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 ویسكوالاستیك 42
2-5-7-2 مشخصات دینامیكی میراگرهای ویسكوالاستیك 43
2-5-7-3 مدل‌سازی سازه‌های دارای میراگر ویسكوالاستیك 46
2-5-7-4 روش انرژی كرنشی 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 ویسكوالاستیك 44
شکل (2-18) ضریب افزایش دینامیكی برحسب فركانس بار وارده به فركانس طبیعی سیستم مدل‌سازی 46
شکل (2-19) مدل تحلیلی ماکسول برای مواد ویسکوالاستیک 47
شکل (2-20) مدل تحلیلی كلوین برای مواد ویسكوالاستیك 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

یک مطلب دیگر :

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

4-1-مقدمه…………………………………… 62
4-2-بررسی نتایج……………………………… 63
4-2-1-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه سه طبقه….. 66
4-2-2-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه پنج طبقه…. 69
4-2-3-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه هفت طبقه…. 72
4-2-4-بررسی نتایج حاصل از شکل پذیری سازه………. 72
4-3-تعیین عملکرد لرزهای اعضاء…………………. 74
4-3-1-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان سه طبقه……. 79
4-3-2-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان پنج طبقه…… 84
4-3-3-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان هفت طبقه…… 89
فصل 5: جمع بندی و نتیجه گیری…………………… 90
5-1-جمع بندی………………………………… 91
منابع و مراجع………………………………… 95
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
شکل(2-1) ارتباط بین ضریب کاهش نیرو ، اضافه مقاومت ، ضریب کاهش به علت شکل پذیری و ضریب شکل پذیری ………………….. 19
شکل(2-2) منحنی نیرو- تغییر شکل عضو……………… 32
شکل(2-3) معیارهای پذیرش اعضا در سطوح مختلف عملکردی… 34
شکل(2-4) نتایج مطالعاتKunnath و همکاران………….. 38
شکل(3-1) نمایی از قاب نمونههای مورد مطالعه در تعداد طبقات 3، 5 و 7   44
شکل(3-3) منحنی رفتاری عضو……………………… 51
شکل(3-4) منحنی ساده شده برش پایه- تغییرمکان………. 58

شکل (4-1) منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع اول   64
شکل (4-2) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع یک    64
شکل (4-3)منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم    65
شکل (4-4) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم   65
شکل(4-5) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول   67
شکل (4-6) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول  67
شکل (4-7) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم  68
شکل (4-8) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم  68
شکل (4-9) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول  70
شکل (4-10) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول 70
شکل (4-11) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل (4-12) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل(4-13) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-14) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-15) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-16) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-17) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-18) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-19) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78

یک مطلب دیگر :

شکل(4-20) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78
شکل(4-21) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80
شکل(4-22) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80
شکل(4-23) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-24) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-25) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-26) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-27) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83
شکل(4-28) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83
شکل(4-29) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-30) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-31) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-32) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-33) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-34) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-35) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88
شکل(4-36) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول
(3-1) مقادیر ضریب بازتاب ( ) و ضریب زلزله ( ) در نمونه های مورد مطالعه 47
جدول(3-2) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 3 طبقه 48
جدول(3-3) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 5 طبقه 49
جدول(3-4) مقاطع تیر،ستون و بادبند نمونه 7 طبقه 49
جدول (3-5) مقادیر 59
جدول (3-6) مقادیر ضریب . 60
جدول (3-7) مقادیر ضریب 60
جدول(4-1) پارامترهای رفتاری ساختمان سه طبقه 66
جدول(4-2) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 69
جدول(4-3) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 72
 
فصل 1: مقدمه
 
 

یک مطلب دیگر :

