ارزيابي اقتصادي طراحي سیستم قاب خمشي فوالدي در مقابل بار انفجار به دو روش ضرايب بار و مقاومت و سطوح عملکردي

Transcript

1 علم هش» مجله ی ـ ژپو ی «علوم و فناوریاهی پدافند نوین ص 7931 تابستان 2 شماره سال نهم Downloaded from adst.ir at 15: on Thursday September 6th 2018 ارزيابي اقتصادي طراحي سیستم قاب خمشي فوالدي در مقابل بار انفجار به دو روش ضرايب بار و مقاومت و سطوح عملکردي 3 قاسم دهقانی اشکذری 2 سجاد بشیری *1 سید احمد حسینی دانشگاه صنعتی مالک اشتر کارشناس ارشد -2 استادیار -3 و 1 )36/10/21 : پذیرش 31/77/71 : (دریافت چکیده بتا افتاای حمتت امتروزه. اقتصادی و بهینه بودن طرح در مقابل بارهای وارده استت یکی از مهمترین ویژگیهای یک طرح سازهای خوب تتاییر روش طراحتی در بنتابتراین در ایتن تحقیت. طراحی اقتصادی ساختمانها در مقابل بارگذاری انفجار اهمیت ویتژهای دارد تروریستی قابهای متورد مطالعته. اقتصادی بودن قابهای خمشی فوالدی با تعداد طبقا مختلف در برابر بارگذاری انفجاری مورد ارزیابی قرار میگیرد ایتن متدل ابتتدا برای اطمینان از صحت شبیهستازی. مدل شده و به روش دینامیکی خطی و غیرخطی تحلیل شدند SAP2000 در نرم افاار حاضر با آن مطالعته عتددی معتبتر خوبی بین نتایج شبیهسازی تحقی توسط یکی از مطالعا عددی معتبر مورد بررسی قرار گرفت و تواف نتایج. هریک از مدلهای سازهای به روش طراحی ضرایب بار و مقاومت و به روش طراحی براساس عملکرد تحلیل و طراحی شدند. حاصل شد درصد بسته به شد بار انفجاری 02 تا 71( روش عملکردی منجر به طرحهای اقتصادیتری نشان داد که در قابهای با تعداد طبقا پایین روش طراحتی ضترایب بتار و مقاومتت و تعداد طبقا ) نسبت به روش طراحی ضرایب بار و مقاومت میشود ولی با افتاای تعتداد طبقتا. اقتصادیتر از طراحی عملکردی است طراحی اقتصادی طراحی براساس عملکرد ضرایب بار و مقاومت قاب خمشی فوالدی بارهای انفجاری : کلیدواژهها Economic Evaluation of Design of the Steel Moment Frame System against Blast Load Using Both Load and Resistance Factors (LRFD) and Performance Based Methods S. A. Hosseini*, S. Bashiri, Gh. Dehghani Ashkezari Imam Hussein University (Received: 29/01/2017; Accepted: 11/07/2017) Abstract One of the most important characteristics of a good structural design is its economic and optimal design against applied loads. Nowadays, with the increase of terrorist attacks, the economic design of buildings against blast load is important. Thus in this study, the effects of design methods on the economic design of steel moment frames with different number of floors against blast loading is evaluated. The studied frames were modeled in SAP2000 and were analyzed using linear and nonlinear dynamic methods. To ensure the accuracy of simulation, the model was first evaluated by a validated numerical studies and reasonable agreement was observed between them. Each of the structural models has been analyzed and designed using load and resistance factor design method as well as performance-based design method. Results show that in the low-rise frames, the performance based design method leads to more economical design (10 to 42 % depending on the severity of the blast load and the number of floors) in comparison with the load and resistance factor design method; but by increasing the number of floors, the load and resistance factor methods is more economical than the performance based design method. Keywords: Blast Loads, Steel Moment Frame, Load and Resistance Factors, Performance Based Design, Economic Design * Corresponding Author hoseini@mut.ac.ir Adv. Defence Sci. & Technol. 2018, 03,

2 251 مجله علمی ـ پژوهشی «علوم و فناوریهای پدافند نوین» سال نهم شماره 1 تابستان مقدمه پس از تشکیل کمیته عالی پدافند غیرعامل کشور تدوین دستورالعملهای پدافند غیرعامل در حوزههای مختلف مهندسی و مدیریتی برای تاسیسا و زیر ساختهای حیاتی کشور با اولویت باال در دستور کار قرار گرفت و در حال حاضر مبحث 27 مقررا ملی ساختمان با موضوع پدافند غیرعامل منتشر شده است. با توجه به ماهیت بار انفجاری از لحاظ بارگی و شد در صورتی که طراحی به درستی و با انتخاب معیار مناسب صور نگیرد ممکن است هاینه ساخت سازه بسیار افاای یابد و هاینههای گاافی را بر کشور تحمیل کند. به همین دلیل تتش شد تا به بررسی و طراحی قابهای خمشی فوالدی تحت بارگذاری انفجار توسط دو روش طراحی متداول (روش ضرایب بار و مقاومت ( )LRFD و سطوح عملکردی) پرداخته شود و مناسبترین و اقتصادیترین طرح را انتخاب گردد و یک الگوی طراحی مناسب برای سیستم فوقالذکر ارائه شود. در طراحی سازهها در برابر انفجار اگر روش طراحی به درستی انتخاب نشود طرح ارائه شده ممکن است غیراقتصادی و هاینهبر و یا غیرایمن بشود. در این تحقی به مقایسه طراحی سیستم قاب خمشی فوالدی در مقابل انفجار به دو روش ضرایب بار و مقاومت و عملکردی میپردازیم. لیو ] [2 بر روی مقاومت قابهای فوالدی تحت ایر همامان انفجار و آت سوزی مطالعاتی انجام داده است. نتایج مطالعا نشان میدهد که تغییر شکل اولیه ناشی از انفجار در ستونهایی که به صور کمان موضعی و جاریشدگی در آنها مشاهده میگردد سبب میشود ظرفیت باربری ستونها تحت بارهای حرارتی ناشی از آت سوزی به مقدار قابلمتحظهای کاه یابد. 3 قاب فوالدی با دهانهها و تعداد طبقا مختلف در معرض بارگذاری انفجاری توسط ایادی فرد و همکاران ] [0 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحقیقا نشان داد که نسبت شکلپذیری ایر قابلتوجهی بر روی پاسخهای سازهای دارد و همچنین نشان داده شد که عامل کاه شکلپذیری تحت بار انفجاری بدون در نظر گرفتن دوره تناوب سیستم نسبت شکلپذیری را افاای میدهد. شیرمحمدی و همکاران ] [1 چند قاب فوالدی تک دهانه تحت بار انفجاری در فواصل مختلف را مورد تحلیل دینامیکی غیرخطی قرار دادند. طب نتایج این تحقی ستونها نق به ساایی در جذب انرژی دارند و مهمترین عضو سازهای در بارگذاری انفجاری هستند. مودهای خرابی ستونها به صور شکست برشی و کمان گاارش شدهاند. میاان استهتک انرژی و تاریخچه نوسان برای دو قاب یک و سه طبقه با هم مقایسه شدند و نشان داده شد که میاان استهتک انرژی برای قاب سه طبقه به دلیل وجود اعضای باربر بیشتر نسبت به قاب یک طبقه بیشتر است. رفتار اتصاال فوالدی گیردار تحت بارگذاری بارهای انفجاری توسط ساباوال ] [6 بررسی شد. نتایج تحقیقا نشان داد که اتصال تقویتشده عملکرد بهتری را از خود نسبت به اتصال تقویت نشده نمای میگذارد و جابجایی دوران و تن کمتری را نشان دادهاند. تحقیقا مختلفی توسط مککی سانگ کیم و بوگوسیان ] [71-1 بر روی قابهای فوالدی تحت بارهای انفجاری صور گرفته است. مطالعا متعدد دیگری بر روی سازههای فوالدی در محیطهای انفجاری توسط محققین مختلف صور گرفته است ].[ مبانی علمی تحقیق.2-1 آشنایی با پدیده انفجار به طور کلی انفجار نتیجهی آزاد شدن بسیار سریع مقدار زیتادی انرژی در یک فضای محدود استت. در فعتلوانفعتال انفجتار متاده شیمیایی مقادیر زیادی انرژی به صتور گرمتا و فشتار در متد زمان بسیار کوتاه آزاد میشود. آیار اصلی انفجار در طراحی سازههای امن : آیار اصلی انفجار در طراحی سازهها شامل تغییر شکلها و حرکا اعضای سازهای مثل دیوارهای خارجی و سقف (ناشی از بارهای شوک یا موج انفجار منتقلشده به سازه از طری زمین و هوا) ترک های اولیه و یانویه و حرکا کلی سازه ناشی از بارهای شوک یا موج انفجار امروزه پدافند غیرعامل بهعنوان راهبرد دفاعی پیشرفته در برابر تهدیدا خصمانه در بخ های نظامی و غیر نظامی کشورهای صاحب فنآوریهای پیشرفته مورد استفاده قرار گرفته است. کاربرد روشهای غیر مسلحانه و مهندسی برای افاای قدر دفاعی و کاه آسیبپذیری سرمایهها و نیروهای انسانی از جمله راهکارهای پدافند غیر عامل است. با توجه به افاای حمت تروریستی در سراسر دنیا طراحی ساختمانها در مقابل بارهای ناشی از انفجار بهویژه در برخی از ساختمانهای حساس و شریانهای حیاتی در حوزه پدافند غیرعامل مورد توجه ویژهای قرار گرفته است. طراحی سازههای مقاوم در برابر انفجار به عنوان یک ضرور عتوه بر سازمانهای نظامی و دولتی با توجه به تحتالشعاع قرار دادن اقتصاد طرح و بهرهبرداری دراز مد از یک پروژه نظر بخ غیر نظامی را نیا به خود جلب نموده است. اهمیت بررسی ایرا انفجار بر روی سازهها سبب شده است تا دستورالعملهایی در زمینه طراحی ساختمانها و فضاهای شهری در برابر انفجار تدوین گردد ].[7 پاسخ قابهای فوالدی دارای اتصاال متعارف و اتصاال تقویتشده با ورقهای کناری توسط اورگسا و همکاران ] [9 تحت بارهای ناشی از انفجار مورد بررسی و مقایسه قرار داده شد. مقایسه نتایج در این مطالعه نشان داد قابهای فوالدی با اتصاال تقویتشده با ورقهای کناری در مقایسه با انواع متعارف عملکرد مناسبتری در برابر بارهای ناشی از انفجار از خود نشان میدهد.

