عنوان صفحه فصل اول1نگاهی کلی به روش های آنالیز غیر خطی و مروری بر تحقیقات انجام شده21-1-پیشگفتار21-2-نگاه کلی به روشهای تحلیل غیر خطی سازه ها41-2-1: مدل سازی61-2-2:مشخصات زمین لرزه81-2-3: گزینه های تحلیل غیر الاستیک81-2-3-1: تحلیل دینامیکی غیر خطی91-2-3-2: تحلیل دینامیکی مدل ساده شده به چند درجه آزادی معادل (MDOF)101-2-3-3:تحلیل دینامیکی با مدل ساده شده به یک درجه آزادی معادل (SDOF)101-2-3-4:تحلیل استاتیکی غیرخطی معادل(ENSP)111-2-4: تاریخچه روش های استاتیکی غیر خطی و دینامیکی افزاینده121-2-4-1:تحقیقات انجام شده بر روی روش مودال131-2-4-2: تحقیقات انجام شده بر روی روش جا بجایی- محور181-2-4-3:تحقیقات انجام شده بر روی روش آنالیز دینامیکی افزاینده231-2-4-4:تحقیقات انجام شده بر روی آنالیز ظرفیت341-2-4-5: روش طیف ظرفیت (Capacity Spectrum Method)391-2-4-6: روش ضرايب401-2-4-7: روش N2401-2-4-8: شکل توزیع بار جانبی در ارتفاع ساختمان411-2-5: بررسي کلی آيين نامه هاي مختلف441-2-5-1:آيين نامه FEMA356[10]441-2-5-2: آيين نامهEurocode 8 [12]451-2-5-3: آيين نامهATC 40 [4]451-2-5-4: آيين نامهBSL 2000 [29]451-3: بيان مسأله و هدف تحقيق461-4: روند دستيابي به هدف تحقيق471- 5 : خلاصه فصل49فصل دوم51تحليل استاتيكي غيرخطي معادل ودینامیکی افزاینده522-1: پیشگفتار522-2: شرح روش تحليل استاتيكي غيرخطي معادل532-3: روش ترکیب مودها و مبانی تئوری مسئله[15]572-3-1: مبانی تئوری مسئله572-3-2: خلاصه روش تحلیل ترکیب مودها582-4:روش بارافزون بر اساس جا بجایی602-4-1:خلاصه روش جابجایی-محور612-6: IDAو آنالیز استاتیکی غیرخطی692-7:روش انجام آنالیز های ظرفیت712-8 : خلاصه فصل76فصل سوم77مشخصات قاب های انتخاب شده براي تحليلهای غيرخطي783-1: پیشگفتار783-2: رفتار قابهای خمشی783-3: مفصل پلاستیک در قاب های خمشی803-4: معرفی قابها813-4-1: سیستمهای باربر813-4-2: مشخصات فیزیکی و مکانیکی مصالح813-5: بارگذاری823-6:معرفی قاب ها834-6-1: ابعاد قاب ها و درصد آرماتور استفاده شده در آن ها833-7:معرفي زمین لرزه های انتخاب شده، مقیاس کردن آنها و طیف فرکانس شتابنگاشتها843-7-1: تاريخچه زماني شتاب و شتابنگاشتها843-8: نرم افزار مناسب جهت تحلیل غیر خطیِ قاب های بتن آرمه833-8-1:آشناييبا نرم افزار OpenSees :833-8-2 :امكاناتنرمافزار OpenSees:84المان تیر ستون غیر خطی (Nonlinear Beam Column)86المان تیر با مفصل (Beam With Hinges Element)86مقطع Fiber (Fiber Section)863-9 : خلاصه فصل87فصل چهارم88ارائه نتایج حاصل از آنالیز های مودال و جابجایی-محور و مقایسه با نتایج انالیز دینامیکی افزاینده894-1: پيشگفتار894-2: روند انجام تحليلها و بدست آوردن نتایج894-2-1: طریقه محاسبه جابجایی هدف در روش ترکیب مودها904-3: بررسي نتايج جابجايي بام934-3-1: ضریب همبستگی نتایج964-3-2: تعریف خطاها984-4:بررسی نتایج نسبت جابجایی نسبی حداکثر1004-5:بررسی نتایج برش پایه:1054-6 : محل تشکیل مفصل های پلاستیک1104-7 : شاخص آسیب قاب1134-8 : خلاصه فصل119فصل پنجم121نوآوری تحقیق،خلاصه و نتیجه گیری1225-1: پیشگفتار1225-2 : نوآوری تحقیق1225-3: خلاصه مطالب1235-4 : نتیجه گیری128فهرست منابع و مآخذ131 فهرست جدولهاعنوان صفحه جدول 1-1:خطای نمودار های ظرفیت حاصل از روش های مختلف استاتیکی در مقایسه با روش دینامیکی افزاینده................ 