پاورپوینت ارزیابی خرابی پیش رونده در سازه های مهاربندی شده با سناریو حذف هم زمان ستون و مهاربند

به نام خدا
موضوع پایان نامه :
ارزیابی خرابی پیش رونده در سازه های مهاربندی شده با سناریو حذف هم زمان ستون و مهاربند

دانشجو :

استاد راهنما :

تابستان 97

تعریف خرابی پیشرونده
خرابی پیش رونده را به صورت گسترش خرابی موضعی اولیه از عضوی به عضو دیگر که سرانجام به گسیختگی تمام سازه و یا قسمت بزرگی از آن می انجامد.

خطرات احتمالی :
آتش سوزی
زلزله
انفجار بمب و …

2

انواع خرابی پیشرونده
انهدام از نوع pancake مثال : برج تجارت جهانی و اصابت هواپیما به برج

انهدام از نوع zipper مثال : یک پل کابلی در اثر پارگی یک کابل

انهدام از نوع domino مثال : خانه های ویلایی که از یک سو کنار هم متصلند

انهدام از نوع instability در اثر فشار بار ثقلی نیروهای المانی شکل مانند ستون از خود ضعف نشان داده و خرابی بوجود خوهد آمد

انهدام از نوع section مثال : تیری را در نظر بگیرید که تحت لنگر است که اگر failed شود باعث ایجاد خرابی در سازه میشود.

انهدام از نوع mixed : ترکیبی از خرابی هایی که گفته شد

3

انهدام از نوع pancake یا فروریزشی

زلزله اسلام آباد 2005 (خرابی از نوع فروریزشی) ساختمان 10 طبقه
4

انهدام از نوع خرابی زیپی

طوفان واشنگتن سال 1940 پل تاکوما خرابی قسمتی از پل
5

انهدام از نوع دومینویی

خرابی در اثر یخزدگی شدید در LINE TOWER های برق کشی کشور آلمان 2005
6

علل خرابی پیشرونده
ضربات نا متعارف تصادف

ساخت و سازهای معیوب

شکست پی

تغییرات شدید در فشار هوا
7

تاریخچه تحقیق :

ساختمان رونان پوینت در اثر انفجار گاز در طبقه 18 ساختمان در سال 1970 میلادی

8

انفجار بمب با هدف حذف قسمتی (المانی) از ساختمان
انفجار بمب مستقیم در نمای ساختمان
آنالیز فروپاشی پیشرونده دو هدف طراحی برای مقابله با نوع اسلحه

ریختن قسمتی از سازه : مانند ستون های کناری و یا داخلی ساختمان

ریختن قسمتی از نما یا کل نمای سازه
9

آنالیز و طراحی
شیوه ی طراحی برای امنیت ساختمان 3 مرحله دارد :

ساختمان باید برای تمام بارها طراحی شود نه فقط بار انفجار

طراحی مدل به روش تاریخچه زمانی (دینامیکی غیر خطی)

ساختمان باید تقویت شود در صورت نیاز عضو جدید اضافه شود
10

مروری بر بارگذاری انفجار

توضیحات نمودار :

P = فشار
T = زمان
tA = زمان اولیه انفجار

11

ساختمان فولادی تحت بار انفجار در طبقات
اثر مستقیم فشار بر روی ستون ها
اثر فشار به دال های طبقات
12

آنالیز تصویری خرابی پیشرنده و مسیر حرکت بارهای وارده
انفجار در کف سازه و حذف همزمان المان های ستون و تیر
( 4 ستون و 3 تیر)
13

روش های تحلیل مهندسی
به طور کلی برای حل مسائل فیزیکی سه روش موجود است:

1. روش دقیق Exact Solution

2. روش عددی Numerical Solution

3. روش تجربی Experimental Method

14

در حل دقیق همان طور که از نام آن پیداست به محاسبه دقیق پارامترهای معادلات دیفرانسیل حاکم بر میدان های فیزیکی همچون میدان تنش، میدان حرارتی یا میدان الکتریکی و … پرداخته می شود. در حالی که در روش دوم به حل تقریبی و عددی این مسائل پرداخته خواهد شد. روش تجربی یا آزمایشگاهی نیز با توجه به اینکه مبتنی و بر گرفته از خود واقعیات است، روشی مناسب اما پرهزینه و زمان بر است. در این میان روش های عددی از کاربردی ترین روشهای مورد استفاده در حل مسائل مهندسی است. از جمله مزیت های حل عددی ، نسبت به سایر روش ها به شرح زیر است:

1. ضعف عمده روشهای آزمایشگاهی، پرهزینه و زمان بر بودن آن است. در حالی که در روش حل عددی این چنین نیست.

