الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 68000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۹۸
کد مقاله
CVL98
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
یک روش جدید برای تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی قاب های بتن مسلح (RC) تحت بارگذاری انفجاری
نام انگلیسی
A new method for progressive collapse analysis of RC frames under blast loading
تعداد صفحه به فارسی
۶۳
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۳
کلمات کلیدی به فارسی
قاب بتن مسلح (RC), بارگذاری انفجاری, فروپاشی پیشرونده / تدریجی, آنالیز عددی, صدمه دیدگی اولیه, شرایط اولیه غیر صفر, شبیه سازی عددی مستقیم, پروسه حذف عضو
کالج مهندسی ساختمان و منابع، دانشگاه وسترن استرالیا، استرالیا
الزویر
مرجع به انگلیسی
Engineering Structures; School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin, China; Key Laboratory of Coastal Civil Engineering Structure and Safety (Tianjin University), Ministry of Education, Tianjin; China; School of Civil & Resource Engineering, The University of Western Australia, Australia; Elsevier
کشور
چین – استرالیا
یک روش جدید برای تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی قاب های بتن مسلح (RC) تحت بارگذاری انفجاری
چکیده
فروپاشی تدریجی سازه ها تحت بارگذاری انفجاری، توجه زیادی را در سراسر جهان به خود معطوف نموده است. برخی از دستورالعملها روشهای خاصی برای تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی سازههای ساختمانی را ارائه میدهند. تجزیه و تحلیل عددی و نتایج تست آزمایشگاهی فروپاشی تدریجی سازه ها همچنین در منابع مختلف گزارش شده است. از آنجا که فروپاشی تدریجی یک سازه ناشی از بارگذاری انفجار تنها پس از فاز بارگذاری – انفجاری رخ می دهد، غالب مطالعات و روشهای راهنماء، تجزیه و تحلیل پیشرفته را با جداشدگی یک یا چند عضو ساختاری حامل بار با شرایط استاتیک و مقدار اولیه صفر انجام میدهند. آسیب به اعضای ساختمانی مجاور که ممکن است ناشی از بارهای انفجاری و شرایط اولیه غیر صفر اجتناب ناپذیر باشد، هنگامیکه مسئله فروپاشی پیش رونده مورد غفلت قرار میگیرند حاصل خواهد شد. این ساده انگاری ها ممکن است به پیش بینی های نادرست روند فروپاشی ساختاری منجر شود. در این مقاله، یک روش جدید برای تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی بتن مسلح ( RC ) سازه های قابی با در نظر گرفتن شرایط اولیه غیر صفر و آسیب اولیه به اعضای ساختمانی مجاور تحت بارگذاری انفجاری ارائه گردیده است. یک قاب RC سه طبقه- دو دهانه، به عنوان یک مثال برای نشان دادن روش پیشنهاد داده شده مورد استفاده قرار میگیرد. نتایج عددی با نتایج به دست آمده با استفاده از روش مسیر بار جایگزین، و با نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی جامع با بکارگیری مستقیم بارهای انفجار روی قاب، مقایسه می شوند. بر این مبنا، مشخص شد که روش ارائه شده را می توان با توجه به تعمیم جزئی روند جداشدگی عضو ساده، در شبیه سازی فرایند فروپاشی تدریجی سازه های قاب RC، بعنوان یک روش کارآمد و قابل اعتماد در نظر گرفت. این مورد اساسا” به تلاش محاسباتی کمتری در مقایسه با شبیه سازی های عددی مستقیم نیاز دارد، و پیش بینی های دقیق تری از فرآیند فروپاشی تصاعدی / پیشرونده ساختاری را نسبت به روش جداشدگی عضو، ارائه می دهد.