3 ارزیابی اقتصادی طراحی سیستم قاب خمشی فوالدی در مقابل... سید احمد حسینی و همکاران است. مطاب UFC انواع انفجار : انفجارها از نظر موقعیت نسبت به سازه به دو گروه اصلی انفجار داخلی و انفجار خارجی تقسیمبندی میشوند. انفجار خارجی را میتوان در سه گروه انفجار در هوای آزاد انفجار هوایی و انفجار سطحی تقسیمبندی نمود. انفجار سطحی ( که در این تحقی از آن استفاده شده است) انفجاری که در سطح و یا فاصله بسیار نادیک به زمین اتفاق میافتد. در این نوع در محل انفجار موج ایجادشده به زمین برخورد کرده و منعکس و تقویت میشود و موج تقویتشده به سازه برخورد میکند. نتایج نشان میدهد که در شرایط یکسان از نظر نوع انفجار و فاصله یکسان انفجارهای سطحی به دلیل تشدید ناشی از برخورد موج با زمین نسبت به انفجار در هوای آزاد امواج شدیدتری تولید میکنند ].[71 در شکل ( )2 موج ناشی از انفجار سطحی نشان داده شده است. با ریشه سوم است که ابتدا توسط هاپکینسون در سال 7373 و سپس توسط کرانا در سال 7326 ارائه شد ].[73 بر اساس این قانون امواج مشابه هنگامی به وجود میآیند که دو ماده منفجره با جنس یکسان در فواصل مقیاسگذاری شده مشابه منفجر شوند. برای داشتن یک مبنا برای مقایسه مواد منفجره مختلف با ماده منفجره TNT معادل و مقایسه میشوند. پارامتر فاصله مقیاس شده Z برای محاسبه ایر انفجار بر مبنای وزن معادل TNT طب رابطه ( )7 تعریف میشود : ( )7 R m/kg1/3 در این رابطه Z فاصله مقیاس شده بر حسب متر بر فاصله از محل انفجار بر حسب m و W وزن ماده منفجره معادل TNT بر حسب kg است. برای تعیین پارامترهای موج انفجار میتوان از منحنیهای ارائهشده در دستورالعمل UFC استفاده کرد (به صور نمونه در شکل ( ))9 که بر اساس آن میتوان با توجه به محاسبه فاصله مقیاس شده پارامترهایی نظیر بیشینه فشار انفجار در فاز مثبت و منفی مد زمان فاز مثبت و منفی انفجار ضربه ناشی از انفجار در فاز مثبت و منفی و... را تعیین نمود. شکل.7 منحنی فشار - زمان موج انفجار ] [71 شکل.2 موج ناشی از انفجار سطحی ] [71 بارگذاری انفجاری : برای محاسبه پارامترهای موج انفجار معموال از روشی به نام روش فاصله مقیاسبندی شده استفاده میشود. عمومیترین روش مقیاسگذاری انفجار روش هاپکینسون - گرانا شکل.9 پارامترهای فاز مثبت موج انفجار ] [71 منتقلشده به سازه از طری زمین و هوا (که یکی از مهمترین مراجع طراحی سازهها در برابر انفجارها اتفاقی است) اضافه فشار انفجار معموال فاکتور اصلی در تعیین پاسخ و طراحی اعضای بیرونی سازهای است. در شکل ( )7 منحنی فشار - زمان ناشی از موج انفجار نشان داده شده است. 259

