لوگوسازه فضایی
شرکت فضاسازه نقش جهان
سقفی به اندازه یک جهان
 ایران پرچم
پرچم
پرچم

بررسی ضریب رفتار چیلک های تک لایه فضاکار

چکیده:

سازه ها باید توانایی تغییر شکل های حاصل از نیروهای جانبی زلزله را داشته باشند و این توانایی تحت پارامترهای با عنوان شکل پذیری تامین می گردد. جهت دخالت دادن شکل پذیری درطراحی سازه ها و استفاده از تمامی ظرفیت سازهها(حالت پلاستیک)،از ضریب رفتار برای کاهش مقادیر نیروهای واقعی زلزله استفاده می گردد.هدف از این مقاله بررسی ضریب رفتار چیلک های فضاکار تک لایه تحت بار قائم می باشد. در این خصوص با تغییر پارامترهای دهانه به ارتفاع و طول اعضا تغییرات ضریب رفتار بررسی می گردد. در این مقاله با استفاده از نرم افزار ANSYS 8.1 چلیک ها مدل سازی شده و سپس با بار استاتیکی زیاد شونده،نمودارهای نیرو تغییر مکان بدست آمده و ضریب رفتار محاسبه می گردد.

کلید واژه ها: چیلک های فضاکار تک لایه ،آنالیز غیرخطی ،شکل پذیری،ضریب رفتار

1-      مقدمه

امروزه با پیشرفت علوم و تکنولوژی، نیازها و خواسته های جدیدی در زمینه های مهندسی بوجود آمده است. عامل زمان در ساخت سازه ها اهمیت دو چندان یافته و این امر گرایش به سازه های پیش ساخته را افزایش داده است. همچنین با افزایش جمعیت جوامع بشری،علاقه به داشتن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی خواهان بسیار پیدا کرده است. دراین راستا از اوایل قرن حاضر تعدادی از متخصصین مجذوب قابلیت های منحصر بفرد سازه های فضاکار گشته و پاسخ بسیاری از نیازهای جدید را در این سازه ها بسته اند و البته به نتایج مثبتی نیز دست یافته اند به گونه ای که با گذشت چندین دهه هنوز هم مطالعه سازه های فضاکار در کانون تحقیقات متخصصین و دانشجویان قرار دارد.

2-      شکل پذیری و ضریب رفتارسازه فضاکار

رفتار سازه تحت بارگذاری جانبی می تواند،به صورت الاستیک یا پلاستیک باشد. با انتخاب پارامترهایی می توان سازه را به گونه ای طراحی نمود که در مقابل نیروهای جانبی در محدوده الاستیک باقی بماند ولی طرح غیراقتصادی خواهد بود.

بنابراین برای توجیه اقتصادی طرح باید از مقاومت سازه در محدوده غیرالاستیک نیز استفاده کرد. سازه ها باید توانایی تغییر شکل های حاصل از نیروهای جانبی زلزله را داشته باشند و این توانایی تحت پارامتری با عنوان شکل پذیری تامین می گردد. جهت دخالت دادن شکل پذیری در طراحی سازه ها و استفاده از تمامی ظرفیت سازه ها(حالت پلاستیک)،از ضریب رفتار برای کاهش مقادیر نیروهای واقعی زلزله استفاده می گردد. در شکل(1) منحنی بار- تغییر مکان و پارامترهای مربوط به تعیین شکل پذیری وضریب رفتار نشان داده می شود.

منحنی شکل پذیری

2-1 ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیری

عبارتست از خارج قسمت نیروی نهایی وارده به سازه در صورتی رفتار سازه الاستیک باقی بماند به نیروی متناظر با حد تسلیم عمومی سازه در هنگام تشکیل مکانیزم خرابی.
Rµ=Veu/Vy

2-2 ضریب اضافه مقاومت

عبارتست از خارج قسمت متناظر با حد تسلیم کلی سازه در هنگام تشکیل مکانیزم خرابی به نیروی متناظر با تشکیل اولین لولای خمیری در سازه.
Ω=Vy/Vs

2-3 ضریب تنش مجاز

عبارتست از ضریبی که براساس نحوه برخورد آئین نامه با تنش های طراحی(بار مجاز یا بار نهائی) تعیین می شود و مقدار آن برابر است با نسبت نیرو در حد تشکیل اولین لولای خمیری به نیرو در حد تنش ها مجاز
Y=Vs/Vw

2-4 ضریب شکل پذیری

تغییر شکل نظیر حد تسلیم در یک مقطع به تغییر شکل نهایی ناشی از شکست موضعی ناحیه فشاری در نقطه ای از عضو یا در اثر ناپایداری.
µ=Δ_u/Δ_y

2-5 ضریب رفتار با استفاده از روابط زیر بدست می آید:

Rw=V_eu/V_s =V_eu/V_y *V_y/V_s =Rµ*Ω
Rw=V_eu/V_w =V_eu/V_y *V_y/V_s =Rµ*Ω*Y

3-      مطالعات

در این مطالعه نمونه هایی از چلیک های فضاکار تک لایه برحسب تغییر پارامترهای نسبت دهانه به ارتفاع و طول اعضا، توسط نرم افزار ANSYS مدلسازی گردیده اند. آنگاه به بررسی اثر هریک از پارامترها بر شکل پذیری و ضریب رفتار سازه تحت بارگذاری های استاتیکی افزاینده پرداخته شده است. به منظور مدلسازی از نرم افزار ANSYS استفاده شده است. کتابخانه المان ANSYS ،18 گروه المان دارد که شامل بیش از 100 نوع المان می شود. در اینجا برای مدلسازی از المان BEAM189 استفاده شده است. چلیک های مورد مطالعه در این تحقیق برحسب ارتفاع و دهانه های مختلف ،تغییر پارامترهای نسبت ارتفاع به دهانه و طول اعضا انتخاب شده اند. برای گرفتن مختصات نقاط و آنالیز از نرم افزار استفاده می کنیم. پس از مشخص شدن نقاط ،بارگذاری برحسب بار زنده،مرده و بارباد انجام می پذیرد.