کلمات کلیدی: قاب بتن مسلح (RC)، بارگذاری انفجاری، فروپاشی پیشرونده، آنالیز عددی، صدمه دیدگی اولیه، شرایط اولیه غیر صفر، شبیه سازی عددی مستقیم، پروسه حذف عضو
فروپاشی تدریجی قاب های بتن مسلح (RC) تحت بارگذاری انفجاری
۱- مقدمه
فروپاشی تدریجی اشاره به شکست یک یا گروهی از اعضای حامل بار ساختار اصلی دارد که منجر به شکست گسترده تر اعضای اطراف و جزئی یا فروپاشی کامل ساختار می گردد. این مورد به عنوان گسترش یک شکست محلی اولیه از یک جزء به جزء دیگر تلقی شده که نهایتا منجر به فروپاشی کل یک ساختار یا بخشی بزرگی از آن بطور نامتناسب می شود [۱]. بسیاری از حوادث و رویدادهای عمدی، مانند سفارش ساخت و ساز نادرست، گسیختگی محلی ناشی از اضافه بار تصادفی، و آسیبِ یک مولفه بحرانی توسط زلزله و انفجار، می تواند فروپاشی تدریجی یک سازه را سبب شود. با این حال، به دلیل نقطه حداکثر بالا، مدت زمان کوتاه و فاز منفی بار انفجار، فروپاشی تدریجی ناشی از یک انفجار، بسیار متفاوت از آن ویژگیهای مرتبط با زمین زلزله می باشد. با توجه به فروپاشی تدریجی اخیر ساختمان فدرال آلفرد پی. مورا و ساختمان مرکز تجارت جهانی به دلیل انفجار و ضربه، تحقیقات بیش از پیش متمرکزِ ساخت ساختمانهایی امن تر از ساختمانهای در معرض فروپاشی تدریجی ناشی از انفجار و تاثیر بارگذاری، گردیده است. برای یک طراحی اقتصادی و ایمن سازه ها در برابر فروپاشی تدریجی بارهای انفجار، یک تجزیه و تحلیل گسیختگی تدریجی قابل اعتماد ضروری است. به دلیل ماهیت فاجعه بار گسیختگی تدریجی و هزینه بالقوه بالای مقاوم سازی ساختمان برای مقاومت در برابر آن، ضروری است که روش های تجزیه و تحلیل تدریجی قابل اعتماد باشد [۲]. مهندسین به یک روش کوتاه و دقیق برای ایجاد نتایج بموقع و قابل اعتماد، نیاز دارند. در نتیجه، بسیاری از محققان اخیرا” تلاش گسترده ای برای توسعه روش های آنالیزی فروپاشی تدریجی قابل اعتماد و آسان را انجام داده اند. کروتامِر و همکاران [۳] یک روش برای مطالعه فروپاشی پیشرونده از لحاظ تئوری و عددی را توسعه دادند، و یک روش ارزیابی آسیب ساختاری قابل اعتماد برای پیش بینی فاز آینده احتمالی فروپاشی تدریجی را ایجاد نمودند. لوسینیو و همکاران [۴] یک تجزیه و تحلیل فروپاشی ساختاری یک ساختمان بتن مسلح ناشی از یک بار انفجاری را انجام دادند. در آنالیز، ساختمان با استفاده از عناصر جامد D3 مدل گردید، از جمله ستون های بتن مسلح، تیرها و دیواره های بنایی. حجم هوایی که در آن ساختار غوطه ور شده بود نیز مدل گردید. مقایسه نتایج عددی با عکس هایی از ساختار گسیخته توسط بار انفجار نشان داد که تحلیل عددی فروپاشی ساختمان تحت بار انفجار ایجاد میگردد. مرجانیشویلی [۵] رویه های فروپاشی تدریجی تعریف شده در اداره خدمات عمومی آمریکا (GSA] (6] و دپارتمان دفاع (وزارت دفاع) [۷] دستورالعمل ها، مزایای آنها و معایب مورد بحث را خلاصه نمود. کاوکالچای و ویلیامسون [۸] یک چارچوب برای محاسبه پاسخ دینامیکی سازههای قاب در طول یک رویداد فروپاشی تدریجی برای غلبه بر محدودیت های روش مسیر بار جایگزین را پیشنهاد دادند، به عنوان مثال، روش GSA و روش وزارت دفاع.