2. روش حل دقیق از تحلیل مدل های با هندسه پیچیده عاجز است و تنها روشهای عددی به خصوص اجزاء محدود در این زمینه.

3. در حل مسائلی که شرایط مرزی کمی پیچیده می شود نیز حل دقیق ناتوان است و تنها روش های مرسوم عددی در حل این گونه مسائل به کار می رود.

15

مدل سازی نرم افزاری
ساختمان فولادی 8 طبقه به ارتفاع هر طبقه 3.2 متر و طول و عرض یکسان 20 متر. 4 دهانه و هر دهانه 5 متر طول دارد.
حذف همزمان ستون و مهاربند و 4 تیپ مدل مختلف

سازه فولادی هشت طبقه با سیستم سازه ترکیبی قاب مهاربندی شده گوشه دهانه در راستای X و قاب خمشی در راستای Y

سازه فولادی هشت طبقه با سیستم سازه ترکیبی قاب مهاربندی شده وسط دهانه در راستای X و قاب خمشی در راستای Y

سازه فولادی هشت طبقه با سیستم مهاربندی وسط دهانه در دو راستا

سازه فولادی هشت طبقه با سیستم مهاربندی گوشه دهانه در دو راستا

16

توضیحات : مدل سمت چپ در دو راستای محور X مهاربندی شده (دو دهانه ی وسط) و راستای محور Y قاب خمشی است

مدل سمت راست به همین شکل در دو دهانه ی گوشه مهاربندی شده است
17

هر 2 مدل در هر 2 راستا مهاربندی شده است
مدل سمت چپ دو دهانه های وسط و مدل سمت راست در دهانه های گوشه
18

مشخصات مصالح مورد استفاده

در این آنالیزها ها سازه های مورد بررسی از دو مصالح فولاد و بتن تشکیل شده اند در جداول صفحه بعد به ترتیب فولاد و بتن این مشخصات به همراه نمودار تنش کرنش مواد نشان داده شده است.

مصارف فولادی (تیر.ستون و مهاربند)

مصرف بتنی (دال بتنی سقف)

19

مشخصات قسمت های فولادی (تیر.ستون و مهربند)

مشخصات فولاد ST37

نمودار تنش – کرنش فولاد
20

مشخصات قسمت بتنی (دال بتنی سقف)
مشخصات بتن
منحنی تنش – کرنش بتن
21

مقاطع استفاده شده در این پایان نامه
ستون به صورت باکس

تیر IPE

مهاربند UNP
22

موج انفجار
انتشار موج به صورت کروی شکل به تمام زوایا
هرچه به قسمت مرکزی شکل کروی سمت راست نزدیکتر میشویم انرژی کمتری در آن نقطه می یابیم در مقایسه قسمت خارجی موج.
دو نکته مهم :
23

مدل نرمال شماره 1 :

در این شکل ساختمان فولادی 8 طبقه تحت اثر بار انفجار را مشاهده میکنید که در راستای X سازه حرکت کرده است.
نتایج حاصل آنالیز :
24

نمودار های برش ایجاد شده و دیاگرام اعضای سازه

25

نمودار تغییر مکان در اثر بار انفجار
نمودار تغییر مکان شکل روبرو بر حسب میلیمتر (mm) است.که خط قرمز رنگ راستای X را نشان میدهد و خط آبی رنگ راستای Y

بیشترین جابجایی با توجه به اینکه بار انفجار بر پاییه ساختمان قرار گرفته شده در story 8 یا طبقه 8 ایجاد شده است.

Story 8 : 420 (mm) displacement
26

نمودار برش ایجاد شده در دو راستای x وy تحت اثر بار انفجار:

Force (KN)

همانطور که مشاهده میکنید مقدار برش در طبقات پایینتر در اثر بار انفجار بیشتر بوده یعنی مقدار بار بیشتری تحمل کرده نسبت به طبقات بالاتر
نمودار برش در طبقات :
27

توضیحات :
حذف ستون خارجی و مهاربند کناری

ساختمان 8 طبقه فولادی
مدل خرابی پیش رونده شماره 1
28

برش ایجاد شده و دیاگرام اعضای سازه مدل 1
29

نمودار های جابجایی و برش در طبقات با حذف همزمان ستون و مهاربند کناری مدل 1
30

مدل شماره 2 حالت نرمال
مدل نرمال مهاربندی شده در دو راستای X در دهانه های وسط سازه
31

