دانلود مقاله مهندسی عمران

معرفی
مهندسی عمران از جمله رشته‌های است که بیانگر کاربرد علم در ایجاد سازندگی و عمران کشور است. یعنی هر چیزی که به آبادی یک کشور باز می‌گردد، مانند سد، فرودگاه، جاده، پل، برج، تونل، دکل‌های مخابرات، ساختمان‌های مقاوم در مقابل زلزله، سیل و آتش، نیروگاه‌های برق و مصالح سبک، ارزان و با کیفیت مناسب برای ساخت و ساز، در حیطه کار مهندس عمران قرار می‌گیرد.
مهندس عمران طیف بسیار وسیعی از کارها را در برمی گیرد. یعنی اگر بخواهیم ساختمان، پل، برج، تونل، راه، سیلو یا شبکه‌های فاضلاب بسازیم ،در آغاز به یک مهندس کارامد عمران نیاز داریم تا علاوه بر رعایت جنبه‌های فنی و اجرایی ،اقتصادی نیز عمل کند .چون اقتصادی بودن ،یک اصل در مهندسی عمران است.
این رشته در سطح کارشناسی دارای سه گرایش عمران- ساختمان، عمران –نقشه برداری، عمران –آب است.
گرایش عمران–ساختمان
به محاسبه و طراحی سازه‌های متفاوت تحت نیروهای مختلف مانند باد ،زلزله، سیل،آتش و وزن خود ساختمان یا سازه می‌پردازد.این رشته علاوه بر این کارها در زمینه‌های دیگری مانند راهسازی، پلسازی ,سد سازی و کارهای دیگر نیز می‌پردازد و کار آن تنها محدود به ساختمان و سازه نیست.
گرایش عمران –نقشه برداری
رشته مهندسی نقشه برداری که امروزه گاهی اوقات مهـندسی ژئوماتیک نیز خوانده می‌شود. زئوماتیک به معنای علوم زمین یا به معنای بهتر مهندسی زمین است که گرایشهای نقشه برداری زمینی (land surveing) ، ژئودزی ، سنجش از راه دور ، کاداستر ، GIS و فتوگرامتری را شامل می‌شود علوم ژئوماتیک(نقشه برداری) از ابتدای پیدایش تمدن‌های نخستین بشری تا به امروز که پیشرفتهای شگرفی در تمامی جهات زندگی انسان رخ داده مورد توجه قرار گرفته‌است و پا به پای علوم دیگر سیری تکاملی داشته‌است. هزاران سال پیش مفهوم نقشه برداری تنها به مقوله نشان دادن و تفکیک حدود وثغور کشورها و املاک وهمچنین کشیدن نقشه میادین جنگی ختم می‌شد. امروزه نقشه برداری و به طور کلی علوم ژئوماتیک گسترهای شگرف یافته‌اند وبه طور مشخصتر رکن اصلی در هر کار زیر بنایی اعم از عمرانی - صنعتی - پزشکی – کشاورزی – حمل ونقل – کشف واستخراج معادن- پایانه‌های عظیم نفتی و... می‌باشند که هر کدام از موارد بالا مختصص به یک یا چند زیر مجموعه از علوم ژئوماتیک میگردد.
گرایش تحصیلات تکمیلی
ژئودزی، هیدروگرافی,فتوگرامتری و سنجش از دور وسیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS)
گرایش عمران –آب (هیدرولیک)
می‌گویند در آینده نه چندان دور، دستیابی به منابع آبی جدید برای کشورهای خاورمیانه که یکی از مناطق خشک یا نیمه خشک جهان است نیازی ضروری می‌شود. کشور ما نیز در همین منطقه واقع شده‌است ،کشوری خشک و نیمه خشک است. چرا که میانگین بارندگی در ایران حدود یک سوم میانگین بارندگی در جهان است و این یعنی آن که ما باید از هر قطره آب موجود در کشورمان، حداکثر استفاده را کرده و از هدر رفتن آن جلوگیری کنیم.
گرایش عمران-روستایی
دراین گرایش علاوه بر دروس رشته عمران-عمران دروسی نظیر مبانی برنامه ریزی منطقه‌ای و روستایی ، اقتصاد مهندسی، جامعه شناسی روستایی نیز تدریس می‌شود .هدف از تأسیس رشته تربیت متخصصین جهت رفع مشکلات زیر ساختی و عمرانی مناطق محروم است . این دوره به منظور تربیت متخصصانی تدوین شده‌است که بتوانند در زمینه‌های شناخت منابع آب و کنترل و بهسازی کیفیت منابع آب اطلاعات لازم را به دست آورند تا بتوانند در مراحل مختلف طراحی ، نظارت و مدیریت پروژه‌های آب کار کنند. با توجه به اینکه توسعه کشور در زمینه‌های کشاورزی، صنعتی ، عمران و ... بستگی به میزان آب قابل استفاده دارد می‌توان صنعت آب را در ایران در زمره صنایع مادر به حساب آورد. داوطلبان ورود به این دوره باید در دروس ریاضی، فیزیک و شیمی دبیرستان قوی بوده، علاقه‌مندی و استعداد لازم (خصوصا در زمینه طراحی) را داشته باشند. دروس این دوره به صورت عمومی، پایه ، اصلی ، تخصصی، انتخابی و کارآموزی (کارآموزی صحرایی پروژه تخصصی و کارآموزی تخصصی) است. بعضی دروس اصلی و تخصصی این رشته عبارتند از : مکانیک خاک ، هواشناسی ، هیدرولیک ، آبهای زیرزمینی ، سدهای کوتاه ، پی‌سازی و ...
فارغ‌التحصیلان این دوره تواناییهای لازم را در زمینه‌های مربوط به کارشناسی مطالعه منابع آب ، تاسیسات آبی و سازه‌های هیدرولیکی، کارشناسی آب و فاضلاب و نظارت بر حسن اجرای طرحهای آبی را خواهند داشت. امکان ادامه تحصیل در این رشته تا حد کارشناسی ارشد و بالاتر در داخل و خارج از کشور وجود دارد. سازمان آب، وزارت جهاد کشاورزی ، وزارت نیرو و بخش خصوصی و ... از جمله مراکز جذب فارغ‌التحصیلان این دوره‌است.
نظر دانشجویان : یکی از امتیازات این گرایش آن است که علاوه بر محاسبات سازه‌ای، وارد محاسبات هیدرولوژی و هیدرولیک نیز شده و بر وسعت کار می‌افزاید.
بدلیل اهمیت گرایش مهندسی عمران – عمران و اینکه امروزه اطلاق مهندسی عمران بیشتر تداعی کننده این گرایش است، به توضیح جزئیات بیشتری از این گرایش می¬پردازیم:
گرایش مهندسی محیط زیست
در این گرایش مباحث مختلفی از جمله تصفیه آب و فاضلاب، طراحی شبکه‌های آب و فاضلاب، آلودگی آبهای زیرزمینی، مدیریت مواد زائد جامد و آلودگی هوا مورد توجه قرار می‌گیرد. مهندسی محیط زیست ندرتاً در رشته‌های دیگری همچون مهندسی شیمی نیز به عنوان یک گرایش وجود دارد ولی در واقع به دلیل ماهیت آن در تمام دنیا به عنوان گرایشی از مهندسی عمران مطرح است.