هدف از این مقاله توسعه یک روش جدید برای تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی قاب های بتن مسلح (RC) با در نظر گرفتن هر دو شرط اولیه غیر صفر و آسیب های موجود در اعضای سازه، خواهد بود. روش شامل سه مرحله می باشد: (۱) تعیین حالات انفجار بحرانی قاب RC برای تجزیه و تحلیل گسیختگی تدریجی؛ (۲) تعیین شرط اولیه صفر غیر و آسیب اولیه اعضای ساختاری بعلتِ بارهای انفجار، و (۳) تجزیه و تحلیل گسیختگی تدریجی با در نظر گرفتن هر دو شرط اولیه غیر صفر و آسیب در اعضای سازه. یک قاب RC سه طبقه دو دهانه به عنوان مثال برای نشان دادن کارایی و قابلیت اطمینانِ این روش مورد استفاده قرار می گیرد. نرم افزارتجاری LS- DYNA برای انجام محاسبات عددی استفاده می شود. روش مسیر بار جایگزین معمولا استفاده می شود و روش شبیه سازی مستقیم نیز برای تجزیه و تحلیلِ فروپاشی تدریجی این قابِ مورد بررسی استفاده می گردد. نتایج عددی به دست آمده با توجه به سه روش با هم مقایسه می شوند. قابلیت اطمینان و بهره وری روش ارائه شده با تجزیه و تحلیلِ فروپاشی تدریجی ساختاری به بارهای انفجار مورد بررسی قرار می گیرد.
فروپاشی تدریجی قاب های بتن مسلح (RC) تحت بارگذاری انفجاری
۲- سناریوهای انفجار بحرانی برای تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی قاب های بین مسلح (RC)
همانگونه که در بالا بحث شد، زمانی که فروپاشی تدریجی آغاز می شود، علاوه بر از بین بردنِ کاملِ برخی از اعضای کلیدی ساختاری، یک بارِ انفجار همچنین باعث آسیب به دیگر اعضای ساختاری و سرعت ساختاری غیر صفر و جابجایی می گردد. بنابراین، تجزیه و تحلیل پیشرونده ساختاری قابل اعتماد باید شرایط آغازین غیر صفر و آسیب ممکن به سایر اعضای سازه را در نظر داشته باشد. از آنجا که سرعت، جابجایی، و شدت آسیب ساختار در پایان مرحله بارگذاری انفجار به حالات انفجار بستگی دارد، سناریوهای انفجار بحرانی که به طور کامل برخی از اعضای کلیدی ساختاری را نابود و باعث فروپاشی تدریجی می شوند لازم است ابتداء تعیین شوند. متناظر با جابجایی ساختاری، سرعت و آسیب در پایان مرحله بارگذاری – انفجاری، سپس می تواند تعیین شده و در تحلیل گسیختگی تدریجی بعدی مورد استفاده قرار گیرد.
فروپاشی تدریجی قاب های بتن مسلح (RC) تحت بارگذاری انفجاری
۳- اقتباس از شرایط اولیه غیر صفر و آسیب اولیه اعضای ساختمانی مجاور
۳-۱٫ شرایط اولیه غیر صفر
شرایط اولیه به طور معمول همانند سرعت و جابجایی ساختار یا عضو ساختار در آغاز تجزیه و تحلیل پاسخ دینامیکی، در نظر گرفته می شوند. دراین باره، آن شامل سرعت و جابجایی اعضای مجاور در زمان از دست دادن کاملِ ستون کلیدی است. آن همچنین آغاز تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی در GSA و DoD می باشد.
