کاربرد ریاضی در شهرسازی

پیشگفتار

پیشرفت عظیم علم و صنعت در قرون گذشته تا حد زیادی مرهون گسترش ریاضیات است. این گسترش را می توان به سه دوره تاریخی تقسیم نمود که هر دوره به نقطه اوجی رسیده ،سپس توقفی طولانی پیش آمده و نگاه حرکت و اوجگیری مجددا شروع شده است.

ریاضیات مدون در حدود دو هزار سال قبل از میلاد مسیح به وجود امد . لیکن ریاضیات به عنوان دانش به مفهومی که امروز برای آن قائل هستیم ، در سرزمین یونان و در قرن های پنجم و چهارم قبل از میلاد مسیح ایجاد گردید. یونانیان طی لشگرکشی های متعدد با اکتشافات ریاضی و نجومی بابلی ،آشنایی یافتند و به زودی ریاضیات در شهرهای مختلف یونان موضوع بحث های فلسفی قرار گرفت و هندسه اقلیدسی نتیجه بزرگ و اساسی این دوره است که سلطه خود را در جهان دانش بشری تا قرن ها بعد حفظ نمود . با سقوط اسکندریه توقف و رکود ریاضیات در این دوره طلایی را می توان در تاریخ به وضوح ملاحظه نمود .

این فایل دارای 14 صفحه می باشد.

پایان نامه ی انتخاب رکورد برای تحلیل لرزه ای غیرخطی سازه ها با توجه به نوع خاک. pdf

نوع فایل: pdf

تعداد صفحات: 125 صفحه

نکته مهم: برای دریافت فایل پایان نامه به صورت word «قابل ویرایش» با ما تماس بگیرید.

پایان نامه برای دریافت درجه ی کارشناسی ارشد «M.SC»

چکیده:

در این پایان نامه به بررسی یک روش مناسب جهت انتخاب زلزله هایی متناسب با شدت های مختلف لرزه ای مطابق با آیین نامه می پردازیم، این روش در ارزیابی ساختمان بر اساس سطح عملکرد و انجام آزمایشات تجربی بسیار موثر می باشد. مراحل انتخاب رکورد شامل:انتخاب یک دسته رکورد متناسب با خاک منطقه و شدت مناسب، مدل سازی غیرخطی سازه مورد مطالعه، انجام تحلیل دینامیکی افزایشی (IDA)، دسته بندی نتایج، انتخاب رکوردهای بحرانی مورد نظر با توجه به نزدیکی آنها با حدود نتایج تحلیل دینامیکی افزایشی در شدت زلزله طرح (DBE) و بیشینه زلزله محتمل (MPE) می باشد.

ابتدا 200 شتاب نگاشت به صورت رندم از سایت peer دانشگاه برکلی انتخاب می کنیم و سپس 150 رکورد از سایت لرزه شناسی ایران از زلزله های وقوع یافته در ایران انتخاب می کنیم. سپس این رکوردها را با توجه به بزرگا و فاصله از گسل و نوع خاک طبقه بندی کرده و برای اینکه اثر این رکورد ها در هر دو نوع سازه فولادی و بتنی بررسی گردد و تاثیر این رکود ها بر روی هر دو نوع سازه  بدست آید دو نوع سازه فولادی و بتنی از این شتاب نگاشت ها مدل سازی کرده و به روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی تحلیل می نماییم، یک بار با استفاده از شتاب نگاشت های دانشگاه برکلی و بار دیگر با استفاده از شتاب نگاشت های سایت لرزه شناسی ایران مدل سازی صورت می گیرد  و در نهایت نتیجه گیری می شود.