4 مجله علمی ـ پژوهشی «علوم و فناوریهای پدافند نوین» سال نهم شماره 1 تابستان در جدول ( )7 مطاب دستورالعمل UFC ضرایب افاای تن های دینامیکی برای اعضای سازه نشان داده شده است. دینامیکی ] [71 جدول.2 مقادیر ضریب افاای DIF نوع مواد A 36 A 588 تن برش / خم تسلیم فشار / کش تن نهایی Fdy / Fy Fdy / Fy Fdu / Fu 7/23 7/73 7/73 7/72 7/7 7/ انواع روشهای تحلیل تحلیل تاریخچه زمانی خطی : تحلیل دینامیکی خطی میتواند به دو روش طیفی یا تاریخچه زمانی انجام شود. فرضیا خاص این روش در محدوده رفتار خطی عبار اند از : 7 ت رفتار سازه را میتوان به صور ترکیبی خطی از حالتهای مودهای ارتعاشی مختلف سازه که مستقل از یکدیگرند محاسبه نمود. 2 ت زمان تناوب ارتعاشا سازه در هر مود یابت است. در این روش پاسخ سازه در ضرایبی ضرب میشود تا حداکثر تغییر شکل سازه با آنچه که در زلاله پی بینی میشود مطابقت داشته باشد. به همین علت نیروهای داخلی در سازههای شکلپذیر که رفتار غیرخطی خواهند داشت بارگتر از نیروهای قابلتحمل در سازه برآورد میشوند. به همین جهت هنگام بررسی معیارهای پذیرش در نتایج حاصل از تحلیل خطی برای سازههایی که رفتار غیرخطی دارند اصتح میگردد. تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی : در روش تحلیل دینامیکی غیرخطی پاسخ سازه با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی مصالح و رفتار غیرخطی هندسی سازه محاسبه میشود. در این روش فرض بر این است که ماتریس سختی و میرایی از یک گام به گام بعد میتواند تغییر کند اما در طول هر گام زمانی یابت است و پاسخ مدل به روشهای عددی و برای هر گام زمانی محاسبه میشود. در تحلیلهای غیرخطی رفتار واقعی سازه با در نظر گرفتن ورود آن به حوزه غیرخطی و تشکیل مفاصل خمیری به طور کامل مورد ارزیابی قرار میگیرد. طراحی به روش ضرایب بار و مقاومت ) :(LRFD روش طراحی سازههای فوالدی سریعا به سمت روش ضریب بار و مقاومت حرکت میکند (. (LRFD این روش فلسفه حاال حدی را در بر میگیرد. حالت حدی زمانی است که سازه یا بخشی از آن دیگر قادر به ایفای نق خود ناست. حاال حدی استحکام بر اساس ظرفیت باربری سازه است و استحکام خمیری کمانشی ترد شکنی خستگی واژگونی و نظایر آن را در برمیگیرد. سازه هم باید تحت بارهای طراحی و نهایی مقاومت داشته باشد و هم تحت بارهای وارده شرایط مورد نیاز استفادهکنندگان را از نظر ارتعاش خیا و غیره تأمین کند. هرچند فرض کشسان خطی برای حاال حدی مقاومت صحیح نیست ولی چون خیاها کوچک بوده و رفتار تن - کرن کشسان خطی است برای بارهای بهرهبرداری معمولی معتبر بوده و به عنوان طراحی در مقررا مجاز است. در حقیقت اجازه میدهد که طراح تحلیل استاتیک یا خمیری با استفاده از بارهای ضریب دار را انتخاب کند. طراحی بر اساس سطوح عملکرد : در طراحی متداول سازهها معیار اصلی در طراحی سازه جلوگیری از رسیدن عضو به تسلیم است اما این روش نمیتواند برای طراحی اعضا در برابر انفجار به علت طراحی حاکم بودن طراحی عضو با تغییر شکل مجاز مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین محدودیتهای پاسخ معموال در نقطهای از عضو که بی ترین تغییر مکان دینامیکی را دارد لحاظ میشود. در این تحقی مقادیر معیار پذیرش بر اساس دستورالعمل FEMA 356 انتخاب شدند. ضوابط پذیرش اعضای سازه با توجه به محدودیتهای تغییر شکل در سه سطح عملکرد قابلیت استفاده بیوقفه ( )IO ایمنی جانی ( )LS و آستانه فروریاش ( )CP مطاب جدول ( )2 در نظر گرفته شده است. در این جدول µ نسبت تغییر شکل کل عضو به تغییر شکل ارتجاعی آن و θ میاان دوران عضو بر حسی رادیان است. برای کاه صدمههای وارد به سازه یا عضوی که در معرض ایرا انفجار قرار گرفته است الزم است مقادیر حدی برای کمیتهای مرتبط با پاسخ سازه تعیین شوند. جدول.1 ضوابط پذیرش اعضا در نرمافاار ] [21 سطح عملکرد استفاده بی وقفه آستانه فروریاش ایمنی جانی μ رادیان θ μ رادیان θ μ رادیان θ 7/1 1/171 1/ /191 ضریب افاای دینامیکی : برای در نظر گرفتن تأییر نرخ کرن در افاای مقاومت مصالح یک ضریب افاای دینامیکی به مقادیر مقاومت استاتیکی اعمال میشود. ضریب افاای دینامیکی تابعی از نوع مصالح و سرعت کرن است. این ضریب همچنین به نوع تن نیا بستگی دارد زیرا مقدار بیشینه این تن ها در زمانهای مختلفی اتفاق میافتد و تن های خمشی ممکن است خیلی سریع رخ دهند درحالیکه برشهای بیشینه ممکن است تحت نرخ کرن پایین به نسبت دیر رخ دهند..9-1 انواع روشهای طراحی

5 ارزیابی اقتصادی طراحی سیستم قاب خمشی فوالدی در مقابل... سید احمد حسینی و همکاران انفجار مورد بررسی قرار گرفته شده است. این سطوح انفجاری بر مبنای حمت تروریستی که میتواند توسط یک خودروی ون و کامیون انجام شود در نظر گرفته شده است. در سطح انفجار 7 وزن ماده انفجاری 7111 کیلوگرم در فاصله 21 متری سازه و در سطح انفجار 2 ماده منفجره کیلوگرمی در فاصله 91 متری از بر سازه است. طب رابطه 7 سطح انفجار 7 معادل ) Z1=1.88 (m/kg1/3)= 4.74 (ft/lb1/3 و سطح انفجار 2 معادل ) Z=1.31 (m/kg1/3)= 3.3 (ft/lb1/3 است. شکل.5 پتن تیپ طبقا و موقعیت ماده انفجاری شکل.1 مشخصا یکی از مفاصل خمیری تحقی حاضر.9 شیوه تحقیق و شبیهسازی.2-9 معرفی مدل در این تحقی چهار نوع ساختمان فوالدی و 77 طبقه جهت طراحی مورد بررسی قرار میگیرند. ساختمانهای مورد مطالعه در زمینی به مساحت 221 مترمربع به ابعاد 71 متر در 71 متر و در شهر تهران در نظر گرفته شدهاند. در ساختمانهای مذکور ارتفاع هر طبقه 9 متر و عرض هر دهانه 1 متر است. کاربری ساختمان مذکور اداری و خاک محل احداث خاک نوع 2 است (قابهای مورد مطالعه ابتدا در برابر زلاله طراحی شدهاند و سپس سازه طراحیشده تحت بار انفجاری قرار میگیرد. نوع خاک در طراحی لرزهای و اعمال بار زلاله (پریود سازه) تأییر خود را نشان میدهد ولی در بارگذاری انفجاری و طراحی سازهها در برابر انفجار تأییری ندارد). کاربری سیستم باربری جانبی که برای این ساختمان در نظر گرفته شده است از نوع سیستم قاب خمشی فوالدی است. شکل ( )1 پتن سازه مورد نظر طراحی نشان داده شده است. برای اینکه فقط نیروهای داخل صفحه در تحلیل و طراحی متک عمل قرار گیرند و از نیروهای عمود بر صفحه (به علت پیچیدگی و عدم قطعیتها در تحلیل و طراحی) اجتناب شود یکی از قابهای میانی (قاب محور )2 به عنوان سازه هدف مورد تحقی قرار گرفته است. در شکل ( )6 این قاب نشان داده شده است. رفتار قابهای فوالدی در این تحقی در دو سطح شکل.6 نمای قاب دو طبقه فوالدی (محور )2 جهت تحلیل و طراحی قابهای خمشی فوالدی در این تحقی از نرمافاار رایج طراحی ساختمان SAP2000 مطاب مبحث دهم مقررا ملی ساختمان و تحت ایر بارهایی که بر اساس مبحث ششم مقررا ملی ساختمان محاسبه گشتهاند استفاده شده است. طراحی در چند مرحله صور گرفته است تا از یک سو انتخاب مقاطع نادیک به حالت بهینه (از نظر مقدار تن ها و تغییر مکان جانبی سازه) باشد و از سوی دیگر طراحی اجاا ساده و یکنواخت باشد. ترکیب بار مورد استفاده در طراحی برای بارگذاری انفجاری بر اساس مبحث ششم مقررا ملی ساختمان ایران به صور BL+1.2DL+ 0.2SL+0.5LL به نرم افاار معرفی شد. در این ترکیب بار BL بار انفجار DL بار مرده SL بار برف و LL بار زنده است. به این صور که ابتدا یک تحلیل استاتیکی برای بارهای زنده و مرده انجام شد تا وضعیت.1-1 مشخصات مفاصل خمیری در نظریه تیرها در مهندسی سازه مفصل خمیری برای بیان تغییر شکل تیری که تحت خم خمیری قرار گرفته است بهکار میرود. برای هر درجه آزادی نیرویی (محوری و برشی) میتوان رفتار نیرو - جابجایی خمیری تعریف نمود. هر مفصل خمیری به عنوان یک مفصل نقطهای جداگانه مدل میشود. فرض میشود تمام تغییر شکلهای خمیری چه به صور جابجایی باشد و چه به صور چرخشی در نقطه مفصل اتفاق میافتد. منحنی تغییر شکل خمیری که مقادیر تسلیم و تغییر شکلهای خمیری پس از تسلیم را نشان میدهد به صور یک منحنی پنج نقطهای نشان داده میشود. در شکل ( )0 مشخصا مفصل خمیری برای یکی از مفاصل این تحقی نشان داده شده است. این منحنی میتواند متقارن باشد یا اینکه در راستای مثبت و منفی نامتقارن باشد. 255

