تحلیل اجزا محدود
در نشریات گروه عمران-
از جمله موارد منفی موجود در سازه های بتنی می توان به ابعاد بزرگ اعضای بتنی، تراکم زیاد آرماتورها در بعضی مقاطع و رفتار ترد بتن اشاره کرد. استفاده از سنگدانه ریز و نسبت آب به سیمان کم تر سبب افزایش مقاومت می شود، افزودن الیاف به بتن پرمقاومت UHPC باعث افزایش نرمی و مقاومت کششی بتن می شود که با عنوان بتن پرمقاومت با الیاف UHPFRC مطرح می شود و می توان به مقاومت فشاری تا حدود 200 مگاپاسکال و مقاومت کششی تا حدود 14 مگاپاسکال دست پیدا کرد. در این مقاله ابتدا تکنیکی برای مدلسازی عددی این بتن به کمک نرم افزار اجزامحدود LS-DYNA پیشنهاد شده است. در این تکنیک با اصلاح بخش کشش، یک مدل ماده ی بتن معمولی به وسیله ی روابط حاصل از مطالعات تجربی، امکان مدلسازی عددی بتن UHFRC فراهم شده است. پس از راستی آزمایی مدل ماده بتن اصلاح شده در نرم افزار LS-DYNA، اثرات استفاده از این بتن در رفتار چرخه ای دیوارهای برشی کوتاه و لاغر به کمک مدلسازی عددی بررسی شده است. استفاده از این بتن در اعضای مرزی دیوارها تاثیر بسزایی در بهبود رفتار لرزه ای آن ها دارد. در این تحقیق اثرات پارامترهای مختلف بررسی شده و مشاهده شد با افزایش درصد الیاف تا سه درصد، مقاومت جانبی دیوار تا 79% افزایش می یابد.کلید واژگان: بتن پرمقاومت، بتن پرمقاومت مسلح شده با الیاف، تحلیل اجزا محدود، LS-DYNA، رفتار چرخه ایThe negative issues of concrete structures include the large dimensions of concrete members due to the low resistance of concrete compared to steel structures, the high density of reinforcements in some parts, and the brittle behavior of concrete due to weakness in tension. The use of fine aggregate and a lower water-to-cement ratio increases the strength, adding fibers to high-strength UHPC concrete increases the softness and tensile strength of concrete, which is called high-strength concrete with UHPFRC fibers with a compressive strength up to 200 MPa and a tensile strength of up to 14 Mpa. In this research, a technique for the numerical modeling of UHPC concrete is proposed using the LS-DYNA finite element software and modifying the tensile part of a normal concrete material model and the available test data. The validated LS-DYNA model is used to study this concrete on the cyclic behavior of short and thin shear walls. The use of this concrete in the boundary element of the walls has a significant effect in improving their seismic behavior. In this research, the effects of different parameters were investigated. It will be shown that an increment in the percentage of fibers up to 3%, the wall's lateral resistance and initial stiffness increase significantly.Keywords: Ultra High Performance Concrete, Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete, Finite Element Analysis, LS-DYNA, Cyclic Behavior
-
بارهای حرارتی غیر یکنواخت از جمله گرادیان های حرارتی قائم و عرضی تاثیرات مخربی در پل های صندوقه ای داشته و لازم است که در طراحی ها مورد توجه مهندسین قرار گیرد. در ضوابط ارائه شده در نشریه 139 ایران بصورت کلی به مفاهیم و ضوابط گرادیان حرارتی پرداخته شده که با توجه به تنوع آب و هوایی در کشور ایران، متاسفانه ضوابط ارائه شده جوابگو نمی باشد. در این مقاله با انجام آزمایش میدانی بر روی پل صندوقه ای جناح در شهر تهران و با استفاده از تجهیزات ابزار دقیق، گرادیان های حرارتی قائم و عرضی محاسبه گردیده و با ضوابط ارائه شده در نشریه 139 ایران مقایسه گردید. داده های ثبت شده نشان می دهد که حداکثر اختلاف دما در ساعت 14:30 با مقدار 8/8 درجه سانتی گراد رخ می دهد، در حالی که با در نظر گرفتن گرادیان جانبی، حداکثر اختلاف دما در ساعت 11:30 با مقدار 9/2 درجه سانتی گراد رخ می دهد. با اعمال گرادیان عمودی در مدل المان محدود پل جناح، حداکثر تنش حرارتی در تقاطع تار و فلنج بالایی با مقدار 96/1 مگاپاسکال و حداکثر انحراف 36/4 میلی متر در فاصله میانی پل ایجاد می شود. به عنوان راه حلی برای کاهش اثرات منفی گرادیان های حرارتی، استفاده از عایق پلی یورتان در مدل FE پیشنهاد و مدل سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که استفاده از عایق پلی اورتان به ضخامت های 2، 3، 5 و 6 میلی متر می تواند دمای دال بالایی را به ترتیب از6/33 به 5/30 ، 16/29 ، 5/27و 4/26 درجه سانتی گراد کاهش دهد، که منجر به کاهش تنش از 96/1 به 65/1، 35/1، 63/0و 38/0 مگاپاسکال خواهد شد. همچنین با استفاده از عایق می توان انحراف پل را کاهش داد که در این مطالعه حداکثر انحراف دهانه 48 متری با استفاده از عایق پلی اورتان به ضخامت های 2، 3، 5 و 6 میلی متر از 36/4 به 57/3، 86/2، 63/1و 07/1 میلی متر کاهش می یابد. همچنین راهکار مناسب برای کاهش تنش های حرارتی حاصل از گرادیان های حرارتی پیشنهاد و بررسی گردید و نتایج مدلسازی نشان داد که با استفاده از عایق پلی اورتان، می توان میزان جذب انرژی خورشید توسط سطح فوقانی صندوقه را کاهش داد و به طبع آن، تنش های حرارتی حاصل از گرادیان حرارتی را کاهش داد.
