پایان نامه بررسی اندرکنش میز لرزان با مدل های آزمایشگاهی و محیط اطراف

پایان نامه بررسی اندرکنش میز لرزان با مدل های آزمایشگاهی و محیط اطراف

چکیده :

در این پایان نامه عملکرد میزلرزان ٦ مؤلفۀ پژوهشگاه و اندرکنش آن با مـدلهای سـازه ای در آزمایـشها مورد بررسی قرار می گیرد .  عملکرد صحیحِِ  میز لرزان یکی از عوامل اصلی صحت و دقـت درایـن آزمایـشات می باشد . بنابر این ، قبل از انجام آزمایشها ، لازم است عوامل مؤثر در عملکرد میـز لـرزان ماننـد : ارتعاشـات نامطلوب میز و اندرکنش میز با مدل و با پیِ میز بخوبی شناخته شوند . به این ترتیب می توان دقت و قابلیت عملکرد میز لرزان را در مقابل مدلهای سازه ای مختلف بررسی و ارزیابی نمـود . همچنـین اثـرات اندرکنـشی دینامیکی میز لرزان با محیط اطراف (خاک) در عملکرد میز لرزان و نیز انتشار امواج به فواصل دورتـر از مـدل ومیز مورد بررسی قرار می گیرد . بدیهی است که برای بررسی اثـرات اندرکنـشی میـز بـا مـدل مـی بایـست مدلهایِ مختلف با پارامترهای مختلف در نظر گرفته شود و مورد تحلیل قرار گیرد تا اثر پارامترهای مختلف را بتوان با توجه به نتایج تحلیل مورد ارزیابی قرار داد .

در این مطالعه ابتدا تحقیقات گذشته جمع آوری و بررسی می شود سپس مفهـوم انـدرکنش بیـان مـی شود و توانائیهای برنامـۀ کـامپیوتری FLUSH از نظـر مـی گـذرد مقایـسه ای بـین برنامـۀ SAP2000 و FLUSH صورت گرفته و بعد از معرفی روش پـارامتر متمرکـز چنـد مـدل مختلـف در نظـر گرفتـه شـده و مشخصات کامل آنها به همراه دلائل انتخاب هر یک ارائه شـده و سـپس توسـط دو برنامـۀ کـامپیوتری فـوق تحلیل شده و نتایج بصورت کمّی و کیفی مورد مطالعه قرار می گیرند . در یک فصلِ مجزا بـه بررسـیِ انتـشارِ امواج در محیط اطرافِ پرداخته شده و مسافتی که در آن اثرات اندرکنش قابل توجه است بدست می آید . 

مقدمه :

امروزه بسیاری از تحقیقاتِ تجربی در زمینۀ زلزله در آزمایشگاه و با استفاده از میز لرزان انجام می شود .

در سراسر جهان در هرآزمایشگاهِ سازه ای یک میز لرزان یافت می شود که مدلهای ساختمانی درابعادکوچکتر ساخته شده و بر روی این میز نصب شده و تحت حرکات ارتعاشی آن مورد بررسی قرار می گیرند . پژوهشگاه بین المللیِ زلزله نیز از این قاعده مستثنی نیست . استفاده بهینه از میز لرزان ایجاب می کند اثرات اندرکنشی مدلهای آزمایشگاهی برروی میز در نظر گرفته شود تا هنگام راه اندازی میز لرزان این اثـرات ناشـناخته بـاقی نمانند.ارتعاشات نامطلوب ممکن است دقت و صحت آزمایشات را تحت تاثیر قرار دهـد . در صـورتیکه پـی بـر بستر کاملاً صلب قرار گرفته باشد هیچگونه اندرکنشی رخ نمی دهد ولی در غیر این صورت خود پی به همـراه خاک اطراف به ارتعاش در می آید و این ارتعاشات ثانویه بر ارتعاشات اولیه دستگاه برای شبیه سـازی رکـورد زلزله روی میز اثر گذاشته و بدین ترتیب اندرکنش مدل ، میز ، پی و خاک اتفاق می افتـد . نکتـه ای کـه در مسئله اندرکنش میز و مدل و خاک با مسائل اندرکنشی در زلزله های واقعی تفاوت ایجاد می کند اینست کـه در زلزله های واقعی امواج از کانون زلزله که عموماً  در اعماق زیاد واقع است تولید و بـه سـمت سـطح منتـشر می شوند تا اینکه به بستر صلب واقع در لایه های بالائی خاک در سـطح زمـین مـی رسـند و لـذا در تحلیـل اینگونه مسائل محل شروع ارتعاش ، بستر صلب در نظر گرفته می شود در حالیکه در مسئله انـدرکنش مـدل ، میز ، پی و خاک ، ارتعاشات تولید شده اولیه که توسط دستگاه مولد ارتعاش بوجود می آیند در همـان سـطح زمین تولید می شوند . لذا در بررسی این موضوع می بایست از روشـهایی اسـتفاده شـود کـه قابلیـت در نظـر گرفتن محل تولید حرکات ارتعاشی در اعماق مختلف را داشته باشد .

