خلاصه

تحلیل های پیشرفته به هر روش تحلیل/طراحی که بتوانند عوامل کلیدی تاثیرگذار بر رفتار سازه را به طور مستقیم و دقیق وارد روند محاسبات نمایند اشاره دارند. در این تحقیق، چهار نوع تحلیل با سه نوع بارگذاری مختلف، بر روی قاب های خمشی فولادی انجام، نمودار ضریب بار- تغییر مکان سازه برای هر تحلیل و بارگذاری رسم و نتایج بدست آمده مقایسه می شود. این تحلیل ها عبارتند از: تحلیل ارتجاعی مرتبه اول، تحلیل ارتجاعی مرتبه دوم، تحلیل غیرارتجاعی مرتبه اول و تحلیل غیرارتجاعی مرتبه دوم. مشخص گردید، گرچه تحلیل غیرارتجاعی مرتبه اول عموما می تواند مقاومت نهایی سازه ها را با دقت خوبی برآورد نماید، لیکن استفاده از تحلیل غیرارتجاعی مرتبه دوم در برآورد مقاومت نهایی تعدادی از سازه ها، تحت بارگذاری های مختلف منجر به افزایش دقت این برآورد تا حد قابل ملاحظه ای می گردد.

کلمات کلیدی: حد غیرخطی هندسی، غیرخطی مواد، اثرات مرتبه دوم، اثرات غیرارتجاعی، تحلیل پیشرفته، قاب های فولادی

.۱ مقدمه

عوامل گوناگونی بر رفتار سازههای فولادی اثر میگذارد، از آن جمله: اثرهای مرتبه دوم، توزیع مجدد نیروهای داخلی به سبب تشکیل مفاصل خمیری، تنشهای پسماند، کاهش سختی جزء به سبب جاری شدن فولاد، نقصهای هندسی اولیه، غیرخطی اتصالات، تغییرشکلهای برشی و اندرکنش سازه با پی و خاک. این اثرات را میتوان به دو گروه کلی غیرخطی مواد و غیرخطی هندسی تقسیم کرد. برای مثال اثر جاری شدن مواد و تنشهای پسماند در گروه اول و نقصهای هندسی و اثرهای مرتبه دوم در گروه دوم قرار میگیرند.

روش های تحلیلی که بتوانند عوامل غیرخطی بیشتری را به طور مستقیم و دقیق وارد روند محاسبات نمایند پیشرفته تر هستند. انواع روش های تحلیل به ترتیب پیشرفته بودن شامل، الف- تحلیل های ارتجاعی مرتبه اول، ب- تحلیل های ارتجاعی مرتبه دوم، ج- تحلیل های پیشرفته غیر ارتجاعی مرتبه اول، د- تحلیلهای پیشرفته غیرارتجاعی مرتبه دوم ه- تحلیل های پیشرفته غیرارتجاعی مرتبه دوم با درنظر گرفتن کمانش جانبی و موضعی می-باشند. این روشها در شکل [۱](۱) نشان داده شدهاند.

برای انجام هریک از روشهای تحلیلی مذکور، راه کارهای گوناگونی توسط محققان و دستورالعملهای طراحی پیشنهاد شده است. به عنوان نمونه آییننامه [۲] AISC-LRFD به جهت سهولت، دو مورد اول را با ترفند خاص (استفاده از ضرایب طول موثر، ضرایب تشدید و روابط طراحی اندرکنش) در طراحی سازه ها پیشنهاد داده است. مورد چهارم که به تحلیل پیشرفته معروف است، به زودی به روش مرسوم تحلیل/ طراحی سازه ها در قرن ۲۱ تبدیل خواهد شد.

۱فارغ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران- مهندسی سازه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بندرعباس و کارشناس فنی و عمران شهرداری مشهد ۲دانشیار و عضو پژوهشکده فناوری های نوین دانشگاه سمنان ۳فارغ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران- مهندسی سازه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بندرعباس و شهردار شهر تیتکانلو

۱

تحلیل پیشرفته، به هر نوع تحلیل سازهای اطلاق میگردد که استحکام و پایداری یک سیستم سازه و اعضای منفرد آن را به گونهای تعیین کند، که نیازی به کنترل ظرفیت اعضای منفرد و همچنین تعیین ضرایب طول موثر (k) نباشد (شکل .(۲ این روش اطلاعات زیادی در مورد رفتار سازه در اثر اعمال بارهای خارجی و شرایط محیطی به طراحان میدهد.

cr
ASD, PD, LRFD
/ P
/
K

شکل-۲ خصوصیات روش های مختلف تحلیل و طراحی شکل-۱ انواع روش های تحلیل/ طراحی سازه های فولادی –
تحلیل های پیشرفته و قدیمی[۱]

انواع روش های انجام تحلیل پیشرفته عبارتند از: روش مفصل ارتجاعی- خمیری، روش مفصل خمیری اصلاح شده، روش تحلیل ناحیه ی خمیری .[۳]

.۲ تشریح روش مورد مطالعه

روش مورد مطالعه، جزء روش های تحلیل ناحیه خمیری محسوب می گردد. این شیوه دقیق است و براساس روش اجزای محدود اصلاح شده برای تحلیل سیستم سازه، به کار می رود. به عنوان یک مقایسه، مدل مفصل ارتجاعی- خمیری، به ساده ترین تحلیل اشاره دارد، در حالی که مدل ناحیه ارتجاعی- خمیری بیشترین اصلاحات را نشان میدهد.

روش تحلیل ناحیه خمیری، گسترش خمیری شدن در حجم سازه را به طور مستقیم و صریح مدل سازی می نماید. این شیوه در حالت کلی به دو گونه انجام می پذیرد. یکی، شبکه بندی با اجزای محدود می باشد و دیگری، بر پایه ی نگره ی تیر- ستون استوار است. در تحلیل با اجزای محدود، به طور معمول از جزء پوسته ای فضایی استفاده می شود. این شیوه می تواند مقاومت قاب ها را در حد نهایی پیش بینی نماید و نمودار بار- تغییرمکان را به دقت رسم کند. در این شیوه، ماتریس سختی، مقاومت مقطع و مقاومت عضو با تابع انتگرال گیری عددی به دست می آید. محققان زیادی ثابت کرده اند که این روش توانایی رسیدن به پاسخ دقیق سازه را دارد. به عنوان مثال می توان از، کینگ، وایت و چن [۴] و لیو، وایت و چن [۵] نام برد. باید دانست تحلیل با جزء پوسته ای فضایی افزون بر مهندسی سازه در بسیاری از شاخه ها مانند مهندسی هوا فضا و خودرو سازی به کار می رود.

در روش تیر- ستونی، هر عضو به چند جزء تیر- ستون و سطح مقطع آن به چند جزء رشته ای تقسیم می شود. شکل((۳ نمونه ای از این الگو را نشان می دهد. در این راهکار، فرض می شود که هنگامی که تنش در مرکز جزء به مقاومت تک محوری می رسد، جزء جاری گشته است. تنش در هر رشته و تغییرمکان در هر گره، با انتگرال گیری عددی به دست می آید. همچنین، تنش پسماند در هر رشته را مقداری ثابت فرض می کنند، زیرا رشته ها به مقدار کافی کوچک هستند.