فتوگرامتری چیست؟
به بیان ساده فرآیند اندازه گیری تصاویر اجسام در روی عکسهای هوایی را فتوگرامتری گویند و بعبارت دقیق تر فتوگرامتری عبارتست از هنر ، علم و تکنولوژی تهیه اطلاعات درست از عوارض از طریق اندازه گیری ، ثبت و تفسیر بر روی عکس و یا سایر مدارکی که در بر دارنده اثری از انرژی الکترومنیتیک تابشی ثبت شده باشد.
عکس بعنوان مهمترین منبع اطلاعاتی در این علم می باشد و در داقع اصول کار در فتوگرامتری بر روی عکسهای هوایی است.
عموماً فتوگرامتری را به دو شاخه فتوگرامتری متریک و فتوگرامتری تفسیری تقسیم بندی می کنند.
در فتوگرامتری متریکی ، اندازه گیریهای کمی مطرح است ، یعنی با استفاده از اندازه گیریهای دقیق نقاط از طریق عکس می توان فواصل حجم، ارتفاع و شکل زمین را تعیین کرد ، که معمولترین کاربردهای این شاخه از فتوگرامتری تهیه نقشه های مسطحاتی و توپوگرافی از روی عکسهاست. (در مورد این عکسها و نحوه و شرایط تهیه آنها بعداً مفصلاً بحث خواهیم کرد)
اما فتوگرامتری تفسیری خود به دو شاخه تفسیر عکس و سنجش از دور تقسیم می شود.
در قسمت تفسیر عکس بیشتر مطالعات کیفی بر روی عکس انجام می گیرد،بعنوان مثال وضعیت پوشش گیاهی یک منطقه و یا میزان جمعیت یک شهر را از طریق عکس مورد مطالعه و تحقیق قرار می دهند.
در حالیکه سنجش از دور که یک علم جدیدی است ، با استفاده از ماهواره ها و سنجنده های متفاوت نظیر دوربین های چند طیفی و مادون قرمز ، حرارتی ، رادار و … بر روی اطلاعات کمی و کیفی عوارض با دقت بسیار خوبی ، اندازه گیری صورت می گیرد. در حال حاضر با توجه به لزوم استفاده از منابع طبیعی و محیطی و بعبارت دیگر لزوم استفاده از عوارض کمی و کیفی ، این دو شاخه و تفسیر عکس و سنجش از دور با هم ترکیب شده و باعث بوجود آمدن سیستمهایی نظیر GIS و LIS در این علم شده است.
ریشه کلمه Photogrammetry از سه کلمه یونانی فتوس یعنی نور ، گراما یعنی نوشته شده و مترون یعنی اندازه گیری ، گرفته شده است
تاریخچه فتوگرامتری
ارسطو حدود سال 350 قبل از میلاد به تصویر کردن اشیاء با استفاده از نور پرداخت، در اوایل قرن 18دکتر تایلور کتابی را در زمینه پرسپکتیو خطی چاپ کرد و مدتی بعد از آن جی – لامبرت ، پیشنهاد استفاده از این اصول پرسپکتیو را در تهیه نقشه ارائه کرد و در واقع فتوگرامتری با پیدایش عکاسی تحول اساسی یافت و در این بین زحمات لویش داگور فرانسوی در ظهور هنر عکاسی و پیشرفت آن نقش زیادی داشت.
اولین تجربه فتوگرامتری در تهیه نقشه های توپوگرافی در سال 1849 ، توسط اداره مهندسی ارتش فرانسه ، تحت فرماندهی کلنل رایم لائومرات با عکسبرداری هوایی از داخل کایت و بالن توسط دوربینی که در آن از شیشه استفاده شده بود بوقوع پیوست ، بدلیل وجود مشکلات در تهیه نقشه از عکسهای هوایی ، لائومرات کوشش های خود را در تهیه نقشه بر روی عکسهای زمینی و با استفاده از تئودولیتها متمرکز کرد و سرانجام در سال 1859 وتانست کاربرد عکس را در نقشه برداری به اثبات برساند و بهمین دلیل برای قدردانی از زحمات او به او لقب پدر فتوگرامتری داده شد.
در سال 1886 کاپیتان دویل نقشه بردار کانادایی ایستگاه از اصول لائوسدات را در تهیه نقشه حتی از مناطق ناهموار و کوهستانی مناسب تشخیص داد. در سال 1895 اولین دستگاه دارای دید برجسته بینی را طراحی و ساخت.سازمان نقشه برداری آمریکا در سال 1894 برای نقشه برداری از مرز آمریکا و کانادا از فتوگرامتری بهره جست. در سال 1901 دکتر کارل پولفریش با استفاده از نقطه شناور بنامهای استرئوکمپاراتور و استرئواوتوگراف ساخته شد. اختراع هواپیما در سال 1902 توسط برادران رایت بزرگترین قدم در پیشبرد فتوگرامتری هوایی نوین بود. اولین عکسبرداری با هواپیما در سال 1909 از یکی از شهرهای ایتالیا انجام شد ، بعد از آن با شروع جنگ جهانی اول در سال 1913 عسبرداری از طریق هواپیما برای تهیه نقشه به اوج حود رسید و در فاصله بین دو جنگ جهانی ، شرکتهای خصوصی و سازمانهای زیادی در اروپا و آمریکای شمالی برای تهیه نقشه های توپوگرافی و … با استفاده از فتوگرامتری تأسیس شد ، با شروع جنگ جهانی دوم ، بدلیل نیاز شدید به نقشه روشها و دستگاههای جدیدی جهت تهیه نقشه با کمترین زمان ساخته شد ، که از جمله می توان به ساخت دستگاه مولتی پلکس توسط ارتش آمریکا برای تهیه نقشه های مورد نیاز در جنگ ، اشاره کرد. در این دوره تفسیر عکس نیز به اوج خود رسیده بود.اعزام اولین قمر مصنوعی بنام Spunik در اکتبر 1975 بوسیله اتحاد جماهیر شوروی و سپس اعزام ماهواره های دیگر بخصوص در سری ماهواره های Land sat بوسیله آمریکا ، با دوربینهای چند طیفی و با طول موجهای گوناگون ، توانسته ابعاد جدیدی را در فتوگرامتری بنام علم سنجش از دور بوجود آورند
داده های دوربین رقومی به روش نیمه خودکار پردازش می شود. در همه تصاویر ،نقاط نشانه گذاری شده را عامل انسانی شناسایی نموده و سپس طی عملیات تناظریابی به روش کمترین مربعات به طور خودکار با دقت زیر پیکسل اندازه گیری می شود. با استفاده از این مختصات تصویری و برخی نقاط کنترل که به روش ژئودتیک تعیین شده بودند ، مختصات سه بعدی همه نشانه ها در فضای شیء با سرشکنی دسته پرتو به روش خود کالیبراسیون به دست می آید. با استفاده از مختصات تعیین شده بروش ژئودتیک مربوط به باقیمانده نقاط ، اواع مختلف نقاط کنترل در سرشکنی دسته پرتو آزمایش شده تا دقت خارجی کنترل گردد. پارامترهای اضافی برای جبران تابیدگی عدسی ، توجیه داخلی و دیگر خطاهای نظام دار دوربین نیز معرفی می شوند.