2-4-2-2- سیستم غیر چسبیده. 22
2-5- پس تنیدگی در سدها. 23
2-5-1- مقدمه. 23
2-5-2- مواد پس تنیدگی. 24
2-5-3- فواصل کابل‌ها. 25
2-5-4- صرفه‌جویی در حجم بتن. 26
2-5-5- تعیین مقدار نیروی پس تنیدگی در كابل‌ها. 26
2-5-6- پس تنیدگی در سدهای بتنی وزنی. 29
2-5-7- بررسی پس تنیدگی در سدهای بتنی وزنی توسط محققین  36
فصل سوم – روش تحقیق. 40
3-1- مقدمه. 41
3-2- روش‌های عددی برای تحلیل دینامیکی. 42
3-2- 1- ارزیابی روش‌های تحلیل دینامیکی. 43
3-2-2- مدل‌سازی زلزله جهت انجام تحلیل دینامیكی در نرم‌افزار Ansys…….. 44
3-2-2- 1-روش نیومارک. 45
3-3-مدل‌سازی سیستم سازه و سیال به روش اجزای محدود مبتنی بر نرم‌افزار Ansys 47
3-3-1- مقدمه. 47
3-3-2- مدل‌سازی محیط مخزن به روش اجزای محدود. 48
3-3-2-1- المان‌های سیال متکی بر تغییر مکان. 49
3-3- 2-2-Fluid80. 50
3-3-3- مدل‌سازی سازه سد به روش اجزای محدود. 52
3-3-3-1- المان Solid65. 52
3-3-3-2- رفتار المان Solid65 در حالت کلی. 54
3-3-3-3- رفتار خطی بتن. 55
3-3- 4- مدل‌سازی کابل‌ها با المان Link10. 55
3-3-5- مدل‌سازی صفحه سر کابل با المان Shell181. 56
3-3-6- مدل‌سازی اندرکنش مخزن و سازه به روش اجزای محدود  57
3-3-6-1– مدل سازی اندرکنش مخزن و سیال به روش لاگرانژی  58
3-3-7- مدل‌سازی اندرکنش سد و کابل‌های پس تنیدگی. 58
3-4- مدل‌سازی اثر نیروی پس تنیدگی در Ansys 58
3-5- تعیین سطح مقطع کابل. 59
فصل چهارم – تحلیل عددی و ارائه نتایج. 61
4-1- مقدمه. 62
4-2- شتاب نگاشت‌ها. 62
4-3- کنترل صحت مدل‌سازی. 64
4-3-1- روش مدل‌سازی…….. 65
4-3-2- تغییر مکان هیدروستاتیک در مخزن. 65
4-3-3- فشار هیدروستاتیک در مخزن. 67
4-3-4- بررسی تأثیر عرض کف در تحلیل استاتیکی. 67
4-3-4-1- سیستم سد-پی. 68
4-3-4-2- سیستم سد-پی-مخزن-کابل. 69
4-3-5- ارتعاش سد هارمونیک. 70
4-3-6- آنالیز سد Pine Flat…….. 71
4-3-6-1- مشخصات هندسی و فرضیات در نظر گرفته شده برای سد Pine Flat 72
4-3-6- 2- آنالیز مودال و تعیین ضرایب میرایی سیستم سد-پی-مخزن  72
4-3-6-3- آنالیز دینامیکی سد Pine Flat 73
4-4- نتایج تحلیل دینامیکی مدل سد پس‌تنیده تحت اثر زلزله  75
4-4-1- اثر پس‌تنیدگی بر تغییر مکان افقی تاج سد به روش اعمال نیروی ترکیبی…….. 75
4-4-2- اثر پس‌تنیدگی بر تغییر مکان افقی تاج سد به روش اعمال دما  81
4-4-3- اثر میزان حجم مخزن بر تغییر مکان افقی تاج سد. 88
4-4- 4- بررسی تاثیر پس‌تنیدگی بر تنش کششی و تغییر مکان در سد  90
4-5- فاصله مناسب کابل‌ها در سد پس‌تنیده. 97
4-5- 1-روش استفاه از چند کابل در تعیین فاصله مناسب. 97
4-5-2- روش استفاده از یک کابل در تعیین فاصله مناسب…….  102
فصل پنجم – نتیجه گیری. 110
5- 1- مقدمه. 111
5-2- نتایج…….. 111
5-3- پیشنهادات……. 113
منابع:. 114

فهرست جداول
عنوان                                                                                                          صفحه
جدول 4-1- مشخصات مصالح سد بتنی وزنی پس‌تنیده در تحلیل خطی  64
جدول 4-2- پریود و فرکانس ارتعاش آزاد سیستم سد-پی-مخزن  73
جدول 4-3- میزان نیروی پس‌تنیدگی وارد شده به کابل و صفحه (MN)  75
جدول 4-4- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Taft 80
جدول 4-5- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Elcentro 80
جدول 4-6- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Taft 86
جدول 4-7- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Elcentro. 86
جدول 4-8- نتایج تغییر مکان افقی تاج سد پس‌تنیده به روش ترکیبی(cm)  87
جدول 4-9- نتایج تغییر مکان افقی تاج سد پس‌تنیده به روش اعمال دما(cm). 87
جدول 4-10- پاسخ افقی تاج سد تحت ارتفاع‌های مختلف مخزن در زلزله Taft 89
جدول 4-11-پاسخ افقی تاج سد تحت ارتفاع‌های مختلف مخزن در زلزله Elcentro 89
جدول 4-12- میزان نیروی پس‌تنیدگی وارد شده به کابل و صفحه  90
جدول 4-13- حداکثر تنش کششی (kPa) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 95
جدول 4-14- حداکثر تغییر مکان افقی تاج سد (cm) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 95
جدول 4-15- حداکثر تنش کششی (kPa) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro 96
جدول4-16- حداکثر تغییر مکان افقی تاج سد (cm) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 96
جدول 4-17- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 55/0 و 6/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 103
جدول 4-18- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 65/0 و 7/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 104
جدول 4-19- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 55/0 و 6/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 105
جدول 4-20- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 65/0 و 7/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro . 106
جدول 4-21- درصد کاهش تنش کششی و تغییر مکان افقی در شیب‌های پایین دست مختلف تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 107
جدول 4-22- درصد کاهش تنش کششی و تغییر مکان افقی در شیب‌های پایین دست مختلف تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 108
فهرست اشکال
عنوان                                                                                                           صفحه
شکل 1-1- مدل سد-پی-مخزن-کابل سد بتنی وزنی پس‌تنیده. 5
شکل 2-1- مدل سد و مخزن مورد استفاده وسترگارد. 11
شکل 2-2- تغییرات فشار سهموی وسترگارد. 12
شکل 2-3- کابل‌های پس‌تنیدگی. 25
شکل 2-4- سد بتنی وزنی پس‌تنیده. 27
شکل 2-5- سدهای مقاوم‌سازی شده. 31
شکل 2-6- سدهای مورد مطالعه. 33
شکل 2-7- رشته‌های کابل مورد استفاده در سد منجیل جهت پس‌تنیده کردن. 33
شکل 2-8- نصب کابل‌های پس‌تنیده بر روی سد Ink. 35
شکل 2-9- مقطع سد بهسازی شده Ink. 36
شکل 3-1- رابطه فشار و کرنش حجمی در آب. 49
شکل 3-2- مشخصات هندسی المان Fluid80. 51
شکل 3-3- المان بتن Solid 65. 52
شکل 3-4- هندسه ترک و تنش‌ها. 53
شکل 3-5- المان Link10. 56
شکل 3-6- المان Shell181. 57
شکل 3-7- نمودار تنش-کرنش فولاد پر مقاومت. 60
شکل 4-1- به ترتیب شتاب نگاشت مؤلفه افقی زلزله Taft ؛ شتاب نگاشت مؤلفه قائم زلزله Taft ؛ شتاب نگاشت مؤلفه افقی زلزله Elcentro ؛ شتاب نگاشت مؤلفه قائم زلزله Elcentro. 63
شکل 4-2- مدل اجزای محدود سیستم سد-پی-مخزن. 66
شکل 4-3- مقایسه نتایج تغییر مکان تئوری و نرم‌افزار Ansys سیال مخزن در سیستم سد-پی-مخزن. 66
شکل 4-4- مقایسه فشار هیدرودینامیکی مخزن و Ansys سیال مخزن در سیستم سد-پی-مخزن. 67
شکل 4-5- مقایسه تنش قائم کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی با عرض کف 50 متر. 68
شکل 4-6- مقایسه تنش قائم کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی با عرض کف 70 متر. 69
شکل 4-7- مقایسه تنش قائم در کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی-مخزن-کابل با عرض کف سد 50 متر. 69
شکل4-8- مقایسه تنش قائم در کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی-مخزن-کابل با عرض کف سد 70 متر. 70
شکل4-9- پاسخ فشار در المان پاشنه سد صلب تحت مؤلفه افقی شتاب هارمونیک. 71
شکل4-10- مقطع هندسی مدل سد Pine Flat 72
شکل4-11- مدل اجزای محدود سیستم سد-پی-مخزن Pine Flat 74
شکل4-12- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat با در نظر گرفتن پی انعطاف‌پذیر تحت شتاب نگاشت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 74
شکل4-13- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 78/0 m= . 76
شکل 4-14- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 7/0 m=. 77
شکل 4-15- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 78
شکل4-16- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 6/0 m=. 79
شکل4-17- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 82
شکل4-18- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 7/0 m=. 83
شکل4-19- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 84
شکل4-20- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 6/0 m=. 85
شکل4-21- مقایسه میانگین تغییر مکان افقی تاج سد در شیب‌های پایین‌دست مختلف به دو روش ترکیبی و اعمال دما. 88
شکل 4-22- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 7/0m=. 91
شکل 4-23- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 65/0m=. 92
شکل 4-24- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 6/0m=. 93
شکل 4-25- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 55/0m=. 94
شکل 4-26- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 7/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله  Taft 98
شکل 4-27- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 65/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 98
شکل 4-28- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 6/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله  Taft 99
شکل 4-29- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 55/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 99
شکل 4-30- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 7/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 100
شکل 4-31- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 65/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 100
شکل 4-32- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 6/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 101
شکل 4-33- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 55/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 101
 
