عناوین پایان نامه‌های دکترا
رشته مهندسی عمران – مهندسی زلزله (گرایش سازه)
دوره هفتم سال تحصیلی ۱۳۸۴-۱۳۸۳

محمد رضا منصوری
کنترل پیچش محتمل سازه ها ی نامتقارن با استفاده از توزیع میراگر ویسکوز

 

بررسی رفتار سازه ها در زمین لرزه های گذشته نشان می دهد که پیچش حاصل از نامتقارنی یکی از دلایل آسیب پذیریهای شدید بوده است. بررسیهای فراوانی که بر روی رفتار اینگونه سازه ها در حوزه الاستیک و غیرالاستیک و همچنین روشهای کنترل پیچش از طریق توزیع مناسب سختی و مقاومت اعضای باربر جانبی صورت گرفته، نشان داده اند که با تمهیدات طراحی نمی توان به طور همزمان اثر پیچش را روی چند پارامتر پاسخ خطی و غیرخطی کاهش داد. با توجه به مزیتهای روشهای نوین طراحی لرزه ای که در آنها از تجهیزات الحاقی استهلاک انرژی نظیر میراگرها به منظور کنترل پاسخها در زلزله استفاده می شود، ایده استفاده از توزیع مناسب این تجهیزات برای کاهش اثرات نامتقارنی با توجه به مزایای آن در رفع محدودیتهای توزیع سختی و مقاومت المانهای باربر جانبی و همچنین مقاوم سازی سازه های موجود، مطرح شده است. در این میان استفاده از میراگرهای ویسکوز با توجه به سادگی و مزیتهای رفتاری به عنوان یکی از روشهای مناسب مدنظر بوده اند. در این رساله سعی شده تا توزیعهای مناسب میراگرهای ویسکوز به منظور کاهش اثرات منفی پیچش بر روی عناصر سازه ای و تجهیزات غیر سازه ای ارائه گردد و امکان کاهش همزمان چند پاسخ که بر رفتار آنها حاکم هستند بررسی گردد. بدین منظور در حالت الاستیک اثرات توزیع پلانی میراگر ویسکوز بر مشخصات دینامیکی مدلهای یک طبقه و اثرات توزیع ارتفاعی این تجهیزات در سازه های چندطبقه مورد بررسی قرار گرفته که نشان دهنده تاثیر زیاد چیدمان میراگر بر برخی پارامترهای دینامیکی نظیر درصد میرایی مودهای سازه می باشد. همچنین مطالعات تحلیلی غیرخطی بااستفاده از شتابنگاشتهای مختلف بر روی مدلهای یک طبقه و چند طبقه با توزیعهای مختلف سختی، مقاومت و میراگر در پلان و ارتفاع صورت گرفته است. تغییرات پارامترهای مختلف نظیر نرمی و سختی پیچشی سازه ها، مقادیر مختلف ضریب میرایی میراگرها، خروج از مرکزیت سختی و جرمی و خروج از مرکزیت دو طرفه با زمین لرزه های دو مولفه ای نیز بررسی و اثرات آنها بر نتایج ذکر شده است. بر اساس نتایج بدست آمده با توزیع میراگر می توان اثرات پیچش را بر پاسخهای مهم سازه ای در بسیاری از حالات کاهش داد ضمن اینکه با تغییر برخی از پارامترهای ذکر شده در سازه یا سیستم میراگر امکان کنترل بهینه یک پاسخ یا کنترل همزمان چند پاسخ فراهم می شود که نتایج آن به تفصیل ذکر شده اند. به منظور اعتبارسنجی مطالعات تحلیلی و بررسی عملی رفتار میراگرهای ویسکوز مطالعه آزمایشگاهی بر روی مدل یک طبقه با مقیاس ۱/۶ با چیدمانهای متفاوت دو میراگر، بر روی میز لرزان انجام شده و نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی برای پاسخهای موثر بر رفتار پیچشی با هم مقایسه شده اند که تطبیق قابل قبولی را نشان داده اند. در نهایت توزیعهای مناسب میراگر ویسکوز در پلان و ارتفاع ساختمان به منظور کنترل اثرات پیچش بر روی پاسخهای حاکم بر رفتار عناصر مختلف برای سازه های با مشخصات سختی و مقاومت متفاوت تعیین شده است.

 

 

عرفان علوی
مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی دیوارهای برشی فولادی تقویت شده قطری

 

مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی معدودی که تاکنون بر روی دیوارهای برشی فولادی تقویت شده صورت گرفته نشان می دهند که تقویت یک دیوار برشی فولادی بوسیله سخت کننده های متداول افقی و قائم مناسب، بهبود رفتار غیر خطی آن را سبب می گردد .در حالیکه ، استفاده از این سخت کننده ها که عمدتا” برای جلوگیری از کمانش برشی الاستیک ورق پر کننده بکارمی روند هزینه بر و وقت گیر می باشد. از اینرو، در این تحقیق مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی دیوارهای برشی فولادی و تقویت آنها با سخت کننده های قطری مد نظر قرار گرفته تا علاوه بر صرفه جوئی در مراحل اجرا ، بتوان از مزایای سیستم تقویت شده به صورت بهینه ای بهره برد. بدین منظور انجام مطالعات تحلیلی، آزمایشگاهی و نظری بر روی این سیستم جدید برنامه ریزی گردید.