مساحی :

به مجموعه عملیاتی که در زمینهای کم وسعت با وسایل ابتدائی بمنظور اندازه گیری مساحت و تهیه پلان صورت میگیرد اطلاق می شود. در این نوع نقشه برداری اندازه گیری طول و زاویه نقش اساسی را به عهده دارد .
وسایل مساحی :

1 – ژالون : میله ای به طول 2 تا 3 متر و بقطر 3 تا 4 سانتی متر با نوکی تیز که با رنگهای سفید وقرمز (نارنجی ) بو طول های نیم متری رنگ می شود ، تا از دور قابل رویت باشد . از این وسیله برای مشخص کردن امتداد مستقیم بین دو نقطه استفاده می شود . در عمیات دقیق برای عمود نگاه داشتن ژالون از سه پایه و تراز ژالون استفاده می شود .
2 – شاغول : وزنه ای فلزی است به شکل مخروط ناقص که به در قاعده آن محلی برای اتصال ریسمان تعبیه گردیده است و برای تعیین امتداد فئم نقاط از آن استفاده می شود . در حال حاضر نوعی شاغول که به شاغول نوری یا لیزری معروف است استفاده میشود که در آن یک منبع نور با شعاع پراکندگی خیلی کم امتداد قائم را مشخص میکند .
3 – متر نواری : از جنس پلاستیک ، پارچه و فلزی در طول های مختلف 10 ، 20 ، 30 ، 50 و 100 متری تعبیه شده که نوع پلاستیکی و پارچه ای با دقتی حدود 1000 : 1 برای اندازه گیری طول های کوتاه و نوع فلزی آن با دقتی حدود 3000 : 1 برای اندازه گیری های دقیق مناسب تر است . در متر کشی باید تصحیحات زیر را مد نظر داشته و اعمال کرد .
الف ) اصلاح خطای ناشی از درجه حرارت
ب ) اصلاح خطای ناشی از تیروی کشش
ج ) اصلاح خطای ناشی از افت و کمر دادن متر در اثر وزن خود متر ( شنت )

انواع نقشه برحسب مقیاس :

نقشه های خیلی کوچک مقیاس : نقشه هائی با مقیاس 250000 : 1 به بالا که به این قبیل نقشه ها اطلس یا نقشه های جغرافیایی نیز گفته میشود .
نقشه های کوچک مقیاس : نقشه هائی با مقیاس 50000 : 1 تا 250000 : 1 (نقشهای شهری و مملکتی )
نقشه های میان مقیاس : نقشه هائی با مقیاس 10000 : 1 تا 50000 : 1 ( نقشه های توپوگرافی )
نقشه های بزرگ مقیاس : نقشه هائی با مقیاس 500 : 1 تا 10000 : 1 ( نقشه های مهندسی ، اجرائی و ثبتی )
نقشه های خیلی بزرگ مقیاس : نقشه هائی با مقیاس بزرگتر از 500 : 1 ( نقشه های ساختمانی ، پلان و دتایل )
در نقشه های بزرگ مقیاس ، مقیاس عددی و در نقشه های کوچک مقیاس ، مقیاس ترسیمی مناسب تر است .

مقیاس : نسبت اندازه واقعی روی زمین به اندازه ترسییمی بر روی کاغذ را مقیاس گویند و به دو صورت کسری و یا بصورت ترسیمی نمایش داده می شود .

انواع مقیاس :

الف ) از نظر اندازه : مقیاس به دو قسمت بزرگ مقیاس و کوچک مقیاس تقسیم میشود . چنانچه مخرج کسر کوچک باشد به آن بزرگ مقیاس گویند و بلعکس چنانچه مخرج بزرگ باشد به آن کوچک مقیاس گویند .
ب ) از نظر کاربرد : مقیاس نقشه ها به دو صورت عددی و ترسیمی نمایش داده می شود . در مقیاس عددی نسبت اندازه واقعی به اندازه ترسیمی بصورت یک عدد کسری نوشته میشود که معمولا صورت کسر عدد 1 است . مقیاس خطی یا ترسیمی که بصورت یک نوار مدرج در نقشه نمایش داده میشود ، اندازه روی زمین که با یک عدد مشخص گردیده ، با اندازه روی نقشه که با یک واحد ترسیمی نمایش داده میشود براربر است .

(مقیاس ترسیمی)
در شکل فوق هر واحد ترسیمی مساوی 200 کیلومتر بر روی زمین است و مقادیر کوچکتر با واحد های تقسیم بندی شده قابل اندازه گیری میباشد
تعریف نقشه برداری :
مجموعه عملیاتی که منجر به تهیه نقشه میشود مانند اندازه گیری – محاسبات و ترسیم به جهت نمایش زمین و عوارض آن را نقشه برداری گویند. نقشه برداری مجموعه عملیاتی که با استفاده از علوم ریاضیات - هندسه – نجوم و غیره به شناسایی عوارض زمین
انواع نقشه برداری :
نقشه برداری مسیر : عملیاتی که برای مطالعه – طراحی و اجرای راه – راه آهن – کانالها – آبرسانی و خطوط لوله و ..... انجام میگیرد نقشه برداری مسیر نامیده میشوند .
نقشه برداری هیدرگرافی : برای نشان دادن عوارض کف رودخانه ها و دریاها و همچنین سواحل آن صورت میگیرد. این نوع نقشه برداری گاها با ابزارهایی کاملا تخصصی صورت میپذیرد.
نقشه برداری زیر زمینی : به عملیاتی که در زیر زمین برای پروژه هائی مانند اکتشاف و بهره برداری معادن و مخازن و طراحی و اجرای تونل و غیره انجام میگیرد اطلاق میگردد .
نقشه برداری ساختمانی : این نوع نقشه برداری برای طراحی و پیاده سازی و ساخت ساختمان و محوطه صورت میگیرد .
نقشه برداری ثبتی : عملیاتی همچون تفکیک – مساحی و تهیه نقشه های مسطحاتی و همچنین تعیین حدود اربعه اراضی و املاک که به جهت ثبت مشخصات املاک و اراضی صورت میگیرد نقشه برداری ثبتی نامیده میشود . به این نوع نقشه برداری نقشه برداری کاداستری نیز گفته میشود .
نقشه برداری نظامی : برای تهیه نقشه های نظامی و تعیین نقاط استراتژیک دفاعی وتعرضی بکار میرود.