کلید واژگان: پل های بتنی صندوقه ای، گرادیان حرارتی، تست میدانی، عایق پلی اورتان، تحلیل اجزا محدودAir temperature variations due to daily, seasonal, and annual changes can affect the bridges. The deformation and stress caused under solar radiation should not neglected in bridge design and their effects can be compared with dead and live loads. Thus, the components of bridges such as bearings, dampers and so on, are seriously affected by the combination of external loads and thermal stress. Different countries have provided temperature gradients in their codes. Almost in all of the codes, the vertical temperature gradient is specified, but unfortunately in none of them, the lateral temperature gradient is presented. Furthermore, in the vertical gradient, there are numerous lacks exist in different codes. For an example, most of the codes do not involve either temperature variations due to annual changes, or not considered the longitude or latitude of the location of the designed bridges. These problems lead the engineers to do the precise study beside the codes provided by each country, for temperature effects on the bridge structures. This paper investigates the effect of vertical and lateral thermal gradient loads for concrete box girder designed based on Iranian Standard Loads for Bridge (ISLB) code, using experimental test and three-dimensional finite element analysis. The ISLB code has two main problems in the field of thermal gradients. Firstly, the vertical temperature gradient provided in ISLB code, cannot used for all bridges in Iran, because each bridge has its unique geographical environment, latitude, longitude, and axis of orientation. Secondly, it does not contain any models for the lateral temperature gradient. To handle these problems, the experimental test is done and thermocouples are installed in different parts of the segment to get the thermal gradients and investigate their effects. In the case of predicting vertical gradient, the recorded data show that, the maximum temperature difference occurs in 1430 hrs with the value of 8.8 °C , while by considering the lateral gradient, the maximum temperature difference occurs at 1130 hrs with the value of 2.9 °C . In this paper, comparison between vertical and lateral gradients leads to consider only vertical gradients in further investigations. Moreover, by applying vertical gradient in the finite element model of the Jenah bridge, maximum thermal stress is occurred in the intersection of the web and top flange with the value of 1.96 MPa and maximum deflection of 4.36 mm in the midspan of the bridge. As a solution for mitigating the negative effects of the thermal gradients, using polyurethane insulation is proposed and modeled in the FE model. Results of simulation reveal that utilizing insolation can reduce the top slab temperatures to 30.5 °C , 29.16 °C , 27.5 °C and 26.4 °C from 33.6 °C in the case of using 2, 3, 5 and 6mm polyurethane insulations, respectively, which results in stress reduction from 1.96 MPa to 1.65, 1.35, 0.63 and 0.38 MPa in the case of using 2, 3, 5 and 6 mm polyurethane insulations, respectively. Furthermore, using insulation can reduce the deflection of the bridge, which in this study, the maximum deflection of the 48 m span is reduced from 4.36mm to 3.57, 2.86, 1.63 and 1.07 mm, by utilizing 2, 3, 5 and 6 mm polyurethane insulations, respectively.