۳-۱-۱٫ حالات آسیب و عملکرد تغییر شکل
هر دو مطالعه تجربی و محاسباتی نشان می دهد که حالت های آسیبِ اعضای RC تحت بارگذاری انفجار نه تنها به بار انفجار بستگی دارد، بلکه همچنین به خواص عضو ساختاری، همانند نیروی برشی و ظرفیت مقاومت گشتاورِ خمشی عضو، بستگی دارد. به طور کلی، سه حالت شکست، یعنی حالت شکست برشی، حالت شکست خمشی و ترکیب حالت برشی و شکست خمشی وجود دارد. حالت آسیب دقیق و تغییر شکل مشابهِ یک عضو سازه تحت بارگذاری انفجار به طور معمول از طریق تجزیه و تحلیل محاسباتی دقیق و یا تست های میدانی، برآورد میشود. با این حال، در عمل، تغییر شکل عضو سازه معمولا در هنگام استخراج سیستم SDOF معادل، فرض می شود [۱۸]، و این اغلب منجر به پیش بینی قابل قبول از پاسخ کلی سازه، میگردد.
۳-۱-۲٫ حداکثر سرعت اولیه و جابجایی
اگر بارهای انفجار بروی عضو ساختاری اعمال شوند، حداکثر سرعت اولیه و جابجایی در انتهای فازِ انفجار- بارگذاری به آسانی می تواند توسط آنالیز سیستم SDOF، حاصل آید. بر طیق روش بیگز [۱۹]، جرم معادل، سختی و بارِ سیستم SDOF می تواند از طریق فرمولهای زیر، تعیین گردد:
۳-۲٫ آسیب اولیه
آسیب اولیه یکی دیگر از پارامتر بسیار مهم است که باید در تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی قاب RC در نظر گرفته شود. شدت آسیب را می توان با استفاده از نمودار ضربه فشار (P-I) برای اعضای RC برآورد نمود [۲۳-۲۰]. درجه آسیب عضو است با استفاده از روش پیشنهادی زیر به دست می آید. فرض کنید که نمودار ضربه فشار یک ستون توسعه یافته توسط نویسندگان [۲۰]، همانگونه که در شکل ۲ نشان داده شده است، قابل دسترس میباشد، این شیوه در زیر آمده است.
۳-۳٫ اعتبارسنجی
شبیه سازی های عددی برای اعتبار سنجی روش های بالا در خصوص بدست آوردن شرط اولیه و آسیب اولیه اعضای RC ، انجام می شوند. ستون نمونه RC، که از قاب RC در بخش ۵ استخراج شده، با استفاده از LS- DYNA،تحلیل می گردد. این ستون ۳ متر طول دارد با مقطع عرضی mm300mm× ۳۰٫
فروپاشی تدریجی قاب های بتن مسلح (RC) تحت بارگذاری انفجاری
۴- روش پیشنهادی برای تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی قاب های RC تحت بارگذاری انفجار
روش ارائه شده بر اساس روش مسیر بار جایگزین در GSA و دستورالعملDoD می باشد [۶،۷]، اما شرایط اولیه غیر صفر و اولیه آسیب اعضای ساختاری در تجزیه و تحلیل را بهم پیوست می دهد.
a. مدل المان محدودِ قاب RC را ایجاد کنید.
b. سناریوهای انفجار بحرانی را از تمام موارد ممکن با توجه به اصول پیشنهادی بالا انتخاب کنید؛ برای هر حالت انفجار، مراحل c تا f را انجام دهید.
c. قبل از حذف عنصر کلیدی، مدل را به حالت تعادل استاتیک تحت ترکیبی از بارهای مرده و زنده همانگونه که در GSA و دستورالعمل DoD تعریف گردیده بود، قرار دهید.
d. از نمودارهای P-I موجود، سطوح خسارتِ تمام اعضای نزدیک به مرکز انفجار را ارزیابی کنید، و سرعت اولیه جابجایی و آسیب اولیه اعضای ساختمانی را محاسبه نمائید که به طور کامل توسط بارگذاری انفجار مستقیم با استفاده از روش ارائه شده در بالا، آسیب ندیده است؛ و خواص موادِ این اعضای سازه ای را با توجه به درجات آسیب پیش بینی شده، حاصل از نمودار P-I اصلاح کنید.
