مدلسازی و تحلیل غیر خطی با استفاده از نرم افزار PERFORM-3D اثر حمیدرضا توکلی و مجید مرادی

پیشگفتار

امروزه با توجه به گسترش روز افزون روش های جدید طراحی همچون طراحی بر اساس عملکرد و همچنین روش های نوین بهسازی و مقاوم سازی در سازه ها، استفاده از نرم افزار قدرتمندی که توانایی بالایی در انجام تحلیل های غیر خطی دارد از اهمیت بالایی برخوردار است. نرم افزار Perform-3D که توسط شرکت CSI وابسته به دانشگاه برکلی کالیفرنیا منتشر شده است، توانایی بالایی در مدل سازی و تحلیل های غیر خطی دارد. این نرم افزار با توجه به المان های بسیاری که در اختیار کاربران قرار داده، توانسته است علاوه بر کاربرد عملی در بهسازی و مقاوم سازی سازه ها، به یکی از پرکاربرد ترین نرم افزار های کشور در حوزه ی پژوهش در رشته های سازه و زلزله قرار گیرد. قدرت مدلسازی و سرعت بالای آنالیز این نرم افزار باعث شده تا پژوهش های تحلیلی زیادی با استفاده از این نرم افزار صورت پذیرد. با توجه به کاربرد روز افزون این نرم افزار و همچنین نبود منبعی مناسب که بتواند به صورت گام به گام روند مدلسازی و تحلیل های غیر خطی را توضیح دهد، نویسندگان این کتاب را بر آن داشت تا بخشی از تجربیات چندین ساله ی خود را به صورت مختصر و با زبان ساده به رشته ی تحریر در آورند. در کتاب حاضر تلاش شده است تا به صورت گام به گام و جامع تمامی نکاتی که برای مدلسازی هرنوع سیستم سازه ای نیاز است توضیح داده شود.
تحلیل ها و واژه های پرکاربرد در مهندسی سازه و زلزله هر یک به صورت فصلی جدا مورد بررسی قرار گرفته و پس از آشنایی و توضیحات مربوطه روند انجام آن ها به صورت گام به گام توضیح داده شده است. در نگارش این کتاب سعی شده است تا با روشی منحصر به فرد در هر فصل مدلسازی یک سیستم نوین سازه ای به همراه یک روش تحلیل غیر خطی توضیح داده شود. در واقع هر فصل شامل دو قسمت می باشد:
قسمت اول : مدلسازی سیستم های نوین سازه ای با بیان نکات آیین نامه ای نشریه ی 360، جزئیات مدلسازی، ویژگی ها مزایا و معایب سیستم های نوین سازه ای.
قسمت دوم: معرفی تحلیل های مختلف غیر خطی و تعریف اصطلاحات و واژه های پرکاربرد در این تحلیل ها و سپس انجام این تحلیل ها بر روی سازه ی مدلسازی شده در قسمت الف.
در این کتاب روند مدلسازی سیستم های سازه ای چون قاب خمشی بتنی به همراه دیوار برشی، قاب خمشی فولادی به همراه مهاربند واگرا، قاب فولادی دارای مهاربند زانویی و کمانش ناپذیر، ساختمان های دارای جداساز لرزه ای، میراگر های ویسکوز و اصطکاکی و ... به صورت گام به گام و بیان نکات آیین نامه ای توضیح داده شده است. همچنین مهندسان و پژوهشگران می تواند روند انجام تحلیل های استاتیکی غیر خطی، دینامیکی غیر خطی افزایند، خرابی پیشرونده، مکانیسم، شاخص خسارت، شاخص تنومندی، منحنی های شکنندگی، ضریب رفتار، تغییر مکان هدف و.. را به صورت گام به گام فراگیرند.
تلاش نویسندگان این کتاب بر این بوده تا اندوخته های خود را به صورتی بی عیب و نقص ارائه کنند تا در زمینه های مختلف مهندسی و پژوهشی موثر باشد. در ادامه از تمامی دوستان و استاتیدی که ما را در نگارش این کتاب یاری رساندند به خصوص جناب آقای مهندس سید میلاد هاشمی نژاد کمال تشکر و قدر دانی را می داریم. در خاتمه از تمامی اساتید، دانشجویان و مهندسان عزیزی که این کتاب را مطالعه می کنند درخواست می نماییم تا ما را از نظرات و پیشنهادات اصلاحی بهره مند سازند.