32جدول 3-1: مشخصات فیزیکی مصالح در مدل ها........ 75جدول 3-2: بارگذاری ثقلی........................ 76جدول 3-3:قاب های شماره 1 تا 10................. 78جدول 3-4:قاب های شماره 11 تا 20................. 78جدول 3-5:قاب های شماره 21 تا 30................. 78جدول 3-6: مشخصات زمین لرزههای مورد استفاده در این پژوهش 80جدول 4-1: محاسبه بار جانبی با استفاده از سه مود اول و جرم طبقات در مدل ........................................ 91جدول 4-2: مقادير تغییر مکان هدف برای 3 مود اولبا روش ترکیب مودها برای مدل 0 برای زمین لرزه1..................... 92جدول 4-3: تغییر مکان هدف با مشارکت 3 مود اول روش ترکیب مودها، SRSS تغییر مکانها برای زمین لرزه 1 در مدل....... 92جدول 4-4:خلاصه نتایج آنالیز های مودال و جابجایی محور در پاسخ جابجایی بام.................................... 100جدول 4-5:خلاصه نتایج ضریب همبستگی و میانه مقادیر خطا در آنالیز مودال وجابجایی- محور.................................. 104جدول 4-6:خلاصه نتایج ضریب همبستگی و میانه مقادیر خطا در آنالیز مودال وجابجایی- محور.................................. 110جدول 4 -7 :نتایج شاخص آسیب در آنالیز دینامیکی افزاینده در قاب شماره 1........................................ 114جدول 4-8 : نتایج میانه شاخص آسیب در آنالیز مودال و جابجایی – محور در قاب شماره 1............................ 114جدول 4-9:خلاصه مقادیر ضریب همبستگی و میانه مقدار خطا در روش مودال و جابجایی- محور................................ 118جدول 4-10: خلاصه نتایج پاسخ ها در دو روش مودال و جابجایی – محور............................................... 120جدول 5-1: خلاصه نتایج پاسخ ها در دو روش مودال و جابجایی – محور129جدول 5-2 :مقایسه دو روش مودال و جابجایی – محور در تمامی پاسخ ها............................................... 129فهرست شکل هاعنوان صفحهشکل1-1: روش تحلیل غیر خطی برای تخمین نیروها وتغییر شکل های غیر الاستیک......................................... 5شکل 1-2: جزییات شماتیک از مدل غیر الاستیک سه بعدی سازه 6شکل1-3: انواع ساده سازی در مدل کردن سازه....... 7شکل1-4: رفتار نیرو-تغییر شکل به صورت ایده آل(a , b & c) 7شکل1-5:مؤلفه های موثر در ثبت زمین لرزه و روش نشان دادن زمین لرزه به صورت گرافیکی................................ 8شکل1-6: نمودار جریانی روند تحلیل دینامیکی غیر خطی. 9شکل 1-7: نمودار جریانی روش تحلیل دینامیکی مدل یک درجه آزادی. 10شکل 1-8: نمودار جریانی روش استاتیکی غیر خطی معادل(ENSP). 11شکل1-9: ساختمان استفاده شده در تحقيق Chopra...... 14شکل 1-10 : منحنيهاي ظرفيت با توزيعهاي بار FEMA-440 براي ساختمانشكل )1-9)....................................... 14شکل1-11: مقدار تغييرمكان طبقه حاصل از تحليلهاي MPA و تحليل استاتیکیغیر خطی بر اساس FEMA-440 ونتايج NL-THA......... 15شکل 1-12-الف وب: مقايسه خطای حاصل از MPA و تحليل استاتیکی غیر خطی بر اساس FEMA-440با NL-THA.................... 16شکل1-13: مقايسه خطای دوران مفصلهاي پلاستيك حاصل از MPA و استاتیکیغیر خطی بر اساس FEMA-440 با NL-THA.............. 16شکل 1-14 : محل تشكيل مفصلهاي پلاستيك در روش های مختلف درتحقيق Chopra..................................... 17شکل1-15:طیف خطی جا به جایی زلزله مورد نظر در تحقیق 19شکل1-16:نتایج حاصل از تحلیل های تحقیق.......... 