این مدل ها توسط SAP تحلیل و طراحی می شوند و پس از کنترل تنش،کمانش و ….مقاطع بهینه مدل ها را بدست می آوریم. برای بررسی رفتار غیرخطی مواد در سازه بایستی منحنی تنش-کرنش مصالح که فولاد ساختمانی است در محدوده غیرخطی در نظر گرفته شود.

4-      حد خرابی

به علت این که در سازه های فضاکار آئین نامه ای موجود نمی باشد که با استفاده از آن بتوان معیاری برای خرابی سازه تعیین کرد، لذا ما در این تحقیق اولین نقطه حدی سازه را به عنوان معیار در نظر می گیریم. چون دو روش آنالیز استاتیکی غیرخطی فزاینده، باافزایش بار،بتدریج سختی سازه کاهش پیدا می کند که سختی سازه صفر می شود و پس از آن، اندک افزایشی در بار باعث می شود که سختی منفی و سازه ناپایدار شود.

5-      تعیین بار نهایی در حالت الاستیک

برای تعیین بار حداکثر در حالت الاستیک به روش زیر عمل می کنیم. ابتدا بار را گام و با مقدار کم به سازه وارد کرده و پس از هرگام بررسی می کنیم آیا مفصل پلاستیک بوجود آمده است یا نه. پس از پیدا شدن مفصل پلاستیک،مقدار نیرو و تغییر مکان این نقطه را بدست آورده و این نقطه را در روی نمودار غیرخطی مشخص می کنیم. مبدا را به این نقطه وصل کرده،تا تغییر مکان نهائی ادامه می دهیم . نیروی متناظر با این تغییر مکان،نیروی نهائی حدالاستیک می باشد.

6-      تحلیل چلیک های مورد مطالعه

در این تحقیق 13 نمونه چلیک فضاکار تک لایه برحسب تغییر پارامترهای نسبت ارتفاع به دهانه و طول اعضا مدل سازی شد. در این قسمت نتایج یک چلیک با دهانه 10 متر و ارتفاع 3 متر با دو تیپ مقاطع5-0.5و10-0.4 تحت آنالیز استاتیکی غیر خطی فزاینده توضیح داده می شود(شکل 2). پس از آنالیز،نمودار نیرو- تغییر مکان آن را رسم کرده و با استفاده از روش های ارائه شده،ضریب رفتار و ضریب شکل پذیری آن بدست می آید.

در شکل 3 نمودار بار – تغییر مکان ملاحظه می شود. با توجه به مقادیر بدست آمده از این نمودار ،پارامترهای شکل پذیری و در نهایت ضریب رفتار چلیک مذکور بدست می آید.بقیه چلیک ها نیز به همین طریق آنالیز شده است.

نمودار تغییرمکان چلیک

Rs=VU/VP=9500/4800=1.98 ضریب اضافه مقاومت

Cdw=∆u/∆p=Cd.y=5.6 ضریب افزایش تغییر مکان(برای بار تنش مجاز)

Cd=∆u/∆p=6.6/1.85=3.57 ضریب افزایش تغییر مکان

µ=∆u/∆y =6.6/3.2=2  ضریب شکل پذیری

Ve=17200

Vy=9500

Vw=Vp/1.57=9500

Vp=4800

∆u=6.6

∆p=1.85

∆w=∆p/1.57=1.17

Y=1.57
R=Ve/Vp=3.58
Rw=R*W=5.6

7-      بررسی و تحلیل پارامترهای موثر بر ضریب رفتار

بررسی اثر نسبت دهانه به ارتفاع بر ضریب رفتار: نسبت دهانه نسبت به ارتفاع،ضریب رفتار افزایش پیدا می کند.

نمودار نسبت دهانه به ضریب رفتار

بررسی اثر تغییر طول اعضا بر ضریب رفتار چلیک ها: با تغییر طول اعضا ضریب رفتار تغییرات زیادی نداشته و تقریبا ثابت می ماند.

نمودار طول اعضا بر ضریب رفتار

بررسی پارامتر دوره تناوب بر چلیک های فضاکار:با افزایش نسبت ارتفاع به دهانه دوره تناوب افزایش می یابد.

نمودار پارامتر بر چلیک

8-      نتیجه گیری

پس از بررسی نتایج حاصله از نمودار زیر ضریب رفتار متناسب با بار نهائی و تنش مجاز به صورت ذیل بدست می آید:

3= ضریب رفتار متناظربا بارنهائی

5=ضریب رفتار متناظر با تنش مجاز

ضریب رفتار سازه فضاکار

8-1از بررسی محاسبات ،نمودارها و جداول این مطالعه نتایج زیر حاصل می شود:

1-      در چلیک ها،با افزایش نسبت ارتفاع به دهانه،به دلیل نرمتر شدن سازه ،دوره تناوب آن افزایش و شکل پذیری و ضریب رفتار نیز افزایش می یابد.

2-      تغییر طول اعضا در مدل های مورد بررسی تاثیر چندانی بر ضریب رفتار ندارد.

3-      به طور کلی در چلیک های فضاکار تک لایه، افزایش سختی در سازه باعث کاهش ضریب رفتار می شود.

تهیه کننده گان: منصورقلعه نوی،قادر هاشم زهی

تمامی حقوق سایت محفوظ می باشد