طراحی بهینه قابهای خمشی بتنی بر پایه عملکرد
چکیده
روش های متعارف طراحی لرزه ای در بیشتر کدها، بر پایه تحلیل های ارتجاعی و استفاده از یک نیروی استاتیکی معادل می باشند. این در حالیست که بیشتر سازه های متعارف در هنگام زلزله های قوی، جابجایی های غیرخطی بزرگی خواهد داشت و پاسخ خطی، نشان دهنده رفتار واقعی سازه در هنگام زلزله نخواهد بود. بنابراین استفاده از الگوی بار پیشنهاد شده در آیین نامه های طراحی لرزه ای متضمن استفاده بهینه از مصالح به کار رفته نمی باشد. در مطالعه حاضر با انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی و استفاده از تئوری توزیع یکنواخت خرابی یک روش جدید طراحی بهینه بر پایه عملکرد، برای قاب های بتنی مطرح گردیده است. در این روش با استفاده از معیار عملکردی خرابی پارک- انگ و توزیع یکنواخت آن در سازه سعی می گردد، توزیع مقاومت در سازه بر یک پایه منطقی استوار گردد. به منظور دستیابی به توزیع بهینه عناصر مقاوم در سازه، مصالح سازه ای با استفاده از یک روش عددی تدریجاً از بخش های با خرابی کمتر به بخش های با خرابی بیشتر آن منتقل می گردند. نشان داده شده است که عملکرد لرزه ای چنین سازه ای بهینه بوده و در آن از حداکثر ظرفیت سازه استفاده شده است. برای مدل سازی، قاب های بتنی 3،5،10و15 طبقه براساس ضوابط آیین نامه های معتبر(ibc2003,aci) طراحی شده اند. سپس عملکرد لرزه ای آنها براساس ضوابط مرجع fema-356 مورد ارزیابی قرار گرفته و تعیین شده است. نتایج نشان می دهد برای سطح خطر یک با دوره بازگشت 475 سال، عملکرد سازه ها در محدوده ls قرار دارد لیکن در سطح خطر دو با دوره بازگشت 2475 سال، عملکرد لرزه ای سازه ها در محدده فراتر از cp قرار می گیرد. در ادامه با بسط تئوری توزیع یکنواخت خرابی در قاب های بتنی، طراحی بهینه بر اساس معیار عملکردی خرابی پارک- انگ برای مدل های طراحی شده براساس مراجع مذکور، در دو حالت انجام شده است. در حالت نخست، با فرض ثابت بودن کل مصالح، سعی می گردد توزیع مصالح به گونه ای صورت پذیرد که خرابی کلی و جزیی به حداقل برسد. در حالت دوم، با فرض پذیرش مقدار قابل قبولی از خرابی، سعی می گردد توزیع مقاومت به گونه ای انجام شود که با توزیع یکنواخت خرابی و کمینه کردن آن، سازه دارای حداقل مصالح سازه ای باشد. نتایج نشان می دهد در حالتی که هدف یکنواخت کردن خرابی باشد طراحی بهینه سبب کاهش میزان خرابی موضعی و کلی می گردد و در حالتی که هدف رسیدن به مرز پذیرش خرابی باشد در حدود 30 الی 40 درصد در مصرف آرماتور صرفه جویی می گردد.