مدلهای آزمایشی محلّی

آزمایشهای محلی در منطقه آزمایشی مشابه  با آزمایشهای محلی  پروژه آزمایشی  قبلی  یعنی   " آزمایشهای مدلهای مختلف و مطالعه روی اثر فرو رفتگی ساختمان راکتور  در زمین " انجام می شـوند .

دو مدل ساختمانی از روی مدلهای پروژه آزمایشی قبلی انتخاب می شوند.

شکل (١-٣) یک طرح از مدلهای ساختمانی مورد استفاده در آزمایش محلی را نشان می دهد. سـه نوع از شرائط مختلف مدلهای آزمایشی جهت بررسی اثر ساختمانهای مجاور روی اندرکنش خاک- سازه ساختمان مورد بحث معرفی می گردد، یک مدل ساختمانی تنها ، دو مدل ساختمانی کاملاً مشابه ، و دو نوع ساختمان متفاوت . مدلهای ساختمانی مورد استفاده در این پروژه ، مدلهایی از سـاختمانهای راکتـور آب جوش ( 1BWR ) و یک ساختمان توربین می باشد. مقیاس ایـن مـدلهای سـاختمانی در حـدود ١.١٠نسبت به ساختمانهای واقعی است . فاصله بین مدلهای ساختمانی مجاور برای دو نوع مختلف مدل ( ساختمان راکتور و ساختمان توربین ) با توجه به شبیه ترین نمونه از این ساختمانها در شرائط محلـی ساخت نیروگاه واقعی بدست آمـده اسـت .  فاصـله بـین دو مـدل سـاختمانی مـشابه بـرای تـسهیل در مشاهدات اثر اندرکنش دینامیکی بین مدلهای ساختمانی مشابه مجاور هم ، تعیین شد. 

مدلهای تستهای آزمایشگاهی با میز لرزان

تستهای آزمایشگاهی برای تکمیل آزمایشات طراحی می شـوند. مـدلهای سـاختمانی بـرای شـبیه سازی تستهای ارتعاشی انجام شده در آزمایشهای محلی استفاده می شوند، که با یک محرک اعمال نیرو این امر صورت می پذیرد. مدلهانقش ساختمان راکتور و توربین را بازی می کنند. شکل (١-٤) یک طرح کلی از تستهای آزمایشگاهی را نشان می دهد. مدل آزمایش شامل مدل زمین که از لاستیک سیلیکونی و مدلهای ساختمانی که از آلومینیوم ساخته شده اند  ، می شود . 