 
 
 
 
 
فصل اول–مقدمه و کلیات تحقیق
 
 
 
 
 
 

 
 
 
1-1- مقدمه
از آنجا که آب مایه‌ی حیات در زندگی بشر می‌باشد، جهت ذخیره‌سازی برای استفاده بهینه از آن روش‌های مختلفی بكار گرفته می‌شود كه ساخت سد از جمله مهم‌ترین ابزار جهت ذخیره آن بشمار می‌رود. سدها در جوامع صنعتی بناهای مهمی محسوب می‌شوند چرا که علاوه بر ذخیره آب، مصرف شرب و کشاورزی، جهت تولید انرژی نیز از آن می‌توان استفاده کرد.
در ابتدای صنعت سدسازی، سد‌ها كوچك بوده که با پیشرفت علم و تكنولوژی‌، سدها بزرگ و حجم مخزن پشت سد نیز افزایش یافته است بنابراین تخریب سدهای بزرگ در زمان زلزله می‌تواند موجب خسارات عظیمی به مناطق پایین‌دست سد شود لذا با پیشرفت علوم مهندسی در تحلیل سازه سد، سعی بر ساخت سدهایی با ابعاد بهینه، اقتصادی و ایمن شده است. از طرفی بالا رفتن عمر سدها می­تواند موجب کاهش عملکرد مناسب آنها گردد ضمن اینکه با بالا رفتن استانداردهای ایمنی، داشتن برنامه‌های مختلف و وسیع نوسازی و مقاوم‌سازی ضرورت ارزیابی ایمنی این سازه­ها اجتناب ناپذیر می­گردد.
1-2- بیان مسئله
سدهای بتنی وزنی به دلیل ساختمان ساده، سهولت در ساخت، ایمنی، در هر ارتفاع دلخواه و در شرایط مختلف طبیعی از جمله در شرایط سخت زمستانی به طور وسیعی در دنیا مورد توجه قرار گرفته‌اند. سدهای بتنی وزنی در محل‌هایی که دارای پی مستحکم باشند، احداث می‌شوند. در سدهای بتنی وزنی عمده پایداری سد ناشی از وزن سد بوده و ممکن است درصدی از وزن آب نیز به منظور افزایش پایداری کمک گرفته شود. نام سدهای وزنی از كلمه Gravity به معنی ثقل و سنگینی گرفته شده است كه دلیل آن نیز مقاومت و پایداری این نوع سدها در برابر نیروهای اصلی مؤثر، یعنی فشار افقی آب در اثر وزن سازه می‌باشد.
امروزه با توجه به پیشرفت علوم در طراحی سازه سد و به دلیل نیاز به افزایش ارتفاع در برخی از سدها یا عدم مقاومت كافی برخی سدهای بتنی وزنی در برابر نیروهای مختلف از جمله نیروی زلزله و نیروی زیر فشار لزوم مقاوم‌سازی این سازه‌ها اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. همچنین بسیاری از سدهای قدیمی موجود براساس ضوابط قدیمی تحلیل و طراحی گردیده‌اند که با توجه به محدودیت‌های تغییر ضوابط آیین‌نامه، ضرورت بازنگری در سدهای بتنی موجود اجتناب‌ناپذیر می‌باشد که در این میان ممکن است بعضی سدها ضوابط آیین‌نامه را اقنا ننموده و نیاز به ترمیم و یا بهسازی داشته باشند. این ترمیم و یا بهسازی می‌تواند با استفاده از کابل پس‌تنیده صورت بگیرد. تكنیك پس تنیدگی یكی از راهكارهای مقاوم‌سازی جهت كاهش زیرفشار و حذف تنش‌های كششی در سدها می‌باشد که در این‌صورت لزوم تعیین فاصله بهینه بین کابل‌های پس‌تنیده اجتناب‌ناپذیر می‌باشد.
روش‌های گوناگونی جهت تحلیل این سازه ارائه شده که به طور عمده این روش‌ها را می­توان به دو دسته تحلیلی و عددی تقسیم کرد.
در روش تحلیلی اساس حل بر روابط منطقی و دقیق می‌باشد، به‌طوری‌که با تعیین معادله حاکم بر رفتار سد و مخزن، این معادله را می‌توان با روابط ریاضی به طور مستقیم حل نمود. این روش اولین بار در سال 1933 میلادی توسط وسترگارد^[1] [40] مطرح شد که با ارائه روش جرم افزوده نگاه جدیدی از درک هیدرودینامیکی وارد برسد ارائه نمود.
پس از وسترگارد ، چوپرا^[2] [14] و محققین دیگر روش‌های مختلفی را جهت حل تحلیلی معادلات حاکم بر سد و مخزن ارائه نمودند، که به آن پرداخته می‌شود.
حل دقیق وسترگارد و حتی محققین بعد از آن همراه با فرض‌های ساده شونده‌ای بود، که در صورت عدم در نظر گرفتن آنها و اعمال شرایط حقیقی به ویژه در هنگام اعمال

