دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران زلزله
بررسی شکل پذیری اعضای اتصالات ساخته شده از فولاد پرمقاومت
*قابل توجه مشتریان عزیز پایان نامه در فرمت ورد (قابل ویرایش) و در 220 صفحه بصورت کامل و جامع ارائه شده است.
مقدمه
تولید فولادهای پرمقاومت با خواص مناسب مانند شکل پذیری و مقاومت بالا در طی 50 سال اخیر شدیداً توسعه یافته است. ولی به علت عدم شناخت مهندسین، استفاده از آنها در صنعت ساخت و ساز رشد قابل توجهی نیافته است. تا زمانی که مشخصات این فولادها به طور کامل ارزیابی نشود و عملکرد آنها در بارگذاری های لرزه ای مورد تحقیق و بررسی قرار نگیرد، استفاده از این فولادها که موجب اقتصادی شدن پروژه های ساخت و ساز می شوند، توسعه نخواهد یافت. از این رو در این پایان نامه سعی می شود تا با مدلسازی و تحلیل عددی اتصالات صلب ساخته شده از فولادهای پرمقاومت تحت بارگذاری-های شبه دینامیکی، کفایت لرزه ای و شکل پذیری این نوع اتصالات مورد بررسی قرار گیرد.
بیش از یك قرن است كه فولاد بعنوان مصالح ساختمانی تثبیت شده است. واژه فولاد ساختمانی (Structural Steel) عموماً به فولادهای کربن- منگنز اطلاق می شود كه ساختاری فریتی– پرلیتی دارند و در تناژ بالا برای مصارف ساختمانی و شیمیایی تولید می شوند. فولاد كم كربن نورد گرم، از جمله پرکاربردترین مصالح در صنعت ساختمانی می باشد. پیشرفت تکنولوژی جوشکاری و تسهیل در عملیات جوشکاری به عنوان یکی از تکنیکهای اتصال قطعات فولادی، باعث پیشرفت سریع سازه های فولادی گردیده است. گذشته از این، استفاده از فولادهای پرمقاومت، صرفه جویی اقتصادی، مقاوم سازی و جذابیت فولادهای ساختمانی را به خوبی تامین می کند.
طی سالیان اخیر، با پیشرفت تكنولوژی، نیاز صنایع به محصولات با كیفیتی بالا، باعث افزایش تقاضا برای تولید فولادهای پرمقاومت، همراه با شکل پذیری بیشتر و چقرمگی کافی گردیده است[39]. در این راستا تحقیقات گسترده ای توسط محققین علوم متالورژی بر روی بهبود خواص فولادها انجام شده است. اولین هدف در این تحقیقات آن بوده که بتوانند فولادهایی با مقاومت بالاتر، شکل پذیری بیشتر و و قابلیت جوشكاری بهتر تولید نمایند. همچنین در تحقیقات اخیر بر روی این نكته متمركز شده اند که بتوانند مقدار فولاد مصرفی را با توجه به مقاومت و شکل پذیری مورد نیاز كاهش دهند[37].
در گذشته تهیه فولادهای پرمقاومت تنها از طریق عملیات استحکام رسوبی و یا افزودن عناصر آلیاژی نظیر نیكل، كروم ، مولیبدن و ... با درصد بالا امكان پذیر بود. استحکام رسوبی اگر چه مقاومت را افزایش می دهد ولی سبب تردی نیز می شود. مضافا بر اینکه بعلت حضور عناصر آلیاژی، طبیعی است که این فولادها قیمت زیادی نیز داشته باشند[40].در این راستا با توجه به اهمیت پایین نگه داشتن قیمت تمام شده تولید فولاد و جوش پذیری، از مكانیزم های چندگانه ای برای افزایش مقاومت استفاده می شود.مكانیزم های عمده افزایش مقاومت فولاد شامل تشكیل محلول جامد، ریز كردن دانه ها و ایجاد رسوبات با عناصر میكروآلیاژی است[36].
