نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران
سال چهلم شماره 5 (پیاپی 99، آبان 1385)

در این مقاله به بررسی خصوصیات دینامیکی و رفتار لرزه ای ساختمان یک طبقه ساخته شده با روش پانلهای ساندویچی سبک و استفاده از آزمایش لرزه ای بر روی میز لرزان پرداخته شده است. در این آزمایش ساختمان پانلی یک طبقه با مقیاس کامل با دیوارها و سقفهای از جنس پانل های پیش ساخته سبک، 3D بوده است. مدل تحقیقی ساختمان مذکور بر روی میز لرزان دانشگاه صنعتی شریف ساخته شده و تحت رکورد زلزله های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق عملکرد لرزه ای سیستم سازه ای فوق تحت بارهای دینامیکی از جمله، مشخصات خطی و غیرخطی سازه، تغییر شکل سازه، چگونگی توزیع سختی و مکانیزم خرابی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت بررسی بیشترآنالیز اجزا محدود نمونه مورد آزمایش انجام شد. در این خصوص جهت تطبیق نتایج حاصله از اجزا محدود با نتایج حاصل از آزمایش، مقایسه پاسخ ها در هر دو حالت انجام گرفت. نتایج کیفی وکمی مناسب بدست آمده ازاین آزمایش می تواند راهگشای مشکلات تحلیل و طراحی دینامیکی این سیستم نوین باشد.

بهینه سازی سازه ها یعنی طراحی آنها به صورتی که هم مسائل فنی رعایت شوند و هم کمترین وزن و هزینه اجرایی را داشته باشد. در سالهای اخیر استفاده از مواد مرکب چندلایه در ساخت سازه های مکانیکی، فضایی، دریایی و خودروسازی افزایش یافته است. یکی از دلایل عمده استفاده از این مواد، مقاومت بسیار زیاد به همراه وزن کم آنها می باشد. از اهداف این تحقیق طراحی بهینه یک ورق مرکب چند لایه با کمترین وزن و هزینه ممکنه است، بطوریکه صفحه بیشترین بار ممکن را تحمل نماید تا به مرحله گسیختگی نهایی برسد. معیار گسیختگی در این تحقیق معیار تسای-هیل می باشد. تابع برازندگی که به صورت چند هدفه است، ترکیبی از وزن، هزینه و بار گسیختگی نهایی می باشد. بنابراین مسئله در اینجا یک مسئله کمینه سازی و بیشینه سازی بطور همزمان می باشد-کمینه سازی وزن و هزینه و بیشینه سازی بار گسیختگی نهایی. متغیرهای طراحی در این مسئله متشکل از ضخامت، زاویه الیاف و جنس برای هر لایه می باشند که می توانند به صورت پیوسته یا گسسته در نظر گرفته شوند. تغییرات ضخامت به صورت پیوسته و تغییرات زاویه الیاف و جنس به صورت گسسته می باشند. تعداد لایه ها ثابت در نظر گرفته می شود و برای تحلیل ورق از روش تئوری کلاسیک چندلایه ها استفاده می گردد. از اهداف اصلی این تحقیق چگونگی تلفیق توابع کمینه سازی و بیشینه سازی چندهدفه بطور همزمان و نیز بدست آوردن بار گسیختگی نهایی صفحه- باری که تحت آن بار همه لایه ها و نه فقط اولین لایه گسیخته شود. اغلب برنامه های بهینه ساز با دو اشکال عمده همگرایی موضعی وعملکرد با متغیرهای گسسته مواجه هستند. لذا دستیابی به ابزاری که بر مشکل مذکور غلبه کند, ضروری به نظر می رسد. الگوریتم وراثتی که یکی از روش های بهینه سازی الهام گرفته از طبیعت است، بر این مشکل فائق آمده است. به منظور نیل به اهداف فوق اقدام به تهیه نرم افزاری گردیده که کلیه مراحل تحلیل، طراحی وبهینه سازی صفحات کامپوزیت را با در نظرگرفتن شرایط اخیر بوسیله الگوریتم وراثتی انجام می دهد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با یک ترکیب قابل قبول از لحاظ وزن و هزینه، یک صفحه کامپوزیت قادر به تحمل بارهای بسیار بزرگی از نظر مقدار می باشد.