یک مطلب دیگر :

پرنده‌ ای زیبا و عجیب در آفریقا + عکس

 نیروی زلزله، مسئله را بسیار پیچیده و غیرقابل حل می‌نمود. با توجه به پیچیدگی روش حل تحلیلی تحت شرایط حقیقی و یا پیشرفت تکنولوژی ، محققین روش‌های عددی را جهت حل این مسئله مورد مطالعه قرار دادند. این روش‌ها با حجم عملیاتی بالا متکی بر سرعت کامپیوترها در انجام حل تکراری یک الگوریتم مشخص می‌باشند.

تحلیل سدها به روش عددی با توجه به وجود سیال به‌عنوان محیط مخزن، برخلاف سازه‌های معمول دارای پیچیدگی‌های خاصی است. روش‌های مختلفی جهت مدل ریاضی سیال ارائه شده است که می‌توان این روش‌ها را به سه گروه عمده تقسیم نمود: روش اول جرم افزوده است که در این روش سیال به‌صورت یک جرم اضافی به بدنه سد اضافه شده و همراه با سد ارتعاش می‌کند. روش دوم ، روش اویلری است که در این روش به بررسی تاریخچه زمانی متغیر یک نقطه پرداخته می‌شود. روش سوم، روش لاگرانژی است که به بررسی متغیر مشخص در نقاط دلخواه می‌پردازد.
1-3- اهداف تحقیق
هدف از این تحقیق تحلیل سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده و بدون پس‌تنیدگی و تعیین فاصله مناسب کابل‌های پس‌تنیده با توجه به شیب پایین‌دست می‌باشد. بر این اساس با توجه به شیب پایین‌دست سد فاصله و اندازه کابل‌ها را تغییر داده تا به ازای آن حجم بتن‌ریزی و نیز طول کابل مصرفی به حداقل مقدار خود برسد.
در این تحقیق پاسخ سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس تنیده و بدون پس‌تنیدگی با مدل‌سازی به روش اجزا محدود براساس فرمول‌بندی لاگرانژی-لاگرانژ ی سیستم سد-پی-مخزن و نیز مدل‌سازی کابل تحت اثر زلزله مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از نرم افزار Ansys که دارای قابلیت مدل‌سازی و گرافیكی بالائی می‌باشد جهت تحلیل دینامیکی سیستم مورد بررسی با فرض رفتار خطی مصالح استفاده و نتایج حاصل از تحلیل دینامیكی خطی سیستم در حالات مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.
1-4- تعریف
در این تحقیق به جهت شناخت سیستم سد-پی-مخزن-کابل، نامگذاری بخش های یک سد بتنی وزنی مطابق شکل 1-1 می باشد.
شکل1- 1- مدل سد-پی-مخزن-کابل سد بتنی وزنی پس‌تنیده
1-5- فرضیات
فرضیات مورد استفاده در این تحقیق به شرح ذیل می باشند:

• رفتار مصالح سد و مخزن اعم از بتن، آب و كابل ایزوتروپ، همگن و خطی می‌باشد.
• تغییر شکل‌ها کوچک می باشد.
• اثر زلزله بر كل سیستم سد و مخزن به‌صورت یكنواخت می‌باشد.

1-6- نوآوری‌های تحقیق

• ارائه یک مدل نرم‌افزاری ترکیبی از سد بتنی وزنی به همراه کابل‌های پس‌تنیده با صفحه فولادی.
• مدل‌سازی پس‌تنیدگی با روش اعمال دما.
• تحلیل مدل سه بعدی سد بتنی وزنی با عرض نسبتاً واقعی.
• ارائه حدود فاصله مناسب کابل‌های پس‌تنیدگی برای بهسازی و مقاوم‌سازی سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده.