6 مجله علمی ـ پژوهشی «علوم و فناوریهای پدافند نوین» سال نهم شماره 1 تابستان اولیهی سازه پی از اعمال بار دینامیکی مشخص شود و سپس تحلیل بار انفجار از انتهای این حالت ادامه داده شد. بام 6/1 کیلوگرم بر سانتیمتر محاسبه شد. طب مبحث ششم مقررا ملی ساختمان برای بارگذاری بام باید بین بار زنده و بار برف هر کدام که منجر به بار بیشتری میشود (با احتساب ضرایب بارگذاری) یکی انتخاب شود. طب مقادیر بار زنده و بار برف و ضرایبشان بار زنده بیشتر از بار برف است و آن برای بارگذاری و تحلیل سازه در نظر گرفته میشود. تحلیل دینامیکی خطی تاریخچه زمانی و دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی که در نرمافاار انجام شد به روش انتگرال گیری مستقیم صور گرفت. توجه شود که در همه تحلیلها فرض شد که اتصاال برای ظرفیت نهایی عضو متصل به خود طراحی شدهاند و از بحث درباره اتصاال صرفنظر شد. شکل.1 نحوه اعمال بارهای حاصل از انفجار به قاب.1-9 مشخصات مصالح مصرفی در مدلسازیهای انجامگرفته در این پروژه از فوالد نوع ST52 با مشخصا مندرج در جدول شماره ( )9 استفاده شده است. برای تعریف مشخصا مصالح در نرمافاار SAP 2000 دو نوع قاب فوالدی معرفی شد. مشخصا فوالد اول با ضرب DIF مربوط به خم در مقدار Fy و مشخصا فوالد دوم با ضرب DIF مربوط در مقدار Fy تعیین شد DIF. مربوط به Fu به فشار یا کش مستقل از نوع تن (خمشی یا فشار یا کش ) است و برای هر دو نوع فوالد یکسان است. جدول.9 مشخصا مصالح مصرفی DIF کش - فشار 7/72 Fy Fu خم 7/ E شکل.8 بارهای معادل شده وارد بر اعضای قاب نحوه بارگذاری انفجاری عوامل مویر بر بارگذاری انفجاری وارد بر سازه شامل بارگی انفجار موقعیت انفجار نسبت به سازه مورد نظر( ارتفاع و فاصله) شکل هندسی و اندازه سازه راستا و زاویه سازه نسبت به جبهه شکل.3 نحوه اعمال بارهای حاصل از انفجار به قاب بارهای ناشی از انفجار به صور مجموعهای از بارهای متمرکا و گسترده بر روی وجوه رو به انفجار سقف و پشت به انفجار و در محل اتصال تیر به ستون بر قاب وارد شدند. بارهای انفجاری به صور تاریخچه زمانی به نرمافاار تعریف شدهاند. به تعداد بارهای ورودی الگوی بار برای نرمافاار تعریف شد. با توجه به مقادیر متعارف بارهای مرده زنده و برف طبقا مختلف و سطح بارگیر اعضا بار گسترده مرده وارد بر تیرهای طبقا و بام به ترتیب 72/1 کیلوگرم بر سانتیمتر و 71/1 کیلوگرم بر سانتیمتر و بار گسترده زنده وارده به ترتیب 71 کیلوگرم بر سانتیمتر و 1/1 کیلوگرم بر سانتیمتر و بار برف وارده بر طبقه موج انفجار و سطح زمین و وضعیت سازه نسبت به سطح زمین (روزمینی زیرزمینی و مدفون) است. روشهای ارائهشده در UFC فقط برای سازههای مستطیلی روزمینی و جبهه موج تخت (سازه در جبهه ماخ واقع باشد) صادق است. همانگونه که در شکل ( )1 نشان داده شده است بارهای انفجاری رو به انفجار و نیا بارهای وارد بر وجه پشتی سازه به سه صور به کف طبقا کف طبقه بام و عمود بر ستون وارد میشوند. همچنین بر تیر بام با توجه به سطح بارگیر آن بارهای انفجاری به صور عمود بر تیر وارد میشوند. در شکل ( )1 نیا بارهای معادل شده با توجه به سطح بارگیر نشان داده شده است. در شکل ( )3 نحوه اعمال بارهای متمرکا و گسترده حاصل از بارهای انفجاری به قاب مورد مطالعه نشان داده شده است.