کلمات کلیدی:
فولادهای پرمقاومت
طراحی لرزه ای اتصالات
شکل پذیری لرزه ای اتصالات
شکل پذیری اتصالات از فولاد پرمقاومت
فهرست مطالب
1- تاریخچه و کاربردهای فولادهای پرمقاومت در صنعت مهندسی ساختمان1
1-1- مقدمه1
1-2- روند تولید فولادهای پرمقاومت1
1-3- مزیتهای استفاده از فولاد پرمقاومت میکروآلیاژی7
1-4- قابلیت جوشكاری در فولادهای پرمقاومت10
1-5- كاهش وزن، كلید افزایش ارزش اقتصادی فولادهای میکروآلیاژی13
2- فلسفه شکل پذیری و طراحی لرزه ای اتصالات16
2-1- مقدمه16
2-2- ماهیت زلزله و لزوم انجام طراحی لرزه ای17
2-3- انواع اتصالات و قابهای سازه ای19
2-3-1- اتصالات ساده (مفصل)20
2-3-2- اتصالات كاملاً صلب (گیردار)20
2-3-3- اتصالات نیمه صلب (پاره گیردار)21
2-4- تعیین میزان گیرداری یك اتصال22
2-5- ارزیابی اتصالات صلب جوشی و منحنی لنگر – دوران اتصالات 23
2-6- ملزومات چرخشی برای اتصالات خمشی26
2-7- كفایت عملكرد ثقلی اتصالات تیر به ستون26
2-8- اتصالات در زلزله نورتریج33
2-8-1- بررسی اتصالات متعارف آسیب دیده در زلزله نورتریج34
2-8-2- خلاصه فعالیت های انجام شده پس از زلزله نورتریج37
2-8-3- اشكالات ایجاد كننده شكست ترد در اتصال متعارف38
2-8-4- نتیجه حاصل از تحقیقات – ضعف موجود در بر اتصالات متعارف42
2-9- نگرش جدید در طراحی لرزه ای قابهای خمشی فولادی45
2-10- تعریف مفاهیم ضریب رفتار R و ضریب افزایش مقاومت 46
2-11- بررسی كفایت عملكرد لرزه ای اتصالات53
2-12- الزامات لرزه ای قاب های خمشی فولادی63
2-12-1- ضوابط ویژه تناسبات اجزای مقطع63
2-12-2- چشمه اتصال65
2-12-3- شرط ستون قوی – تیر ضعیف69
2-12-4- ورق های پیوستگی73
2-12-5- مهاربندی جانبی تیرها73
3- مطالعات انجام شده بر روی اتصالات ساخته شده از فولاد پرمقاومت75
3-1- مقدمه75
3-2- رفتار چرخه ای اتصالات جوشی ساخته شده از فولاد پرمقاومت در ساختمانهای مقاوم در برابر خرابی77
3-2-1- طرح كلی آزمایشات78
3-2-2- بارگذاری كششی یكنواخت80
3-2-3 نمودار چرخه ای نیروی محوری و كرنش متوسط80
3-2-4 توزیع كرنش در راستای محور نمونه ها81
3-2-5 كارآئی اتصالات جوشی82
3-2-6 نسبت تغییر شکل پلاستیك تجمعی83
3-3 مطالعه آزمایشگاهی بر روی مقاطع RBS ساخته شده با فولاد پرمقاومت84
3-4 بررسی آزمایشگاهی اتصالات با ورق انتهایی ساخته شده از فولاد پرمقاومت88
3-4-1 نحوه انجام آزمایشات89
3-4-2 نتایج آزمایشات ( نمودارهای )90
3-4-3- بررسی شکل پذیری آزمایشگاهی92
3-5- اثر فولادهای پرمقاومت و مشخصات هندسی آن در رفتار غیرخطی خمشی94
3-5-1- رفتار خمشی95
3-5-2- معیارهای فشردگی حال حاضر97
3-5-3- كمانش موضعی بال97
3-5-4- كمانش موضعی جان98
3-5-5- گرادیان لنگر101
3-5-6- ظرفیت دوران تیرهای ساخته شده از فولاد پرمقاومت102
3-5-7- تیر – ستونها112
3-5-8- رفتار چرخه ای تیر ستونها115
4- طراحی و مدلسازی اتصالات گیردار با نرم افزار ANSYS119
4-1- محاسبات اولیه طراحی اتصال119
4-2- طرح لرزه ای چند اتصال صلب جهت مقایسه126
4-2-1- اتصال تیر با مقطع کاهش یافته126
4-2-2- اتصال تیر با ورق میانگذر129
4-2-3- اتصال تیر با ماهیچه از پایین جوشی132
4-3- روش ارزیابی عملكرد لرزه ای اتصالات پیشنهادی134