1-7- ساختار كلی پایان‌نامه:
این پایان‌نامه در پنج فصل تهیه گردیده است كه به طور خلاصه به شرح زیر می‌باشند:

• در فصل اول مقدمه‌ای بر لزوم انجام و کلیاتی از کارهای انجام شده، ارائه می‌شود.
• در فصل دوم با در نظر گرفتن شرایط مسئله، معادلات حاکم بر مسئله معرفی و سپس خلاصه‌ای از مطالعات و کارهای انجام شده توسط سایر محققین ارائه می‌شود.
• در فصل سوم فرمول‌بندی ریاضی سیستم سد-پی- مخزن با احتساب اندرکنش و روش‌های حل دستگاه معادلات دینامیکی با استفاده از روش اجزای محدود معرفی و نیز چگونگی محاسبه کابل‌های پس‌تنیدگی و مدل‌سازی آن در روش اجزا محدود در تحلیل استاتیکی و دینامیکی ارائه می‌گردد.
• در فصل چهارم ابتدا صحت مدل‌سازی کامپیوتری مورد بررسی قرار گرفته و سپس نتایج تحلیل سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس‌تنیده با قرارگیری کابل‌ها در نقاط مختلف و تغییر شیب پایین‌دست سد بررسی می‌گردد.
• در فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌هایی برای ادامه کار ارائه می‌گردد.

فصل دوم – ادبیات موضوع و پیشینه تحقیق
2-1- مقدمه
با توجه به اهمیت سازه سد و آسیب پذیر بودن این سازه لزوم مقاومت این سازه در برابر نیروهای اعمالی امری اجتناب ناپذیر است. سدها می بایست در برابر نیروهای اعمالی به آن از جمله نیروهای استاتیکی نظیر زیرفشار، فشار مخزن، و تنش‌های وارده ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای دینامیکی نظیر زلزله و سیلاب و … مقاومت کافی داشته باشند. مدل سیستم سد-پی-مخزن با در نظر گرفتن نیروهای وارده همواره توسط محققین زیادی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. به‌طوریکه در ابتدا با روش‌های تحلیلی و در نظر گرفتن فرضیات ساده شونده زیاد و سپس با روشهای عددی مبادرت به حل مدل سد نمودند. در این فصل در ابتدا نگاهی گذرا به روشهای تحلیلی و عددی در حل سیستم سد-پی-مخزن خواهیم داشت. سپس تعریف و تاریخچه و کاربرد روش پس‌تنیدگی در مقاوم‌سازی و بهسازی سدها ارائه می‌گردد و نتایج محققین در این زمینه بیان می‌شود.
2-2- روش‌های تحلیلی
روش‌های تحلیلی اولین روش‌هایی بودند كه محققین برای حل مسئله تحلیل سد و مخزن تحت اثر زلزله بكار بردند. در این نوع روش‌ها، در ابتدا طبق فرضیات مصالح، معادلات حاكم و شرایط مرزی مسئله بیان و سپس مستقیماً معادلات دیفرانسیل مربوطه حل می‌شود.

شکل ‏1‑1: تشكیلات سیستم مانیتورینگ سلامت سازه. [69]
در شكل(1-1) ساختار سیستم SHM به تصویر کشیده شد(بخش(1-2-3)). این سیستم مربوط به تابع مانیتورینگ سراسری سازه[6] می‌باشد. انواع پدیده‌های فیزیکی در بحث مانیتورینگ باید مطالعه شوند در ذیل ارائه شده‌اند.
الف) نوع پدیده فیزیكی مربوط به آسیب كه توسط حسگرها مانیتوره شده است.
ب) نوع پدیده فیزیكی كه بوسیله حسگرها برای تولید، دریافت، ارسال و ذخیره‌سازی سیگنال(معمولا الكتریكی) در زیر سیستم‌ها استفاده می‌شود. چند نوع حسگر مشابه كه داده‌ها را همزمان برای یك سیستم ارسال می‌كنند، یك شبكه حسگری[7] را تشکیل داده كه در نهایت داده‌های آنها با دیگر حسگرها ادغام شده و حسگرهای دیگر نیز با استفاده از سیستم مانیتورینگ وظیفه نظارت بر شرایط محیطی را انجام می‌دهند. سیگنال‌های تحویل داده شده بوسیله زیر سیستم یكپارچه مانیتورینگ ثبت شده و توسط كنترلر استفاده می‌شوند. در نهایت کلیه این عوامل منجر به ایجاد یك سیستم تشخیص عیب کامل سازه‌ای می‌شوند. [6,14,15]

1-2       آشنایی با انواع آسیب‌

هدف اصلی این پروژه ارائه روش‌هایی نوین برای کشف آسیب‌های سازه‌ای می‌باشد. در ابتدا مفاهیم پایه‌ای آسیب ارائه می‌شود.

1-2-1     مفاهیم پایه‌ای آسیب

نزدیک به سه دهه است که تلاش‌های فراوانی برای کشف آسیب صورت گرفته است. در ده سال گذشته با ورود سیستم‌های مانیتورینگ سلامت سازه‌ای رشد چشمگیری در تکنولوژی کشف آسیب صورت گرفته است. تاکنون تعریف‌های گوناگونی از آسیب ارائه شده است. در این جا سعی بر این است که ساده‌ترین و جامع‌ترین تعریف آسیب ارائه شود. آسیب تغییر در خواص هندسی یا خواص ماده شامل تغییر در شرایط مرزی، اتصالات و… می‌باشد که تاثیر نامطلوبی بر عملکرد سازه می‌گذارد. به بیان دیگر آسیب، تغییر در عملکرد مطلوب سازه می‌باشد. مفهوم آسیب زمانی که با شرایط حالت سالم(بدون آسیب) مقایسه شود، معنا پیدا می‌کند. بدلیل اینکه این پروژه بر روی آسیب‌های مکانیکی و سازه‌ای تمرکز دارد، آسیب به تغییر در خواص هندسی و خواص ماده محدود می‌شود.[15]
شروع همه آسیب‌ها از سطح ماده است. البته ذکر این نکته ضروری است که آسیب لزوما به معنای از دست رفتن عملکرد کل سیستم نمی‌باشد اما اگر آسیب در مراحل اولیه کشف نشود، عملکرد کل سیستم کوتاه شده و در نهایت سیستم بین می‌رود(شکست کل سازه). امروزه تلاش پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های کشف آسیب این است که آسیب را در همان مراحل اولیه شناسایی کنند. در ادامه انواع آسیب و دلایل بروز آنها شرح داده می‌شود.