20شکل 1-17:جابه جایی نسبی طبقات در جابه جایی کلی مختلف در تحقیق21شکل 1-18:پروفایل های برش طبقه در جابه جایی طبقه مختلف در تحقیق............................................... 22شکل 1-19:ساختمان بکار رفته در تحقیق............ 25شکل 1-20:نمودار ظرفیت سازه در آنالیز دینامیکی در تحقیق 25شکل 1-21:نمودار ظرفیت سازه زیر زلزله 11 در تحقیق26شکل 1-22:حالت های مختلف بوجود آمده در نمودار آنالیز دینامیکی افزاینده....................................... 29 عنوان صفحهشکل 1-23:نمودار های آنالیز دینامیکی افزاینده برای پاسخ حداکثر جابجایی نسبی برای هر طبقه...................... 31شکل 1-24:پاسخ سیستم یک درجه آزادی با سختی الستیک-کاملا پلاستیک در مراحل مختلف لرزش............................... 32شکل 1- 25:احیا سازه ای در یک نمودار آنالیز دینامیکی افزاینده ساختمانی با پریود 1.3 ثانیه..................... 33شکل 1-26:نمودار های ظرفیت حاصل از 50 طیف جابه جایی و میانگین آنهادر روش استاتیکی جا به جایی محور ............... 35شکل 1-27:مقادیر کم و زیاد ضرایب مقیاس،برش پایه و جابه جایی در طول زمان آنالیزدر تحقیق...................................... 36شکل 1-28:طیف های ظرفیت حاصل از روش آنالیز های مختلف و تابع فشردگی احتمالبرای پاسخ جابه جایی بام در روش دینامیکی و استاتیکی آماری37شکل 1-29:تعداد آنالیز های دینامیکی و استاتیکی که منجر به زوال شده اند در هر طبقه............................. 38شكل 1-30 : روش طيف ظرفيت و نمودارهاي ظرفيت و تقاضا نمونه39شكل1-31: منحني نمونه طيف تقاضا براي شكلپذيريهاي ثابت در روشN2................................................ 41شكل1-32: شكلهاي توزيع بار جانبي در تحليل بار فزآینده44شکل2-1: روش تحليل استاتيكي غيرخطي(شماتيك)...... 54شكل2-2: رفتار غيرخطي مورد استفاده در مفصلهاي پلاستيك.54شکل2-3: منحني ظرفيت( شماتیک)................... 55شکل2-4: مقايسه روشهاي كنترل نيرو و کنترل جابجايي56شکل2-5: پریود های طبیعی ارتعاش و سه مود اول ساختمان 9 طبقه 58شکل2-6: توزیع نیرو ، برای یک ساختمان 9 طبقه. 58شکل2-7: منحنی ظرفیت مودال، بارگذاری مطابق مود اول و دوم 59شکل2-8: ویژگی های سیستم یک درجه آزادی معادل مود nام از منحنی بار فزآینده........................................ 60شکل2-9:نمونه ای از یک نمودار IDA و هم چنین توزیع حداکثر دوران در هر طبقه........................................ 66شکل2-10:نمودار های کلی و خلاصه شده یک آنالیز دینامیکی افزاینده68شکل2-11:نمودار های آنالیز های افزاینده دینامیکی و استاتیکی 71شکل2-12:سیکل بار گذاری تست چرخه ای در fema461.... 73 عنوان صفحهشکل2-13:نمودار انحنای نهایی –نیروی محوری برای یک مقطع بتنی 45*45 باآرماتور طولی 4%.............................. 74شکل 3-1: رفتار قابهای خمشی در برابر بارهای جانبی79شکل 3-2: زمین لرزههای مورد استفاده در این پژوهش80شکل 3-3 : زمین لرزه مورد استفاده در این تحقیق و نحوه مقیاس کردن آن............................................. 82شکل 3-4 : زمین لرزه چهاردهم مورد استفاده در این تحقیق و روش مقیاس نمودن آن به شتاب واحد.................... 82شکل 4-1: مقایسه مقادیر جا به جایی بام در حالت زوال در آنالیز مودال و جا به جایی محور تحت زلزله های مختلف در قاب شماره 1 93شکل 4- 2: خلاصه نمودار های آنالیز دینامیکی افزاینده در پاسخ جابه جایی ظرفیت در قاب شماره 1...................... 