فهرست مطالب

عنوان مطالب                                                                            شماره صفحه 

چکیده --------------------------------------------------------------------- XX

مقدمه --------------------------------------------------------------------- XXI 

فصل اول : کلیات تحقیق و مرور تحقیقات گذشته

١-١) مقدمه ----------------------------------------------------------------٢

١-٢) کلیات تحقیق -----------------------------------------------------------٣

١-٣) مرور تحقیقات گذشته ----------------------------------------------------٥

١-٣-١) تحقیقات انجام شده در ایران --------------------------------------------٥

١-٣-٢) زمینه های متنوع تحقیق در جهان ---------------------------------------٧

١-٣-٣) نمونه ای از تحقیقات گسترده محلی ، آزمایشگاهی وتحلیلی -------------------١٠

١-٣-٣-١) مدلهای آزمایشی محلی ----------------------------------------------١٤

١-٣-٣-٢) مدلهای تستهای آزمایشگاهی با میز لرزان --------------------------------١٥

١-٣-٣-٣) طرح آزمایش جامع --------------------------------------------------١٦

١-٣-٣-٤)شرح ونتایج آزمایشهای محلی------------------------------------------١٧

١-٣-٣-٥)شرح ونتایج تستهای آزمایشگاهی با میز لرزان -----------------------------٢٣

١-٣-٣-٦) برنامه های آتی -----------------------------------------------------٢٦ 

فصل دوم :روشهای تحلیل اندرکنش خاک- سازه

٢-١) کلیّات ----------------------------------------------------------------٢٨

٢-١-١) مفهوم اندرکنش خاک - سازه -------------------------------------------٢٨

٢-١-٢) مبنای اصلی تحلیل اندر کنش خاک-سازه ---------------------------------٢٩

٢-١-٣)انواع بارهای متغیر با زمان -----------------------------------------------٣٠