1-2-2     عوامل وقوع آسیب در صنایع هوافضا و عمران

1. خوردگی[8]: بیشتر در سازه‌های فلزی و بتنی رخ می‌دهد.
2. ارتعاشات: در سازه بال هواپیما و پل‌ها.
3. ضربه: این آسیب در سازه‌های کامپوزیتی چشمگیر است.
4. فرود دشوار[9]: در سازه‌های هوایی رایج است.
5. بارگذاری بیش از حد[10]: بیشتر در سازه‌های هوایی، عمرانی و دریایی رایج است.
6. تصادف[11].
7. سقوط[12].
8. تورق[13]: در سازه‌های کامپوزیتی رواج دارد.

1-2-3     طبقه‌بندی آسیب‌های سازه‌ای

1. کلاس1: آسیب‌هایی ناچیز[14]: آسیب سطحی و ناچیز بوده تا حدی که می‌توان از آن صرفنظر کرد. آسیب‌هایی مانند فرورفتگی[15] روی سطح خارجی سازه هواپیما از این دست می‌باشند. این نوع آسیب‌ها اگر در هواپیما رخ دهند، هواپیما می‌تواند به پرواز خود ادامه دهد(اصطلاحا نیاز نیست هواپیما گراند شود).
2. کلاس2: آسیب‌های قابل تعمیر[16]: این نوع آسیب‌ها در انواع سازه‌ رایج بوده و در صورتی‌که به سرعت کشف شوند، مشکل ساز نبوده ولی اگر به آنها بی توجهی شود، پییشرفت کرده و سبب از کار افتادن آن ناحیه(قطعه) می‌شوند. آسیب‌هایی از قبیل سوراخ[17] و ترک[18] از این قبیل می‌باشند. در صورت بروز این آسیبها در صنایع هوایی از پرواز هواپیما جلوگیری شده(اصطلاحا هواپیما گراند می‌شود) و بعد از رفع آسیب و تایید واحد کنترل کیفیت[19] هواپیما صلاحیت پرواز را پیدا می‌کند.
3. کلاس3: تعویض: قطعه آسیب دیده از رده خارج است[20] و قابل تعمیر نبوده و باید تعویض شود.

انواع آسیب سازه‌ای:

• خوردگی.
• ترک.
• تورق.
• حفره.
• سوراخ.
• ناپیوستگی اتصالات[21].
• انحراف از موقعیت.
• شل شدگی یا تزلزل اتصالات.
• خروج از مرکزیت.
• تغییر خواص ماده.

سیستم مانیتورینگ سلامت سازه توانایی کشف آسیب در مراحل اولیه و جلوگیری از رشد آسیب(جلوگیری از بارگذاری اضافی در ناحیه آسیب دیده)، ترمیم خودکار آسیب(با استفاده از مواد و حسگرهای هوشمند)، جلوگیری از تجمع آسیب و نمایان کردن عمر باقیمانده ناحیه یا قطعه آسیب دیده را دارد(شکل(1-1)).[14]

1-2-4     الگوریتم‌ کشف آسیب توسط سیستم مانتیتورینگ سلامت

1. تشخیص آسیب.
2. ثبت زمان وقوع آسیب.
3. تعیین محل آسیب.
4. تعیین شدت آسیب(بررسی کیفیت آسیب).
5. اعمال اجرایی(نظیر نوع اخطار).
6. تعیین طول عمر باقیمانده قطعه آسیب دیده و کل سازه.
7. تشخیص نوع تعمیر

شناسایی و تشخیص آسیب بوسیله تجمیع چهار مرحله زیر انجام می‌شود.

1. مانیتورینگ شرایط(CM)[22]: مشابه تکنولوژی مانیتورینگ سلامت سازه است ولی بیشتر در تعیین مکان آسیب استفاده می‌شود.
2. روش ارزیابی غیر‌مخرب(NDE)[23]: بعد از اینکه آسیب وارد شد بصورت خارج از شبکه[24] و موضعی انجام می‌شود و از آن برای تعیین خسارت نیز استفاده می‌شود.[52]
3. کنترل فرآیند آماری(SPC)[25]: متشکل از شبکه حسگری بوده که برای مانیتوره کردن تغییرات فرآیند استفاده می‌شود.
4. پیش‌بینی آسیب(DP)[26]: برای پیش‌بینی عمر مفید باقیمانده آسیب استفاده شده و به سه فاکتور قبل نیز وابسته می‌باشد[48].

سیستم‌های مانیتورینگ دو نوع تكنیك بازرسی سراسری و محلی(در فصل بعد بطور کامل توصیف می‌شوند) را پیشنهاد می‌كنند. تكنیك‌های سراسری برای بازرسی‌ها و مناطق نسبتا بزرگ و بحرانی بوده و با هدف مكان‌یابی آسیب مورد استفاده قرار می‌گیرند.[57]
اپراتورهای هوایی می‌خواهند حداقل عملكردی مشابه سیستم‌های رایج و حتی بهتر از آن‌ها داشته باشند. تكنیك‌های بازرسی محلی با هدف كشف آسیب‌های ویژه به طور طبیعی بر روی روش‌های جهانی بازرسی تمركز كرده‌اند.
تكنیك‌های دینامیكی بمنظور اینكه از انتشار آسیب در صورت وقوع آن جلوگیری كنند، باید بطور مداوم فعال باشند. اپراتورهای هوایی فقط سیستم‌هایی از مانیتورینگ سلامت را كه حجم كار و زمان تعمیر و نگه‌داری را افزایش نمی‌دهند، اختیار می‌كنند[65].