با توجه به نتایج جابجایی معیار مناسبی برای قضاوت در مورد رکورد های انتخابی برای اعمال به قاب مورد نظر می باشد.برای رکورد های مختلف پس از انجام آنالیز جابجایی ماکزیمم را بدست می آوریم، و درنهایت 20 رکوردی که بیشترین جابجایی را داشته باشند، برای انجام آنالیز انتخاب می شود. زلزله طرح در آیین نامه 2800 به صورت 10 درصد احتمال رویداد در 50 سال تعریف می گردد که معادل دوره بازگشت 475 سال است. طیف های حاصل از پردازش شتاب نگاشت ها در این پایان نامه نشان می دهد که شتاب نگاشت ها در خاکهای مختلف نتایج متفاوتی را دربردارند. طراحی با روش دینامیکی افزایشی و لحاظ نوع خاک نتایج واقعی تری را ارائه می کند.

ﻛﻠﻤﺎت ﻛﻠﻴﺪی: رﻛﻮرد زﻟﺰﻟﻪ،شتاب نگاشت های بحرانی،تحلیل دینامیکی افزایشی، زلزله طرح، ﺗﺤﻠﻴﻞ ﺗﺎرﻳﺨﭽﻪ زﻣﺎﻧﻲ

مقدمه:

جهت ارزیابی لرزه ای دقیق سازه ها باید شتاب نگاشت به صورت مستقیم به سازه اعمال شود که این امر معمولا در آزمایشات شبه دینامیکی و میز لرزان صورت می گیرد. از گذشته معمولا بارهای آزمایشگاهی به صورت چرخه های متناوب جابه جایی به نمونه ها و یا مدل های آزمایشگاهی اعمال می شود و اعمال بار تا زمان فروپاشی سازه و یا تا رسیدن به شدت موردنظر ادامه پیدا می کند اما پاسخ سازه تحت اینگونه اعمال بارگذاری با پاسخ سازه تحت اثر زلزله واقعی که دارای ماهیتی تصادفی و نامنظم دارد متفاوت می باشد. جهت طراحی لرزه ای در استاندارد 2800 همانند بسیاری از آیین نامه ها و استانداردهای دیگر دو سطح خطر استاندارد تعریف شده است : سطح خطر 1: این سطح خطر بر اساس 10 درصد احتمال رویداد در 50 سال که معادل دوره بازگشت 475 سال است، تعیین می شود. سطح خطر 1 در استاندارد 2800 ایران زلزله طرح (DBE) نامیده می شود. سطح خطر 2:این سطح خطر بر اساس 2 درصد احتمال رویداد در 50 سال که معدل دوره بازگشت 2475 سال است، تعیین می شود. سطح خطر 2 در استاندارد 2800 ایران بیشینه زلزله محتمل (MPE) نامیده می شود.                                                                                                                                       

  انتخاب رکورد با استفاده از روشی که در ادامه به توضیح آن پرداخته می شود سبب می شود که علاوه بر اینکه سازه موردنظر تحت یک زلزله واقعی مورد ارزیابی قرار می گبرد، این اطمینان داده شود که اگر زلزله دیگری با همین شدت رخ دهد سازه بیشتر از حد تعیین شده دچار خرابی نمی گردد.

فهرست مطالب:

چکیده                                                                                          

مقدمه                                                                                          

فصل اول : کلیات فصل

1-1- مقدمه                                                                                           

1-2- بیان مساله                                                                                          

1-3- اهداف پژوهش                                                                                           

1-4- اهمیت و ضرورت تحقیق                                                                                          

1-5- سوال محوری تحقیق

1-6- اهداف اساسی از انجام پژوهش

1-7- روش انجام پژوهش                                                                                           

1-7-1- روش پژوهش                                                                                          

1-7-2- روش جمع آوری اطلاعات                                                                                       

1-7-3- ابزار اندازه گیری اطلاعات                                                                                       

1-7-4- روش تجزیه و تحلیل اطلاعات

1-7-5- قلمرو پژوهش                                                                                          

1-8- فصل بندی تحقیق                                                                                          

فصل دوم : مبانی نظری پژوهش

2-1- مقدمه                                                                                            

2-2- سوابق مربوطه                                                                                          

2-3- مهندسی عمران                                                                                           

2-4- طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد

2-5- نرم افزار ABAQUS                                                                                                 

2-6- نرم افزار ETABS

2-7- نرم افزار siesmo signal 

2-8- تحلیل غیر خطی                                                                                           

2-9- همپایه سازی شتاب نگاشت ها 

2-10- بهسازی لرزه ای                                                                                             

2-11- شتاب نگاشت های دور از گسل و نزدیک به گسل

فصل سوم : روش شناسی پژوهش و تجزیه و تحلیل داده ها

3-1- مقدمه                                                                                           

3-2- روشهای مختلف مقیاس سازی شتاب نگاشت ها برای قاب فولادی

3-2-1- روﺷﻬﺎی ﻣﻘﻴﺎس ﺳﺎزی ﻣﻮرد ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ

3-2-2- انتخاب و تقسیم بندی شتابنگاشتها 

3-2-3- مطالعات عددی برای قاب فولادی

3-3- تحلیل دینامیکی افزایشی                                                                                

3-4- انتخاب رکورد                                                                                           

3-5- انجام تحلیل دینامیکی افزایشی بر روی مدل غیر خطی

3-6- انتخاب رکوردهای بحرانی                                                                                           

3-7- روش زمان دوام                                                                                    

3-7-1- تعریف روش زمان دوام                                                                                            

3-7-2-  توابع تحریک زمان دوام                                                                                         

3-7-3- مزایا و محدودیت های روش زمان دوام

3-7-4- متدولوژی کاربرد روش زمان دوام

3-7-5- نکاتی در مورد مدل سازی                                                                                

3-7-6-مشخصات توابع تحریک زمان دوام موجود

3-7-7- نحوه مقیاس سازی و تعیین زمان هدف

3-7-8- طیف طرح ساختگاه                                                                                          

3-7-9- انتخاب رکورد های زلزله                                                                                          

3-7-10- انتخاب توابع تحریک زمان دوام

3-7-11- تعیین زمانهای هدف                                                                                          

3-8- اﻧﺘﺨﺎب رﻛﻮرد زﻟﺰﻟﻪ ﺑﺮای ﺗﺤﻠﻴﻞ ﺳﺎزه ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺗﺤﻠﻴﻞ ﺳﺎزه برای قاب بتنی

3-8-1- مدلسازی و مشخصات قاب مورد مطالعه

3-8-2- تبدیل قاب 9 طبقه به سازه یک درجه آزادی

3-8-3-رکورد های مورد استفاده                                                                                     

3-9-انتخاب رکوردهای مناسب برای آنالیز تاریخچه زمانی

3-9-1- فاصله از گسل                                                                                           

3-9-2- طول زمان موثر (Significant Duration)

فصل چهارم: بحث و نتیجه گیری

4-1- نحوه هموار سازی نمودار های پاسخ و استخراج نتایج 

4-2- نگاشت زمان به دوره بازگشت                                                                                         

4-3- ارزیابی بر اساس منحنی های عملکرد و سطوح خرابی

4-4-  تحلیل اقتصادی بر اساس هزینه های دوره بهره برداری

4-5- انجام آنالیز و تحلیل نتایج                                                                                           

4-6- نتیجه گیری                                                                                          

4-7- پیشنهادات                                                                                           

ضمائم

منابع و ماخذ فارسی                                                                                          

منابع و ماخذ انگلیسی                                                                                          

علائم و نمادهای مورد استفاده                                                                                          

چکیده انگلیسی

فهرست جداول:

جدول 3-1- مشخصات رکوردهای نزدیک گسل

جدول 3-2- مشخصات رکوردهای دور از گسل 

جدول 3-3-  مشخصات مقاطع بکار رفته در سه قاب 

جدول 3-4- ضرایب مقیاس روشهای فوق برای خاک نوع 3 ونزدیک گسل 

جدول 3-5- ابعاد تیر و ستون ساختمان 

جدول 3-6- رکوردهای زلزله سایت peer دانشگاه برکلی 

جدول 3-7- رکوردهای زمان دوام 

جدول 3-8- مشخصات رکورد های اعمال شده 

جدول  ‏4-1- رابطه گریز طبقات و خسارت اقتصادی 

جدول  ‏4-2-  هزینه اولیه، سالیانه و کل برای گزینه های مختلف برای تقویت یک سازه فولادی

جدول 4-3- لیست 20 رکورد انتخاب شده نهایی برای انجام آنالیز دینامیکی افزایش یابنده بر روی قاب 9 طبقه

فهرست اشکال و نمودارها:

شکل3-1- منحنی غیرخطی و نمودار معادل شده

شکل 3-2- قاب 3 طبقه با مقاطع و شکل مقطع تیرها و ستونها

شکل 3-3-  طیفهای کلیه رکوردها در چهار گروه خاک و نزدیک گسل

شکل 3-4- طیفهای کلیه رکوردها در چهار گروه خاک و دور از گسل

شکل 3-5- مقیاس سازی به روش (T0)Sa برای قاب 7 طبقه

شکل 3-6- مقیاس سازی به روش  ((T0- T µ ) Sa) برای قاب 7 طبقه

شکل 3-7- مقیاس سازی به روشحوزه زمان برای قاب 7 طبقه

شکل3-8- مقیاس سازی به روش NDP برای قاب 7 طبقه

شکل 3-9-  مقیاس سازی به روش آیین نامه 2800 برای قاب 7 طبقه

شکل 3-10- جابجایی حداکثر طبقات برای قاب 3 طبقه

شکل 3-11- جابجایی حداکثر طبقات برای قاب 7 طبقه

شکل 3-12- جابجایی حداکثر طبقات برای قاب 15 طبقه

شکل3-13- مدل بتن غیرخطی  Mander

شکل3-14-نمودار IDA

شکل 3-15- نمودار IDA همراه با رکورهای بحرانی

شکل  ‏3-16- آزمایش فرضی قابها تحت ارتعاش اتفاقی افزاینده

شکل  ‏3-17- نمودار پاسخ سازه تحت شتابنگاشت افزاینده

شکل  ‏3-18- نمونه شتابنگاشت افزاینده

شکل  ‏3-19-طیف پاسخ ETA20a02 در زمانهای مختلف

شکل  ‏3-20- متدولوژی کلی کاربرد روش زمان دوام

شکل  ‏3-21- نمونه طیف طرح ( آیین نامه ASCE 7-05)

شکل  ‏3-22- نمونه مقیاس سازی برای سازه فرضی  با پریود 1 ثانیه

شکل  ‏3-23- طیف متوسط رکورد های زلزله مقیاس شده

شکل  ‏3-24- مقایسه طیف توابع زمان دوام و طیف متوسط زلزله ها

شکل 3-25- پلان  و قاب ساختمان 9 طبقه

شکل 3-26-  منحنی برش پایه در مقابل دریفت مرجع قاب 9 طبقه

شکل 3-27- نمودار انرژی- زمان

شکل  ‏4 1- نمونه نمودار پاسخ تحلیل زمان دوام و هموار سازی آن

شکل  4 2- هموار سازی با استفاده از میانگین متحرک

شکل  ‏4-3- ترسیم نمودار پاسخ زمان دوام بر اساس دوره بازگشت

شکل  4-4- نمونه نمودار مقایسه ای عملکرد لرزه ای دو گزینه طراحی

شکل  4-5- استفاده از مفهوم سطح خرابی برای بیان عملکرد لرزه ای

شکل  ‏4-6- نمونه نمودار خسارت برای یک گزینه طراحی

شکل 4-7- منحنی های طیف بازتاب مقیاس شده در پریود پایه سیستم 78رکورد انتخاب شده

منابع و مأخذ:

منابع و ماخذ فارسی:

1- مقررات ملی ساختمان مبحث ششم (1392) بارهای وارد بر ساختمان، وزارت مسکن و شهرسازی، دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان.