نقشه برداری چیست؟
اولین سئوالی که در ذهن هر دانشجو وجود دارد اینست که رشته ای که قرار است در آینده با آن زندگی کند چگونه رشته ایست؟
د ر گذشته رشته ای بود که به آن می گفتند : مهندسی راه و ساختمان .بعد ها این رشته به گرایشهای عمران- عمران و عمران نقشه برداری تفکیک پیدا کرد . البته این تعریف بسیار ابتدایی و غیر علمی است . چرا که به عقیده بسیاری نام گذاری نقشه برداری برای رشته ای به این وسعت کاری بسیار محدود کننده و غیر منصفانه است . آن چه که مهندسان امروز به نقشه برداری اطلاق می کنند واژه ژئوماتیک است . زئوماتیک به معنای علوم زمین یا به معنای بهتر مهندسی زمین است که گرایشهای نقشه برداری زمینی (land surveing) ، ژئودزی ، سنجش از راه دور ، کاداستر ، GIS و فتوگرامتری را شامل می شود .ما برای کسب مدرک کارشناسی باید در علوم یاد شده مهارت کافی بدست بیاوریم پس بهتر است به تعریف این واژه ها بپردازیم .
اولین قدم مهارت در نقشه برداری زمینی است که در دروس نقشه برداری 1و2 با آن آشنا می شویم . کارهایی نظیر زاویه یابی ، فاصله یابی ، تراز یابی ، و کار با ابزارهایی مانند دوربین های دستی و اتوماتیک ، توتال استیشن ها و تراز یابها و زاویه یابها و در نهایت تهیه نقشه مسطحاتی از مناطق در این دسته می گنجد .
قدم بعدی ترسیم و تهیه نقشه های چاپ شده و ایجاد استاندارد های مخصوص برای برگه های ترسیم می باشد برای دستیابی به این مهارتها تسلط بر نرم افزارهایی مانند AUTO CAD, MICRO STATION , SDR MAP SOFT DESK, LAND DEVELOPMENT و سایر نرم افزار های محاسباتی و ترسیمی لازم است ، گذراندن واحدهایی مانند کارتوگرافی و کارتوگرافی اتوماتیک مهارت ترسیم نقشه را کامل می کند .
یکی از راههای پر کاربرد تهیه نقشه ، عکسهای هوایی است . اما عکس های هوایی همیشه به دقت نقشه برداری زمینی نیست و ما لاجرم با خطا های پر تعدادی در عکس روبرو هستیم . کلا در رشته نقشه برداری مقابله با خطا ها اهمیت بسیار زیادی دارد.
فتوگرامتری به ما می آموزد که چگونه با این خطاها مقابله کنیم و در نهایت از عکس محصولاتی مانند نقشه و فتومپ و عکسهای ترسیم شده بدست آوریم . در طول دروس فتوگرامتری 1 تا 4 با انواع عکس ، دوربینهای عکس برداری ، دستگاههای ترسیم عکس ، اندازه گیری روی عکس و بدست آوردن مختصات نقاط آن ، خطاهای موجود و... آشنا خواهیم شد .
برای گفتگو در مورد ژئودزی کافیست بگوییم زمین گرد است اما نقشه مسطح است . پس بین نقشه و زمین اختلاف هایی و جود دارد . عده ای ژئودزی را علم تعیین موقعیت نامیده اند . ژئودزی علاوه بر هندسه زمین ، فیزیک زمین را مورد بررسی قرار می دهد . این مباحث در دروسی مانند ژئودزی 1 و 2 و نجوم ژئودزی و فیزیکال ژئودزی و سیستمهای تصویر مطرح می شود . اما برای درک بهتر مفاهیم ژئودزی و همچنین فتو گرامتری به معلومات محاسباتی بسیاری نیاز داریم . این معلومات که پیچیده و بسیار زیبا هستند در دروسی مانند محاسبات عددی ، آمار و احتمالات ، تئوری خطاها و سرشکنی و هندسه دیفرانسیل و ریاضیات مهندسی مطرح می شوند و مانند ابزاری قوی ما را در فهم بهتر مطالب تخصصی یاری می کنند.
در مباحثی مانند کاداستر و برنامه ریزی شهری صحبت از وضعیت حقوقی زمین ها ست. نام دیگر کاداستر نقشه برداری ثبتی است ، یعنی نقشه برداری که ارزش حقوقی داشته با شد و بتوان بر اساس مرزهای آن سند مالکیت صادر کرد. برنامه ریزی شهری هم در باره برنامه های کلان در مورد شهرها بحث می کند.
اما GIS یا سیستمهای اطلاعات مکانی از ابداعات سالهای اخیر است و عمر کوتاهی دارد اما آنقدر توانا و پر کاربرد است که جای خود را باز کرده است . اساس GIS بر تهیه های نقشه های چند منظوره و چند لایه است که با ایجاد بانکهای اطلاعاتی مجزا و ایجاد لینک های مناسب به هم و قرار دادن اطلاعات مربوط به هر زمینه در یک بانک میسر می گردد. براساس چنین بانکهایی طراحی پرس و جو های متفاوت و مورد نظر به راحتی امکان پذیر است .نقشه برداری مسیر از آن قسمتهایی است که از فعالیتهای منحصربه فرد مهندسان نقشه برداریست و در عین حال بسیار مورد نیاز طرحهای عمرانی کشور می باشد . و می تواند به عنوان یکی از زمینه های پر کاربرد و پر در آمد در آینده در نظر گرفته شود . آنچه مسلم است فعالیت در این زمینه نیازمند توانایی و تحمل سختیهای کار در شرایط نامطلوب است.مسیر های نقشه برداری و طراحی شده می تواند برای خطوط انتقال آب و گاز و ... مورد استفاده قرار گیرد.
واحد هایی برای نیل به اهدافی نظیر آنچه در بالا آمده در نظر گرفته شده است عبارتند از : نقشه برداری مسیر ، طرح هندسی راه ، راهسازی ، مصالح ساختمانی و مسیر پیشرفته
سنجش از دور از جدید ترین گرایشهای نقشه برداریست که همگام با ثانیه ها پیشرفت می کند و هدف آن استخراج اطلاعات کیفی و گاها هندسی از عکسها ییست که از ماهواره تهیه می شود . طراحی الگوریتم های پردازش تصاویر ماهواره ای و بررسی کیفی عکسها از فعالیتهای این گرایش است که در مباحث دورکاوی و دورکاوی کاربردی مطرح می شود.
حالا متوجه شدید چه دنیایی در پیش رو دارید . تازه مطالب گفته شده تنها 60% از مطالبی بود که در عمل وجود دارد و جای واحد هایی نظیر میکروژئودزی و نقشه برداری ژئودتیک خالیست.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله  21  صفحه

...

پایان نامه توزیع خسارت لرزه ای در اجزاء ساختمان­ های فولادی با میراگر ویسکوالاستیک

پایان‌نامه کارشناسی ارشد

در رشته­ی مهندسی عمران گرایش زلزله

عنوان :
توزیع خسارت لرزه ای در اجزاء ساختمان­ های فولادی با میراگر ویسکوالاستیک

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: 135  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

چکیده

وارد آمدن خسارت سازه­ای با مفهوم رفتار غیر ارتجاعی و درنتیجه انرژی هیسترزیس نزدیکی بسیاری دارند. لذا می­توان گفت که انرژی هیسترزیس در این سطوح، معیاری قابل‌توجه جهت طراحی و یا کنترل سازه می­تواند باشد. بستگی زیاد انرژی هیسترزیس به خسارت سازه­ای موجب شده تا این مفهوم و روش­های نوین طراحی سازه­ای موردتوجه محققان و مهندسان قرار گیرد.