فروپاشی تدریجی قاب های بتن مسلح (RC) تحت بارگذاری انفجاری
۵- آنالیز فروپاشی تدریجی یک قاب RC: مقایسه وبازبینی
۵-۱٫ مدل عددی
نرم افزار LS-DYNA برای انجام آنالیز فروپاشی تدریجی ساختار قابِ نمونه، بکار می رود، همانگونه که در شکل ۴ نشان داده شده است. قاب دارای دو فاصله بین دو ستون با یک دهانه ۶ متری در راستای محور X و یک دهانه ۳ متری در راستای محور Y می باشد. ارتفاع طبقه برای همه سطوح، ۳ متر است. ابعادِ همه ستونها ۳۰۰ میلیمتر × ۳۰۰ میلیمتر هستند، و تیرها ۲۰۰ میلیمتر × ۳۰۰ میلیمتر می باشند. همه ستونها و تیرها دارای ۲% آرماتورگذاری طولی با تنش تسلیمِ ۳۳۵ مگا پاسگال و ø۱۰@۲۰۰ mm آرماتورگذاری حلقوی با تنش تسلیم ۲۳۵ مگا پاسگال، هستند. ضخامت دال بتنی ۱۵۰ میلیمتر با ابعاد ۶ متر× ۳ متر می باشد. آرماتورگذاری طولی همچنین ۲% و تنش تسلیمِ میله فولادی ۳۳۵ مگا پاسگال است.
۵-۲٫ آنالیز مبنا
به منظور بررسی روش پیشنهادی تجزیه و تحلیل فروپاشی تدریجی قاب RC، آنالیزِ تدریجی قاب RC نمونه بوسیله استفاده از روش شبیه سازی مستقیم، انجام می گردد. در تجزیه و تحلیل، اعمالِ بارهای انفجار بروی نمای جلویی قاب RC، به طور مستقیم به ساختار اعمال می گردد.
۵-۳٫ روش مسیر بار جایگزین
روش مسیر بار جایگزین موجود در دستورالعمل های GSA و DoD اجازه چهار سطحِ تجزیه و تحلیل را می دهد، یعنی تجزیه و تحلیل خطی الاستیک استاتیک، تحلیل استاتیکی غیر خطی، تجزیه و تحلیل دینامیک الاستیک خطی و تجزیه و تحلیل دینامیکی غیرخطی. در این بخش، GSA تجزیه و تحلیل دینامیکی غیرخطی، برای به دست آوردن روند فروپاشی تدریجی قاب RC ایجاد شده، به عنوان دقیق ترین تحلیل شناخته شده است. روش می تواند به طور خلاصه در زیر خلاصه شود [۶].
۵-۴٫ روش پیشنهادی
با استفاده از روش پیشنهادی، سرعت اولیه و آسیب اولیه دیگر اعضای سازه ای از روش ارائه شده در بخش ۳ به دست آمده است. حداکثر سرعتهای اولیه و جابجایی های ستونهای مجاور RC در جدول شماره ۵ آمده است. همانطور که دیده می شود، حداکثر جابجایی اولیه همه ستونها، تنها ۸٫۰۶ میلیمتر است که فقط ۰٫۳% ارتفاع ستون را شامل می شود. این بعلتِ مدت زمان بسیار کوتاه بارِ انفجار است. زمان زیادی در هنگام مدلسازی این جابجایی های اولیه صرف شده و همچنین نسبتا” کوچک هستند، در آنالیز جابجایی اولیهِ ستونها، نادیده انگاشته میشوند. اضافه بر این، بعلت غفلت از نیروهای بالارونده اعمال شده بر تیرها و اِسلَب ها، تنها بار انفجار اعمال شده بر تیر در مسیر عرضی، مورد ملاحظه قرار می گیرد. بهرحال، بدلیل اینکه کف RC با سختی بالا و توده جرم بزرگ از پاسخ های ممکنِ تیر در مسیرِ عرضی ممانعت بعمب می آورد، هر دو سرعت اولیه و جابجایی اولیه تیر در انتهای فازِ انفجار- بارگذاری بسیار کوچک است، بنابراین آنها در آنالیز مورد غفلت قرار میگیرند. در نتیجه، تنها آسیب و سرعت اولیه ستون ها مورد ملاحظه واقع میشود.
