صفحه اصلی  »  اعضای ویژه  »  تحلیل خطی و غیر خطی سازه؛ بررسی 5 روش تحلیل سازه از جمله استاتیکی معادل و پوش اور

تحلیل خطی و غیر خطی سازه؛ بررسی 5 روش تحلیل سازه از جمله استاتیکی معادل و پوش اور

  • تعداد صفحات: 54
  • آخرین ویرایش: سال 1397
  • ناشر: دپارتمان تحقیقات و توسعه گروه صنعتی سبزسازه
  • تولید کنندگان محتوا:
تولید کنندگان آموزش

همانطور که شما هم می دانید هر طراحی دقیق و بهینه نتیجه یک آنالیز یا تحلیل دقیق است که به طور کلی تحلیل سازه را می توانیم به دو دسته تحلیل خطی و غیر خطی سازه تقسیم بندی کنیم اما چند سوال مهم:

تحلیل الاستیک را انتخاب کنیم یا تحلیل پلاستیک؟
آیا شما تحلیل خطی تاریخچه زمانی را انتخاب خواهید کرد؟
نظرتان درمورد تحلیل پوش اور یا همان تحلیل استاتیکی غیر خطی چیست؟

در این ایبوک جامع 54 صفحه ای مفهوم 5 نوع تحلیل خطی و غیر خطی را به همراه هم بررسی خواهیم کرد و البته در انتهای این ایبوک جامع نحوه ی اعمال ترکیب بار های تحلیل استاتیکی و دینامیکی طیفی در ایتبس را خواهیم داشت.

در این صفحه تنها بخش کوتاهی از ایبوک جامع بیان شده است. متن اصلی ایبوک را منطبق فهرست مطالب، دانلود کنید.

روش‌ های تحلیل سازه

به طور کلی سازه را با دو روش تحلیل خطی و غیر خطی می توانیم آنالیز کنیم که این روش ها عبارتند از:

تحلیل خطی (الاستیک یا ارتجاعی)

تحلیل استاتیکی معادل

تحلیل دینامیکی طیفی

تحلیل تاریخچه زمانی

تحلیل غیرخطی (غیر الاستیک یا پلاستیک یا غیر ارتجاعی)

تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش آور)

تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی

 

انواع تحلیل سازه (تحلیل استاتیکی معادل، تحلیل طیفی، تحلیل تاریخچه زمانی خطی، تحلیل استاتیکی غیر خطی، تحلیل غیر خطی تاریخچه زمانی)

تفاوت تحلیل خطی و غیر خطی

زمانی که صحبت از خطی بودن و غیرخطی بودن در میان است واژه “سختی” مرز تفاوت آن‌ها را مشخص می­کند. در واقع سختی یک عضو، بر اثر بارهای وارده بر آن تعیین می ­شود. سختی می ­تواند سختی خمشی، برشی و یا محوری عضو باشد. بسته به اینکه بار اعمالی به عضو، آن را به خمش، برش و یا تغییر شکل محوری وادار کند سختی آن تعیین می­شود.

 عوامل تأثیرگذار بر سختی یک عضو در متن اصلی ایبوک بررسی شده است.

تفاوت نیروی استاتیکی و دینامیکی

تفاوت عمده این دو نوع نیرو، وابسته به زمان بودنِ نیروهای دینامیکی است. به این معنا که نیروهای دینامیکی با تغییرات زمان مقادیر مختلفی دارند و برای هر زمان یک پاسخ متفاوت از سازه دریافت می­کند؛ در صورتی‌ که در نیروهای استاتیکی، نیرو در یک‌ زمان به سازه وارد می ­شود و تنها یک پاسخ به وجود می‌آورد، از این ‌رو مسائل دینامیکی بسیار پیچیده ­تر و زمان‌ برتر از مسائل استاتیکی هستند.

 

تفاوت بار گذاری و تحلیل استاتیکی و دینامیکی

تصویر سمت چپ بارگذاری دینامیکی و تصویر سمت راست بارگذاری استاتیکی

 

موارد کاربرد تحلیل خطی

طبق بند 3-2-2 آیین ­نامه 2800 داریم:

 

تحلیل الاستیک یا خطی سازه

 

این بند از آیین‌ نامه را می ­توان این­گونه تفسیر کرد که آیین‌ نامه برای استفاده از روش تحلیل استاتیکی خطی محدودیت ارتفاعی در نظر گرفته است؛ زیرا در این روش تنها اثر مود اول ارتعاشی سازه در نظر گرفته می ­شود و اثرات مدهای دیگر سازه در نظر گرفته نمی ­شود.