1-3       مقدمه ای بر مواد مرکب

1-3-1     مقدمه

در این بخش توضیحات مختصری درباب تکنولوژی مواد مرکب ارائه می‌شود. مواد مرکب بیانگر ترکیب حداقل دو ماده متفاوت در مقیاس ماکروسکوپی جهت حصول ماده جدید می‌باشند. با ظهور مواد مرکب, توسعه چشمگیری در صنایع هوایی، دریایی، عمرانی، پزشکی و… ایجاد شده است، بگونه‌ای که امروزه در بیشتر علوم مهندسی و پزشکی کاربرد فراوانی دارند[70].
رفتار مکانیکی مواد مرکب: مواد مرکب معمولا ناهمگن بوده و از طرف دیگر خصوصیات آنها ایزوتروپ نیز نمی‌باشد، به عبارت دیگر ارتوتروپ و یا در حالت کلی انیزوتروپ می‌باشند.

1-3-2     سازه‌های كامپوزیتی

تلاش برای بدست مواد ممتاز، فرآیندهای ابتكاری و اصلاح ایمنی از مهمترین اهداف همه سازنده‌های هواپیما و سازه‌های عمرانی می‌باشد. هدف نهایی ارضا كردن نیازهای مشتری(خطوط هوایی و کاربران نهایی)، كمینه‌سازی هزینه‌ها و افزایش ایمنی در طول عمر سازه می‌باشد[60,70]. همچنین كامپوزیت‌ها اشكالات ذاتی نظیر آسیب‌پذیری ناشی از ضربه، تورق و دسترسی مشكل به اجزاء آن در طی عملیات تعمیر و نگه‌داری دارند. [14,60]
ایرباس A380 نمونه بارزی از تمركز این صنعت بر استفاده از تكنولوژی مواد مرکب و سیستم‌های جدید و می‌باشد. نوآوری در افزایش استفاده از الیاف كربن تقویت شده با پلاستیك‌ها(CFRP[27]) در ساخت سازه‌های اصلی و اولیه برای بخش پرفشار باكهلد و مركز جعبه بال و استفاده از الیاف لایه‌های آلومینیوم شیشه(GLARE) در بدنه تحت فشار, گوشه‌های از آن می‌باشد[2,51,67]. ایرباس380(A380F) با بهره‌گیری از مواد كامپوزیت 50 درصد بار بیشتر(نسبت به خانواده مشابه ایرباس) را جابجا می‌کند و مصرف سوخت بر تن آن نسبت به نزدیكترین رقیب خود، 18درصد كمتر می‌باشد(بیش از 25 درصد از سازه‌ایرباس380 از مواد كامپوزیت تشكیل شده است). [1,52]
B787 نیز از بهترین نمونه‌های هواپیماهای تجاری می‌باشد كه بیش از 50 درصد سازه آن از كامپوزیت تشكیل شده است. سازه اولیه شامل بدنه و بال آن نیز از مواد كامپوزیت ساخته شده است(شكل(1-2)) [7]. نتایج استفاده از مواد مرکب در این هواپیما، صرفه‌جویی در وزن، عملكرد ممتاز و صرفه‌جویی در زمان و هزینه تعمیر و نگه‌داری می‌باشد. سازندگان این وسیله تخمین زده‌اند كه در طی تنها 8 سال اول عمر هواپیما نزدیك به 8 میلیون دلار صرفه‌جویی شود.[7]
شکل ‏1‑2:مواد مورد استفاده در ساخت بوئینگ 787.[7]
دستیابی به عملکرد بالاتر، تولید ارزان‌تر، عمر طولانی‌تر و هواپیمایی مساعد با محیط، چالش بزرگی می‌باشد، كه صنعت برای روبرویی با آن و بهره‌گیری از مواد كامپوزیتی پیشرفته و فرآیندهای ساخت ابتكاری ذاتی این راه را انتخاب كرده است. به هرحال باید متقاعد شد كه صرفه‌جویی در هزینه‌، وزن، زمان و تعمیر و نگه‌داری ناشی از مواد كامپوزیتی، هزینه‌های ایمنی و یكپارچه‌سازی حسگرها را جبران می‌كند. آسیب وارده اغلب در لایه‌های كامپوزیتی واقع شده که تكنیك‌های غیر‌مخرب برای كشف آسیب نیازهای متفاوت و پیچیده‌ای دارند. افزایش استفاده از مواد مركب در سازه‌های اصلی هواپیماها منجر به تعبیه سیستم‌های SHM به جای استفاده از روش‌های سنتی تست‌های غیر‌مخرب در طی زمان‌های تعمیر و نگه‌داری شده است.[65]
[1] Structural Health Monitoring
[2] Condition Based Maintenance
[3] Time Based Maintenance
[4] بعد از سپری شدن تعداد ساعات پروازی هر بخشی كه توسط سازنده معین می شود, نیاز به تعمیر یا تعویض پیدا می كند. كلیه كارها توسط سازنده مشخص شده است.
[5] NDE: Nondestructive Evaluation.
[6] Structural Integrity Monitoring
[7] Sensor Network
[8] Corrosion
[9] Hard Landing
[10] Excessive Load
[11] Collision
[12] Crash
[13]ِ Delaminate
[14] Negligible
[15] Dent
[16] Repairable
[17] Hole
[18] Crack
[19] QC: Qualification Control
[20] Scrap
[21]Debonding
[22] Condition Monitoring
[23] Non Destructure Evaluation
[24] Offline
[25] Statistical Process Control
[26] Damage Prognosis
[27] Carbon Fiber Reinforced Plastic
فهرست مطالب
1   مقدمه‌ای بر مانیتورینگ سلامت سازه 1
1-1   مقدمه 1
1-1-1    مفهوم مانیتورینگ سلامت سازه 1
1-1-2    مقدمه‌ای بر مانیتورینگ سلامت سازه 2
1-2   آشنایی با انواع آسیب‌ 4
1-2-1    مفاهیم پایه‌ای آسیب 4
1-2-2    عوامل وقوع آسیب در صنایع هوافضا و  عمران 5
1-2-3    طبقه‌بندی آسیب‌های  سازه‌ای 5
1-2-4    الگوریتم‌ کشف آسیب توسط سیستم مانتیتورینگ سلامت 7
1-3   مقدمه ای بر مواد مرکب 8
1-3-1    مقدمه 8

