دانلود پایان نامه ارشد رشته عمران مطالعه و بررسی بادبندهای کابلی در سازه های فولادی با فرمت ورد و قابل ویرایش تعداد صفحات 106
دانلود پایان نامه آماده
چکیده:
موضوع این پژوهش معرفی سیستم های کابلی، جهت مقاوم سازی ساختمانهای فولادی در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله می باشد. این سیستمها، شامل کابلهای پیش تنیده ای هستند که موجب افزایش سختی جانبی قابها می شوند.
سیستمهای کابلی در دو حالت، سیستم کابلی ضربدری و سیستم با کابل یکپارچه بررسی می شوند. طریقة استفاده از کابلها در سیستم کابلی ضربدری شبیه بادبندهای فلزی هستند، ولی در سیستم با کابل یکپارچه، کابلها از طبقات مختلف قابها با اتصالات لغزشی عبور می کنند و در طبقة آخر یا یکی از طبقات میانی مهار می شوند. در این حالت برآیند مولفه های نیروی کششی کابل در طبقات مجاور که بدلیل شکستگی امتداد آن ایجاد می شوند، باعث ایجاد مقاومت در برابر تغییرمکانهای جانبی قاب می گردند.
هدف اصلی این تحقیق نشان دادن کارآیی سیستم های کابلی در افزایش سختی جانبی سازه می باشد. برای
رسیدن به این هدف ابتدا دو قاب سه و شش طبقة بتنی در نرم افزار ABAQUSE تحلیل شده و سپس با اضافه کردن سیستم های کابلی به آنها و تحلیل مجدد، مقایسه ای مابین سیستمها از نظر سختی و مقاومت انجام شد. همچنین برای رسیدن به بالاترین حد عملکردی سیستمهای کابلی، ابتدا محدودة نیروی پیش تنیدگی کابلها و سپس فرم بهینة کابل در سیستم با کابل یکپارچه توسط ایجاد مدلهای مختلف پیدا شدند.نتایج حاصله نشان می دهند که کابلها علیرغم سطح مقطع کوچک، بدلیل دارا بودن مقاومت کششی بسیار بالا، موجب افزایش چشمگیر سختی جانبی قابها می شوند.
مقدمه
زلزله یکی از خطرناکترین پدیده های طبیعت است که با خود مرگ و ویرانی به همراه دارد و حاصل تلا ش های یک جامعه متمدن را به نیستی می کشاند. بدیهی است که ضایعات وتلفات ناشی از زلزله غالبا" بر اثر تخریب ساختمانها و ابنیه فنی حاصل می گردد. آشنایی و شناخت این پدیده و اثرهای آن و نیز تحقیق و مطالعه در ساخت و ساز صحیح، استفاده از سیستمهای جدید و به کار گرفتن اطلاعات و نتایج حاصل از زلزله های گذشته، می تواند در تقلیل اثرهای آن موثر باشد.همگام با پیشرفت علم مهندسی زلزله و تاکید بر امر مقاوم سازی سازه ها در مقابل نیروهای جانبی، استفاده از سیستمهای مناسب و با عملکرد مطمئن برای مقابله با این نیروها احساس می شود. امروزه تمامی محققین علم مهندسی سازه، سعی می کنند که با بهینه کردن سیستمهای مقاوم سازی موجود و یا ارائة سیستمهای جدید، گامی بسوی پیشبرد این هدف بردارند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه ........................................................................................................................................................ 1
فصل اول : پایه های نظری و پیشینة پژوهش
1-1 معرفی کابلها .....................................................................................................................................3
1-1-1 مقدمه .......................................................................................................................................... 3
1-1-2 انواع کابل ها ............................................................................................................................. 4
1-1-2-1 انواع کابلها از نظر جنس مفتول ........................................................................................... 4
1-1-2-1-1 مفتول فولادی بدون روکش یا غیر گالوانیزه ..................................................................... 4
1-1-2-1-2 مفتول فولادی گالوانیزه ..................................................................................................... 5
1-1-2-1-3 مفتول فولادی ضد زنگ .................................................................................................... 5
1-1-2-2 انواع کابلها از نظر تاب گسیختگی مفتول فولادی مصرفی ..................................................... 5
1-1-2-3 انواع کابلها از نظر هستة کابل ................................................................................................. 6
1-1-2-4 انواع کابلها از نظر نحوة تاب ................................................................................................. 6
1-1-2-4-1 کابلها با تاب معمولی ....................................................................................................... 6
1-1-2-4-2 کابلها با تاب لنگ ............................................................................................................ 7
1-1-2-5 انواع کابلها از نظر نحوة بافت ............................................................................................. 8
1-1-2-5-1 بافت سیل ....................................................................................................................... 8
1-1-2-5-2 بافت وارینگتن ............................................................................................................... 9
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-1-2-5-3 بافت فیلر ........................................................................................................................... 9
1-1-2-5-4 بافت استاندارد ................................................................................................................... 9
1-1-2-6 انواع کابلهای مورد استفاده در پلهای کابلی ......................................................................... 10
1-1-2-6-1 کابلهای میله موازی ......................................................................................................... 10
1-1-2-6-2 کابلهای سیم موازی ........................................................................................................ 10
1-1-2-6-3 کابلهای رشته ای ......................................................................................................... 11
1-1-2-6-4 کابلهای پرس شدة هسته دار .......................................................................................... 11
1-1-3 پیش شکل دادن کابلها ............................................................................................................ 13
1-1-4 روغن کاری کابلها .................................................................................................................. 14