Keywords: Concrete Box Girder, Thermal Loads, Experimental Test, Polyurethane Insulation, Finite Element Model -
در این پژوهش رفتار لوله های فولادی دارای خوردگی تحت اثر نیروی محوری و خمش مورد مطالعه قرار گرفته است. لوله های فولادی به طور گسترده در ساخت سازه های ساحلی و فراساحلی همچون دکل ها و سکو های نفتی و همچنین خطوط انتقال نفت و گاز به کار گرفته می شوند. هدف از این مطالعه بررسی تاثیر نوع خاصی از خوردگی تحت عنوان «خوردگی حفره ای» بر مقاومت لوله های فولادی است. رویکرد اصلی در پژوهش حاضر روش تحلیل عددی با استفاده از نرم افزار اجزا محدود ABAQUS است. بدین ترتیب با استفاده از مدل های صحت سنجی شده، اثر همزمان سه عامل خمش، بارمحوری و خوردگی بر مقاومت لوله های فولادی ارزیابی شده است. در این خصوص با درنظرگیری مشخصات ابعادی متداول در پایه های لوله ای شکل سکوهای فراساحلی، اقدام به انجام تحلیل های پارامتری شده است. اثرات خوردگی حفره ای نیز براساس شاخص کاهش جرم نسبی لوله ها و در ارتباط با شاخص های ریخت شناسی خوردگی حفره ای، شامل چگالی و عمق خوردگی در تحلیل ها لحاظ شده است. مبتنی بر نتایج و با استناد به معادله آیین نامه آمریکا در تخمین ظرفیت لوله های فولادی فاقد خوردگی تحت فشار محوری و لنگر خمشی، دو ضریب اصلاح تراز باربری محوری و خمشی لوله های خورده شده پیشنهاد گردید تا با مقیاس کردن معادله آیین نامه آمریکا، اثر زوال مقاومت برآورد شود. ضرایب اصلاح حاصل به ازای شاخص کاهش جرم نسبی 10 الی 30 درصد، متوسط کاهش ظرفیت باربری 20 الی 50 درصد را نسبت به نمونه فاقد خوردگی نشان دادند. همچنین لازم به توضیح است که در یک شاخص یکسان از کاهش جرم نسبی، خوردگی عمیق تر اثرات زوال مقاومت بیشتری را حاصل داد. آزمون روش پیشنهادی طی دو سناریو خوردگی مختلف، بیشینه اختلاف تا 11 درصد را در مقایسه با نتایج تحلیل اجزا محدود حاصل داد. بدین ترتیب قابلیت کاربست روش پیشنهادی نشان داده شد.کلید واژگان: لوله های فولادی، فشار محوری، لنگر خمشی، خوردگی حفره ای، تحلیل اجزا محدودIn this research the behavior of thick-walled Circular Steel Tubes (CSTs) with corrosion under axial compression and bending moment have been studied. There are several factors leading to corrosion in steel structures, especially in marine structures that results in strength reduction of whole structure. Steel tubes are widely used in construction of on-shore and off-shore structures such as, oil rigs and platforms, oil and gas transmission lines. Current study focuses on strength reduction of steel tubes with “pitting corrosion”. To this end numerical analyses using finite element software, Abaqus, have been performed. Therefore, utilizing verified models, the simultaneous effects of bending, axial load and corrosion on CSTs have been evaluated. Accordingly, by considering the dimensional characteristics of typical tubular legs of off-shore jackets, a set of parametric study has been undertaken. Pitting corrosion has been characterized in the analyses by relative mass loss ratio index, in companion with morphological indexes of the corrosion, i.e. density and depth of the pits. In accordance with the results obtained and based on the AISC360-22 formula for calculating the load bearing capacity of uncorroded CSTs under combined axial compression and bending moment, two adjustment