از روش اجزاء محدود و آنالیز غیرخطی با لحاظ اثرات تغییر شکلهای هندسی غیرخطی، کمانشی و پس کمانشی ورقهای نازک فولادی جهت مدل سازی و بررسی رفتار غیر خطی دیوارهای برشی فولادی در انجام تحلیلهای عددی بهره گرفته شده است. میزان دقت نتایج تحلیلی با نتایج آزمایشگاهی معتبر موجود در ادبیات علمی سنجیده شده و از آن ، اطمینان حاصل شده است. مطالعات آزمایشگاهی بر روی ۶ نمونه دیوار برشی فولادی با مقیاس۱:۲ شامل ۲ دیوار تقویت نشده و ۴ دیوار تقویت شده قطری به انجام رسیده که در یکی از نمونه ها از قاب پیرامونی با اتصالات مفصل فیزیکی متداول استفاده شده و در نمونه ای دیگر از ترکیب یک بازشوی استراتژیک با سخت کننده های قطری بر اساس نتایج حاصل شده طی تحقیق، استفاده گردیده و رفتار های غیرخطی هیسترتیک آنها مورد بررسی قرار گرفته اند. لازم به ذکر است، قبل از اقدام به ساخت و انجام آزمایشات، ابتدا مدلهای عددی از نمونه ها با استفاده از نرم افزارANSYS ایجاد می شد و به طور تحلیلی مورد مطالعه قرار می گرفت، و از این نتایج در طراحی set-up آزمایش و پیش بینی رفتار نمونه آزمایشگاهی کمک گرفته می شد.

از مطالعات نظری و بر مبنای نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی، روابط تئوریک حاکم بر دیوار تقویت شده قطری به منظور برآورد ظرفیت مقاومت برشی و طراحی سخت کننده های قطری توسعه داده شده و نتیجه گردیده اند. همچنین، به نقش صلبیت اتصالات تیر به ستون و سختی و مقاومت المانهای مرزی در رفتار غیرخطی و مقاومت برشی دیوارهای فولادی پرداخته شده و روابطی نیز جهت ﺗﺄمین مقاومت برشی اعضای مرزی و تخمین مقاومت برشی کل دیوارهای برشی فولادی با اعضای مرزی ضعیف تا قوی پیشنهاد شده اند. بعلاوه ، نتایج نشان می دهند که استفاده از قابهای خمشی محیطی با اتصالات صلب تیر به ستون نسبت به قابهای ساده ساختمانی در سیستم دیوارهای برشی فولادی، موجب بهبود رفتار غیر خطی دیوار، جذب انرژی بیشتر، و افزایش مقاومت برشی سیستم می گردند. انرژیهای جذب شده، ضرایب شکل پذیری، ضرایب رفتار و تشدید جابه جایی نسبی سازه ها نیز برای نمونه های مختلف محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده اند.

نتایج دلالت دارند بر اینکه سخت کننده های قطری باعث افزایش قابل ملاحظه مقاومت برشی حد کمانش الاستیک ورق فولادی ( بزرگتر یا مساوی ۳ برابر) و ظرفیت برشی نهایی سیستم ، بسته به ابعاد سخت کننده ها، نسبت به حالت تقویت نشده گردیده و رفتار هیسترتیک دیوار را بهبود بخشیده اند. همچنین، سیستم تقویت شده قطری با سوراخ استراﺗﮋیک رفتار هیسترتیک مناسبی تحت بارگذاری چرخه ای داشته و بیشترین دوام و جذب انرژی را نسبت به نمونه های تقویت نشده و تقویت شده معادل خود داشته است. در بین نمونه های تقویت شده قطری، نمونه های تقویت شده قطری به همراه گوشه بهترین رفتار غیر خطی را ازخود نشان داده اند و بیشترین جذب انرژی را در زمانهای متناظر داشته اند. تقویت کننده های قطری به ویژه در ترکیب با سخت کننده های گوشه موجب دوکی شکل شدن منحنی های هیسترزیس و کاهش پدیده باریک شوندگی در آنها نسبت به دیوارهای سخت نشده شده اند. مقایسه رفتار ستونهای با اتصالات گیردار و مفصل ساده و مشاهده وقوع برخی مودهای خرابی در لحظات نهایی در پای ستونهای با اتصال ساده نشان می دهد که در قابهای ساده ساختمانی نیاز است تا پای ستونها با شرایط اتصال گیردار در سیستمهای مقاوم لرزه ای همانند دیوارهای برشی یا حتی بادبندیها طراحی و اجرا گردند؛ و اتصال ساده جان ستون به کف ستون به تنهایی ممکن است مقاومت کافی در مقابله با نیروهای وارده را نداشته باشد.