در این پژوهش، ابتدا سه قاب 4، 8 و 12 طبقه فولادی با سیستم قاب خمشی متوسط به روش استاتیکی معادل بر اساس ویرایش اول استاندارد2800 و به‌وسیله نرم­افزار ETABS(Ver. 9.5.0) طراحی‌شده‌اند، سپس تمام قاب­ها تحت اثر هفت شتاب‌نگاشت حوزه نزدیک و هفت شتاب‌نگاشت حوزه دور به‌وسیله نرم­افزار PERFORM3D(Ver.5) مورد آنالیز دینامیکی غیرخطی قرارگرفته‌اند. هدف از این مطالعه بررسی نحوه توزیع خسارت، انرژی، جابجایی نسبی، جابجایی بام و برش پایه در قاب­های موردبررسی است. در ادامه لزوم به‌کارگیری روش مقاوم­سازی جهت کاهش جابجایی نسبی، بر مبنای آیین‌نامه شرح داده‌شده است، سپس از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم­سازی و کاهش خسارت در قاب­های موردبررسی، استفاده‌شده است.

نتایج به‌دست‌آمده حاکی از آن است که علی­رغم توزیع یکنواخت مقاومت در ارتفاع طبقات، نمودارهای توزیع انرژی هیسترزیس و خسارت از این توزیع پیروی نمی­کنند و تمرکز انرژی و خسارت در یک یا چندطبقه مشاهده می­شود. لذا برای استفاده بهینه از حداکثر ظرفیت سیستم، طراحی سازه­ها صرفاً بر اساس مقاومت، منطقی به نظر نمی­رسد و باید پارامترهای دیگری مانند انرژی هیسترزیس که نقش عمده­ای در خسارت اعضای سازه دارند، درروند طراحی لحاظ شود که در این تحقیق از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم­سازی استفاده‌شده است، نتایج نشان می­دهد که این نوع از میراگر نقش زیادی در جذب انرژی و کاهش خسارت در ساختمان­ها دارد. همچنین تأثیر استفاده از میراگرهای ویسکوالاستیک بر کاهش خسارت قاب­های با ارتفاع زیاد، بیشتر بوده است و تحت زلزله­های حوزه نزدیک عملکرد خوبی در کاهش خسارت نشان می­دهد.

واژه‌های کلیدی: انرژی هیسترزیس، خسارت، تحلیل دینامیکی، مقاوم­سازی، میراگر ویسکوالاستیک

فهرست مطالب

فصل 1 مقدمه 1

1-1 مقدمه 2

1-2 ضرورت و اهداف تحقیق 3

1-3 ساختار پایان­نامه 4

فصل 2 مروری بر منابع 5

2-1 مقدمه 6

2-2 مفاهیم اولیه انرژی 6

2-2-1 معادلات انرژی در سیستم یک درجه آزادی 7

2-2-2 معادله انرژی مطلق 8

2-2-3 معادله انرژی نسبی 9

2-2-4معادلات انرژی در سیستم چند درجه آزادی با رفتار غیرخطی……………………………..9

2-2-5 تجزیه انرژی ورودی به عبارت­های مختلف انرژی 10

2-2-5-1 انرژی ورودی ) 11

2-2-5-2 انرژی هیسترتیک( ) 11

2-2-5-3 انرژی میرایی لزج یا ویسکوز( ) 12

2-2-5-4 انرژی جنبشی ( ) 12

2-2-5-5انرژی الاستیک( ) 13

2-2-6 تأثیر پارامترهای سازه­ای بر انرژی ورودی 13

2-2-6-1 تأثیر دوره تناوب سازه 13

2-2-6-2 تأثیر نسبت شکل‌پذیری و مدل هیسترتیک در انرژی ورودی 14

2-2-6-3 تأثیر نسبت میرایی در انرژی ورودی 14

2-3 شاخص‌های خسارت 14

2-3-1 شاخص­های خسارتی بیشینه تغییرشکل 15

2-3-1-1 نسبت شکل‌پذیری 15

2-3-1-2 تغییر مکان نسبی بین طبقه‌ای 16

2-3-1-3 نسبت خسارت خمشی 16

2-3-2 شاخص­های خسارتی تجمعی 16

2-3-2-1 تغییر شکل‌های تجمعی نرمال شده 17

2-3-2-2 انرژی تلف‌شده تجمعی نرمال شده 17

2-3-2-3 خستگی سیکل کوتاه 17

2-3-3 شاخص­های ترکیبی 18

2-3-3-1 تغییر مکان حداکثر و اتلاف انرژی 18

2-3-3-2 منحنی لنگر – انحنا 19

2-3-4 شاخص­های خسارت بیشینه شکل­پذیری 19

2-3-5 میانگین وزنی شاخص­های خسارت 20

2-3-6 تاریخچه شاخص خسارت 20

2-4 کنترل‌های لرزه­ای 24

2-4-1 انواع سیستم های کنترل‌کننده لرزه­ای 24

2-4-1-1 سیستم کنترل‌کننده غیرفعال 25

2-4-1-2 سیستم کنترل‌کننده فعال 26

2-4-1-3 سیستم کنترل‌کننده پیوندی 27

2-4-1-4 سیستم کنترل‌کننده نیمه فعال 28

2-5 میراگرها 28

2-5-1 میراگرهای جرمی تنظیم شده 29

2-5-2 میراگر مایع تنظیم شده 31

2-5-3 میراگر ویسکوز 42

2-5-4 میراگرهای تسلیمی (فلزی) 35

2-5-5 میراگرهای آلیاژ فلزی با تغییرشکل حافظه ای 38

2-5-6 میراگرهای اصطکاکی 40

2-5-7 میراگرهای ویسکوالاستیک 42

2-5-7-1 ساختار مواد ویسکوالاستیک 42

2-5-7-2 مشخصات دینامیکی میراگرهای ویسکوالاستیک 43

2-5-7-3 مدل‌سازی سازه‌های دارای میراگر ویسکوالاستیک 46

2-5-7-4 روش انرژی کرنشی مودال 48

2-5-7-5 روش طراحی 49

2-5-7-6 پیشینه کاربردی میراگرهای ویسکوالاستیک 51

فصل 3 معرفی و مدلسازی سازه­های موردمطالعه 54

3-1 مقدمه 55

3-2 قاب­های موردبررسی در این مطالعه 55

3-3 بارگذاری و طراحی قاب­ها در نرم­افزار ETABS ver9.5.0 56

3-4 چگونگی انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی 59

3-5 انتخاب شتاب‌نگاشت‌ها 60

3-6 هم‌پایه کردن شتاب‌نگاشت‌های انتخابی 61

3-7 خصوصیات نرم­افزار Perform 3D 61

3-7-1 المان­های مورداستفاده در نرم­افزار Perform 3D 61

3-7-2 گام زمانی در آنالیز غیرخطی نرم­افزار Perform 3D 62

3-7-3 تکنیک حل نرم­افزار Perform 3D 62

3-7-4 انرژی در نرم­افزار Perform 3D 62

3-7-4-1 محاسبه انرژیهای غیر الاستیک و کرنشی 63

3-7-4-2 خطای انرژی 65

3-7-5 فرضیات تحلیل دینامیکی و مدلسازی در نرم­ا­فزار Perform3D 65

3-7-6 مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم­افزار Perform 3D 65

3-7-7 کنترل صحت مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم افزارPerform 3D 68