7 ارزیابی اقتصادی طراحی سیستم قاب خمشی فوالدی در مقابل... سید احمد حسینی و همکاران 251 مختلف در سطوح انفجار 7 و 2 ارائه شده است. :F1 نیروی وارد به کف طبقا در وجه رو به انفجار است که با ضرب فشار انفجار در ارتفاع بارگیر طبقا در یک قاب به دست میآید. ) F4=(0.78 Ton/Cm :F2 نیروی وارد به کف طبقه بام در وجه رو به انفجار است که با ضرب فشار انفجار در ارتفاع بارگیر طبقه بام در یک قاب به دست میآید. :F4 نیروی گسترده وارد بر سقف قابها است که با ضرب فشار انفجار در عرض بارگیر تیرهای سقف به دست میآید. :F5 نیروی وارد به کف طبقا در وجه پشت به انفجار است که با ضرب فشار انفجار در ارتفاع بارگیر طبقا در یک قاب به دست میآید. :F6 نیروی وارد به کف طبقه بام در وجه پشت به انفجار است که با ضرب فشار انفجار در ارتفاع بارگیر طبقه بام در یک قاب به دست میآید. :F7 نیروی گسترده وارد بر وجه پشت به انفجار بر روی ستون است که با ضرب فشار انفجار در بعد ستون به دست میآید. به عنوان نمونه در شکل ( )71 بیشینه بار وارد بر قاب 2 و 1 طبقه در سطح انفجار 2 و در جدول 0 بارهای وارده بر قابهای شکل.21 بیشینه بار وارد بر قاب 2 و 1 طبقه در سطح انفجار 2 جدول.1 بیشینه بار وارده بر قابهای مختلف در سطوح انفجار 7 و 2 تعداد طبقا سطح انفجار F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 Ton Ton Ton/Cm Ton/Cm Ton Ton Ton/Cm 611/1 911/9 1/22 1/ /1 11/3 1/ /1 7/2 1/11 711/1 11/0 1/77 611/1 911/9 1/22 1/926 2/33 7/031 1/ /1 7/2 1/11 31/1 09/3 1/11 611/1 911/9 1/22 1/926 1/271 1/711 1/ /1 7/2 1/11 1/11 1/93 1/19 611/1 911/9 1/22 1/926 1/717 1/137 1/ /1 7/2 1/11 1/931 1/719 1/170 در شکلهای ( )77 تا ( )79 نمودارهای فشار - زمان مربوط به بارگذاری انفجاری برای قاب 2 طبقه در سطح انفجار 7 با توجه به روابط و نمودارهای دستورالعمل UFC در وجه جلویی قاب سقف قاب و وجه پشتی قاب نشان داده شده است ) Pr (PSI ) Time (m.sec شکل.22 نمودار فشار - زمان بار انفجاری وجه جلویی قاب ) Time ( m.sec شکل.21 نمودار فشار - زمان بار انفجاری وارد بر سقف -8 ) Pr( PSI 60 8 :F3 نیروی گسترده وارد بر وجه رو به انفجار بر روی ستون است که با ضرب فشار انفجار در بعد ستون به دست میآید.

8 مجله علمی ـ پژوهشی «علوم و فناوریهای پدافند نوین» سال نهم شماره 1 تابستان تراز طبقه بام و وزن مصالح بکار رفته در سازه مورد ارزیابی قرار گرفت ) Time( m.sec -6 در جدول ( )1 وزن قابهای مختلف طراحیشده به روش طراحی ضرایب بار و مقاومت برای هردو سطح انفجار 7 و 2 بر حسب تن ارائه شده است. شکل.29 نمودار فشار - زمان بار انفجاری وارد بر دیوار پشتی همانطور که در ابتدای بخ 9-9 و در شکل 1 و 3 بیان شد در این تحقی با فرض صلب بودن کف هر طبقه کل بار افقی منتقل شده از دیوارهای رو و پشت به انفجار به هر کف به نسبت سختی جانبی سیستمهای باربر جانبی متصل به کف بین این سیستمها توزیع میشود. با فرض مساوی بودن سختی جانبی قابها بار انفجاری منتقل شده به هر قاب به نسبت مساوی بین چهار قاب تقسیم میشود. بنابر این بار متمرکا افقی وارد بر هر طبقه بغیر از بام با استفاده از رابطه 2 محاسبه میشود : ( ) 2 به عنوان مثال برای محاسبه مقادیر F1 تا F3 برای وجه جلویی قاب دو طبقه در سطح انفجار 7 طب شکل 77 داریم : ) ( شکل.21 مقاطع حاصله از روش ضرایب بار و مقاومت قاب 1 طبقه جدول.5 وزن قابها در روش طراحی ضرایب بار و مقاومت.1 شبیهسازی قابهای فوالدی تحت بارگذاری انفجاری.2-1 انواع روشهای طراحی طراحی به روش ضرایب بار و مقاومت : برای طراحی به روش ضرایب بار و مقاومت ابتدا تحلیل خطی تاریخچه زمانی طب ترکیب بار معرفیشده در نرمافاار انجام شده و سپس طراحی با استفاده از آییننامه AISC صور گرفت. پاسخ سازههای طراحیشده به روش ضرایب بار و مقاومت از نظر میاان جابجایی تعداد طبقه سطح انفجار وزن (تن) 71/6 21/ /3 29/0 219/1 26/1 213/ ) Pr(PSI به عنوان نمونه در شکل ( )70 مقاطع حاصله از طراحی به روش ضرایب بار و مقاومت برای قاب 1 طبقه ارائه شده است.

9 ارزیابی اقتصادی طراحی سیستم قاب خمشی فوالدی در مقابل... سید احمد حسینی و همکاران 253 در جداول ( )6 تا ( )3 جابجایی نقطه تراز بام در سطوح انفجاری مقاطع (تقویت یا تضعیف اعضا) شد. برای انجام تحلیل دینامیکی مختلف برای قابهای و 77 طبقه ارائه شده است. در این غیرخطی از انتگرالگیری مستقیم استفاده شده است که قابلیت جداول حداکثر دوران دادهشده مربوط به دوران مفصل خمیری انتگرالگیری تمام معادال حرکت بدون استفاده از برهم نهی ستون در تراز بام است. مودال در آن امکانپذیر است. برای انجام تحلیل تاریخچه زمانی Hunges-Talor باید به پارامتر alpha توجه نمود alpha. میتواند سطح انفجار حداکثر جابجایی افقی (سانتیمتر) حداکثر جابجایی قائم (سانتیمتر) حداکثر دوران (رادیان) مقداری بین صفر تا -1/99 داشته باشد. با استفاده از مقادیر منفی 1/91 1/71 1/17 alpha میتوان حل غیرخطی را همگرا نمود. رفتار اعضای سازهای 9/66 1/71 1/113 تحت ایر بارهای دینامیکی در آزمایشگاه به وسیلهی نیروهای رفت و برگشتی مدلسازی میشود و با استفاده از نمودار هیسترزیس جدول.1 جابجایی طبقه بام قاب 1 طبقه در روش ضرایب بار و که نشاندهندهی نمودار بار - جابجایی است ارزیابی میگردد. اکثر مقاومت آییننامهها و نرمافاارهای رایانهای به منظور سادهسازی رفتار اعضا تحت ایر بارهای دینامیکی از مدل چند خطی برای مدلسازی سطح انفجار حداکثر جابجایی افقی (سانتیمتر) حداکثر جابجایی قائم (سانتیمتر) حداکثر دوران (رادیان) استفاده میکنند. در ادامه پاسخ سازههای طراحیشده بر اساس 1/01 1/69 1/12 سه سطح عملکرد استفاده بیوقفه ( )IO ایمنی جانی ( )LS و 77/96 1/1 1/111 آستانه فرو ریاش ( )CP از نظر میاان جابجایی تراز طبقه بام وضعیت مفاصل خمیری تشکیلشده در اجاا و وزن مصالح بکار جدول.8 جابجایی طبقه بام قاب 1 طبقه در روش ضرایب بار و رفته شده در سازه مورد ارزیابی قرار گرفت. مشخصا مفصل را مقاومت باید از آییننامهی مورد استفاده پیدا نمود یا اینکه از مشخصا سطح انفجار حداکثر جابجایی افقی (سانتیمتر) حداکثر جابجایی قائم (سانتیمتر) حداکثر دوران (رادیان) 6/1 1/17 1/12 70/3 7/91 1/113 جدول.3 جابجایی طبقه بام قاب 77 طبقه در روش ضرایب بار و مقاومت سطح انفجار حداکثر جابجایی افقی (سانتیمتر) حداکثر جابجایی قائم (سانتیمتر) حداکثر دوران (رادیان) 1/1 2/9 1/171 70/1 2/6 1/111 پی فرض که بر اساس معیارهای FEMA-365 است استفاده کرد. توزیع پتستیسیته در طول المان را میتوان با قرار دادن مفاصل زیاد در طول المان تقریب زد. مثت میتوان مفاصل را در فواصل نسبی... 1/21 1/71 1/11 و 1/31 در طول المان هر کدام با مشخصا تغییر شکلی بر اساس طول مفروض مفصل برابر یک دهم طول المان قرار داد. بدیهی است که افاودن تعداد مفصلها زمان محاسبا را افاای میدهد با وجود اینکه ممکن است به دلیل عدم تسلیم اهمیت چندانی هم نداشته باشند. نمونهای از مشخصا مفصل خمیری در شکل 0 نشان داده شده است. مقاطع حاصل از طراحی بر اساس سطح عملکرد IO : به عنوان نمونه در شکل ( )71 مفاصل قابهای طراحیشده برای سطح عملکرد ( IO قابلیت استفاده بیوقفه) نمای داده شده است. طراحی به روش سطوح عملکرد : طراحی به روش سطوح عملکرد طب ترکیب بار معرفیشده در نرمافاار و با استفاده از آییننامه AISC صور گرفت. در این روش طراحی ابتدا مقاطع قاب به دست آمده از روش طراحی ضرایب بار و مقاومت در نرمافاار SAP 2000 مجددا در نرمافاار مدل و مورد تحلیل دینامیکی غیرخطی قرار گرفتند سپس با توجه به معیار پذیرش اعضا و لاوم تشکیل مفاصل خمیری در آنها اقدام به تغییر دادن شکل.25 طراحی عملکردی IO قاب 2 طبقه در سطح انفجار 7 جدول.6 جابجایی طبقه بام قاب 2 طبقه در روش ضرایب بار و مقاومت بر اساس انتگرالگیری مستقیم با استفاده از روش Hilber-