factors were introduced to scaled down the AISC360-22 formula for accounting the degradation due to the pits. The obtained factors for the relative mass loss ratios vary between 10 to 30 percent showed an average lost bearing capacity of 20 to 50 percent as compared with intact CSTs, with a more profound detrimental effect for deeper pits. The comparison of the proposed method for estimating the lost capacity of the corroded CSTs under combined aforementioned actions in two distinct scenarios, revealed the maximum difference of 11 percent with those obtained from finite element analyses. This showed the applicability of the proposed method.Keywords: Circular Steel Tubes (Csts), Axial Compression, Bending Moment, Pitting Corrosion, Finite Element Analysis
-
دیوار برشی فولادی به عنوان عضو باربر جانبی در برابر نیروهای جانبی زلزله و باد در ساختمان های بلند در چند دهه اخیر مطرح و مورد توجه قرار گرفته است. امروزه این اعضای باربر جانبی با شکل پذیری بالا، ظرفیت جذب و استهلاک انرژی فراوان و سختی اولیه ی بالا در ساختمان های جدید و همچنین تقویت ساختمان های موجود به خصوص در کشورهای زلزله خیز استفاده می شوند. استفاده از سخت کننده ها در دیوار برشی فولادی سبب کاهش ضخامت دیوار برشی، افزایش مقاومت و سختی در دیوار برشی فولادی می گردد. هدف این مطالعه ارایه چیدمان جدید سخت کننده با عملکرد بالاتر از سایر چیدمان ها به منظور دستیابی به مقاومت برشی و سختی جانبی بالاتر می باشد. بدین منظور پس از صحت سنجی مدل سازی عددی، چند مدل دیوار برشی فولادی با چیدمان سخت کننده رایج در سازه ها از جمله چیدمان افقی-قایم و قطری، با چیدمان پیشنهادی به صورت قطری به همراه افقی-قایم به وسیله نرم افزار اجزا محدود آباکوس تحت بارگذاری چرخه ای و یک طرفه قرار گرفته و در انتها تحلیل و مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد که چیدمان جدید ارایه شده محصور شدگی بیشتری برای ورق میانی ایجاد کرده و مقاومت برشی نهایی دیوار برشی فولادی را 47.5% افزایش می دهد.
کلید واژگان: دیوار برشی فولادی، چیدمان سخت کننده ها، تحلیل اجزا محدود، مقاومت برشی، استهلاک انرژیThe steel plate shear wall (SPSW) as a lateral bearing system in high-rise buildings has been focused in recent decades. Today, these lateral bearing members with high ductility, high energy absorption, and high initial stiffness are used in new buildings as well as rehabilitation of existing buildings, especially in earthquake-prone countries. The use of stiffeners in the SPSW reduces the thickness of the infill plate, and increases the strength and stiffness of the SPSW. The aim of this study is to present a new arrangement for stiffeners with high performance in order to achieve higher shear strength and lateral stiffness. For this purpose, after validating the numerical modeling, several SPSWs with common (horizontal-vertical and diagonal arrangement) and proposed arrangement (diagonally along with horizontal-vertical) of stiffeners were modeled in Abaqus finite element software and were subjected under monotonic and cyclic loads. The results showed that the suggested arrangement provided more confinement for the infill plate and enhanced the final shear strength of the SPSW by 47.5%.