4-4- معرفی خصوصیات و قابلیت های نرم افزار ANSYS135
4-4-1- تحلیل غیر خطی مادی136
4-4-2- رفتار خمیری مستقل از زمان136
4-5- المان های مورد استفاده140
4-5-1- معرفی المان های متناسب با فیزیك مساله140
4-6- مدلسازی اتصال پیشنهادی142
4-7- معرفی مدلهای اجزاء محدود اتصالات145
4-7-1 مدل اتصالات تیر I شکل به ستون H شکل146
4-8 بررسی نتایج تحلیل های اجزاء محدود147
4-8-1 تیرها147
4-8-2 ستون ( خارج از چشمه اتصال)156
4-8-3 چشمه اتصال ستون157
4-9- بررسی رفتار کلی اتصال169
4-10- مقایسه از نظر شکل پذیری174
4-11- نسبت میرایی ویسكوز معادل هر یك از نمونه ها185
فصل پنجم:جمع بندی نتایج تحلیل ها و ارائه پیشنهادات195
5-1- بحث و نتیجه گیری195
5-2- ارائه پیشنهادات139
فهرست اشکال
شکل 1-1 : نحوه تاثیر مکانیزم های افزایش مقاومت در فولاد 2
شکل 1-2 : فرآیندهای تولید ( الف– نورد و نرمال کردن ، ب– فرآیند ترمودینامیکی ) 3
شکل 1-3 : منحنی باربری و تنش مجاز 5
شکل 1-4 : تاثیر نوع بارگذاری بر میزان صرفه جویی ناشی از فولادهای پرمقاومت 9
شکل 2-1 : حلقه های زنجیر پاولی11
شکل 2-2 : دوران اتصال با توجه به میزان گیرداری اتصال14
شکل 2-3 : منحنی لنگر دوران برای انواع اتصالات15
شکل 2-4 : بارگذاری ثقلی اتصال ثقلی در آزمایشگاه 17
شکل 2-5 : تیر AB تحت اثر لنگرهای انتهایی 18
شکل 2-6 : نمودار لنگر – چرخش سه نوع اتصال19
شکل 2-7 : نمودار لنگر – چرخش اتصال گیردار ایده آل و اتصال مفصل ایده آل19
شکل 2-8 : بررسی نمودار لنگر– دوران برای اتصالات مختلف21
شکل 2-9 : اثرات افزایش EI و L در نمودار خط تیر21
شکل 2-10 : اتصال متعارف آسیب دیده در زلزله نورتریج 23
شکل 2-11: ناحیه شروع خرابی در اتصالات تیر به ستون 23
شکل 2-12 : شکستهای گره تیر به ستون 23
شکل 2-13 : شکستهای ستون 23
شکل 2-14 : شکست قائم در طول ورق برشی اتصال24
شکل 2-15 : شمایی از چند تیپ اتصال مالکیت دار 29
شکل 2-16 : انواع جزییات متعارف اتصالات تیر با مقطع کاهش یافته29
شکل 2-17 : تبدیل نیروهای داخلی صفحه ای تیر به نیروهای داخل صفحه ای ستون32
شکل 2-18 : قیاس اتصالات پیش از نورتریج و پس از نورتریج33
شکل 2-19 : تشکیل مفصل پلاستیک در تیر، دور از بر ستون 34
شکل 2-20 : محل تشکیل مفاصل پلاستیک 35
شکل 2-21 : توزیع کرنش پلاستیک در یک زیرسازه شکل پذیر 35
شکل 2-22 : تغییر شکل یك قابل خمشی تحت اثر بارهای جانبی36
شکل 2-23 : انواع زیر سازه های قابل ساخت در آزمایشگاه و قابل مدلسازی در نرم افزار37
شکل 2-24 : دو نمونه متفاومت زیر سازه ساخته شده در آزمایشگاه 37
شکل 2-25 : بارگذاری استاندارد پیشنهادی SAC 38
شکل 2-26 : نمایش پارامترها39
شکل 2-27 : شمایی از نمودارهای و 39
شکل 2-28 : نمودار لنگر- چرخش پلاستیك40
شکل 2-29 : مشخصات نمودار لنگر – چرخش پلاستیك خوب از نظر AISC40
شکل 2-30 : پوش نمودار لنگر – چرخش پلاستیك41
شکل 2-31 : چشمه اتصال و نیروهای وارد بر آن44
شکل 2-32 : محاسبه تلاشهای ناشی از تشکیل مفاصل پلاستیک در مقاطع بحرانی47
شکل 2-33 : محل تشكیل مفصل پلاستیك در اتصال با ورقهای روسری و زیرسری48
آمار مطالب
کل مطالب : 1166
آمار کاربران
آمار بازدید