٢-١-٤) اثرات اندر کنش خاک - سازه -------------------------------------------٣٢

٢-١-٥) تحلیل خطی معادل ---------------------------------------------------٣٦

٢-١-٦) انواع مسائل مطروحه --------------------------------------------------٣٧

٢-١-٧) روش مستقیم و روش تفکیک سازه --------------------------------------٣٨

٢-٢) اصول دینامیکی سیستمهای مجزا ------------------------------------------٤٠

٢-٢-١) معادلات حرکت در حوزه زمانی -----------------------------------------٤٠

٢-٢-٢) انتقال به دامنه های مودال ---------------------------------------------٤١

(٢-٢-٣) معادلات حرکت برای تحریک هارمونیک ---------------------------------٤٢

٢-٢-٤) اصل تطابق ----------------------------------------------------------٤٢

٢-٢-٥)  تبدیل گسسته فوریه --------------------------------------------------٤٣

٢-٢-٦)  تبدیل سریع فوریه (FFT)----------------------------------------------44

٢-٢-٧) روش پاسخ مختلط ----------------------------------------------------٤٨ 

فصل سوم : قابلیتهای برنامه کامپیوتریFLUSH برای تحلیل اندرکنش خاک-سازه

٣-١) مقدمه ----------------------------------------------------------------٥١

٣-٢) تحلیل دو بعدی با منظور کردن اثرات سه بعدی -------------------------------٥٢

٣-٣)روش تحلیلی -----------------------------------------------------------٥٤

٣-٤) مدل تحلیلی ----------------------------------------------------------٥٦

٣-٥)مشخصات گره ها و المانها -------------------------------------------------٥٨

٣-٦)شرائط مرزی------------------------------------------------------------٥٩

٣-٧)توزیع جرم -------------------------------------------------------------٦٠

٣-٨)میرائی و سختی ---------------------------------------------------------٦١

٣-٩)حرکات میدان آزاد-------------------------------------------------------٦١

٣-١٠)روش عددی-----------------------------------------------------------٦٣

٣-١٠-١)روش پاسخ مختلط در FLUSH ---------------------------------------٦٣

٣-١٠-٢)روش حوزه فرکانسی -------------------------------------------------٦٤

٣-١٠-٣)درونیابی------------------------------------------------------------٦٥

٣-١٠-٤) روش تحلیل خطی معادل در FLUSH ---------------------------------٦٧

٣-١٠-٥)دامنه های کرنش برشی مؤثر ------------------------------------------

٣-١١)خروجیهای برنامه ------------------------------------------------------٧٣

٣-١٢)مدهای مختلف برنامه ---------------------------------------------------٧٤

٣-١٢-١)مد ١- مد شروع -----------------------------------------------------٧٤

٣-١٢-٢)مد٢- مد استخراج ----------------------------------------------------٧٥

٣-١٢-٣)مد٣- مد تکرار ------------------------------------------------------٧٥ 

فصل چهارم : روش پارامترهای متمرکز جهت تحلیل اندرکنش خاک-سازه

٤-١)کلیّات روش پارامترهای متمرکز --------------------------------------------٧٨

٤-٢)اثر فرورفتگی پی درزمین روی سختی فنر و میرائی خاک ------------------------٨٣

٤-٣) روشهای قیاسی---------------------------------------------------------٨٤

٤-٤)مدلسازی --------------------------------------------------------------٨٦

٤-٥) گرافها وجداول ----------------------------------------------------------٨٨ 

فصل پنجم :مقایسه نتایج تحلیل SAP2000 وFLUSH برای سیستم یکدرجه آزاد  (مدل شماره ١)

٥-١)معرفی مدل شماره ١ -----------------------------------------------------٩٦

٥-٢)انتخاب ومعرفی مشخصات مدل ---------------------------------------------٩٦

٥-٣) تحلیل مدل شماره ١ با پریود٢ثانیه و با میرائی ٠.٠٢ با SAP2000--------------- ٩٨

٥-٤) تحلیل مدل شماره ١ با پریود٢ثانیه و با میرائی ٠.٠٢ با FLUSH ---------------- ٩٩

٥-٥)نحوه تعیین پاسخ تاریخچه زمانی تغییرمکان نسبی در FLUSH ----------------- ١٠١

٥-٦) تحلیل مدل شماره ١ با پریود٠.٥ثانیه و با میرائی ٠.٠٥ با SAP2000------------- ١٠٢

٥-٧) تحلیل مدل شماره ١ با پریود٠.٥ثانیه و با میرائی ٠.٠٥ با FLUSH--------------- ١٠٤ 

فصل ششم : بررسی اندرکنش میز لرزان با مدلهای آزمایشگاهی (مدل شماره ٢)

٦-١)معرفی مدل شماره ٢ ----------------------------------------------------- ١٠٧

٦-٢)تحلیل با روش پارامترهای متمرکز------------------------------------------- ١٠٩

٦-٢-١) پاسخ مدل شماره ٢ با سازة با پریود٠.٥ثانیه و با میرائی ٠.٠٥ با رکورد زلزلۀ السنترو با 1g=PGA در تحلیل با  SAP2000 و به روش پارامترهای متمرکز ----------------- ١١٤

٦-٣) پاسخ مدل شمارة ٢ با سازة با پریود ٥. ٠ثانیه و بامیرائی ٠.٠٥ بارکورد زلزلۀ السنترو

 با1g=PGAر تحلیل با FLUSH --------------------------------------------- ١١٥

٦-٣-١)حالت A: وقتی حرکت کنترلی در لایه اول داده شده باشد---------------------- ١١٥

٦-٣-٢)حالت B: وقتی حرکت کنترلی در بستر سنگی داده شده باشد------------------- ١١٨

٦-٤) پاسخ مدل شمارة ٢ با سازة با پریود١ثانیه و با میرائی ٠.٠٥ با رکورد زلزله السنترو با

 1g=PGA در تحلیل با  SAP2000 و به روش پارامترهای متمرکز------------------ ١٢٠

٦-٥) پاسخ مدل شمارة ٢ با سازة با پریود١ثانیه و با میرائی ٠.٠٥ با رکورد زلزله السنترو با

 1g=PGAدر تحلیل با FLUSH  -------------------------------------------- ١٢١

٦-٥-١) حالت A: وقتی حرکت کنترلی در لایه اول داده شده باشد --------------------- ١٢١

٦-٥-٢) حالت B: وقتی حرکت کنترلی در بستر سنگی داده شده باشد ------------------ ١٢٤ 