مجید مرادی افراپلی حمیدرضا توکلی
Tavakoli@nit.ac.ir
Majid_moradi68@yahoo.com

فهرست مطالب

فصل 1 تحلیل استاتیکی غیرخطی سازه‌ی بتنی دارای دیوار برشی 1
1.1 مقدمه 2
1.2 مشخصات مدل 2
1.3 ایجاد فایل اولیه برای مدل 4
1.4 ایجاد گره‌ها 6
1.5 سازماندهی گره ها 9
1.6 اختصاص نواحی تکیه گاهی به گره ها 9
1.7 ایجاد دیافراگم صلب در طبقات 10
1.8 اختصاص جرم طبقات 12
1.9 رسم المان های سازه ای 14
1.10 تعریف مقاطع المان های سازه ای 18
1.11 اختصاص مقاطع به المان ها 53
1.12 تعریف معیار های پذیرش دیوار برشی 55
1.13 اختصاص محورهای محلی به المان ها 60
1.14 بارگذاری ثقلی 62
1.15 معرفی تغییر مکان نسبی طبقات 66
1.16 تعریف مقاطع سازه ای 67
1.17 تعریف حالت های حدی 68
1.18 تعریف حالت حدی جابجایی نسبی 72
1.19 تعریف حالت های بارگذاری 73
1.20 تنظیم و اجرای تحلیل 77
1.21 خروجی ها و بررسی نتایج حاصل از تحلیل 79

فصل 2 تغییر مکان هدف و ضریب رفتار 85
2.1 آشنایی با تغییر مکان هدف 86
2.2 روش محاسبه ی تغییر مکان هدف ( روش ضرایب نشریه‌ی 360 و FEMA-356) 88
2.3 روش محاسبه جابجایی تقاضا ( روش آیین نامه ی ATC-40) 90
2.4 ضریب رفتار 91
2.5 کاربرد ضریب رفتار 92
2.6 محاسبه ی ضریب رفتار 93
2.7 محاسبه‌ی تغییر مکان هدف با استفاده از نرم افزار Perform-3D 95
2.8 محاسبه ی تغییر مکان هدف به صورت مستقیم (بر اساس فرمول نشریه ی 360) 103
2.9 محاسبه ی جابجایی تقاضا با استفاده از روش طیف ظرفیت 105
2.10 محاسبه ی ضریب رفتار سازه 111

فصل 3 تحلیل دینامیکی افزاینده‌ی قاب فولادی دارای مهاربند واگرا 115
3.1 مشخصات سازه ای قاب فولادی 116
3.2 صفحه ی ایجاد مدل 118
3.3 ایجاد گره ها 118
3.4 اختصاص خواص گره ای 119
3.5 ترسیم المان های سازه ای 121
3.6 تعریف مقاطع المان تیر 123
3.7 تعریف مقاطع المان ستون 137
3.8 تعریف مقاطع المان مهاربند 145
3.9 اختصاص مقاطع به المان های سازه ای 152
3.10 اختصاص محور های محلی به المان های سازه ای 154
3.11 اختصاص بار گسترده به المان های تیر 154
3.12 معرفی تغییر مکان نسبی طبقات 156
3.13 تعریف نواحی حدی برای المان ها 156
3.14 مقطع سازه ای 161
3.15 تعریف حالت بارگذاری ثقلی 162
3.16 تعریف حالت بارگذاری دینامیکی 162
3.17 تنظیم و اجرای تحلیل 165

