دانشکده مهندسی

گروه مهندسی عمران

 

پايان‌ نامه برای دريافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران گرايش سازه

 

عنوان:

ارزيابي اثر نامنظمی پيچشی در خرابی پيش‌رونده سازه‌های بتن‌آرمه

 

استاد راهنما:

دکتر فريدون رضايي

 

اساتيد داور:

دکتر محمود نيلی

دکتر محمد شوشتری

 

نگارش:

سيد مهدی فخردينی

 

زمان: 23مهر 1396، ساعت 18

مکان: دپارتمان مهندسی عمران، سمينار 2

 

 

 

Bu-Ali Sina University

 

Faculty of Engineering

Department of  Civil Engineering

 

 

 Thesis submitted for Master of Science in Structural Engineering

 

Title

 

Evaluating the Effect of Torsional Irregularity on the Progressive Collapse of Reinforced Concrete Structures

 

 Supervisor:

Freydoon Rezaie (Ph.D)

 

 By:

Seyed Mehdi Fakhradini

 

 October, 7, 2017

 

 

چكيده:

خرابي پيش‌رونده به معناي گسترش خرابي يا آسيب‌ديدگي اوليه از يک عضو به عضو ديگر است، به‌طوري‌که منجر به خرابي کل سازه يا بخش بزرگي از آن شود. ارزيابي پتانسيل خرابي پيش‌رونده در سازه‌ها از اهميت ويژه‌اي برخوردار است؛ زيرا وقوع خرابي پيش‌رونده در سازه‌ها‌ مي‌تواند منجر به وارد شدن خسارت‌هاي جبران‌ناپذيري به سازه و ساکنين آن شود. در اين پايان‌نامه پتانسيل خرابي پيش‌رونده به‌علت حذف ناگهاني عضو باربر قائم، در سازه‌هاي بتني منظم، نامنظم پيچشی و نامنظم هندسی در پلان بررسي شده است. همچنين اثر اين نامنظمی‌ها بر پتانسيل خرابی پيش‌رونده سازه‌ بررسی شده است. براي اين منظور سه مدل سازه بتني منظم، نامنظم زياد پيچشي و نامنظم شديد پيچشي، با سيستم باربر جانبي قاب خمشي متوسط در يک راستا و سيستم دوگانه قاب خمشي متوسط بعلاوه ديوار برشي ويژه در راستاي ديگر و همچنين سه مدل سازه بتني منظم و نامنظم هندسي با پلان‌هاي مربعي، L شکل و U شکل، با سيستم باربر جانبي قاب خمشي متوسط در هر دو راستا، در نظر گرفته شده‌اند. سازه‌ها مطابق آيين‌نامه ACI 318-14 و ضوابط لرزه‌اي ويرايش چهارم استاندارد 2800 ايران طراحي شده‌اند. با مدل‌سازي سه‌بعدي سازه‌ها در نرم‌افزار OpenSees و با حذف ناگهانی ستون و ديوار برشی در موقعيت‌های گوناگون و انجام تحليل ديناميکي غيرخطي، پتانسيل خرابي پيش‌رونده سازه‌ها بررسي شده است. نتايج تحليل شامل جابجايي قائم نقطه بالای عضو حذف شده، دوران تيرهای متصل به عضو حذف شده و تغييرات نيروی محوری در ستون‌های مجاور عضو حذف شده بررسی شده‌اند. نتايج نشان می‌دهد که موقعيت عضو باربر حذف شده در پلان، بر پتانسيل خرابی پيش‌رونده سازه تاثيرگذار است. در تمام مدل‌های منظم، نامنظم پيچشی و هندسی، بحرانی‌ترين حالت حذف ستون، حذف ستون در گوشه‌های خارجی پلان است؛ همچنين حذف ستون‌های خارجی بحرانی‌تر از حذف ستون‌های داخلی هستند. در سازه‌هايي که دارای ديوار برشی هستند، حذف ناگهانی ديوار برشی وضعيت بسيار بحرانی‌تری را نسبت به حذف ناگهانی ستون ايجاد می‌کند. سازه‌ها در برابر خرابي پيش‌رونده به‌علت حذف ناگهاني يک ستون مقاوم هستند؛ اما پس از حذف ناگهانی ديوار برشی در بسياری از حالت‌ها سازه در معرض خرابی پيش‌رونده قرار می‌گيرد. همچنين نتايج نشان می‌دهد که نامنظمی پيچشی و هندسی تاثير قابل ملاحظه‌ای در تشديد پتانسيل خرابی پيش‌رونده سازه به‌علت حذف ناگهاني يک عضو باربر قائم ندارند.

 

واژه­های کلیدی: خرابی پيش‌رونده، تحليل ديناميکی غيرخطی، حذف ناگهانی، سازه بتنی، نامنظمی پيچشی و هندسی

 

Abstract:

Progressive collapse is defined as the spread of an initial damage from one member to another, leading to extensive partial or total collapse of the structure. Occurrence of progressive collapse in structures can result in irreparable damage to the structure and casualties, therefore evaluating the potential of the progressive collapse in structures is of great importance. In the current thesis, the potential of progressive collapse caused by sudden removal of vertical structural member in reinforced concrete structures with reentrant corner, torsional and no irregularities is assessed. Moreover, the effect of these irregularities on the potential of progressive collapse of structures is examined. For this purpose, three RC structures with no torsional irregularity, torsional irregularity and extreme torsional irregularity with a dual system comprised of intermediate moment frames and special structural walls in one direction and intermediate moment frames in the other and another three with and without reentrant corner irregularity with square, L and U shaped plans, with intermediate moment frames as their lateral force-resisting systems have been modeled. The structures are designed based on ACI 318-14 provisions and seismic provisions of the fourth edition of standard 2800 of Iran.  The progressive collapse potential of the structures is assessed using sudden removal of columns and shear walls in different locations of 3D models of structures and nonlinear dynamic analysis in OpenSees framework. Analyses results including vertical displacements of the node above removed member, rotation of the beams connected to removed member and changes in axial forces of columns adjacent to the removed member are studied. Results show that the location of the removed member in plan, influences the potential of progressive collapse. In all regular models and models with reentrant corner and torsional irregularities,  the most critical case of column removal is removing columns located on external corners of the plan. In addition, removing external columns is more critical than internal columns. In structures with shear walls, removing shear wall leads to much more critical scenarios than removing columns. The structures do not collapse after sudden removal of a single column, however the sudden removal of shear wall in many different cases, leads to the progressive collapse of the structure. Furthermore, results show that reentrant corner and torsional irregularities do not considerably intensify the progressive collapse of structures caused by sudden removal of a vertical structural member.

 

Key Words: Progressive collapse, Nonlinear dynamic analysis, Sudden removal, RC structure, Torsional and reentrant corner irregularities