یکی از ابزارهای کنترل غیرفعال سازه ها استفاده از مهاربندهای با آلیاژهای حافظه دار شکلی می باشد. این مقاله تحقیقی را در زمینه میزان بهبودی که در عملکرد سازه های فولادی در اثر استفاده از مهاربندهای از جنس آلیاژ های حافظه دار شکلی نسبت به مهاربندهای فولادی مقید در برابر کمانش پدید می آید، ارائه می نماید. در این راستا رفتار یک قاب فولادی با ابعاد واقعی هم در حالتیکه توسط المانهای از جنس آلیاژهای حافظه دار شکلی مهاربندی شده و هم در وضعیتی که به وسیله اعضای فولادی مقید در برابر کمانش مهاربندی شده است، تحت اثر بارگذاری چرخه ای بررسی شده است. مدل رفتار فوق ارتجاعی آلیاژهای حافظه دار شکلی و مدل پلاستیسیته فولاد در تحلیل به روش اجزاء محدود غیر خطی بکار گرفته شده است. قاب فولادی با هر دو حالت مهاربندی تحت بارگذاری تغییر مکانی چرخه ای و همچنین بارگذاری نیرویی گذاشته شده است.

توانایی سازه ای که زلزله ای را تجربه کرده، برای تحمل زلزله بعدی از روی اندیس خسارت تعیین می شود. توابع خسارت زیادی برای کمی کردن میزان خسارت وارده توسط محققین مختلف تعریف شده اند که عمدتا بر اساس پاسخ دینامیکی سازه و رفتار چرخه ای اعضای سازه بیان می شوند. به دلیل پیچیدگی ها و نیاز به صرف وقت زیاد در روش تحلیل دینامیکی غیرخطی و تعیین اندیس خسارت در این روش، در این مقاله با استفاده از روش استاتیکی غیرخطی و بکارگیری اندیس خسارت سختی، زوال سختی در سطوح عملکردی مختلف ارزیابی می شود و نتایج بدست آمده با تعاریف کیفی استاندارد FEMA از خسارت سازه ای، مقایسه می گردد. به این منظور یک برنامه رایانه ای آماده شده است که با داشتن اطلاعات مربوط به زلزله و خصوصیات سازه، بطور خودکار توانایی ارزیابی خسارت قابهای خمشی بتن مسلح را در سطوح عملکردی مختلف دارد. هشت نمونه قاب خمشی بتن مسلح طراحی شده طبق استاندارد آبا و 2800 ایران و یک نمونه قاب خمشی بتن مسلح طراحی شده طبق استاندارد FEMA بر اساس چهار سطح عملکرد, ارزیابی خسارت شده و بحث و بررسی بر روی آنها صورت گرفته است. نتایج حاصل از ارزیابی خسارت نمونه ها نشان داد که اندیس خسارت بکار رفته در این مقاله می تواند معیار مناسبی برای سنجش عملکرد لرزه ای قابهای بتن مسلح باشد. با توجه به نتایج حاصله، به نظر می رسد که معیار تغییرشکل نسبی ارائه شده در استاندارد FEMA و ATC بتنهایی نمی تواند شاخص صحیح و کاملی از عملکرد و خرابی سازه ها باشد.

هرسازه مهندسی برای تحمل گروهی از بارها طراحی می شودکه می توانند براثرعوامل داخلی (بارهای مرده و زنده) و یا عوامل خارجی (بارهای ناشی از باد، زلزله، برف، یخ و...) بوجود آیند. با آنکه عدم قطعیت این بارها و تصادفی بودن آنها بر هیچکس پوشیده نیست، اما تا سال1960 هیچ تلاش جدی برای وارد کردن خصوصیات آماری بارها در طراحی سازه ها انجام نگرفته بود. در حدود سالهای 1960 و بعداز آن رویکرد آئین نامه ها بگونه ای بوده است تا خصوصیات تصادفی بارها و مقاومت مصالح به شکل مناسبی در طراحی سازه ها وارد شود. در این میان در تدوین آئین نامه های ملی کشورمان نیز گرایش به سمت لحاظ نمودن خصوصیات احتمال اندیشانه بار و مقاومت بوده است، ولی تاکنون در این زمینه مطالعات آماری لازم برای بررسی بارهای موثر، مقاومت مصالح و غیره، که در انطباق با اقلیم و شرایط ساخت و ساز کشورمان باشد، انجام نپذیرفته است. درحال حاضر، به منظور بارگذاری و طراحی دکلهای انتقال نیرو نیز از تلفیق چند آئین نامه خارجی استفاده می شود که استفاده و تطابق آنها با توجه به شرایط جوی و محیطی ایران جای بحث دارد. در این مقاله، پارامترهای آماری متغیرهای تصادفی سرعت باد و ضخامت یخ، که از جمله بارهای موثر در بارگذاری دکلهای انتقال نیرو هستند برای چهار شهر از مناطق مختلف آب و هوائی ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است و در خاتمه مقادیر اسمی جدیدی برای این متغیرها جهت اصلاح آئین نامه بارگذاری مشانیرپیشنهادگردیده است.