 

ردیف

نوع ساختماناستاتیکی معادلدینامیکی طیفی خطی

دینامیکی خطی

(تاریخچه زمانی)

1

کلیه ساختمان­ها تا سه‌طبقهOkOkOk
2ساختمان­های منظم با ارتفاع کمتر از 50 متر از تراز پایهOkOk

Ok

3

ساختمان­ های نامنظم با ارتفاع کمتر از 50 متر از تراز پایه که نامنظمی آن‌ها در پلان از نوع “پیچشی” یا “پیچشی شدید” و نامنظمی آن‌ها در ارتفاع از نوع “نامنظمی جرمی” و “طبقه نرم” و “طبقه خیلی نرم” و “نامنظمی هندسی در ارتفاع” نباشدOkOkOk
4سایر ساختمان­ هاNot OkOk

Ok

 

موارد کاربرد تحلیل غیرخطی

در بند 3-2-3 از آیین‌نامه 2800 در رابطه با کاربرد روش‌های تحلیل غیرخطی به صورت زیر بحث شده است:

 

روش های تحلیل غیر خطی یا پلاستیک در سازه

 

از این‌ روش برای کلیه ساختمان ­ها با هر تعداد طبقات می­ توان استفاده کرد. روش دینامیکی غیرخطی برای ارزیابی رفتار دقیق سازه­ ها تحت زلزله مورد استفاده قرار می ­گیرد، این در حالیست که روش استاتیکی غیرخطی (روش پوش آور) بیشتر در ارزیابی آسیب‌ پذیری سازه ­ها و مطالعات مقاوم‌ سازی کاربرد دارد.

روش‌ های تحلیل خطی سازه

روش استاتیکی معادل

روش استاتیکی معادل به عنوان یکی از فرا گیرترین روش‌های تحلیل سازه، بر پایه دو اصل زیر استوار است:

  1. رفتار خطی مصالح.
  2. اعمال نیروی زلزله به صورت استاتیکی

علیرغم اینکه نیروی ناشی از زلزله، دینامیکی است اما در این روش اثر آن بر روی سازه به صورت یک‌ بار معادل استاتیکی برآورد می­ گردد و کل نیروی وارده به سازه برابر ضریبی از وزن ساختمان در نظر گرفته می‌شود.

طبق بند 2-3-1 تفسیر نشریه 360، فقط در صورتی ­که نسبت نیروهای ناشی از زلزله به ظرفیت باربری اجزا کمتر از 1 باشد تحلیل به نتایج با دقت مطلوب منتهی می ­شود.

در این روش ابتدا باید نیروی زلزله را به دست آوریم سپس با توزیع آن در طبقات مقادیر نیروها و تغییرشکل ­های اعضای سازه را به دست بیاوریم که تمامی این مراحل با فرمول های مربوط به آن در متن اصلی ایبوک بیان شده است.

به جهت فراگیر بودن این روش تحلیل سازه حتما ویدئو رایگان 30 دقیقه ای که در این صفحه قرار گرفته را مشاهده کنید در این ویدئو جامع به سوال های مهمی پاسخ داده خواهد شد مانند:

  • دلیل اضافه شدن شاخه اول طیف در ویرایش سوم به بعد چیست؟
  • طیف ارتجاعی استاندارد 2800 چیست؟ مفهوم آن چیست؟
  • تفاوت یک تحلیل خطی با غیرخطی چیست؟
  • در چه مواقعی نیاز به انجام یک تحلیل غیرخطی داریم؟
  • از چه نرم افزارهایی جهت انجام تحلیل غیرخطی میتوان استفاده نمود؟

 

روش تحلیل طیفی خطی

در این روش، تحلیل دینامیکی با فرض رفتار خطی سازه و با استفاده از حداکثر پاسخ کلیه مدهای نوسانی سازه که در بازتاب کل سازه اثر قابل‌ توجهی دارند، انجام می‌گیرد. حداکثر پاسخ در هر مد با توجه به زمان تناوب آن مد از طیف طرح استاندارد یا طیف طرح ویژه ساختگاه به دست می­ آید. سپس پاسخ کلی سازه از ترکیب آماری پاسخ ­های حداکثر هر مد تخمین زده می‌شود. در واقع می ­توان گفت روش تحلیل استاتیکی معادل نوع خاصی از روش طیفی است که تنها مد اولِ سازه را بررسی می­کند و از مشارکت مدهای دیگر صرف‌ نظر می­شود.

به تحلیل دینامیکی طیفی، تحلیل طیفی آنالیز مودال هم گفته می‌شود. این روش در واقع یک روش استاتیکی می‌باشد، با این تفاوت که تأثیر مودهای بالاتر هم در پاسخ نهایی سازه مدنظر قرار می‌گیرد؛ از این‌ رو به این روش، شبه دینامیکی هم گفته می‌شود.