10 مجله علمی ـ پژوهشی «علوم و فناوریهای پدافند نوین» سال نهم شماره 1 تابستان مقاطع حاصل از طراحی بر اساس سطح عملکرد LS : به عنوان نمونه در شکل ( )76 مفاصل قابهای طراحیشده برای سطح عملکرد ( LS ایمنی جانی) نمای داده شده است. در جدول ( )77 جابجایی قابهای و 77 طبقه برای سطوح انفجار 7 و 2 بر حسب سانتیمتر ارائه شده است..1-1 اعتبارسنجی به منظور صحت تحلیل دینامیکی غیرخطی شبیهسازی در این تحقی از یک مقاله علمی معتبر انجامگرفته توسط جیانوزی ] [27 استفاده شده است. در تحقی ذکرشده یک سازه فوالدی با سیستم باربر جانبی مهاربندی تحت بارگذاری لرزهای با طیف طرح مشخص مورد تحلیل دینامیکی غیرخطی قرار گرفت. در شکلهای ( )73( )71 و ( )21 پتن نمای سازه و طیف طرح زلاله مورد استفاده برای تحلیل در مقاله مورد نظر نشان داده شده است. جدول.21 وزن قابها در سطوح عملکرد مختلف سطح تعداد سطح عملکرد طبقه انفجار شکل.26 طراحی عملکردی LS قاب 1 طبقه در سطح انفجار 2 مقاطع حاصل از طراحی بر اساس سطح عملکرد CP : به عنوان نمونه در شکل ( )71 مفاصل قابهای طراحیشده برای سطح عملکرد ( CP آستانه فروریاش) نمای داده شده است. شکل.21 طراحی عملکردی CP قاب 77 طبقه در سطح انفجار 7 وزن (تن) 1/31 27/3 71/0 710/1 29/36 711/7 92/79 973/20 6/77 71/07 72/12 16/1 21/3 711/10 27/17 210/12 1/21 76/0 77/11 62/7 71/1 712/71 21/01 261/19 الزم به ذکر است که مفاصل به رنگ صورتی نشاندهنده سطح عملکرد قابلیت استفاده بیوقفه ( )IO رنگ آبی نشاندهنده سطح عملکرد ایمنی جانی ( )LS و رنگ فیروزهای نشاندهنده سطح عملکرد آستانه فروریاش ( )CP است. در جدول ( )71 وزن قابهای و 77 طبقه برای سطوح انفجار 7 و 2 بر حسب تن ارائه شده است.

11 ارزیابی اقتصادی طراحی سیستم قاب خمشی فوالدی در مقابل... سید احمد حسینی و همکاران 262 جدول.22 جابجایی قابها در سطوح عملکرد مختلف سطح عملکرد تعداد طبقه شکل.11 طیف طرح سازه مربوط به تحقی جیانوزی ] [27 همچنین در شکلهای ( )22( )27 نمای سه بعدی سازه شبیهسازی شده و تغییر مکان افقی سازه تحت بارهای لرزهای نشان داده شده است. 3/6 90/1 91/6 23/ /29 شکل.12 شبیهسازی مدل جیانوزی با استفاده از روش مدلسازی با SAP2000 استفادهشده در این تحقی شکل.28 پتن سازه مربوط به تحقی جیانوزی ] [22 شکل.11 شبیهسازی مدل جیانوزی با استفاده از روش مدلسازی با شکل.23 نمای جانبی سازه مربوط به تحقی جیانوزی ] [27 SAP2000 استفادهشده در این تحقی سطح انفجار جابجایی افقی (سانتی متر) 3/21 6/21 21/91 71/ /6 71/7 96/1 71/6 1/01 91/7 20/0 71/1 21/2 73/3 01/1 29/2

12 مجله علمی ـ پژوهشی «علوم و فناوریهای پدافند نوین» سال نهم شماره 1 تابستان ) (ft/lb1/3 جابجایی ) (m شکل.16 نمودار مقایسه وزن قاب 2 طبقه به دو روش وزن قاب ) (Ton زمان برش پایه ) (KN شکل.11 نمودار مقایسه وزن قاب 1 طبقه به دو روش LRFD زمان ) (ft/lb1/ ) (S شکل.11 مقایسه برش پایه مدل جیانوزی و شبیهسازی در این تحقی مدل جیانوزی شبیه سازی در این تحقی فاصله مقیاس شده 1000 ) (ft/lb1/3 شکل.18 نمودار مقایسه وزن قاب 1 طبقه به دو روش برش پایه 500 ) (KN 300 LRFD قاب ) (Ton وزن 15 وزن قاب ) (Ton فاصله مقیاس شده 2000 مدل جیانوزی شبیه سازی در این تحقی ) (S شکل.19 مقایسه تغییر مکان مدل جیانوزی و شبیهسازی این تحقی 20 وزن 0.01 فاصله مقیاس شده 0.08 قاب ) (Ton مدل جیانوزی شبیه سازی در این تحقی زمان ) (S شکل.15 مقایسه نیروی برشی مدل جیانوزی و شبیهسازی این تحقی.9-1 تجزیه و تحلیل یافتهها در شکلهای ( )26 تا ( )23 نمودارهای مقایسهای مربوط به وزن قابهای طراحیشده با روشهای عملکردی و روش ضرایب بار و مقاومت برای فواصل مقیاس شده مختلف ( 0/6 0/2 9/1 9/9 و )0/10 ارائه شده است فاصله مقیاس شده 3.4 ) (ft/lb1/3 شکل.13 نمودار مقایسه وزن قاب 77 طبقه به دو روش همانگونه که در شکلهای ( )26 تا ( )23 نشان داده شده است در سطح انفجار 2 همان طور که انتظار میرفت روش طراحی عملکردی آستانه فروریاش به علت اینکه اجازه تغییر شکلهای باالیی را به سازه میدهد نسبت به روش طراحی ضرایب بار و مقایسه نتایج شبیهسازی این تحقی با نتایج مقاله برای برش پایه نیروی برشی و تغییر مکان افقی تراز بام در شکلهای ( )29 ( )20 و ( )21 ارائه شده است. مطاب شکلهای ( )29 تا ( )21 تطاب مناسب و قابل قبولی بین نمودارهای مقایسهای مدل جیانوزی و شبیهسازی وجود دارد. بنابراین شبیهسازی در این تحقی قابلاستفاده و قابل استناد است. LRFD