فصل 4 بررسی وقوع مکانیزم در قاب فولادی دارای مهاربند زانویی 171
4.1 آشنایی با مهاربند زانویی 172
4.2 مشخصات مدل 174
4.3 مدلسازی 174
4.4 تعریف مقاطع و المان ستون 178
4.5 تعریف مقاطع و المان تیر و زانویی 182
4.6 تعریف مقطع مهاربند 186
4.7 رسم المان ها و اختصاص محور های محلی 187
4.8 اختصاص مقاطع به المان ها 187
4.9 انجام فرایند های تکمیلی در مدلسازی 188
4.10 ایجاد حالت بارگذاری و تنظیم پارامتر های تحلیل 189
4.11 بررسی نتایج 190

فصل 5 بارگذاری سیکلیک در قاب‌های دارای مهاربند کمانش‌ناپذیر 195
5.1 آشنایی با مهاربند کمانش ناپذیر (BRB) 196
5.2 مزایا و معایب مهاربند کمانش ناپذیر 199
5.3 مدلسازی اولیه 199
5.4 معرفی مقطع مورد استفاده برای مهاربند کمانش ناپذیر 200
5.5 مدلسازی مهاربند کمانش ناپذیر 201
5.6 مدلسازی قسمت الاستیک مهاربند کمانش ناپذیر 213
5.7 ترکیب خواص الاستیک و پلاستیک مهاربند کمانش ناپذیر 213
5.8 رسم مهاربند و اختصاص مقطع به آن 215
5.9 تعریف بار دوره ای (cyclic) 217

فصل 6 آنالیز شکنندگی در سازه‌های دارای جداساز لرزه‌ای 221
6.1 مقدمه ای بر جداساز لرزه ای 222
6.2 طراحی جداساز لرزه ای لاستیکی با هسته ی سربی 229
6.3 طراحی و مدلسازی جداساز لرزه ای لاستیکی با هسته ی سربی 233
6.4 مدلسازی جداساز لرزه ای در نرم افزار Perform-3D 243
6.5 مباني تهيه منحني هاي شكنندگی 253
6.6 روشهاي مختلف توليد منحني هاي شكست 255
6.7 مراحل تولید منحنی شکنندگی به روش تحلیل دینامیکی غیرخطی 257
6.8 تئوري احتمال منحني شكنندگي 257
6.9 توليد منحني شكنندگي 260
6.10 انجام آنالیز شکنندگی در سازه ی مدلسازی شده 260

فصل 7 آنالیز خسارت در سازه‌های دارای میراگر ویسکوز 271
7.1 مقدمه ای بر میراگر ویسکوز 272
7.2 نحوه ی مدلسازی میراگر ویسکوز در نرم افزار Perform-3D 280
7.3 آنالیز خسارت 281
7.4 معرفی برخی از شاخص های خسارت 282
7.5 معرفی مدل 285
7.6 انتقال اعضا به گروه286
7.7 مدلسازی میراگر ویسکوز 288
7.8 انجام آنالیز خسارت در سازه 300

فصل 8 آنالیز خرابی پیشرونده در سازه‌های دارای میراگر اصطکاکی 307
8.1 میراگر اصطکاکی 308
8.2 شاخص‌های عملکرد میراگر 310
8.3 نحوه ی طراحی میراگر اصطکاکی 311
8.4 بار بهینه لغزش 311
8.5 تعیین محدوده بار لغزش 313
8.6 طراحی و مدلسازی نرم افزاری میراگر اصطکاکی پال 313
8.7 خرابی پیشرونده 329
8.8 تحلیل استاتیکی غیر خطی پوش دان 331
8.9 شاخص استواری 335
8.10 محاسبه ی شاخص استواری بر اساس روش سختی در سازه ی مدل سازی شده 338

فصل 9 مثال‌های کاربردی از مدل‌سازی المان‌های پرکاربرد 337
9.1 مدلسازی المان ها با استفاده از مفصل فایبر 338
9.2 مدلسازی چشمه ی اتصال 346
9.3 مدلسازی اتصال مفصلی 354
9.4 مدلسازی تیر با اتصال مقطع کاهش یافته (RBS) 360

منابع و مراجع 373