1-1-5 اندازه گیری قطر کابلها ............................................................................................................ 14
1-1-6 نام گذاری کابلها بر طبق استاندارد BS انگلستان .................................................................... 15
1-1-7 اتصالات مربوط به کابلها .........................................................................................................15
1-1-7-1 حلقة انتهایی ...................................................................................................................... 16
1-1-7-1-1 پرس دو سر کابل با ایجاد حلقه و اتصال بست گلویی ................................................. 17
1-1-7-1-2 استفاده از بست های U شکل ....................................................................................... 17
1-1-7-1-3 ایجاد حلقه توسط دست یا گیس بافت کردن کابل ....................................................... 17
1-1-7-2 سوکت های باز و بسته ..................................................................................................... 18
1-1-8 خواص کابلها ........................................................................................................................ 20
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-1-9 مقاومت کابلها ........................................................................................................................ 21
1-1-10 پیش تنیدگی در کابلها .......................................................................................................... 23
1-1-11 محاسبة حداقل بار گسیختگی کابل ها با روابط تجربی ....................................................... 25
1-1-12 محاسبة وزن واحد طول کابلها ............................................................................................. 25
1-1-13 تعیین بار گسیختگی کابلها از طریق آزمایش ........................................................................29
1-1-13-1 طول نمونة آزمایش ......................................................................................................... 30
1-1-13-2 سرعت بارگذاری ............................................................................................................ 30
1-1-14 حد بار مجاز حلقه ها بر حسب نوع و نحوة استفاده، طبق استاندارد DIN 3088 ............... 30
1-1-15 اثرات رفتاری کابل .............................................................................................................. 35
1-1-16 اثرات حرارتی کابل ............................................................................................................. 36
1-1-17 سازه های کششی ................................................................................................................ 37
1-2 سیستمهای مقاوم جانبی ............................................................................................................. 38
1-2-1 مقدمه ..................................................................................................................................... 38
1-2-2 انواع سیستمهای مقاوم سازی ................................................................................................ 40
1-2-2-1 قاب خمشی ...................................................................................................................... 40
1-2-2-2 قابهای میان پر ................................................................................................................... 41
1-2-2-3 تاوه های تخت و قارچی .................................................................................................. 41
1-2-2-4 دیوار برشی بتنی ............................................................................................................... 42
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-2-2-5 سازه های قاب - دیوار ........................................................................................................ 43
1-2-2-6 قابهای محیطی ...................................................................................................................... 44
1-2-2-7 دیوار برشی فولادی .............................................................................................................. 45
1-2-2-8 مهاربندهای فلزی ................................................................................................................. 46
1-2-3 موضوع و هدف تحقیق ........................................................................................................... 48
1-2-4 پیشینة پژوهش .......................................................................................................................... 52
1-2-5 پیش فرضهای تحقیق ............................................................................................................... 54
فصل دوم : مواد و روشها
2-1 تحلیل کابلها ................................................................................................................................... 55
2-1-1 مقدمه ......................................................................................................................................... 55
2-1-2 رفتار غیر خطی کابل .................................................................................................................. 57
2-1-3 مقایسة تیر با کابل ...................................................................................................................... 60
2-1-4 انواع المان کابلی ........................................................................................................................ 62
2-1-4-1 المان کابل محوری ................................................................................................................ 62
2-1-4-2 المان کابل تحلیلی ................................................................................................................ 63