فصل 4 نتایج و تفسیر آنها 71

4-1 مقدمه 72

4-2 بررسی نتایج تغییر مکان نسبی طبقات 73

4-2-1 قاب 4 طبقه 73

4-2-2 قاب 8 طبقه 75

4-2-3 قاب 12 طبقه 77

4-2-4 نتایج میانگین تغییر مکان نسبی طبقات در قاب­ها 79

4-3 بررسی نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زمین­لرزه 81

4-3-1 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله لندرز 81

4-3-1-1 قاب 4 طبقه 81

4-3-1-2 قاب 8 طبقه 83

4-3-1-3 قاب 12 طبقه 83

4-3-2 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله طبس 84

4-3-2-1 قاب 4 طبقه 84

4-3-2-2 قاب 8 طبقه 85

4-3-2-3 قاب 12 طبقه 86

4-4 بررسی انرژی هیسترزیس در سازه 87

4-4-1 قاب 4 طبقه 88

4-4-2 قاب 8 طبقه 89

4-4-3 قاب 12 طبقه 90

4-4-4بررسی میانگین انرژی هیسترزیس وارد بر قاب­ها 91

4-5 بررسی انرژی باقی‌مانده در سازه 91

4-5-1قاب 4 طبقه 92

4-5-2 قاب­ 8 طبقه 93

4-5-3 قاب­ 12 طبقه 94

4-5-4بررسی میانگین انرژی باقی­مانده در قاب­ها 95

4-6 بررسی نسبت انرژی هیسترزیس به انرژی ورودی در قاب­ها 95

4-7 بررسی توزیع خسارت در ارتفاع قاب­های موردبررسی 96

4-7- قاب­ 4 طبقه 96

4-7-2 قاب­ 8 طبقه 98

4-7-3 قاب­ 12طبقه 100

4-7-4 نتایج میانگین شاخص خسارت طبقات در قاب­ها 102

4-8 بررسی شاخص خسارت کل سازه در قاب­های موردبررسی 104

4-9 بررسی برش پایه در سازه 105

4-9-1 قاب­ 4 طبقه 106

4-9-2 قاب­ 8 طبقه 107

4-9-3 قاب 12طبقه 108

4-9-4 نتایج میانگین برش پایه قاب­های موردبررسی 109

4-10 بررسی جابجایی بام در سازه 110

فصل 5 جمع‌بندی و پیشنهادها 111

5-1 مقدمه 112

5-2 نتیجه‌گیری 112

5-3 پیشنهادات 113

مراجع 115

فهرست شکل‌ها

شکل (1-1) خسارت جانی ناشی از زمین­لرزه­های مهم 3

شکل (2-1) مدل ریاضی حرکت یک سیستم یک درجه آزادی 8

شکل (2-2) تاریخچه زمانی انرژِی یک قاب خمشی فولادی 5 طبقه با میرایی 5 درصد 11

شکل (2-3) نحوه عملکرد میراگر جرمی، راست – چگونگی وارد شدن نیروی اینرسی میراگر، وسط – حرکت ساختمان به سمت راست، ثابت ماندن جرم و جمع وکشیده شدن فنرها، چپ – حرکت ساختمان به سمت چپ، ثابت ماندن جرم و جمع وکشیده شدن فنرها 30

شکل (2-4) میراگر مایع تنظیم‌ شده ستونی در برج ملینیوم 31

شکل (2-5) میراگر مایع تلاطمی 32

شکل (2-6) میراگر ویسکوز به همراه جزئیات آن 33

شکل (2-7) حلقه کامل انرژی تلف‌شده برای میرایی ویسکوز 35

شکل (2-8) میراگر تسلیمی مثلثی شکل (TADAS) و منحنی پسماند آن 36

شکل (2-9) میراگر تسلیمی X-شکل(ADAS) 36

شکل (2-10) سیستم بادبند شکل‌پذیر 37

شکل (2-11) میراگرهای تسلیمی در بادبندهای هم‌محور 37

شکل (2-12) منحنی‌های تنش و کرنش و جزییات انتقال حرارت برای اصطلاحاً رفتار فوق الاستیک 39

شکل (2-13) منحنی‌های تنش و کرنش و جزییات انتقال انرژی برای حالت میرایی هیسترزیس فلز ترد 39

شکل (2-14) حلقه‌های هیسترزیس برای میراگرهای آلیاژی با تغییر شکل حافظه‌ای a) رفتار فوق الاستیک SMA و b) میرایی هیسترزیس فلز ترد 40

شکل (2-15) حلقه‌های پسماند انواع میرایی‌ها 41

شکل (2-16) میراگر ویسکوالاستیک 42

شکل (2-17) منحنی پسماند میراگر ویسکوالاستیک 44

شکل (2-18) ضریب افزایش دینامیکی برحسب فرکانس بار وارده به فرکانس طبیعی سیستم مدل‌سازی 46

شکل (2-19) مدل تحلیلی ماکسول برای مواد ویسکوالاستیک 47

شکل (2-20) مدل تحلیلی کلوین برای مواد ویسکوالاستیک 47

شکل (3-1) مشخصات مقاطع قاب 4 طبقه 57

شکل (3-2) مشخصات مقاطع قاب 8 طبقه 57

شکل (3-3) مشخصات قاب 12 طبقه 58

شکل (3-4) جانمایی میراگر در قاب 8 طبقه 59

شکل (3-5) بارگذاری و باربرداری یک المان غیرخطی 63

شکل (3-6) تغییرات انرژی برای مسیرهای شکل (3-5) 64

شکل (3-7) نمودار مدول ذخیره برشی برحسب فرکانس. 66

شکل (3-8) نمودار مدول اتلاف برشی برحسب فرکانس. 66

شکل (3-9) ابعاد و اندازه ساختمان مورد آزمایش 68

شکل (3-10) منحنی هیسترزیس میراگر ویسکوالاستیک تحت زلزله السنترو 69

شکل (3-11) منحنی هیسترزیس حاصل از مدل‌سازی در    Perform3D 70

شکل (4-1) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور بدون میراگر 74

شکل (4-2) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور با میراگر 74

شکل (4-3) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک بدون میراگر 75

شکل (4-4) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک با میراگر 75

شکل (4-5) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور بدون میراگر 76

شکل (4-6) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور با میراگر 76

شکل (4-7) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک بدون میراگر 77

شکل (4-8) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک با میراگر 77

شکل (4-9) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور بدون میراگر 78

شکل (4-10) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور با میراگر 78

شکل (4-11) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک بدون میراگر 79

شکل (4-12) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک با میراگر 79

شکل (4-13) نتایج میانگین تغییرمکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 80

شکل (4-14) نتایج میانگین تغییرمکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 80

شکل (4-15) نتایج میانگین تغییرمکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 81

شکل (4-16) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور لندرز بدون میراگر 82

شکل (4-17) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور لندرز با میراگر 82

شکل (4-18) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز بدون میراگر 82

شکل (4-19) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز با میراگر 82

شکل (4-20) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور لندرز بدون میراگر 83

شکل (4-21) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور لندرز با میراگر 83

شکل (4-22) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز بدون میراگر 83

شکل (4-23) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز با میراگر 83

شکل (4-24) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور لندرز بدون میراگر 84