۵-۵٫ مقایسه و بحث
نتایج عددی آنالیز دینامیک غیر خطی GSA و روش پیشنهادی با نتایج آنالیز مبنا (معیار) برای تصدیق درستی و قابلیت اعتمادِ روش پیشنهادی، مورد مقایسه قرار میگیرد.
فرد میتواند بروشنی از تصاویر ۶،۷ و ۹ مشاهده نماید که فریم در آنالیز دینامیک غیر خطی GSA، گسیخته نمیشود، در حالیکه در زمان مشابه در آنالیز معیار و روش پیشنهادی، گسیخته شده و فرو میریزد. این بدان علت است که، در آنالیز دینامیک غیر خطی GSA، اثرِ زنجیری یک نیرو برای تعادل بار ثقلی بعد از حذف ستون مرکزی بوجود میآورد و درنتیجه، در مقابل فروپاشی فریم (قاب) مقاومت میکند. بهرحال، در روش پیشنهادی، با در نظر گرفتن آسیب اولیه و شرط اولیه غیر صفرِ ساختار، دیگر ستونهای طبقه اول همچنین در حدود t = 400 ms، فرو میریزند، که تقریبا” مشابه آنالیز معبار میباشد. آسیب و فروپاشی ستون های مجاور، فروپاشی اعضای سازه را سرعت می بخشد، که منجر به گسیختگی قاب می گردد. این مشاهدات به وضوح دلالت بر برآورد بیش از حد GSA روش تجزیه و تحلیل دینامیکی غیرخطی درباره ظرفیت قاب در مقاومت در برابر فروپاشی دارد.
فروپاشی تدریجی قاب های بتن مسلح (RC) تحت بارگذاری انفجاری
۶- نتیجه گیری
در این مقاله، یک روش جدید برای آنالیز فروپاشی تدریجی قاب RC نشان داده شده است. این بر اساس روش مسیر بار جایگزین در GSA و دستورالعمل های DoD بنا نهاده شده است، اما با تغییراتی از جمله شرایط اولیه غیر صفر اجتناب ناپذیر و آسیب در سازه ها بعلتِ بار انفجار مستقیم. روش از نمودارهای P-I برای برآورد آسیب به اعضای ساختار توسط بار انفجار مستقیم، و روش SDOF معادل برای پیش بینی سرعت و جابجایی اعضای ساختار در انتهای فازِ انفجار- بارگذاری، استفاده می کند. سه طبقه دو دهانه قابِ RC برای نشان دادن کارایی و قابلیت اطمینانِ روش پیشنهادی، موردِ آنالیز قرار می گیرد. دریافت گردیده است که روش پیشنهادی، یک پیش بینی مشابه از فرآیند فروپاشی قاب، نسبت به شبیه سازی مستقیم پاسخ سازه به انفجار بار، ارائه می دهد. از آنجا که روش ارائه شده، به یک مدلسازی جامع از ساختار نیاز ندارد، از این رو بطور قابل ملاحظه ای زمان محاسباتی و حافظه مورد نیاز کامپیوتر را کاهش می دهد. در مقایسه با روش تحلیل دینامیکی غیر خطی GSA ، روش پیشنهادی پیش بینی های بهتری از فروپاشی تدریجی ساختاری با حداقل تلاش اضافی در شرایط اولیه غیر صفر و آسیب در اعضای سازه در پایان فازِ بارگیری انفجار هنگامی که فروپاشی تدریجی شروع می شود را میتواند نشان دهد.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