Keywords: steel plate shear wall, arrangement of stiffeners, finite element analysis, Shear strength, Energy absorption -
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و دوم شماره 4 (پیاپی 109، زمستان 1401)، صص 101 -110در مناطق سردسیر، احتمال تشکیل یخ در اثر بارندگی و برودت هوا، روی کابل ها و دکل های انتقال نیرو وجود دارد. یخ بستن روی کابل ها و دکل ها یک بارگذاری استاتیکی است، که با انجام تحلیل استاتیکی مقدار تغییرشکل های اضافی ایجادشده در خط انتقال نیرو تعیین می شود. این بارگذاری و تغییر شکل در طراحی سازه در نظر گرفته شده و لذا از این بابت خط انتقال نیرو ایمن می باشد. در اثر عواملی نظیر افزایش دما، وزش باد و... احتمال ریزش ناگهانی یخ از روی کابل های خط انتقال نیرو وجود دارد، که باعث به هم خوردن تعادل نیروی کششی طولی در دهانه های طرفین دکل انتقال نیرو می شود. علاوه بر این، ارتعاشی که در اثر ریزش یخ، در خط انتقال رخ می دهد، بار دینامیکی شدیدی را به خط انتقال وارد می کند. درصورتی که این ارتعاش، با ارتعاش ناشی از وزش باد همراه شود، پایداری خط انتقال بیشتر تهدید می شود. در این مقاله، بررسی پایداری خط انتقال نیرو، تحت اثر ریزش ناگهانی یخ از روی کابل های خط انتقال نیرو و وزش باد موردتوجه قرار می گیرد. میزان قطر یخ روی کابل ها و سرعت باد براساس آیین نامه بارگذاری انتخاب شده است. تحلیل پایداری خط انتقال نیرو نشان می دهد، که در اثر یخ با ضخامت در نظر گرفته شده در طراحی سازه و ریزش آن در یک دهانه همراه با وزش باد، خط انتقال نیرو پایدار نخواهد بود. ناپایداری به صورت تسلیم در اعضا بالایی دکل انتقال نیرو شروع می شود و سپس به اعضا در ارتفاع میانی دکل منتقل شده و درنهایت به قسمت نسبتا بزرگی از دکل انتقال نیرو گسترش می یابد.کلید واژگان: دکل انتقال نیرو، تحلیل اجزا محدود، تحلیل تاریخچه زمانی، بار باد، ریزش یخJournal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:52 Issue: 4, 2023, PP 101 -110In the present study, the effect of ice-shedding simultaneously at the transmission line's span and the wind was investigated using numerical modeling, and its results are presented. The transmission line has five transmission towers and six power transmission spans related to the 400 kV transmission line of the Khoy-Urmia power plant. The transmission tower's weaknesses have been identified using this study's results, which can be considered in strengthening existing towers and the design of new transmission lines.Keywords: transmission line, Finite Element Analysis, ice-shedding, wind load, Stability analysis
-
در سال های اخیر شناسایی آسیب بر پایه ارتعاش برای ارزیابی خسارت در سازه به کار گرفته شده است. در این حالت تشخیص آسیب بر مبنای تغییر پاسخ دینامیکی قبل و بعد از خرابی است. در این پژوهش از روش ماتریس نرمی برای شناسایی آسیب در پل های سگمنتال (پل تقاطع امام خمینی (ره) استفاده شده است. مزیت این روش، دقت و حساسیت آن به تعداد مودهای اندک برای سازه های بزرگ است. این پل در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد و پس از اعمال وزن و نیروی پیش تنیدگی در کابل ها، فرکانس و اشکال مودی برای شرایط سالم و آسیب دیده استخراج شد. شرایط آسیب دیده شامل سه سناریو به صورت تکی (در یک مکان) و چندگانه (در چند مکان و به صورت هم زمان) در عرشه پل و همچنین اعمال آسیب در ستون بود. هرکدام از آسیب های فوق شامل کاهش سختی معادل به اندازه 30 درصد بود. نتایج نشان داد که این روش قادر به تشخیص آسیب ها در عرشه بود. اما برای پایش سلامت ستون، به بررسی بیشتری نیاز داشت. همچنین دقت پایش سلامت با استفاده از دو مود نیز بررسی شد که از دقت قابل قبولی نسبت به استفاده از 6 مود برخوردار بود.کلید واژگان: پایش سلامت، ماتریس نرمی، پل سگمنتال، تحلیل مودال، تحلیل اجزا محدودIn recent years, vibration-based damage detection has been used to assess damage to structures. In this case, damage detection is based on changing the dynamic response before and after damage. In this research, the flexibity matrix method has been used to identify damage in segmental bridge (Imam Khomeini intersection bridge). The advantage of this method is its accuracy and sensitivity to a small number of modes for large structures. The bridge was simulated in Abacus software and after applying weight and prestressing force to the cables, the frequency and modal shapes were extracted for healthy and damaged conditions. Damaged conditions included three scenarios, single (in one place) and multiple (in several places and simultaneously) on the bridge deck as well as damage to the column. Each of the above damages involved a 30% reduction in stiffness. The results showed that this method was able to detect damages in the deck. But more investigation was needed to monitor the health of the column. The accuracy of health monitoring was also assessed using two modes, which had acceptable accuracy compared to the use of 6 modes.Keywords: Health monitoring, Flexibility matrix, Segmental bridge, Modal Analysis, finite element analysis
