دانلود پایان نامه
به کارگیری المان های غشایی در مدل اجزای محدود یکی از روش های مناسب مدل سازی در تحلیل سیستم دیوار برشی فولادی است شکل 2-7. استفاده از المان غشایی با خواص ارتوتروپیک به دلیل لزوم در منظور نمودن مقاومت کششی و فشاری ورق نازک جان است. چون کشش در راستای قطری ورق جان شکل می گیرد، لذا لازم است محورهای محلی متناسب با جهت زاویه در المان های غشایی اختیار گردد. چون تنش های محاسباتی در قطر فشاری ورق صفر و ناچیز است، لذا خصوصیات ماده ای در امتداد زاویه خواص واقعی ماده و در جهت عمود بر آن با سختی صفر و یا مقادیر بسیار کم باید در نظر گرفته شود.
ضمنا توصیه می شود که سختی برشی داخل صفحه المان صفر یا بسیار اندک منظور شود. در غیر این صورت احتمال این که بخشی از لنگر واژگونی توسط تنش های قائم در ورق جان تحمل شود (که در واقعیت قادر به مشارکت در تحمل نیروها نمی باشد) وجود خواهد داشت. علت این امر را چنین می توان توجیه کرد که ورق پرکننده دیوار برشی در حوالی ستون به اندازه کافی صلب است، لیکن در سایر نقاط ورق جان سختی اندکی دارد و تحت تنش های فشاری کمی دچار ناپایداری موضعی می گردد.
نکته قابل توجه در دیوارهای برشی فولادی در مناطق با خطر لرزه خیزی زیاد این است که نیروهای طراحی ستون عمدتا بر اساس ظرفیت دیوار برشی تعیین می شوند و نیروهای طراحی با مدل تحلیلی سازه نامربوط خواهد بود. در ساختمان های بلند مرتبه که در آن ها نرمی (انعطاف پذیری) دیوار در اثر نرمی محوری ستون قابل مقایسه با نرمی برشی سازه است، افزایش سختی خمشی سازه اهمیت چندانی نخواهد داشت.
المان غشایی مورد استفاده در مدل تحلیلی براساس ضرورت رفتار کششی ورق جان می باشد و تعداد المان ها باید به اندازه کافی برای دست یابی به نیروهایی که موجب خمش در المان های مرزی می شوند، باشد. آستانه اصل استفاده از حداقل چهار المان در هر جهت (در مجموع 16 ‏المان در هر پانل) را برای مدل تحلیلی دیوار برشی ضروری می داند. [9]
در نرم افزارهای مهندسی برای تحلیل رفتار درون صفحه دیوار برشی با استفاده از المان های غشایی می توان از المان های چهار گرهی و یا سه گرهی استفاده کرد.
فرمول بندی المان های چهار گرهی به مراتب از فرمول بندی المان های سه گرهی (مثلثی) دقیق تر می باشد. المان سه گرهی تنها برای نواحی انتقال و مرزی پیشنهاد می گردد. هر چند فرمول بندی سختی المان سه گره ای آسان است، لیکن بازیابی تنش ها در این حالت از دقت کافی برخوردار نیست. بهترین نتایج برای المان های چهار گرهی در حالتی به دست می آ ید که این زوایا در حالت90‏ درجه و یا حداقل بین 45 تا 135 ‏درجه باشند.
در شکل (2-7) نحوه ی شبکه بندی یک دیوار برشی فولادی با المان های چهار گره ای غشایی ناهمسانگرد (ارتوتروپیک) که در آن هر پانل در هر جهت به صورت مساوی به پنج قسمت تقسیم شده است نشان داده شده است.
محورهای محلی المان ها به گونه ای انتخاب می شود تا راستای زاویه میدان کشش به خوبی در نظر گرفته شود. مدل تحلیلی مبتنی بر استفاده از المان های غشایی ناهمسانگرد دارای مزایایی نسبت به روش متداول مدل نواری می باشد. در این مدل تکرارها در هر مرحله به آسانی و با تغییر راستای زاویه براساس روند متداولی که نرم افزارهای مهندسی در این ارتباط دارند انجام می شود.
شکل 2-7 مدل غشایی ناهمسانگرد دیوار برشی
2-5-3- تحلیل غیر خطی
در طراحی لرزه ای سازه های فولادی برای لحاظ نمودن واقعی رفتار غیرالاستیک سازه، به کارگیری یک تحلیل غیرخطی مفید و کارآمد می باشد. در روش تحلیل نواری استفاده از المانهای غیرخطی خرپایی برای منظور کردن مناسب اثرات تنش های تسلیم کششی یکنواخت جان بر روی اجزای مرزی افقی و قائم توصیه می شود.