1-3-2    سازه‌های كامپوزیتی 8
1-4   انگیزه ایجاد مانیتورینگ سلامت سازه 10
1-4-1    ساختار سنتی تعمیر و نگه‌داری 11
1-4-2    تغییرات موثر در ساختار تعمیر و نگه‌داری 12
1-5   مانیتورینگ سلامت سازه‌ها و الهام از محیط زیست 14
1-6   مانیتورینگ سلامت سازه‌ها روشی برای ساخت مواد و سازه‌های هوشمند 17
1-6-1    مقدمه 17
1-7   تست‌های غیر‌مخرب 18
1-7-1    مقدمه 18
1-7-2    تكنیك‌های SHM ،NDE 20
1-8   تکنیک‌های مانیتورینگ سلامت سازه 21
1-8-1    انواع تکنیک‌های موجود 21
1-9   حسگرهای رایج در مانیتورینگ سلامت سازه‌ 23
1-9-1    مقدمه 23
1-9-2    تنوع حسگرها SHM بر اساس نوع سازه 24
1-9-3    انواع حسگرهای مانیتورینگ سلامت سازه‌ها 25
1-9-4    مانیتورینگ خلا نسبی 26
1-10   مدیریت سلامت 27
1-10-1   نیازمندی‌های كاربران نهایی 28
1-11   نتیجه‌گیری و جمع‌بندی 28
2   عملکرد مانیتورینگ سلامت سازه 30
2-1   مفاهیم پایه‌ای، نیازها و فواید 30
2-1-1    مقدمه 30
2-1-2    مفاهیم پایه ای 31
2-1-3    فواید و نیازهای مانیتورینگ 33
2-1-4    مانیتورینگ دائمی طول عمر 34
2-2   فرآیندهای مانیتورینگ سلامت سازه 35
2-2-1    عملیات مركزی 35

یک مطلب دیگر :

2-3   نتیجه‌گیری و جمع‌بندی 39
3   حسگرهای فیبرنوری 40
3-1   مقدمه‌ای بر حسگرهای فیبرنوری 40
3-2   تكنولوژی حس فیبرنوری 43
3-2-1    حسگرهای تداخل‌سنج SOFO 44
3-2-2    حسگرهای تداخل‌سنجی فابری پروت 46
3-2-3    حسگرهای FBG 48
3-2-4    حسگرهای پراكندگی رامان و بریلویین توزیع شده 48
3-3   بسته‌بندی حسگر 50
3-4   كابل‌های سیستم حس توزیع شده 54
3-4-1    مقدمه 54
3-4-2    كابل حس درجه‌حرارت 55
3-4-3     نوار حس كرنش اسمارتیپ 56
3-4-4    حس درجه‌حرارت و كرنش تركیب شده: پروفایل هوشمند 58
3-5   نتیجه‌گیری و جمع‌بندی 58
4   حسگرهای تغییرشکل فیبرنوری, تفسیر و اندازه‌گیری 60
4-1   مولفه‌های کرنش و تکامل زمانی کرنش 60
4-1-1    مفاهیم پایه ای 60
4-1-2    کرنش سازه‌ای 64
4-1-3    کرنش حرارتی 67
4-1-4    خزش 68
4-1-5    افت حجمی 70
4-1-6    زمان و اندازه‌گیری مرجع 71
4-2   اندازه‌گیری و طول گیج حسگر 72
4-2-1    مقدمه 72
4-2-2    حسگر اندازه‌گیری تغییر شکل 73
4-2-3    مانیتورینگ سازه‌ای یکپارچه: مفاهیم پایه‌ای 75
4-2-4    حسگرهای اندازه‌گیری در مواد همگن, حداکثر طول گیج 77
4-2-5    حسگر اندازه‌گیری در مواد ناهمگن: حداقل طول گیج 92
4-2-6    معیار تعیین طول گیج حسگر 97
4-2-7    ارزیابی و اعتبارسنجی معیار تعیین طول گیج 99
4-3   تفسیر اندازه‌گیری کرنش 100
4-3-1    مقدمه 100
4-3-2    منابع خطا و کشف شرایط غیر معمول سازه‌ای 101
4-3-3    تعیین مولفه‌های کرنش و تنش برای اندازه‌گیری کرنش کل 106
4-4   نتیجه‌گیری و جمع‌بندی 111
5   نتیجه‌گیری و جمع‌بندی 114
5-1   نتیجه‌گیری 114
5-2   دستآوردها 116
5-3   پیشنهاداتی برای پروژه‌های آتی 116
فهرست مراجع………………………………………………………………………………………………….117
فهرست شکل‌ها
شکل ‏1‑1: تشكیلات سیستم مانیتورینگ سلامت سازه. 3
شکل ‏1‑2:مواد مورد استفاده در ساخت بوئینگ 787. 10
شکل ‏1‑3: مزایای سیستم SHM برای كاربران نهایی. 13
شکل ‏1‑4:طرح شماتیكی از پوست انسان كه نمایانگر تنوع حسگرها و عملگرها و سازه كاملا هوشمند آن می‌باشد 16
شکل ‏1‑5: مقایسه بین سیستم عصبی انسان و ساختار SHM. 16
شکل ‏1‑6 : سیر تکامل مواد.. 17
شکل ‏1‑7:  اجزای اصلی سیستم SHM. 20
شکل ‏1‑8: انواع حسگرهای مورد استفاده سیستم مانیتورینگ: مقایسه بین مهندسی هوافضا و مهندسی عمران 24