 تعداد این مدها چه گونه بدست می آید و در نهایت چگونه به ایتبس معرفی می شود؟

 طیف طرح استاندارد چگونه محاسبه میشود و در نهایت به چه صورتی در ایتبس معرفی خواهد شد؟

 

برای ترکیب مدهای مختلف در نرم‌افزار به طریق زیر عمل می‌کنیم:

ابتدا از منو   Define>Load Cases.. وارد می ­شویم تا پنجره زیر ظاهر شود.

 

تحلیل دینامیکی طیفی در ایتبس

 

سپس گزینه New Cases.. Add را می­زنیم تا پنجره زیر ظاهر شود.

 

تحلیل دینامیکی طیفی در ایتبس

 

در متن اصلی ایبوک هر یک از کادر های شماره بندی شده تصویر بالا به طور کامل توضیح داده شده است.

اما تحلیل خطی بعدی تحلیل خطی تاریخچه زمانی است که به صورت خلاصه در متن اصلی ایبوک معرفی شده است.

روش های تحلیل غیر خطی

روش تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش آور)

تاکنون در روش‌های تحلیل خطی ما نیروی وارد بر سازه را شناسایی می­ کردیم تا بتوانیم جابه ­جایی ­های سازه و نیروهای وارد بر اعضا را به دست آوریم؛ و از این طریق سازه را طراحی کنیم؛ اما در روش تحلیل استاتیکی غیرخطی این قضیه برعکس است به این معنا که ما سازه را برای یک تغییر مکان هدف طراحی می‌کنیم.

در این روش با اعمال یک نیروی مشخص در مرکز جرم بام، ساختمان را به‌ تدریج جا به جا می‌کنیم تا به‌ اندازه تغییر مکان معینی (تغییر مکان هدف) جابه ­جا شود، حال نیروهای ایجادشده در اعضا را محاسبه می‌کنیم. اسم این روش، Pushover می‌ باشد که با توجه به همین فرض انتخاب‌ شده است. پس ما در این روش تغییرمکان هدف را داریم و نیرو را بدست می‌آوریم. دلیل اینکه در این روش مبنا، تغییر مکان فرض شده این است که با وارد شدن به ناحیه غیرخطی این تغییرشکل ­ها هستند که تعیین‌ کننده‌ی رفتار سازه می‌باشند، زیرا با ورود به ناحیه غیرخطی یعنی پس از تسلیم عضو، با افزایش نیروهای کوچک تغییرشکل­ های بزرگ داریم.

 با کمک منحنی زیر می توانید بگویید منحنی پوش چیست؟

 

 

تحلیل پوش اور و منحنی پوش

 

روش تاریخچه زمانی غیرخطی

طبق بند 4 از پیوست 2، آیین‌نامه 2800 تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی به شرح زیر است:

 

ضوابط تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی

 

ساخت ترکیب بارهای استاتیکی و دینامیکی طیفی در ایتبس

برای واردکردن ترکیب بارها در etabs از هر روش یک نمونه ترکیب بار وارد می‌کنیم.

معرفی الگوهای بار وارد برسازه

اولین باری که در محاسبات سازه تعریف می‌شود بار مرده می‌باشد.

 

بار مرده

توضیحات

D

بار مرده دال بتنی

 

بار D در نرم‌افزار ایتبس از نوع Dead انتخاب خواهد شد.

بارهای زنده در سازه‌ها هم انواع مختلفی دارند که هر یک از آن‌ها ممکن است به بخش‌های مختلف سازه وارد شوند، این بارها عبارتند از:

 

بار زندهتوضیحات
Lبار زنده کف طبق بند 6-5-7-3 مبحث ششم مقررات ملی ساختمان
LR1.0بار زنده قابل کاهش کف طبق بند 6-5-7-2 مبحث ششم که در ترکیب بارها ضریب 1.0 خواهد داشت
LR0.5بار زنده قابل کاهش کف طبق بند 6-5-7-2 مبحث ششم که در ترکیب بارها ضریب 0.5 خواهد داشت
Lroofبار زنده بام مطابق با جدول 6-5-1
Lpartitionبار زنده معادل تیغه‌ها مطابق با بند 6-5-2-2 مبحث ششم

 

بار L در نرم‌ افزار ایتبس از نوع Live می‌ باشد. بارهای LR1.0 و LR0.5 هم از نوع Reducible Live خواهند بود. همچنین Lroof در نرم‌ افزار ایتبس از نوع Roof Live و Lpart هم از نوع Live می‌باشند.