دیوارهای برشی فولادی معمولا در دو نوع سخت شده و سخت نشده ساخته می شوند. به طور کلی انواع سخت شده از نظر عملکرد لرزه ای و نیز مسائل بهره برداری مناسب تر می باشند، ولی بخاطر وجود سخت کننده های متعدد و جزئیات اجرایی فراوان، باید وقت و هزینه زیادی برای ساخت آنها صرف گردد. بنابراین ایده دیواربرشی فولادی موج دار به عنوان جایگزینی برای دیوارهای برشی سخت شده مطرح گردیده است و انتظار می رود که این ورقها به دلیل دارا بودن سختی ذاتی برون صفحه ای، از مقاومت کمانشی بالایی برخوردار بوده و در نهایت عملکردی مشابه دیوارهای برشی سخت شده داشته باشند. به منظور بررسی رفتار لرزه ای این دیوارها، با بکارگیری نرم افزار اجزاء محدود غیرخطی ANSYS و مدل سازی سه بعدی دیوار با المان پوسته هشت گرهی، با انجام تحلیل های همزمان غیرخطی مادی و هندسی، رفتار غیرخطی و پس کمانشی این دیوارها در ضخامت های مختلف مورد ارزیابی قرارگرفته است. در نهایت سه رفتار مشخص در ضخامت های نسبی مختلف پیش بینی گردیده و کاربردها و محدودیت های مربوط به هر یک از این رفتارها مورد بحث قرار گرفته است.

در این مقاله پس از بررسی سیستم های تاشوی قیچی سان (پانتوگرافها)، روابط لازم برای طراحی هندسی این نوع سازه ها فرموله و ارائه شده است. تلفیق روش های جبری با فرمولهای ارائه شده برای ایجاد هندسه های خاص و همچنین نحوه انطباق این سیستم بر اشکال هندسی خاص (با هر شکل و هندسه) بررسی شده و جزئیات اجرائی و اتصالات مورد نیاز برای ساخت ارائه گردیده است. برای تجسمی واقعی از طرح ارائه شده, پس از طراحی هندسی و سازه ای, یک نمونه چلیکی با هندسه ثابت و یک نمونه با هندسه متغیر ساخته شده است, که عملکرد مناسب آنها حاکی از صحت طراحی می باشد. با استفاده از فرمولاسیون هندسی این سازه ها, زیر برنامه هایی برای مدلسازی در نرم افزار ANSYS نوشته شده و تعدادی از سازه های چلیکی با دهانه های مختلف با ارتفاع های مختلف تحلیل خطی و غیرخطی هندسی شده و ارتفاع بهینه با هدف حداقل نمودن تغییرمکانها تعیین شده است.

چکیدهدر این مقاله کارآیی میراگرهای مایع تنظیم شده در کنترل و کاهش ارتعاشات سازه با استفاده از تحلیل مدل یک درجه آزادی تحت تحریک زلزله مورد بحث قرار گرفته است. در تحقیقات انجام گرفته قبلی در زمینه عملکرد میراگرهای مایع تنظیم شده در کنترل و کاهش ارتعاشات سازه، به طور عمده اندر کنش سازه و TLD تحت تحریک پایه هارمونیک بررسی شده است. حال آنکه تحریک زلزله کاملا نامنظم وبا محتوای فرکانسی وسیعتر می باشد. بنابراین با توجه به این حقیقت، ایده اصلی انجام این تحقیق جهت جواب دادن به این سوال شکل گرفت که عملکرد این میراگرها در صورت اعمال تحریک زلزله چگونه خواهد بود. برای این منظور، مدل ساده شده برج فرودگاهی ناگازاکی به عنوان یک سازه یک درجه آزادی جهت مثال های عددی مورد استفاده قرار گرفت. مدل مورد مطالعه، دو بار تحت ارتعاشات زلزله های طبس، ناغان و السنترو، یکبار بدون میراگر و بار دیگر با میراگر مایع تنظیم شده مورد تحلیل دینامیکی قرار گرفت. نتایج به دست آمده در این مقاله نشان می دهد که میراگر های مایع تنظیم شده در حالت تحریک پایه زلزله نیز همانند تحریک پایه هارمونیک کارآیی قابل توجهی در کاهش دامنه ارتعاشات سازه دارند به طوریکه در حالت تحلیل خطی حدود 30 درصد دامنه ارتعاشات سازه مورد بحث در این مقاله را کاهش می دهند.