برش ایجاد شده و دیاگرام اعضای سازه در حالت نرمال مدل 2
32

نمودارهای جابجایی و برش اعضا در حالت نرمال مدل 2
33

مدل شماره 2 حالت خرابی پیشرونده
توضیحات :

حذف همزمان ستون و مهاربند در دهانه ی وسط و تحلیل آن
34

برش ایجاد شده و دیاگرام اعضای سازه در حالت خرابی پیشرونده مدل 2
35

نمودارهای جابجایی و برش اعضا در حالت خرابی مدل 2
36

مدل شماره 3 حالت نرمال
توضیحات :

در این مدل در هر 2 راستای x و y
در دودهانه های وسط مهاربندی شده است.
37

برش ایجاد شده و دیاگرام اعضای سازه در حالت نرمال مدل 3
38

نمودارهای جابجایی و برش در حالت نرمال مدل 3
39

مدل شماره 3 حالت خرابی پیشرونده
توضیحات :

حذف ستون و مهاربند در دهانه ی وسط
40

برش ایجاد شده و دیاگرام اعضای سازه در حالت خرابی مدل 3
41

نمودارهای جابجایی و برش در حالت خرابی پیشرونده مدل 3
42

مدل شماره 4 حالت نرمال
توضیحات :

سازه مهاربندی شده دردهانه های کناری( گوشه) و در هر 4 طرف
43

برش ایجاد شده و دیاگرام اعضای سازه در حالت نرمال مدل 4
44

نمودارهای جابجایی و برش در حالت نرمال مدل 4
45

مدل شماره 4 حالت خرابی پیشرونده
توضیحات :

در این مدل حذف همزمان ستون و مهاربند کناری (گوشه) تحلیل شده است.
46

برش ایجاد شده و دیاگرام اعضای سازه در حالت خرابی پیشرونده مدل 4
47

نمودارهای جابجایی و برش در حالت خرابی پیشرونده مدل 4
48

بررسی عملکردی سازه

در این تحقیق برای بررسی بیشتر اثرات انفجار بر روی سازه از تحلیل TIME HISTORY استفاده شده است. بدین منظور مدل های طراحی شده در نرم افزار ایتبس وارد نرم افزار sap2000 شده و تحلیل دینامیکی غیر خطی بر روی آن مدل های انجام می دهیم. در این بخش از این تحقیق به بررسی نتایج از تحلیل دینامیکی غیرخطی پرداخته می شود.

ETABS + SAP2000
49

تغییر مکان نقطه ای که ستون را حذف کردیم
توضیحات :

نمودار قرمز رنگ نشانگر بعد X بوده و نشانگر آبی رنگ نشانگر بعد Y
مدل شماره 2
مدل شماره 1

تغییر مکان نقطه ای که ستون را حذف کردیم
توضیحات :

نمودار قرمز رنگ نشانگر بعد X بوده و نشانگر آبی رنگ نشانگر بعد Y
مدل شماره 4
مدل شماره 3

بررسی مدل شماره یک در دو حالت بدون حذف مهاربند و ستون با حذف ستون مهاربند می باشد. نتایج حاصل از تحلیل عملکردی سازه در اشکال زیر ملاحظه می گردد.
توضیحات :

در سازه تحت خرابی مفاصل پلاستیک زودتر تشکیل شده و عملا اتصالات جدا شده و زودتر ساختمان منهدم میشود.
52

بررسی مدل شماره دو در دو حالت بدون حذف مهاربند و ستون با حذف ستون مهاربند می باشد. نتایج حاصل از تحلیل عملکردی سازه در اشکال زیر ملاحظه می گردد. در این مدل مهاربندی در گوشه ساختمان لحاظ شده است.
توضیحات :

این نوع سازه مهاربندی شده عملکرد مناسب تری نسبت به سازه قبل دارد
مفاصل پلاستیک کمتری نسبت به مدل قبل داریم.یعنی عملکرد سازه بهتر بوده است.
53

بررسی مدل شماره سه در دو حالت بدون حذف مهاربندو ستون با حذف ستون مهاربند می باشد. نتایج حاصل از تحلیل عملکردی سازه در اشکال زیر ملاحظه می گردد. در این مدل مهاربندی در وسط و دو طرف ساختمان لحاظ شده است.
توضیحات :