2-1-5 المان کابلی دو بعدی ................................................................................................................. 64
2-1-5-1 نظریة عمومی کابلها .............................................................................................................. 64
2-1-5-2 کابل تحت بار گستردة یکنواخت ......................................................................................... 66
فهرست مطالب
عنوان صفحه
2-1-5-3 نیروی کششی در کابلها تحت بار گستردة یکنواخت در امتداد افق ....................................... 68
2-1-5-4 طول کابل تحت بار گستردة یکنواخت در واحد طول .......................................................... 69
2-1-5-5 افزایش طول یا اتساع الاستیک کابل .................................................................................... 70
فصل سوم : نتایج و بحث
3-1 بهینه سازی تئوریک شکل بادبندهای کابلی .................................................................................... 72
3-2 مدلسازی با نرم افزار المان محدود ABAQUS .......................................................................... 77
3-2-1 مدلسازی یک قاب یک طبقه به صورت ضربدری : .................................................................... 77
3-2-1-2 پیش فرض ها و نحوه مدلسازی............................................................................................... 78
3-2-2 مدل سازی یک قاب سه طبقه به صورت ضربدری ..................................................................... 79
3-2-2-1 پیش فرض ها و نحوه مدلسازی ............................................................................................. 79
3-2-2-2 نتایج بدست آمده از این مدلسازی .......................................................................................... 80
3-2-3 مدلسازی یک قاب سه طبقه با حالتهای مختلف .......................................................................... 80
3-3 بهینه سازی فرم کابل در سیستم با کابل یکپارچه به صورت آزمون و خطا ...................................... 82
3-3-1 قاب سه طبقه ................................................................................................................................ 82
3-3-1-1 پوشش دو دهانه از قاب .......................................................................................................... 82
3-3-1-2 پوشش سه دهانه از قاب .......................................................................................................... 87
3-3-2 قاب شش طبقه ........................................................................................................................... 90
3-4 مقایسه سختی قاب خمشی و قاب خمشی مقاوم سازی شده با سیستم های قابلی ........................ 97
نتیجه گیری ............................................................................................................................................ 103
پیشنهادات ............................................................................................................................................. 104
منابع مورد استفاده ................................................................................................................................. 105
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
فصل اول : پایه های نظری و پیشینة پژوهش
1-1 مقادیر تاب گسیختگی مفتولهای فولادی .............................................................................................. 5
1-2 مقاطع و مشخصات کابلهای مصرفی در پلهای کابلی ........................................................................ 12
1- 3 انواع سوکتهای مورد استفاده در اتصالات کابلها ................................................................................ 19
1-4 حداقل بار گسیختگی کابل 19*6 استاندارد با هستة الیافی، مطابق با استاندارد DIN 3060 .............. 26
1-5 حداقل بار گسیختگی کابل 19*6 وارینگتون با هستة فولادی، مطابق با استاندارد DIN 3059 ........... 27
1-6 حداقل بار گسیختگی تعدادی از کابل ها مطابق با استاندارد BS 302 : Part 2 : 1987 .................... 28
1-7 مقادیر ضرایب تجربی K ، ، و ..................................................................................29
1-8 حداقل طول مورد نیاز کابل جهت آزمایش طبق استاندارد ISO 3108 ....................................................... 30
1-9 حد بار مجاز حلقه ها مطابق با استاندارد DIN 3088 ........................................................................ 31
1- 10حد بار مجاز حلقه ها مطابق با استاندارد DIN 3088 ..................................................................... 32
1-11 حد بار مجاز حلقه ها مطابق با استاندارد DIN 3088 ................................................................................... 33
1-12 حد بار مجاز حلقه ها مطابق با استاندارد DIN 3088 ................................................................................... 34
فصل سوم : نتایج و بحث
3-1 لیست مدلهای ممکن برای سیستم کابلی یکپارچه در قاب سه طبقه با پوشش دو دهانه ..................... 84
3-2 تغییر مکانهای جانبی نسبی در قاب سه طبقه در دو دهانه از قاب ............................................................. 84
3-3 مختصات نقاط اتصال کابل و طول کابل در طبقات مختلف برای مدلa2b3 ........................................ 87
3-4 لیست مدلهای ممکن برای سیستم کابلی یکپارچه در قاب سه طبقه با پوشش سه دهانه .................... 88
3-5 تغییرمکانهای جانبی نسبی در قاب سه طبقه در سه دهانه از قاب .............................................................. 88
3-6 مختصات نقاط اتصال کابل و طول کابل در طبقات مختلف برای مدلa2b3 ........................................ 89
3-7 تغییرمکانهای جانبی نسبی طبقات مختلف در قاب شش طبقه...................................................................... 91
3-8 مختصات نقاط اتصال کابل و طول کابل در طبقات مختلف برای مدل بهینه ........................................... 94
3-9 تغییرمکانهای جانبی نسبی طبقات در قاب سه طبقه و درصدهای کاهش مربوطه .................................. 97
3-10 تغییرمکانهای جانبی نسبی طبقات در قاب شش طبقه و درصدهای کاهش مربوطه ............................ 98
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