بررسی ضرایب رفتار حاصله نشان می دهد که ضریب رفتار دیوارهای تقویت شده قطری از دیوار های برشی تقویت نشده بیشتر است، و ضریب رفتار حالت حدی دیوارهای برشی فولادی تقویت شده قطری در قابهای ویژه ساختمانی حدود ۹ می باشد. همچنین ، برای دیوارهای برشی فولادی تقویت شده قطری در قاب ساده ساختمانی عدد ۸ ، و برای دیوارهای برشی فولادی تقویت نشده در قاب ویژه ساختمانی نیز عدد ۸ نتیجه شده است. مقایسه ضرایب شکل پذیری دیوارهای برشی فولادی تقویت شده قطری و تقویت نشده نشان میدهد که این سیستم دارای ضرایب شکل پذیری بزرگتری می باشد. برمبنای نتایج ، مدلهای رفتار لرزه ای بار- جابه جایی جانبی دیوارهای برشی فولادی تقویت نشده و تقویت شده قطری به همراه روابط نظری مربوطه جهت محاسبه سختی جانبی اجزاء دیوار و سیستم پیشنهاد شده اند؛ و بر آن اساس، پارامترهای مدل سازی رفتار غیرخطی اجزاء فولادی به روش دستورالعمل بهسازی لرزه ای، FEMA 356 ، برای دیوارهای برشی فولادی تقویت نشده و تقویت شده قطری توسعه داده شده اند.

همچنین، در فصل هفتم علاوه بر اراﺋﻪ خلاصه اهم نتایج حاصل شده و مشاهدات، برخی حوزه های تحقیق به منظور توسعه مطالعات بر روی دیوارهای برشی فولادی تقویت نشده و تقویت شده قطری معرفی شده اند.

 

امیرحسین خلوتی
بررسی آزمایشگاهی و عددی مقره‌های اتکایی ولتاژ پایین و استفاده از آنها در راستای پیشنهاد توابع شکنندگی لرزه‌ای

 

شبکه برق بعنوان یکی از مهم‌ترین شریان‌های حیاتی نقش اساسی در وضعیت اقتصادی، اجتماعی و حتی روابط سیاسی یک کشور ایفا می‌کند بطوریکه اگر بنا به عللی در این شبکه و روند تولید انرژی آن خللی ایجاد گردد صدمات جبران ناپذیری به بار خواهد آمد. در میان مؤلفه های مختلف شبکه برق از قبیل نیروگاه‌ها ، پست‌ها و خطوط ، پست های فشار قوی انتقال با سطح ولتاژ بالاتر از اهمیت بسزایی برخوردارند و نقش حیاتی را در شبکه ایفا می‌کنند، لذا با در نظر گرفتن عوامل و علل متعددی ازجمله آسیب پذیری بالا و خسارات سنگین مستقیم و غیرمستقیم اقتصادی ناشی از آسیب پست‌هاکه تجربیات زلزله‌های گذشته مؤید آن است پست های انتقال بعنوان سامانه موردنظر در این مطالعه انتخاب شده‌اند.
در پستهای فشار قوی تجهیزات متعددی به کار میروند که انجام مطالعات آزمایشگاهی برروی تمام آنها از محدوده زمانی و امکانات این مطالعه خارج بود لذا در این مطالعه مقره های اتکایی با سطوح ولتاژ ۶۳ و ۱۳۲ کیلوولت انتخاب شدند.مقره های اتکایی به عنوان پایه یا تکیه گاه عایق برای خطوط با ولتاژ بالا به کار میروند تا ارتفاع لازم از زمین و یا فاصله مورد نیاز از سایر تجهیزات تأمین شوند.
به منظور حذف اثرات ناشی از اندرکنش تجهیزات مجاور و انطباق نتایج آزمایش با واقعیت فرض شده است که هادی‌های متصل به راس تجهیز از نوع انعطاف پذیر با وزن ناچیز میباشند که در اکثرموارد نیز چنین میباشد.
هدف اصلی در این مطالعه رسم منحنی شکنندگی برای مقره¬های اتکایی به روش محاسباتی میباشد.روش کار بدین صورت است که پس از انتخاب تجهیزات، ابتدا با انجام آزمایشهای میزلرزان با دو دسته ورودی جاروی فرکانسی سینوسی و شتابنگاشتهای زلزله ویژگیهای دینامیکی آنهارادر دو حالت تنها و نصب شده برروی پایه نگاه دارنده بدست آورده و از آن برای تایید مدل تحلیلی استفاده شده است.پس از راستی آزمایی مدل، تحلیل‌های متعدد دینامیکی انجام گرفته و منحنی‌های شکنندگی برای مد اصلی خرابی مقره‌های اتکایی رسم شده اند. نتایج نشان می¬دهد مقره های اتکایی انتخاب شده در سطوح پایین تا متوسط شتاب اوج زمین آسیب‌پذیری بسیارکمی دارند و در صورتی که درمحدوده رزنانس یا تشدید قراربگیرند آسیبهای جدی در آنها ایجاد می¬شود.