94شکل 4-3: مقایسه مقادیر میانه ظرفیت جا به جایی بام تحت زلزله های مختلف در آنالیز مودال و جابه جایی-محور در تمام قاب ها 95شکل 4-4: مقایسه نتایج تمامی قاب ها در تمامی زلزله ها در پاسخ جابه جایی ظرفیت بین روش های مودال و دینامیکی افزاینده 96شکل 4-5: مقایسه نتایج جا به جایی بام در تمام قاب ها تحت تمام زلزله ها بین جابه جایی – محور و دینامیکی افزاینده 97شکل 4-6: مقایسه میزان خطای نسبی جابجایی بام در آنالیز مودال تحت تمام زلزله هابرای تمام قاب ها.............................. 99شکل 4-7:مقایسه میزان خطای جابجایی بام در آنالیز جابجایی محور تحت تمام زلزله ها برای تمام قاب ها................. 99شکل 4-8:مقایسه نتایج جابجایی نسبی حداکثر در قاب شماره 1 در تمام زلزله ها....................................... 100شکل 4-9:نتایج آنالیز دینامیکی افزاینده در قاب شماره 1 در تمام زلزله ها....................................... 101شکل 4-10: مقایسه نتایج جابجایی نسبی حداکثر در تمام قاب ها تحت تمام زلزله ها.................................. 102شکل 4-11 نتایج جابجایی نسبی حداکثر آنالیز مودال نسبت به دینامیکی افزانده در تمامی قابها تحت تمام زلزله ها....... 102شکل 4-12:نتایج جابجایی نسبی حداکثر آنالیز جابجایی – محور نسبت به دینامیکی افزانده در تمامی قاب ها تحت تمام زلزله ها 103شکل 4-13:مقایسه مقادیر خطا در آنالیز مودال در تمامی قاب ها در پاسخ حداکثرجابجایی نسبی................................... 103شکل 4-14: مقایسه مقادیر خطا در آنالیز جابجایی - محور در تمامی قاب ها در پاسخحداکثر جابجایی نسبی............................ 104شکل 4-15: مقایسه نتایج برش پایه در آنالیز های مودال و جابجایی محور در قاب شماره 1............................ 105شکل 4-16: نتایج کلی آنالیز دینامیکی افزاینده برای مقادیر برش پایه........................................... 106شکل 4-17:نتایج کلی آنالیز های مودال و جابجایی – محور برای پاسخ برش پایه در تمامقاب ها........................................ 107شکل 4-18:نتایج برش پایه در آنالیز های مودال و دینامیکی افزاینده تحت تمام زلزله هادر تمام قاب ها................................ 108شکل 4-19: نتایج برش پایه در آنالیز های جابجایی - محور و دینامیکی افزاینده تحتتمام زلزله ها در تمام قاب ها................... 108شکل 4-20:مقایسه میزان خطا در محاسبه برش پایه در روش مورال در تمامی قاب ها................................... 109شکل 4-21: مقایسه میزان خطا در محاسبه برش پایه در روش مورال در تمامی قاب ها................................... 109شکل 4-22 : نقاط تشکیل مفصل پلاستیک در آنالیز استاتیکی مودال 111شکل 4-23 : نقاط تشکیل مفصل پلاستیک د ر آنالیز استاتیکی جابجایی – محور........................................... 112شکل 4-24 : خطای میانه محل تشکیل مفصل پلاستیک در آنالیز مودال و جابجایی – محور در تمامی قاب ها................. 113شکل 4-25 : پراکندگی پاسخ های شاخص آسیب در آنالیز مودال در مقایسه با دینامیکی افزاینده........................... 115شکل 4- 26: پراکندگی پاسخ های شاخص آسیب در آنالیز جابجایی - محور در مقایسه با دینامیکی افزاینده................. 