فصل اول : پایه های نظری و پیشینة پژوهش
1-1 کابل و اجزای تشکیل دهندة آن .......................................................................................................... 3
1-2کابلهای راست گرد و چپ گرد با تابهای معمولی و لنگ ..................................................................... 8
1-3 انواع بافتها در کابلها ............................................................................................................................. 9
1-4نحوة اندازه گیری قطر کابلها .............................................................................................................. 15
1-5 نام گذاری انواع طناب فولادی طبق استاندارد BS انگلستان ............................................................. 16
1-6 (الف) سه روش موجود جهت درست کردن حلقه (ب) اجرای صحیح بستهای U شکل ............... 18
1-7نمودار تنش - کرنش برای آرماتور ها و کابلها .................................................................................. 21
1-8 مقاومت کابل ها در برابر خستگی و فرسایش ................................................................................. 22
1-9 پارامترهای F ، L و ..................................................................................................................... 36
1-10 شمای کلی سیستم مهاربندی کابلی از نوع سیستم ضربدری .........................................................48
1-11 شمای کلی سیستم با کابل یکپارچه (الف) بصورت داخلی (ب) بصورت خارجی ..................... 50
1-12 استفاده از سیستم با کابل یکپارچه، با چندین جفت کابل در امتداد طولی ساختمان ..................... 51
1-13 ساختمان ساخته شده جهت مقاوم سازی با سیستم کابلی میرا در پروژة تحقیقاتی SPIDRE ...... 53
فصل دوم : مواد و روشها
2-1 چند ضلعی تعادل برای کابل آویزان از دو نقطة A و B ............................................................... 60
2-2 کابل آویزان از دو نقطة A و B، با بارهای متمرکز Pو 2P و منحنی بار - تغییرشکل مربوطه ..... 62
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
2-3 تیر سه مفصلی بعنوان مدل رفتارسازة کابلی ..................................................................................... 62
2-4 وزن W که توسط کابلی آویزان شده و بار جانبی P را تحمل می کند ............................................. 64
2-5 حصول نظریة عمومی کابل .............................................................................................................. 67
2-6 کابل تحت بار گستردة یکنواخت در امتداد افق ................................................................................ 68
2-7کابل تحت بار گسترده با وتر افقی .................................................................................................... 70
فصل سوم : نتایج و بحث
3-1 شکل کلی بادبندهای کابلی در حالت بهینه ...................................................................................... 72
3-2 یک قاب ساده مهار شده با بادبند .................................................................................................... 73
3-3 حالت کلی قاب بابادبند کابلیدر شکل بهینه...................................................................................... 73
3-4 شکل بهینه بادبندهای کابلی با استفاده از حداکثر مجموع سختی های طبقات ................................. 76
3-5 پیدا کردن شکل بهینه برای بادبند کابلی سه طبقه ............................................................................. 76
3-6 شکل دو سیستم بعد از بارگذاری برشی بر آنها ............................................................................... 77
3-7 مقایسه دو سیستم باهم...................................................................................................................... 78
3-8 مقایسه دوسیستم باهم تحت بارگذاری چرخه ای ........................................................................... 78
3-9 شکل دوسیستم بعد ازبارگذاری برشی بر آنها ................................................................................. 79
3-10 مقایسه دو سیستم با هم ................................................................................................................. 80
3-11 مدل سازی سه قاب در حالت های مختلف ................................................................................... 80
3-12 منحنی بار جابجایی سه قاب .......................................................................................................... 81
3-13 شکل تغییر یافته در اثر بارگذاری و توزیع تنشی در قاب ها .......................................................... 81
3-14 موقعیت استفاده از سیستم با کابل یکپارچه در دو دهانه از قاب سه طبقه....................................... 83
3-15 فرم بهینه کابل در مدل a2b3 ایجاد شده توسط نرم افزار ............................................................. 86
3-16 موقعیت استفاده از سیستم با کابل یکپارچه در سه دهانه از قاب سه طبقه........................................ 87
3-17 فرم بهینه کابل در مدل a2b3 ایجاد شده توسط نرم افزار ............................................................ 89
3-18 موقعیت استفاده از سیستم با کابل یکپارچه در قاب شش طبقه......................................................... 90
3-19 فرم بهینه کابل درمدل a8b16c16d13e8 ایجاد شده توسط نرم افزار ......................................... 93
3-20 تغییر مکان های جانبی نسبی برای قاب شش طبقه در دوحالت اولیه و بهینه............................................ 96
3-21 تغییر مکان های جانبی نسبی برای قاب سه طبقه در دوحالت اولیه و بهینه...................................... 96
3-22 نمودارهای تغییر مکان جانبی نسبی طبقات در قاب سه طبقه........................................................... 98
3-23 نمودارهای تغییر مکان جانبی نسبی طبقات در قاب شش طبقه......................................................... 99
3-24 سهم ستونهای طبقات قاب ازبرش طبقه در سیستم های مختلف برای قاب سه طبقه .................... 101
3-25 سهم ستونهای طبقات قاب ازبرش طبقه در سیستم های مختلف برای قاب شش طبقه ................ 102
پایان نامه ارشد رشته عمران مطالعه و بررسی بادبندهای کابلی در سازه های فولادی