فصل هفتم : بررسی اندرکنش میز لرزان با مدلهای آزمایشگاهی (مدل شماره ٣)

٧-١)معرفی مدل شماره ٣ ----------------------------------------------------- ١٢٨

٧-٢)تحلیل با روش پارامترهای متمرکز ------------------------------------------ ١٣٠

٧-٢-١) پاسخ مدل شماره ٣ با سازة با پریود٠.٥ثانیه و با میرائی ٠.٠٥ با رکورد زلزلۀ السنترو

 با 1g=PGA در تحلیل با  SAP2000 و به روش پارامترهای متمرکز ---------------- ١٣١

٧-٣) پاسخ مدل شماره ٣ با سازة با پریود٠.٥ثانیه و با میرائی ٠.٠٥ با رکورد زلزلۀ السنترو

 با 1g=PGA در تحلیل با FLUSH ------------------------------------------ ١٣٣

٧-٣-١)حالت A: وقتی حرکت کنترلی در لایه اول داده شده باشد---------------------- ١٣٣

٧-٣-٢)حالت B: وقتی حرکت کنترلی در بستر سنگی داده شده باشد------------------- ١٣٦

٧-٤) پاسخ مدل شمارة ٣ با سازة با پریود١ثانیه و با میرائی ٠.٠٥ با رکورد زلزله السنترو

 1g=PGAدر تحلیل با  SAP2000 و به روش پارامترهای متمرکز------------------- ١٣٨

٧-٥) پاسخ مدل شمارة ٢ با سازة با پریود١ثانیه و با میرائی ٠.٠٥ با رکورد زلزله السنترو

1g=PGA  در تحلیل با FLUSH -------------------------------------------- ١٤٠

٧-٥-١)حالت A: وقتی حرکت کنترلی در لایه اول داده شده باشد---------------------- ١٤٠

٧-٥-٢)حالت B: وقتی حرکت کنترلی در بستر سنگی داده شده باشد------------------- ١٤٣

٧-٦) جمع بندی نتایج تحلیلی ------------------------------------------------- ١٤٥

٧-٦-١) جدول خلاصه نتایج پیک تحلیل مدلها تحت زلزله السنترو--------------------- ١٤٨

٧-٦-٢) جدول خلاصه نتایج پیک تحلیل مدلها تحت زلزله منجیل --------------------- ١٤٩

٧-٦-٣) جدول خلاصه نتایج پیک تحلیل مدلها تحت زلزله طبس ---------------------- ١٥٠

٧-٦-٤) جدول زمان تناوب اصلی مدلهای مختلف اندرکنشی در تحلیل با FLUSH------- ١٥١

٧-٦-٥) زمان تناوب میدان آزاد در پای سازة یکدرجه آزاد در مدلهای شماره ٢و٣ --------- ١٥٢ 

فصل هشتم : بررسی انتشار امواج در محیط اطراف واثرات اندرکنشی سازه های مجاور با میز لرزان

٨-١) بررسی انتشار امواج در محیط اطراف ---------------------------------------- ١٥٤

٨-٢)بررسی اثرات اندرکنشی سازه های مجاور با میز لرزان (مدل شماره ٤) --------------- ١٥٩

٨-٢-١)معرفی مدل شماره ٤ --------------------------------------------------- ١٥٩

٨-٢-٢) نتایج تحلیل مدل شماره ٤ برای مدل سازه ای با پریودهای ١و ٠.٥ثانیه تحت زلزلۀ

 السنترو  با پیک شتاب 1g,0.5g,0.02g ---------------------------------------- ١٦١ 

فصل نهم : نتایج وپیشنهادات

٩-١)نتایج ------------------------------------------------------------------ ١٦٩

٩-٢)پیشنهادات ------------------------------------------------------------- ١٧٠ 

فهرست مراجع -------------------------------------------------------------- ١٧١ 

چدیک ة انگلیسی ------------------------------------------------------------- ١٧٥