‏استفاده از المان های غیرخطی غشایی ناهمسانگرد در تحلیل المان محدود دیوارهای برشی به شرط وجود در نرم افز ارهای موجود مهندسی جهت مدل کردن دقیق تر دیوار مفید می باشد.
چنانچه از مدل غیر خطی استفاده شود در این صورت اجزای مرزی افقی و قائم می توانند در مقابل مود های ناخواسته مانند کمانش در اثر رفتار غیرالاستیک با اعمال تغییر شکل های مناسب به قاب کنترل کننده باشند. تغییر مکان های مورد نظر می تواند حاصل از تسلیم کامل کششی ورق جان باشند و یا به هر روش دیگری محاسبه شوند. دستورالعمل[10] FEMA356 اطلاعات مفیدی برای نحوه ی محاسبه تغییر مکان ها ارائه می دهد. تحلیل پوش- آور بهترین روش برای دستیابی به نیروهای واقعی اجزای مرزی است. نیروهای محوری و خمشی که با استفاده از این روش برای اعضای مرزی به دست می آیند، کمتر از نظایر آن ها در حالتی هستند که نیروها از طریق طرح براساس ظرفیت حاصل می شوند.
2-6-طراحی اولیه
قبل از هر تحلیلی، تعیین اندازه و ابعاد اولیه ورق جان و اعضای مرزی قائم و افقی ضروری است. تعیین ابعاد اولیه اعضای د‏یوار برشی فولاد‏ی براساس فرضیات ساد‏ه کننده ای جهت تعیین نیروهای این اعضا انجام می شود.
در طراحی اولیه ورق جان در گام اول فرض می گردد که ورق جان کل نیروی برشی حاصل از زلزله در سیستم دیوار برشی فولادی را تحمل کند. برای تعیین ظرفیت برشی ورق جان، داشتن مقدار زاویه میدان کشش ضروری است. چون زاویه به خصوصیات هندسی اعضای مرزی و ابعاد دیوار وابسته است، لذا در طرح اولیه باید برای زاویه مقداری را فرض کرد. نمونه های طراحی دیوار برشی فولادی نشان داده است که انتخاب زاویه در محدوده 30 تا 55 درجه تخمین اولیه مناسبی است.
ظرفیت اسمی برشی ورق جان را می توان مطابق رابطه تعیین کرد. که در آن L فاصله محور تا محور ستون ها است. آئین نامه AISC341 ‏از ضریب 42/0 ‏به جای ضریب 50/0 ‏در رابطه فوق استفاده کرده است. دلیل انتخاب 42/0 اعمال ضریب اضافه مقاومت ورق جان معادل 2/1 می باشد. از طرف دیگر آیین نامه از ، فاصله بین دو بر ستون به جای L فاصله محور تا محور ستونها برای ارزیابی ظرفیت اسمی برشی ورق جان استفاده کرده است.
بنابراین ظرفیت اسمی برشی ورق جان از رابطه (2-4) بدست خواهد آمد :
(2-4)
براساس تحقیقات برمن و برونو مقدار V که از رابطه فوق تعیین می شود کمتر از مقاومت نظری ورق جان براساس تسلیم کششی یکنواخت در امتداد زاویه می باشد که منعکس کننده تفاوت بین اولین تسلیم تا تسلیم کامل ورق جان در اثر توزیع غیر یکنواخت تنش در محدوده ارتجاعی است.
‏در طراحی به روش تنش مجاز حداقل ضخامت ورق جان که از رابطه (2-5) بدست می آید برابر است با :
(2-5)
در رابطه (2-5) نیروی برشی موجود در دیوار برشی در اثر ترکیبات متعارف بارگذاری است. استفاده از ورق های با ضخامت کمتر از 6 میلی متر مراقبت های ویژه ای را در هنگام ساخت و نصب ایجاب می کند. در هر حال به کارگیری ورق های نازک در دیوارهای برشی فولادی از مزایای این سیستم است که حمل و نقل آن را آسان می کند.
2-7- اثر بازشو در دیوارهای برشی فولادی
‏وجود بازشو در ورق فولادی پانل های برشی باعث کاهش مقاومت و سختی آنها می گردد. تحقیقات نشان می دهد در صورتی که یک بازشو دایره ای با قطری مساوی با عرض پانل، ‏(b)،‏در مرکز آن ایجاد گردد، ‏همانطور که در شکل (2-8) مشاهده می شود چهار گره پلاستیک در ستونها تشکیل می شود بطوری که دو تای آن در وسط ستونها قرار دارند. لذا با فرض آنکه باربری ورق فولادی صفر باشد، بار برشی نهائی پانل در این حالت برابر خواهد بود با