شکل (4-25) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور لندرز با میراگر 84

شکل (4-26) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز بدون میراگر 84

شکل (4-27) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز با میراگر 84

شکل (4-28) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور طبس بدون میراگر 85

شکل (4-29) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور طبس با میراگر 85

شکل (4-30) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس بدون میراگر 85

شکل (4-31) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس با میراگر 85

شکل (4-32) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور طبس بدون میراگر 86

شکل (4-33) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور طبس با میراگر 86

شکل (4-34) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس بدون میراگر 86

شکل (4-3) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس با میراگر 86

شکل (4-36) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور طبس بدون میراگر 87

شکل (4-37) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور طبس با میراگر 87

شکل (4-38) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس بدون میراگر 87

شکل (4-39) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس با میراگر 87

شکل (4-40) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، دردوحالت با و بدون میراگر 88

شکل (4-41) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 88

شکل (4-42) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 89

شکل (4-43) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 89

شکل (4-44) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 90

شکل (4-45) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 90

شکل (4-46) میانگین انرژی هیسترزیس وارد بر قاب­ها تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 91

شکل (4-47) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، دردوحالت با و بدون میراگر 92

شکل (4-48) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 92

شکل (4-49) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 93

شکل (4-50) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 93

شکل (4-51) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 94

شکل (4-52) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 94

شکل (4-53) میانگین انرژی باقیمانده در قاب­ها تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 95

شکل (4-54) نسبت میانگین انرژی هیسترزیس به انرژی ورودی در قابها تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 96

شکل (4-55) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت بدون میراگر 97

شکل (4-56) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت با میراگر 97

شکل (4-57) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت بدون میراگر 98

شکل (4-58) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت با میراگر 98

شکل (4-59) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت بدون میراگر 99

شکل (4-60) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت با میراگر 99

شکل (4-61) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت بدون میراگر 100

شکل (4-62) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت با میراگر 100

شکل (4-63) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت بدون میراگر 101

شکل (4-64) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت با میراگر 101

شکل (4-65) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت بدون میراگر 102

شکل (4-66) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت با میراگر 102

شکل (4-67) نتایج میانگین توزیع خسارت در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 103

شکل (4-68) نتایج میانگین توزیع خسارت در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 103

شکل (4-69) نتایج میانگین توزیع خسارت در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 104

شکل (4-70) نتایج میانگین خسارت کلی در قابهای موردبررسی تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 105

شکل (4-71) برش پایه قاب 4طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 106

شکل (4-72) برش پایه قاب 4طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 106

شکل (4-73) برش پایه قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 107

شکل (4-74) برش پایه قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 107

شکل (4-75) برش پایه قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 108

شکل (4-76) برش پایه قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 108

شکل (4-77) میانگین برش پایه قاب­های موردبررسی، تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 109

فهرست جدول‌ها

جدول (2-1) خواص یک میراگر ویسکوالاستیک نمونه 45

جدول (2-2) مقادیر نسبت میرایی و تغییرات فرکانس منطبق با آن برای یک میراگر ویسکوالاستیک خاص با فرض میرایی متناسب 48

جدول (3-1) مشخصات رکورد زلزله­های حوزه نزدیک مورد استفاده در این تحقیق 60

جدول (3-2) مشخصات رکورد زلزله­های حوزه دور مورد استفاده در این تحقیق 60

جدول (3-3) اطلاعات سختی و میرایی میراگر ویسکوالاستیک در قاب 4 طبقه 67

جدول (3-4) اطلاعات سختی و میرایی میراگر ویسکوالاستیک در قاب 8 طبقه 67

جدول (3-5) اطلاعات سختی و میرایی میراگر ویسکوالاستیک در قاب 12 طبقه 67

جدول (3-6) مشخصات مقاطع المان­های مورداستفاده 68

جدول (3-7) ابعاد و اندازه میراگر ویسکوالاستیک 69

جدول (4-1) جدول حالات مختلف بررسی قاب­ها در این پژوهش 73

جدول (4-2) مقادیر جابجایی بام برحسب سانتی‌متر برای رکوردهای حوزه دور 110

جدول (4-3) مقادیر جابجایی بام برحسب سانتی­متر برای رکوردهای حوزه نزدیک 110

فهرست نمادها

انرژی ورودی……………………………

انرژی جنبشی …………………………..

انرژی میرایی…………………………..

انرژی کرنشی الاستیک……………………..

انرژی هیسترتیک…………………………

شاخص خسارت پارک انگ…………………..

میراگر ویسکوالاستیک…………………… VED

مدول ذخیره برشی ……………………….

مدول اتلاف برشی…………………………

مدول مرکب برشی…………………………

سختی میراگر……………………………

میرایی میراگر………………………….

نسبت میرایی معادل ……………………..

مدول اتلاف………………………………

مقدمه

سالانه در جهان، به‌طور متوسط 10000 نفر در اثر زلزله می­میرند (شکل (1-1)). بررسی­های سازمان یونسکو نشان می­دهد که خسارت مالی ناشی از زلزله از سال 1926 تا 1950 میلادی، چیزی در حدود 10 میلیارد دلار بوده است. در این فاصله زمانی در آسیای میانه دو شهر و 200 روستا تخریب شدند. از آن موقع به بعد نیز چندین شهر ازجمله عشق­آباد (1948)، اقادیر (1960)، اسکو پیه (1963)، ماناگوا (1972)، گمونا و تانگ شان (1976)، مکزیکوسیتی (1985)، اسپیتاکا (1988)، کوبه (1995)، شهرهایی در ترکیه و تایوان (1999) و صدها روستا در اثر زمین­لرزه با خاک یکسان شدند. نوشته­های تاریخی گواه نگرانی دیرینه بشر از خطرات ناشی از زمین­لرزه می­باشند[1]. به همین دلیل است که انسان درصدد مقابله با این پدیده طبیعی می­باشد که در این راه پیشرفت­های چشمگیری نیز کرده است. اما بااین‌وجود به دلیل پیچیدگی بیش‌ازحد این پدیده کماکان نتوانسته چه ازلحاظ جانی و چه ازلحاظ مادی به ایمنی و تضمین کامل برسد.

امروزه به‌خوبی مشخص‌شده است که سازه­های طراحی‌شده بر اساس ضوابط آیین‌نامه‌های موجود، در برابر زلزله­های شدید، متحمل خسارات سنگین خواهند شد. ولی بااین‌وجود هنوز برخی ضوابط طراحی لرزه­ای ( خصوصاً در طراحی اولیه سازه­ها ) بر پایه تحلیل­های ارتجاعی و استفاده از یک نیروی استاتیکی معادل با زلزله بناشده‌اند[2و3].

بارهای لرزه­ای اصولاً ماهیتی قراردادی و اعتباری داشته و نیروهای طراحی لرزه­ای پیشنهادشده توسط آیین‌نامه‌ها عموماً به‌مراتب کوچک‌تر از نیروهایی می­باشند که در هنگام زلزله به سازه وارد می­گردند. نیروهای بکار گرفته‌شده به‌وسیله زلزله به ویژگی­های الاستیک و پلاستیک سازه بستگی دارند.