13 ارزیابی اقتصادی طراحی سیستم قاب خمشی فوالدی در مقابل... سید احمد حسینی و همکاران در سطح انفجار 7 در قاب 2 طبقه وزن قابها در روش طراحی سطح عملکرد قابلیت استفاده بیوقفه نسبت به روش طراحی ضرایب بار و مقاومت به میاان 09 درصد کمتر است ولی در قابهای بلندتر ( 1 1 و 77 طبقه) وزن قابها در هر دو روش بسیار نادیک است به طوری که در قابهای 1 و 1 طبقه کاه حدودا 7 درصدی و در قاب 77 طبقه افاای 1 درصدی وزن سازه به دست آمده است. رفتار نمودارها در سطوح عملکرد مختلف از انفجار ضعیفتر به قویتر به صور غیرخطی است. با مقایسه میاان پاسخ سازهها با روشهای مختلف طراحی (عملکردی و ضرایب بار و مقاومت) در برابر انفجار سطح 7 و 2 مشخص میشود که : -7 با افاای شد انفجار از سطح 7 به 2 شیب افاای وزن در روش ضرایب بار و مقاومت بیشتر از سطح عملکرد قابلیت استفاده بیوقفه ایمنی جانی و آستانه فروریاش است یعنی سازهای که برای انفجار کمتر طراحی شده است برای اینکه بتواند برای انفجار شدیدتر بازطراحی و تقویت شود بهتر است از روش عملکردی استفاده شود تا نیاز به هاینههای کمتری باشد. -2 همان طور که انتظار میرفت روش طراحی عملکردی در عملکردهای باال (مثل ایمنی جانی و آستانه فروریاش) به علت اینکه اجازه تغییر شکلهای زیادی را به سازه میدهد نسبت به روش طراحی ضرایب بار و مقاومت منجر به طرحهای اقتصادیتری میشود. -9 در طراحی با عملکردهای پایینتر (قابلیت استفاده بیوقفه) به علت عدم اجازه تغییر شکلهای زیاد میاان اقتصادیتر بودن طراحی عملکردی نسبت به طراحی ضرایب بار و مقاومت (در مقایسه با طراحی با عملکردهای باال) کاه مییابد و هر دو روش طراحی منجر به سازههایی با وزنهای نادیک به هم میشوند. -0 در طراحی قابها در برابر انفجار ضعیفتر (سطح )7 مشاهده میشود که برای اغلب قابها تفاو زیادی بین روشهای مختلف طراحی (طراحی عملکردی با سطح عملکردهای مختلف و طراحی با ضرایب بار و مقاومت) حاصل نمیشود و به علت داشتن وزنهای نادیک به هم در نمودار به سمت نقطه واحدی پی میروند. علت این رویداد میتواند به این واقعیت برگردد که در بارگذاریهای ضعیفتر امکان تحق رفتار خمیری مناسب اعضای قاب و تشکیل بهینه مفاصل خمیری متناسب با سطح عملکردهای مختلف وجود ندارد و بنابراین طراحی عملکردی با عملکردهای مختلف و طراحی با ضرایب بار و مقاومت به یک طرح نادیک به هم منتهی میشوند. -1 با افاای هر چه بیشتر تعداد طبقا میاان کارایی روش طراحی عملکردی در کاه وزن سازه کاه مییابد. جهت تفسیر این پدیده در جدول ( )72 درصد مفاصل خمیری تشکیلشده در سطح عملکرد آستانه فروریاش در اعضا برای تعداد طبقا مختلف در سطح انفجار 2 ارائه شده است. جدول.21 درصد مفاصل تشکیلشده در سطح عملکرد تعداد طبقا تعداد مفاصل خمیری در سطح عملکرد آستانه فروریاش درصد مفاصل تشکیل شده 92% % % % قابلذکر است که ستون آخر جدول ( )72 بر اساس ضوابط پذیرش دوران اعضا جدول ( )2 به دست آمده است. دوران مجاز در سطح عملکرد ایمنی جانی برابر با 26/91=1/10 سطح عملکرد آستانه فروریاش و در سطح عملکرد قابلیت استفاده بیوقفه برابر با 71/91=1/03 است. به عنوان مثال در قاب دو طبقه 1 مفصل CP در آن تشکیل شده است درصد تشکیل مفصل برابر با 1 برابر نسبت 26/91 برابر با 1/31 است. همانگونه که مشخص است نسبت تشکیل مفاصل در قاب 2 طبقه نسبت به قاب 77 طبقه %62 بیشتر بوده است. یعنی در قابهای بلندمرتبهتر به علت پیچیدگی رفتار سازه و عدم ورود به مباحث بهینهسازی امکان تشکیل مفاصل حداکثر ایجاد نشده است در نتیجه هدف طراحی محق نشده است و بنابراین به علت این نقیصه در تشکیل مفاصل حداکثر میاان اقتصادیتر مقاومت دارای صرفه اقتصادی خیلی بهتری است (برای طبقا و 77 طبقه به ترتیب کاه وزن و 3 درصد به دست آمده است). در روش طراحی عملکردی قابلیت استفاده بیوقفه برای قابهای 1 2 و 1 طبقه نیا این روش اقتصادیتر از طراحی ضرایب بار و مقاومت (منتها با اختتفهای کمتر) بوده است این کاه وزن قابها به ترتیب برابر و 70 درصد برای طبقا مختلف به دست آمده است. ولی در قاب 77 طبقه روش طراحی عملکردی قابلیت استفاده بیوقفه نسبت به روش طراحی ضرایب بار و مقاومت صرفه اقتصادی ندارد و دارای افاای 71 درصدی وزن سازه بود. 269