2- مقررات ملی ساختمان مبحث دهم (1392) طرح و اجرای ساختمان های فولادی، وزارت مسکن و شهرسازی، دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان

3- مقررات ملی ساختمان مبحث نهم (1392) طرح و اجرای ساختمان های بتنی، وزارت مسکن و شهرسازی، دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان

4- کمیته بازنگری آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله(1385) استاندار طراحی ساختمانها در برابر زلزله 2800، انتشارات مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن.

5- آذری هدی، مقیاس سازی ارایه شده در برآورد پارامترهای نیاز سازه های بتنی، پنجمین کنفرانس بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله 1385.

6- دستورالعمل طراحی ساختمان های دارای جداساز لرزه ای (1389)، زیر نظر کمیته تخصصی(ویرایش اول)، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، تهران.

منابع و ماخذ انگلیسی:

 [1] Iervolino,I and Cornell,C.A “Record selection for nonlinear analysis of  structures” Earthquake Spectra Vol.21,2005,No.3 pp685-7131–11

 [2] Bertero VV. Strength and deformation capacities of buildings under extreme environments. In Structural Engineering and Structural Mechanics, Pister KS (ed.). Prentice Hall: Englewood Cliffs, NJ, 1977; 211–215.

 [3] Luco N, Cornell CA. Effects of connection fractures on SMRF seismic drift demands. ASCE Journal of Structural Engineering 2000; 126:127– 136.

[4] Luco N, Cornell CA. Effects of random connection fractures on demands and reliability for a 3-story pre- Northridge SMRF structure. Proceedings of the 6th U.S. National Conference on Earthquake Engineering, paper 244. EERI, El Cerrito, CA: Seattle, WA 1998; 1–12.

[5] Vamvatsikos, Cornell CA, Incremental Dynamics Analysis. John Wiley &Sons Journal ofStructural Engineering 2001; 126:127–136.

[6] Jalayer,F, Cornell CA, Application of Incremental Dynamics Analysis to RC Frame. John Wiley &Sons Journal ofStructural Engineering 2001; 126:127–136.

 [7] SEISMOSOFT (2012), “SEISMOSTRUCT: A Computer Program for Static and Dynamic Nonlinear Analysis of Framed Structures”, (available at URL: http//www.seismosoft.com). 

[8] FEMA-p695 (2009), “Quantification of Building Seismic Performance Factors”, Applied Technology Council, Redwood, CA., USA.

[9] PEER. Pacific Earthquake Engineering Research Center: PEER NGA Database, University of

California, Berkeley, http://peer.berkeley.edu/nga/

[10] Ibarra, L.F., and Krawinkler, H. (2005). “Global collapse of frame structures under seismic

excitations,” PEER Report 2005/06.

[11] Fardis, M. N. and Biskinis, D. E. (2003). “Deformation Capacity of RC Members, as Controlled by

Flexure or Shear,” Otani Symposium, 2003, pp. 511-530.

[12] Haselton, C.B., A.B. Liel, S. Taylor Lange and G.G. Deierlein (2007). “Beam-Column Element Model

Calibrated for Predicting Flexural Response Leading to Global Collapse of RC Frame Buildings,” PEER

Report 2007/03.

[13] Haselton, C.B., and G.G. Deierlein. (2007). “Assessing Seismic Collapse Safety of Modern

Reinforced Concrete Moment-Frame Buildings,” PEER Report 2007/08.

[14] Nonlinear Dynamic Time History Analysis of Single Degree of Freedom Systems (Nonlin). Emergency

Management Institute (EMI), http://training.fema.gov/EMIWeb/nonlin.asp