پژوهش­های مختلف نشان می­دهند که در پاسخ لرزه­ای سازه­ها، پارامترهای دیگری نیز دخیل می­باشند و صرف بحث نیرو – تغییر مکان در ارتجاعی یا حتی الاستوپلاستیک کامل دوخطی نمی­تواند توجیه‌کننده تمامی رفتارهای لرزه­ای سازه باشد. درنتیجه پژوهشگران، به دنبال پیشنهاد روشی نوین در طرح لرزه­ای سازه­ها می­باشند. در همین راستا و طی دو دهه اخیر بحث انرژی بسیار موردتوجه قرارگرفته است. زیرا با پیشرفت­های حاصل‌شده در این روش، بسیاری از پارامترها و رفتارهای مطرح در طرح لرزه­ای سازه­ها قابلیت توجیه و اعمال در فرآیند طراحی را یافته­اند. بااین‌وجود، هنوز هم ناشناخته­ها و کاستی­های فراوانی درروش انرژی وجود دارد که مانع از ارائه آن به‌عنوان یک روش جامع در قالب آیین‌نامه‌ای مطمئن گشته است. با توجه به تحقیقات و پژوهش‌های گسترده‌ای که در حال حاضر روی این موضوع در سطح جهان صورت می­گیرد، آتیه­ای روشن برای آن پیش‌بینی می­گردد و چه‌بسا در آینده­ای نزدیک، اصول و ضوابط موجود فعلی در آیین‌نامه‌ها با اصول و ضوابط روش انرژی جایگزین گردند.

• خسارت جانی ناشی از زمین­لرزه­های مهم[1]

1-2 ضرورت و اهداف تحقیق

بامطالعه رفتار ساختمان­هایی که به روش مقاومتی طراحی‌شده‌اند و تحت آنالیزهای دینامیکی غیرخطی قرارگرفته‌اند می­توان مشاهده کرد که در طراحی بر اساس مقاومت علی­رغم توزیع یکنواخت مقاومت در طبقات، این روش دارای ضعف­هایی است و نمی­تواند روش کاملی برای طراحی ساختمان­ها باشد و همواره یک تمرکز انرژی و خسارت در یک یا دوطبقه مشاهده می­شود. مطالعات نشان می­دهد که بررسی سازه­ها بر اساس مفاهیم انرژی می­تواند رفتار سازه را در هنگام زلزله بهتر نشان دهد، ازاین‌رو در این مطالعه سعی شده که سازه بر اساس مفاهیم انرژی موردبررسی قرار گیرد.

با وقوع زلزله انرژی زیادی به سازه وارد می­شود، سازه باید این انرژی را به‌صورت­های مختلف جذب و یا تلف کند. اعضای سازه در برابر انرژی زلزله که مقدار قابل‌توجهی است، وارد محدوده غیر ارتجاعی می­شوند تا با تغییرشکل­های خود بتوانند این انرژی را جذب کنند. با وارد شدن اعضای سازه­ها به محدوده غیر ارتجاعی، تغییرشکل­های ماندگاری در سازه به وجود می­آید که برای ادامه بهره­برداری از سازه، باید آن اعضایی که بیش‌ازحد تغییر شکل داده­اند یا دیگر قابلیت بهره­برداری را ندارند را با اعضای جدید جایگزین و یا آن‌ها را تقویت نمود که اجرای این کار دشوار و هزینه آن نیز بالا می­باشد. لذا با قرار دادن میراگرها در سازه، این میراگرها با جذب انرژی زلزله از وارد شدن دیگر اجزای سازه به محدوده غیر ارتجاعی جلوگیری به عمل می­آورند و درنتیجه بعد از زلزله اجزای مختلف سازه همچنان قابلیت بهره­برداری خود را حفظ کرده­اند و فقط می­توان با بازدید میراگرها در صورت لزوم آن­ها را تعویض و یا تعمیر نمود.

با توجه به مطالب بیان‌شده، در این پژوهش به بررسی سازه­هایی که میراگر، به‌عنوان یک روش مقاوم­سازی، به آن‌ها اضافه‌شده پرداخته می­شود. بدین منظور با انتخاب تعدادی قاب فولادی با سیستم قاب خمشی متوسط که بر اساس ویرایش اول استاندارد 2800[4] طراحی می­شوند به بررسی آسیب‌پذیری لرزه­ای این قاب­ها، تحت زمین‌لرزه‌های مختلف حوزه دور و نزدیک و بر اساس مفاهیم انرژی پرداخته و پارامترهایی همچون خسارت طبقات و قاب­ها، جابجایی نسبی طبقات، برش پایه و جابجایی بام را موردبررسی قرار می­دهیم سپس با کنترل مقادیر جابجایی نسبی بر اساس آیین‌نامه، لزوم به‌کارگیری روش مقاوم­سازی جهت کاهش این مقادیر شرح داده می شود. بدین منظور از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت کاهش جابجایی نسبی و خسارت وارد برسازه استفاده می­شود. یکی از مزایای استفاده از میراگرهای ویسکوالاستیک این است که برای فعال کردن این میراگرها نیاز به تحریک خارجی نیست و برخلاف میراگرهای اصطکاکی که برای کمتر از نیروی لغزش نمی­توانند فعال شوند میراگرهای ویسکوالاستیک در هر زلزله­ای عمل کرده و انرژی تلف می­کنند و بدین ترتیب از خسارت وارد برسازه می­کاهند.

1-3 ساختار پایان­نامه

تحقیق حاضر در پنج فصل به‌صورت زیر تدوین‌شده است:

فصل اول شامل مقدمه، ضرورت و اهداف تحقیق و ساختار پایان­نامه می­باشد.

در فصل دوم، ابتدا به بررسی مفاهیم انرژی پرداخته و در ادامه شاخص­های خسارت معرفی‌شده و با توجه به، به‌کارگیری میراگر به‌منظور مقاوم­سازی قاب­های موردبررسی در این پژوهش، به‌مرور کنترل­های لرزه­ای، بخصوص انواع میراگرهای غیرفعال پرداخته‌شده است. با توجه به استفاده از میراگر ویسکوالاستیک در این پژوهش، مشخصات دینامیکی این نوع میراگر و روش­ طراحی آن به‌طور مفصل بیان می­شود.

فصل سوم به معرفی قاب­های فولادی و همچنین شتاب­نگاشت­های مختلف حوزه دور و نزدیک که به­منظور تحلیل دینامیکی غیرخطی به روش استاندارد 2800 مقیاس شده­اند، می­پردازد. در ادامه نرم­افزار Perform-3D معرفی و در انتهای فصل صحت مدل­سازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم‌افزار فوق موردبررسی قرار می­گیرد.

فصل چهارم با توجه به نتایج به‌دست‌آمده از تحلیل دینامیکی غیرخطی قاب­ها تحت زلزله­های حوزه دور و نزدیک، به بررسی انرژی، خسارت، جابجایی نسبی، برش پایه و جابجایی بام در طبقات و قاب­ها، قبل و بعد از مقاوم­سازی با میراگر ویسکوالاستیک می­پردازد.

فصل پنجم به ارائه خلاصه­ای از نتایج به‌دست‌آمده پرداخته و پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی ارائه می­گردد.....

و.....