-
ساختمان هایی که در طبقات آن ها نوع مصالح سازه تغییر کند، ساختمان های ترکیبی در ارتفاع نام دارند. معمولا در این ساختمان ها طبقات پایین از نوع اسکلت بتنی و طبقات بالا از نوع اسکلت فولادی می باشند. به دلیل تغییر سختی آنی در طبقه انتقال و نامنظمی جرمی تحقیقاتی در مورد این ساختمان ها درباره ضریب رفتار، زمان تناوب نوسان تحلیلی سازه های ترکیبی انجام شده است، اما در مورد نحوه اتصال سازه فولادی و بتنی در ارتفاع تحقیقات چندانی وجود ندارد. همانند ستون های فولادی بر روی فونداسیون بتنی صفحه ستون و اتصال هر ابعادی نمی تواند داشته باشد و محدود به ابعاد ستون بتن تحتانی می باشد. ازاین روی ضوابط آیین نامه ها برای جزییات اتصال صحیح و انتقال بار مناسب از سازه فولادی به بتنی پیشنهادی ارایه نکرده اند که به دلیل تغییر ناگهانی سختی و مکانیزم انتقال نیرو از ستون های سازه فولادی به بتنی این اتصال بسیار حایز اهمیت می باشد. ازاین روی در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی 1 نمونه آزمایشگاهی تمام مقیاس تحت بار محوری و جانبی چرخه ای و بررسی عددی اجزاء محدود آن در طبقه انتقالی انجام شده است. همچنین پس از صحت سنجی مدل عددی با نمونه آزمایشگاهی، پارامترهای بار محوری، درصد نسبی آرماتور به سطح بتن نمودار نیرو- تغییر مکان ارایه شده است. این تحلیل نشان داد خرابی در اتصال ستون رخ نداده و ستون و اتصال آن نیرو کنترل عمل نموده است.
کلید واژگان: ساختمان ترکیبی در ارتفاع، اتصال ستون، ستون طبقه انتقالی، تحلیل اجزا محدود، مطالعه آزمایشگاهیVertically-mixed structures are buildings constructed with different materials progressing in the vertical direction. These buildings feature a concrete frame on the lower stories but a steel one on top. Reinforced Concrete (RC) column connected to steel column in story that called transition story. The sudden change of stiffness in the transition story in these structures and the mass irregularity prompted research attempts concerning the response modification factor and the analytical period of the structures. There isn’t much research on this issue. Due to below concrete column dimensions upper steel column dimension is limited. To accurately study the transfer of loads, the stiffness of the transition story column, and its failure and seismic behavior, this study investigates full-scale experimental a test specimen under axial and lateral cyclic load. Proposed connection in this study that called trough bolt lap connection had good behavior in seismic load up to 4% drift ratio. No sign of failure and stiffness reduction observed in test results. Analytical finite element study is done for verification and parametric study in transition story column in variable axial load and longitudinal bars ratio to grass section of concrete. Studies have shown no failure in the column connection. Column had force-control behavior in lateral loads.
Keywords: Vertically mixed structures, Column Connection, Transition Story, experimental study, Finite Element -
در میان سیستم های باربر جانبی فولادی، پانل های برشی فولادی از دیرباز به عنوان سیستم هایی با قابلیت استهلاک انرژی بالا در قاب های دارای مهاربند واگرا و دیوارهای برشی فولادی مورد استفاده قرار می گیرند. هدف از طراحی قاب های با مهاربندی واگرا تسلیم تیر پیوند و حفظ اعضای مجاور در محدوده ارتجاعی می باشد. ایده استفاده از قاب های مقاوم برشی فولادی همراه با تیرهای غیرمنشوری به عنوان جایگزین قاب های خمشی فولادی و قاب های داری مهاربند واگرا با هدف کاهش دوران تیر پیوند، حذف محدودیت های معماری، حذف محدودیت های نسبت طول دهانه به ارتفاع تیرها در قاب های خمشی با دهانه های کوتاه و قابلیت استهلاک انرژی بالا ارایه می گردد. این سیستم از دو ستون پیرامونی قوی که توسط دو تیر غیر منشوری (ماهیچ ه ای) به تیر پیوند با مقطع ضعیف تر در قسمت میانی وصل می شوند، تشکیل شده است. در این مقاله عملکرد قاب های برشی 1 طبقه با نسبت های طولی مختلف تیر پیوند (0.5 تا) که رفتار همگی کنترل شونده توسط برش می باشند، تحت تحلیل پوش آور و چرخه ای به صورت اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در انتها قاب های 3، 5 و 7 طبقه نیز تحت تحلیل پوش آور قرار گرفته و مقادیر ضریب رفتار و ضریب اضافه مقاومت کلیه قاب ها محاسبه گردید. نتایج، رفتار مطلوب قاب های برشی از لحاظ زوال مقاومت در چرخه های هیسترزیس و همچنین ضریب رفتار بالا برابر 9.18 را نشان داد.
