشد. البته افزایش مقاومت و افزایش سختی را می توان دو مورد جداگانه دانست. تاثیر افزایش مقاومت جانبی سازه این است که مقدار بار جانبی لازم برای شروع هر گونه خرابی در سازه می یابد و ممکن است تاثیر چندانی در سختی و پریود اولیه سازه نداشته باشد. افزایش مقاومت سازه باعث جابجایی نقطه عملکرد و کاهش تغییر مکان سازه می شود. در حالتی که اگر سختی افزایش داده شود بار جانبی سازه تغییر نکرده اما نقطه عملکرد سازه در جهت کاهش تغییر مکان جابه جا می شود. در ادامه به چند نمونه از سیستم هایی که باعث افزایش مقاومت و سختی سازه می شوند اشاره شده است]12.[الف- دیوار برشی    اضافه کردن دیوار برشی یکی از متداولترین روشهای تقویت سازه ای بتنی بوده و معمولاً روشی اقتصادی است. افزودن دیوار برشی هم سختی و هم مقاومت سازه را افزایش می دهد و از سازگاری تغییر مکانی خوبی برخوردار است. اشکالات این سیستم می تواند افزایش جرم سازه و ایجاد اشکالات معماری در سازه باشد. اگر افزودن دیوار برشی مستلزم تقویت پی سازه باشد ممکن است هزینه زیادی در برداشته باشد]12.[  ب- قاب فلزی مهاربندی شده    استفاده از قاب فلزی مهاربندی شده در مقایسه با دیوار برشی افزایش سختی و مقاومت کمتری دارد. اما در عوض وزن سازه را چندان افزایش نمی دهد و محدودیت معماری کمتری ایجاد می کند. ضمن اینکه با سرعت بالاتری قابل اجرا بوده و هزینه های کمتری را نیز همراه خواهد داشت]12.[پ- دیوار پشت بند    در این سیستم کارهای ساختمانی در خارج از سازه انجام می گیرد و مداخله کمتری در استفاده داخلی از سازه دارد. در این روش بدون بروز اختلال قابل توجه در طول زمان مقاوم سازی بهره برداری از ساختمان می تواند صورت گیرد]12.[ت- قاب خمشی    این سیستم ها بدون افزایش قابل توجهی در سختی مقاومت جانبی آن را افزایش می دهند و تاثیر منفی ای روی فضای داخلی سازه ندارند. اشکال این سیستم ها در عدم سازگاری تغییر مکان جانبی آنها است. چون معمولاً قبل از رسیدن به حداکثر مقاومت، تغییر شکل جانبی زیادی داشته که ممکن است سازه اصلی نتواند آن را تحمل کند]12.[ث- میانقاب ها    این سیستم هم سختی سازه را افزایش می دهد و هم باعث افزایش مقاومت ساختمان در برابر بارهای جانبی می گردد وجود دیوار آجری در داخل قابها از جابجایی قاب در صفحه خود جلوگیری کرده و در نتیجه بخشی از نیروی جانبی وارد به قاب به میانقاب منتقل می گردد. به طور کلی       می توان گفت که اندرکنش قاب با میانقاب موجب افزایش سختی و مقاومت از یک سوافزایش نرمی (انعطاف پذیری) میانقاب از سوی دیگر می شود. نکته ای که در خصوص این سیستم می بایست رعایت گردد پایدار کردن آنها در برابر پرتاب خارج از صفحه می باشد. زیرا یکی از خطرناک ترین حالتهای شکست میانقابها در هنگام وارد شدن نیروی زلزله، پرتاب عرضی( پرتاب به خارج از صفحه خود) آنهاست که موجب تغییر ناگهانی خواص دینامیکی سازه و از دست رفتن سختی و مقاومت جانبی می گردد]14.[2-3-3- افزایش شکل پذیری    یکی از اشکالات اصلی سازه ها و بخصوص سازه های قدیمی تر کمبود شکل پذیری آنهاست. در ادامه به چند روش افزایش شکل پذیری اشاره شده است]12.[الف- محصور کردن    بادور پوشانی ستون های بتنی ترد می توان شکل پذیری آنها را افزایش داد. پوشش جانبی باید صلبیت کافی داشته باشد و از این نظر پوششهای دایره ای و بیضی شکل مناسب ترند]12.[ب- تقویت ستون    بسیاری از قابهای قدیمی دارای تیرهای فوق و ستون های ضعیف تر هستند که می تواند موجب ایجاد مکانیسم خرابی تک طبقه شود. در این حالت اکثر تغییر مکان جانبی سازه در یک طبقه ایجاد می شود و تغییر مکان مجاز جانبی کلی سازه کم خواهد بود. با تقویت ستون ها این مکانیسم تغییر نموده و سازه قابلیت تغییر شکل جانبی بیشتری خواهد داشت البته باید توجه داشت که تقویت ستون بگونه ای که جلوی ایجاد مکانیسم تک طبقه را بگیرد عملاً مشکل خواهد بود و همچنین اتصال تیر و ستون نیز باید تقویت گردد. ضمناً باید توجه داشت که خیلی از قابهای طرح شده قدیمی جهت تحمل همان معکوس شونده طراحی و اجرا نشده اند و بنابراین تقویت ستون شکل پایداری آنها را چندان افزایش نمی دهد]12.[فرمت ورد قابل ویرایشتعداد صفحات: 56