116شکل 4 -27 : خطای میانه پاسخ شاخص آسیب در روش مودال در تمامی قاب ها............................................. 117 شکل 4- 28 : خطای میانه پاسخ شاخص آسیب در روش جابجایی - محور درتمامی قاب ها................................... 117 فصل اول نگاهی کلی به روش های آنالیز غیر خطی و مروری بر تحقیقات انجام شده 1-1-پیشگفتار به منظور طراحی ساختمان ها و یا ارزیابی لرزه ای ساختمان ها و سازه های موجود در برابر بار زمینلرزه، بطور عمده از تحلیل غیر خطی برای تخمین رفتار سازه در اثر اعمال نیروی زمین لرزه احتمالی در آینده استفاده میشود. در تحلیل های غیرخطی، دو مساله اصلی؛ نحوه مدل کردن سازه و طریقه اعمال بار زمین لرزه به مدل سازه، ازاهمیت زیادی برخوردار هستند. با توجه به شرایط و اهمیت سازه و نیز هدفی که از تحلیل وجود دارد، مهندسان محاسب، با این مسایل مواجه می باشند.تحلیل های غیر خطی با توجه به ویژگی مواد سازنده اعضای سازه و نیز طریقه اعمال بار زمین لرزه به دو دسته دینامیکی و استاتیکی و از جهت درجات آزادی مدل سازه به مدل با درجات آزادی زیاد، چند درجه آزادی و یک درجه آزادی تقسیم می شوند. بسیار روشن است، چنانچه مدلی داشته باشیم که خصوصیات غیرخطی اعضای آن در نظر گرفته شده باشد و بار زمین لرزه بدون تغییر و بصورت دینامیکی اعمال شود و نیز در مدل کردن سازه بیشترین درجات آزادی ممکن در نظر گرفته شود، نتایج تحلیل بیشترین دقت را خواهند داشت و هر چه در فرضیات تحلیل، ساده سازی شود، نتایج دقت کمتری خواهند داشت. اما پاره ای مشکلات وجود دارد که طراحان را وادار می کند، کمتر از روش های دینامیکی غیرخطی برای تحلیل استفاده کنند. پيچيدگي، وقتگير بودن و هزينه بالاي اين نوع تحليل و علاوه بر آن مشکلاتي که در توجيه و تفسير نتايج حاصله ممکن است ظاهر شود، کاربرد اين نوع تحليل را به پروژههاي تحقيقاتي و موارد خاص محدود ميکند.بنابراین روش های طراحی سازه های مقاوم در برابر بار زمین لرزه در سال های اخیر در حال تغییر و بازبینی بوده اند و محققان در سالهای اخیر در تلاش بوده اند، روش جایگزینی بیابند که، مطمئن، با دقت کافی و در عین حال ساده باشد. عمده فعالیت ها در جهت روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی بوده است و تاکنون روش های متنوعی ارایه شده اند که قادرند، پاسخ های سازه را بخوبی تخمین بزنند. از جمله این روش ها می توان به روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی که در آیین نامه های نوین مثل FEMAATC ، معرفی شده اند، اشاره کرد. و یا روشهایی که توسط محققانی همانند، Elnashai [1]، Aschhei [2] وغیره ارایه شده اند. البته هر کدام از این روش ها دارای نقاط قوت و ضعف هایی میباشند. با این وجود، تحقیقات در این زمینه بطور گسترده ای در حال انجام می باشد.از زمینه های پژوهشی مرتبط با تحلیل غیرخطی، مسایلی است که در ارتباط با تحلیل سازه های نامنظم میباشد. تحقیقات نشان داده است که اغلب روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی در تخمین نتایج سازه های منظم، دقت کافی نداشته اند. بنابراین بررسی روشهای جدید در ارتباط با سازه های منظم، می تواند به عنوان یکی از مسیر های پژوهشی قرار گیرد.مطالعات گذشته نشان می دهد، روش ترکیب مودها (Modal Pushover Analysis) چوپرا[3] که از روش های اخیر تحلیل استاتیکی غیر خطی است، برای قاب های منظم نتایج بسیار خوبی ارایه می کند. بدین ترتیب، هدف از این تحقیق را بررسی این روش در پیش بینی پاسخ های قاب های خمشی نامنظم قرار دادیم.