14 مجله علمی ـ پژوهشی «علوم و فناوریهای پدافند نوین» سال نهم شماره 1 تابستان بودن طراحی عملکردی نسبت به طراحی ضرایب بار و مقاومت در قابهای بلندمرتبهتر کاه یافته است. LRFD فاصله مقیاس شده شکل.92 نمودار مقایسه جابجایی قاب 1 طبقه به دو روش ) (cm 20 فاصله مقیاس شده فاصله مقیاس شده 3.4 ) (ft/lb1/3 شکل.99 نمودار مقایسه جابجایی قاب 77 طبقه به دو روش.5 نتیجهگیری در این تحقی قابهای با تعداد طبقا و 77 طبقه در دو سطح انفجاری ( 7 با وزن ماده منفجره 7 تن در فاصله 21 متری از سازه) و سطح انفجاری ( 2 با وزن ماده انفجاری 71 تن در فاصله 91 متری از سازه) در نرمافاار SAP2000 مدل شدند و با دو روش ضرایب بار و مقاومت و بر اساس سطوح عملکرد تحت طراحی و مقایسه اقتصادی قرار گرفتند. برای طراحی قابها با سطح عملکرد IO در برابر بارهای انفجاری متوسط و ضعیف ضرایب بار و مقاومت استفاده کرد منتها برای سطوح عملکرد پایینتر ( LS و )CP و یا انفجارهای شدیدتر در اغلب موارد روش طراحی عملکردی اقتصادیتر از روش ضرایب بار و مقاومت است. 3 تا 03 درصد). منتها برای سطح IO این اختتف وزنها کمتر جابجایی ) (ft/lb1/3 45 مختلف بسیار اقتصادیتر از روش ضرایب بار و مقاومت است (بین عملکردی برای سطوح عملکردی پایین ( )CP برای طبقا شکل.91 نمودار مقایسه جابجایی قاب 2 طبقه به دو روش شکل.91 نمودار مقایسه جابجایی قاب 1 طبقه به دو روش در انفجارهای شدیدتر (مثت سطح انفجار )2 روش طراحی 3.4 1/3 ) (ft/lb میتوان به منظور سهولت و صرفه اقتصادی از روش طراحی جابجایی ( )cm 10 ( )cm فاصله مقیاس شده 3.4 ) (ft/lb1/3 جابجایی 20 ) (cm شده است به نحوی که برای قابهای کوتاه و متوسط ( 1 2 و 1 طبقه) این کاه وزن به 70 تا 21 درصد رسیده است. در قابهای بلندمرتبهتر ( 77 طبقه) اختتف وزن مصالح مصرفی در 10 این دو روش بسیار کمتر شده و بعضا نتایج عکس مشاهده شده است. با توجه به خروجیهای طراحی عملکردی درصد تشکیل مفاصل در قابهای کوتاهتر (مثت 2 طبقه) نسبت به قابهای در سازههای با تعداد طبقا باالتر ( 1 و 77 طبقه) به علت باال بودن مدهای ارتعاشی و عدم وجود سیستمهای مهار جانبی و همچنین حرکا رفت و برگشتی تراز طبقا میانی جابجایی در تراز طبقه بام در سطح انفجار 2 نسبت به سطح 7 به میاان 91 و 11 درصد بیشتر شده است. با توجه به نمودارها جابجایی در تراز بام در روش طراحی ضرایب بار و مقاومت نسبت به روش طراحی عملکردی به علت وجود مقاطع قویتر و سختی باالتر و همچنین مجاز دانستن تغییر شکل زیاد در طراحی عملکردی کمتر است. 20 جابجایی 30-6 با افاای شد انفجار از سطح 7 به سطح 2 میاان کاه وزن طراحی عملکردی نسبت به طراحی ضرایب بار و مقاومت بیشتر میشود. علت این پدیده این میتواند باشد که با افاای هر چه بیشتر شد انفجار میاان پاسخهای غیرخطی سازه و امکان تشکیل مفاصل خمیری بیشتر میشود و در نتیجه بنا به توجیه ارائهشده در بند 0 هدف طراحی عملکردی بیشتر محق میشود. در شکلهای ( )91 تا ( )99 نمودارهای مقایسهای جابجایی بین روشهای طراحی مختلف در دو سطح انفجار برای قابهای و 77 طبقه ارائه شده است. با توجه به نمودارهای 90 تا 91 برای روش طراحی سطح عملکرد قابلیت استفاده بیوقفه در سطح انفجار 2 به علت بیشتر بودن وزن سازهها نسبت به سطح انفجار 7 در سازههای با تعداد طبقا پایینتر ( 2 و 1 طبقه) جابجایی تراز طبقه بام به میاان 21 و 01 درصد بیشتر شده است. 40

15 265 سید احمد حسینی و همکاران... ارزیابی اقتصادی طراحی سیستم قاب خمشی فوالدی در مقابل [10] Bogosian, D. D.; Dunn, B. W.; Chrostowski, J. D. Blast Analysis of Complex Structures Using Physics-Based FastRunning Models ; Computers & Structures 1999, 72, Downloaded from adst.ir at 15: on Thursday September 6th 2018 [11] Mohtashami, E.; Shooshtari, A. Assessment of Steel Frames behavior in Blast ; 5th National Congress on Civil Engineering, 2010 (In Persian). [12] Khandelwal, K.; El-Tawil, S.; Sadek, F. Progressive Collapse Analysis of Seismically Designed Steel Braced Frames ; J. Construct. Steel Res. 2009, 65, یعنی به علت. طبقه) خیلی بیشتر بوده است 77 بلندتر (مثت پیچیدگی رفتار قابهای بلندمرتبهتر و عدم ورود به روشهای امکان تشکیل مفاصل حداکثر ایجاد نشده کتسیک بهینهسازی در نتیجه در طراحی قابهای بلندمرتبهتر در برابر انفجار. است روش طراحی عملکردی نسبت به روش طراحی ضرایب بار و وزن سازه نداشته است [13] Chen, H.; Liew, J. Y. Explosion and Fire Analysis of Steel Frames Using Mixed Element Approach ; J. Eng. Mech. 2005, 131, [14] Luccioni, B. M.; Ambrosini, R. D.; Danesi, R. F. Analysis of Building Collapse Under Blast Load ; Engineering Structure 2004, 26, [15] Nassr, A. A.; Razaqpur, A. G.; Tait, M. J., Campidelli, M.; Foo, S. Single and Multi-Degree of Freedom Analysis of Steel Beams Under Blast Loading ; Nuclear Engineering and Design 2012, 242, [16] Dutta, S. C.; Roy, R. Performance of Seismically Designed Buildings under Blast Loading ; Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering 2012, 36, 149. [17] Jama, H. H.; Bambach, M. R.; Nurick, G. N.; Grzebieta, R. H.; Zhao, X. L. Numerical Modeling of Square Tubular Steel Beams Subjected to Transverse Blast Loads ; ThinWalled Structures 2009, 47, [18] Unified Facilities Criteria (UFC) Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions ; U.S. Department of Defense, [19] T.M Design of Structures to Resist Effects of Accidental Explosions ; US Department of the Army Technical manual, [20] FEMA-356. Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings ; Federal Emergency Management Agency, [21] Giannuzzi, D.; Ballarini, R.; Huckelbridge Jr, A.; Pollino, M.; Valente, M. Braced Ductile Shear Panel: New Seismic-Resistant Framing System ; J. Struct. Eng. 2014, 140, مقاومت تأییر محسوسی در کاه مراجع.6 [1] Bounds, W. L. Design of Blast-Resistant Buildings in Petrochemical Facilities ; ASCE Publications, [2] Liew, J. R. Survivability of Steel Frame Structures Subject to Blast and Fire ; J. Construct. Steel Res. 2008, 64.7, [3] Urgessa, G. S.; Tomasz A. Blast Response Comparison of Multiple Steel Frame Connections ; Finite Elements in Analysis and Design. 2011, 47, [4] Izadifard, R. A.; Maheri M. R. Ductility Effects on the Behavior of Steel Structures under Blast Loading ; Iranian Journal of Science and Technology 2010, 34, 49. [5] Shirmohammadi, H.; Eivazi, H.; Mazaheri, M. Modeling of Steel Moment Frame at Blast Loading ; 5th National Congress on Civil Engineering, 2010 (In Persian). [6] Sabuwala, T.; Linzell, D.; Krauthammer, T. Finite Element Analysis of Steel Beam to Column Connections Subjected to Blast Loads ; Int. J. Impact Eng. 2005, 31, [7] McKay, A.; Bazan, M.; Marchand, K.; Gomez, M.; Benshoof, P. Steel Frame Structure Performance in Blast Environments ; [8] Jan, S. F.; Gurbuz, O. Dynamic Nonlinear Finite Element Analysis of Blast Resistant Concrete Buildings in Petrochemical Facilities ; Structures Congress 2008; Crossing Borders [9] Kim, S.; Lee, C. H.; Lee, K. Effects of Floor Slab on Progressive Collapse Resistance of Steel Moment Frames ; J. Construct. Steel Res. 2015, 110,

16 Downloaded from adst.ir at 15: on Thursday September 6th 2018