بار برف هم با توجه به منطقه‌ی ساخت سازه، باید در نرم‌ افزار تعریف شود:

 

بار برف

توضیحات
S

بار برف طبق بند 6-7-2 مبحث ششم مقررات ملی ساختمان

 

بار جانبی وارد به سازه معمولاً به صورت بار زلزله می‌باشد که در دو جهت عمود بر هم تعریف می‌شوند، با توجه به آیین‌نامه‌ی 2800، بار زلزله باید در هر جهت، با در نظر گرفته خروج از مرکزیت اتفاقی هم تعریف شوند:

 

بار زلزله

توضیحات
Ex

بدون خروج از مرکزیت طبق بند 3-3-1 آیین نامه 2800 بار زلزله در جهت x

Ey

بدون خروج از مرکزیت طبق بند 3-3-1 آیین نامه 2800 بار زلزله در جهت x

ExN

بار زلزله در جهت x با خروج از مرکزیت 5 درصد در جهت منفی طبق بند 3-3-7-4 آیین‌نامه 2800

EXP

بار زلزله در جهت y  با خروج از مرکزیت 5 درصد در جهت مثبت طبق بند 3-3-7-4 آیین‌نامه 2800
EyN

بار زلزله در جهت x با خروج از مرکزیت 5 درصد در جهت منفی طبق بند 3-3-7-4 آیین‌نامه 2800

EyP

بار زلزله در جهت y با خروج از مرکزیت 5 درصد در جهت مثبت طبق بند 3-3-7-4 آیین‌نامه 2800
Ez

بار قائم زلزله جهت اعمال بر روی طره‌ها

 

Ex و Ey و ExN و ExP و EyN و EyP در نرم‌افزار ایتبس از نوع Seismic (لرزه‌ای) می‌باشند.

 بارهای قائم زلزله به چه صورت به ایتبس معرفی می‌شوند؟

 بار های جانبی فرضی ناشی از نواقص هندسی (Notional) را فراموش نکنید.

 

معرفی الگوهای بار وارد برسازه در روش استاتیکی خطی در ایتبس

برای واردکردن الگوهای باری که در بخش قبل معرفی شدند به نرم‌افزار، از مسیر Define > Load Pattern پنجره‌ی مربوطه باز می‌شود.

 

تعریف الگو های بار در تحلیل استاتیکی معادل و تحلیل دینامیکی طیفی

 

نرم‌افزار به‌صورت پیش‌فرض بارهای Dead و Live را معرفی کرده است حال باید بقیه بارها را خودمان معرفی کنیم اما روش وارد کردن آن به چه صورتی است؟

ایجاد ترکیب بارهای خودکار ایتبس برای روش تحلیل استاتیکی معادل

برای این کار باید به قسمت Design> Steel Fram Design > View/Revise Perefernces نرم‌افزار ایتبس برویم. در این پنجره ضریبی به نام Sds وجود دارد که برای محاسبه بار قائم زلزله به کار می‌رود. در آیین‌نامه ASCE7-10 بار قائم زلزله از رابطه 0.2 × Sds × D بدست می­ آید که با برابر قرار دادن این فرمول، با فرمول آیین‌نامه 2800 یعنی  0.6 × A × I × D خواهیم داشت:

0.2 Ssd D = 0.6 × A × I × D  =>  Ssd = 3 × A × I

همان‌طور که می‌دانیم با توجه به آیین‌نامه‌ی 2800، A برای مناطق با لرزه‌خیزی بسیار زیاد برابر 0.35 است بنابراین:

 

Sds = 3 × A × I = 3 × 0.35 × 1 = 1.05

 

بنابراین باید مقدار را در نرم‌افزار 1.05 وارد کنیم تا ترکیب‌بارهای خودکار نرم‌افزار، مشابه ترکیب بارهای آیین‌نامه مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و تغییرات ذکر شده در بخش قبل، باشند.

 

 برای ایجاد ترکیب بارها بصورت خودکار در ایتبس چه باید کرد؟

 ترکیب بار تحلیل دینامیکی طیفی در ایتبس به چه صورت است؟

 

منابع:

مسیر یادگیری برای حرفه ای شدن

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 17,260 نفر

تفاوت اصلی خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه ها نوآورانه و بروز بودن آن است ، ما تنها تازه ترین های آموزشی ، تخفیف ها و جشنواره ها و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیل تان ارسال می کنیم

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی متنفریم ، خاطر شما را نخواهیم آزرد!

؟ شهرزاد صادقی | مشاور شما :

پاسخ سوالات متداول غیر علمی خود را با کلیک روی علامت سوال بدون اتلاف زمان پیدا کنید.

فقط کافیست ایمیلتان را وارد کنید

در کمتر از 5 ثانیه اطلاعاتتان را وارد کنید و 3 ایبوک طراحی سازه بتنی در ایتبس را به همراه هدیه ویژه آن در ایمیلتان دریافت کنید
برایم ایمیل شود
نگران نباشید ایمیل های مزاحم نمی فرستیم
close-link