در این سازه هر 4 طرف در دو دهانه ی وسط مهاربندی شده است.
به نسبت 2 مدل قبل سازه مفصل پلاستیک کمتری تشکیل داده و مقاومتر است.
54

بررسی مدل شماره چهارم در دو حالت بدون حذف مهاربندو ستون با حذف ستون مهاربند می باشد. نتایج حاصل از تحلیل عملکردی سازه در اشکال زیر ملاحظه می گردد. در این مدل مهاربندی در گوشه و دو طرف ساختمان لحاظ شده است.
توضیحات :

در این سازه 4 طرف در دو دهانه ی کناری مهاربندی شده است که ملاحظه میکنیم بهترین مقاومت را نسبت به مدلهای قبل نشان میدهد.
55

نتیجه گیری
بارهای انفجار باعث ایجاد تنشهای بسیار بزرگی در اعضای نزدیک به محل انفجار میگردند. این تنشها گاه می تواند بیش از 10 برابر تنشهای قابل تحمل برای عضو باشد. این بدان معناست که هر چقدر هم که عضو با رعایت اصول مهندسی طراحی و اجرا شده و جزئیات شکل پذیری در آن رعایت شده باشد ، باز هم نخواهد توانست از پس تنشهای وارده برآمده و وظیفه انتقال نیرویش را انجام دهد. با این تفاسیر از دست دادن یک یا چند عضو در انفجارات نزدیک اجتناب ناپذیر خواهد بود.
بحث مهمی که در رابطه با طراحی مقاوم سازه در برابر انفجار وجود دارد، مقاومت تمام اعضای سازه در برابر بارهای وارده نیست، بلکه طراحی سازه به گونه ایست که پایداری کلی خود را پس از انفجار حفظ نماید.
همان طور که در نتایج فصل قبل ملاحظه گردید، اگر از تنشها و نیروهای بزرگ موضعی بگذریم ، تحت اثر بار انفجار ، بقه سازه در معرض تلاشهای بزرگی قرار نمی گیرند و در واقع نیروهای ایجاد شده توسط زلزله بسیار بزرگتر از نیروهایی ست که در اثر تحریک انفجار ایجاد شده اند (بجز اعضایی که در معرض مستقیم موج انفجار قرار دارند).
بنابراین برای طراحی مقاوم سازه در برابر انفجار، باید سازه ای را طراحی کنیم که پس از از دست دادن تعدادی از اعضای خود که در مسیر انفجار قرار دارند، همچنان بتواند پایداری خود را تحت نیروهای وارده حفظ نماید.
با بررسی نتایج حاصل از تحلیل میبینیم بکارگیری مهاربند های کمانش تاب در سازه باعث افزایش مقاومت سازه شده و سازه مورد نظر را که تحت اثر بار انفجار دچار فروپاشی شده است مقاوم می نماید.

پیشنهادات
برای درک دقیق تر و بهتر رفتار انواع سازه های فولادی در مقتابل انفجار پیشنهادات زیر برای انجام تحقیقات آتی ارائه می گردد:
مدل سازی و تحلیل قاب بتنی مشابه با تحقیق حاضر و افزایش زمان تحلیل تا ١٠ ‏ثانیه و مشاهده اثرات ‏و نتایج نهایی انفجار
مدل سازی و تحلیل مشابه قاب فولادی مفصلی و با سیستم مقاوم جانبی میراگر اصطحکاکی و مقایسه نتایج ‏آن با نتایج حاصل از تحقیق حاضر
مدلی سازی و تحلیل مشابه قاب های مرتفع و مشاهده اثر افزایش طبقات بر رفتار سازه در مقابل ‏انفجار
مطالعه بر روی مواضع بحرانی پس از انفجار و تعیین موقعیت و نحوه ‏استفاده از سخت کننده‏ها در ‏این مواضع به منظور گسیختگی دیرتر سازه و افزایش مقاومت آن
مطالعه بر روی نحوه گسیختگی اتصالات و تعیین تقویت مورد نیاز برای جلوگیری از گسیختگی اتصالی به منظور جلوگیری از گسیختگی زودهنگام سازه
‏ مدل سازی و تحلیل قاب های مشابه با استغاد ٠ ‏از سایر مقاطع موجود برای اعضای سازه مانند تیر و ستون ها و بررسی اثر انفجار بر روی آن ها و مقایسه نتایج با تحقیق حاضر

57

پایان

ممنون که تا این لحظه توجه کردید …