کلید واژگان: پانل برشی، قاب برشی، استهلاک انرژی، ضریب رفتار، تحلیل اجزا محدودNowadays, building structures encounter with challenges such as construction speed and cost, especially in high seismicity zones. To accomplish this, steel structures was developed to accelerate the construction process and other economic issues. According to high strength ductility and energy dissipation, steel structure systems have been used widely in active seismic regions. The idea of application of shear panels has been using from many years ago as systems with high energy dissipation capability in EBFs as link beams and steel shear walls. The purpose of the EBFs design is the yielding of link beam and remaining the adjacent member at elastic region. According to the available criteria in design codes, shear in beams is a force-controlled action that exceeding the specified value as nominal strength is not permissible and the capacity design theory should be considered. Increasing the web thickness is the main effective factor achieving the needed shear strength and leads to the enhancement of plastic flexural capacity. The result of this action is more seismic demands in other structural members to keep in desirable operational level. So the shear plastic hinges is introduced instead of flexural plastic hinges at both ends. At this case because of uniform shear yielding through the web, energy dissipation capability is much better than the flexural yielding which begins from the outer face of the beam located on flanges. The web panels of built-up sections restrained by top and bottom flanges and two-sided transverse stiffeners have the ability to carry further loading beyond the web buckling load. The small lateral web displacements produced by excessive loading are not substantial because of available components to supply more resistance. Using adequate stiff transverse to resist against the out-of-plane deformation resulted from post-buckling; tension field actions are developed in shear panels before reaching the maximum shear strength by forming a truss with tension diagonals and compression verticals fixed by stiffeners. The concept of shear resisting frames with non-prismatic beams were presented with the scope of reduction in link beam rotation, elimination of architectural limitations, restrictions on the ratio of span free length to beam total depth and high energy dissipation capacity. Shear yielding and out of plane deformations caused by tension action field mainly control the frame behavior and energy dissipation. The proposed system is made up two strong side columns connected to the link element with weaker section in the middle of the frame as shear fuse with non-prismatic beams. Tendency to use haunched beams makes it feasible to achieve any link length ratio especially less than 1.0. This paper presents the introducing, design and performance of 1-story-shear resisting frames with different link length ratios (ranges from 0.5 to 1.6 with 0.1 variations) and shear-controlled behavior. The goal is achieved by implementing pushover and cyclic analyses numerically with ABAQUS software. But at first a verification analysis is done to validate the modeling procedure and reach a good conformity between numerical and experimental results. The outputs are presented in the form of response modification factor, displacement ductility and overstrength factor for pushover analyses and hysteresis behavior, backbone curve, energy dissipation capability and overstrength factor for cyclic analysis. Also at the end, 3, 5 and 7-story-frames were studied through pushover analysis and values of response modification factor and overstrength factor of the total frames presented. The results indicate desirable behavior of 1-story-shear resisting frames from the point of stiffness and strength degradation with high values of response modification factor equal to 9.18.
Keywords: Shear panels, Shear Resisting Frame, Energy dissipation, Response modification factor, Finite element analysis -
در سال های اخیر تقویت سازه های بتن آرمه با استفاده از کامپوزیت های FRP مورد توجه زیادی قرار گرفته که در این میان تقویت دال-های دوطرفه به خصوص جهت افزایش مقاومت پانچ کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. مزایای دال های دوطرفه مخصوصا دال های تخت سبب کاربرد زیاد این نوع سازه شده است؛ ولی این سیستم ها با مشکلاتی نظیر خیز زیاد و برش پانچ مواجه هستند. در این تحقیق تقویت دال های تخت با استفاده از صفحات FRP برای تقویت ظرفیت برش پانچ مورد مطالعه قرار گرفت. برای این منظور ابتدا مدل اجزا محدود دال در نرم افزار ABAQUS توسعه داده شد و خصوصیات غیرخطی مصالح منظور گردید. پس از کالیبره کردن نرم-افزار، مطالعاتی پارامتریک روی اتصال دال به ستون انجام شد و تاثیر نسبت آرماتور دال، مقاومت فشاری بتن و وجود آرماتور در ناحیه فشاری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این بررسی نشان داد که مقدار آرماتور اتصال در تعیین مد شکست اتصال نقش اساسی بازی می-کند. همچنین با افزایش مقاومت فشاری بتن، ظرفیت باربری و تغییرمکان نهایی اتصال افزایش خواهد یافت. سپس دال های تخت بتن مسلح با الیاف پلیمری مقاوم سازی شد. تاثیر جنس الیاف، تعداد نوارها و تعداد لایه های FRP و همچنین دو نوع الگوی متفاوت مقاوم-سازی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این بررسی نشان داد که صفحات FRP در دال های تخت، علاوه بر افزایش ظرفیت برش پانچ، افزایش سختی نمونه و کاهش انرژی جذب شده را به همراه داشت.
کلید واژگان: مقاوم سازی، دال تخت، برش پانچ، الیاف پلیمری، تحلیل اجزا محدودMany flat slab -column frame structures have been built in many parts of the world، since the beginning of the century. The absence of beams makes the form work simple، increase the clear story height، and decreases total building height. However brittle punching failure is a problem that unnecessarily limits the widespread use of flat plates in active earthquake zones. Many slab -column connections in flat plate structures were damaged and failed in punching shear after the 1985 Mexico City earthquake، the 1989 Loma Prieta earthquake، and the 1994 Northridge earthquake. These shows that slab–column connections are prone to punching shear failure when lateral forces، due to earthquake loading، cause substantial unbalanced moments to be transferred from the slab to the column. Slabs with low or medium reinforcement ratios tend to fail in flexure rather than in punching shear. For slabs with reinforcement ratios of 1% and more، the mode of failure tends to be the punching shear type of failure. Fiber-Reinforced Polymers (FRPs) have gained increasing popularity in retrofit of reinforced concrete members in the last two decades. Using FRP materials to enhance slabs in flexure is very desirable from the application point of view due to the ease of handling and installing. FRP material، unlike steel، are not subject to either corrosion or rust in the long term. There is limited amount of research available on srengthening of slab connections. These studies include investigations where the slabs were strengthened using FRP laminates around a central stub column or bonded over the entire width of the slab. with regard to flexural strengthening، externally bonded FRP strips have been used for the strengthening of one way slabs as well as two way slabs. The determination of the structural behavior of FRP–strengthened concrete slabs requires extensive experimental and/or advanced numerical methods. as far as theoretical methods are concerned، Reitman and Yankelevsky have developed a nonlinear finite element grid analysis based on the yield line theory. Other researchers have employed finite element packages to investigate the structural behavior of strengthened slabs with FRP that a full bond between the concrete and the adjacent strengthening FRP materials was assumed. Recently، Binici and Bayrak reported the test results of a strengthening method using carbon fiber reinforced polymers (CFRPs) as shear reinforcement. Previous studies concentrated on enhancing shear capacity of slab-column connections for new construction. Stirrups، bent up bars and shear studs were used as shear reinforcement in previous studies. This study investigates the application of different methods of strengtheing of flat slabs. At first، slabs were model in ABAQUS in order to study the parameters that influences punching shear capacity. Analytical result indicate that increasing concrete compressive strength improves punching shear capacity. Based on this result، steel reinforcement ratios determines the mode of failure. Then، FEM models of slab were strengthend، and type of strengthening، type of FRP materials، number of strip and layer were investigated. The results show that using FRP strip increases punching shear capacity and reduces energy absorption.Keywords: Flat Slab, Punching Shear, Retrofit, Strengthening, ABAQUS
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.