دانلود پایان نامه بررسی رفتار سازه های فضایی در عرشه پل ها


دانشگاه آزاد اسلامی

واحد مهاباد

دانشکده­ فنی مهندسی-گروه عمران

پایان نامه برای دریافت درجه­ی کارشناسی ارشد 

گرایش: عمران- سازه

عنوان:

بررسی رفتار سازه های فضایی در عرشه پل ها

استاد راهنما:

دکتـر علاء الدین بهروش

استاد مشاور:

دکتـر احمد اکبرلو

فهرست مطالب:

فصل اول : شناخت سازه های فضایی و مروری بر مطالعات انجام شده در مورد آنها

 1-1- تعریف سازه های فضایی …………………………………………………………. 2

1-2- توسعه اولیه شبکه های فضایی …………………………………………………. 3

1-3- کاربرد کامپیوتر در سازه های فضایی …………………………………………….. 7

1-4- معادل های پیوسته ……………………………………………………………….. 10

1-5- تحلیل کمانش گنبدهای تک لایه مشبک ……………………………………… 10

1-6- تحلیل استاتیکی شبکه های دولایه و سه لایه فضایی……………………….. 11

1-7- اثر سفت شدگی اتصالات بر صلبیت شبکه دو لایه فضاکار ……………………. 12

1-7-1- آزمایش شبکه های دو لایه ……………………………………………………. 14

1-7-2- شرح آزمایش ……………………………………………………………………… 15

1-7-3- نتایج تجربی آزمایش ها …………………………………………………………. 17

1-7-4- نتیجه گیری …………………………………………………………………….. 20

1-8- اثر سفت شدگی اتصالات بر کمانش اعضای فشاری …………………………. 22

1-8-1- مدول های مورد آزمایش ………………………………………………………. 25

1-8-2- شرح انجام آزمایش …………………………………………………………….. 25

1-8-3- نتایج تجربی آزمایش ها ……………………………………………………….. 27

1-8-3-1- مدول های با اعضای لوله ای به قطر 3 اینچ………………………………… 27

1-8-3-2- مدول های با اعضای لوله ای به قطر 2 اینچ…………………………………. 28

1-8-3-3- مدول های با اعضای لوله ای به قطر 5/1 اینچ……………………………… 28

1-8-4- نتایج کلی آزمایش ها …………………………………………………………… 31

1-8-5- نتایج مطالعات تحلیلی …………………………………………………………. 32

1-8-6- نتیجه گیری ……………………………………………………………………….. 36

1-9- توسعه های آتی سازه های فضایی ………………………………………………. 38

1-9-1- ساختمان های بلند و ابرسازه ها ……………………………………………….. 38

1-9-2- سازه های تنسگریتی و شبکه های فضایی …………………………………… 42

1-9-3- هندسه شبیه کریستال (ترکیب میله ها و صفحه ها)………………………… 43

1-10- آینده سازه های فضایی ………………………………………………………… 43

فصل دوم : شناخت پل های مشبک فضایی  و مروری بر آیین نامه بارگذاری پل ها

2-1- پل با عرشه مشبک فضایی ……………………………………………………… 46

2-2- بارگذاری پل ها بر اساس ضوابط آیین نامه ایران………………………………… 50

2-3- بارهای محاسباتی در طراحی پل ها ……………………………………………. 51

2-4- مشخصات هندسی ……………………………………………………………… 51

2-4-1- خط عبور …………………………………………………………………………. 51

2-4-2- ارتفاع مفید ………………………………………………………………………. 51

2-5- ترکیبات بارگذاری …………………………………………………………………. 52

2-5-1- بارهای دائمی ………………………………………………………………… 52

2-5-1-1- وزن اجزای باربر و غیر باربر ………………………………………………… 52

2-5-2- اثر خاک روی پل های زیر خاکی …………………………………………….. 52

2-5-2-1- روش محاسبه بارهای وارد بر پل های زیر خاکی………………………… 53

2-5-3- اثر نامساعد حذف قسمتی از بارهای دائمی ……………………………… 53

2-6- بارهای بهره برداری ……………………………………………………………… 53

2-6-1- بار نوع اول …………………………………………………………………….. 53

2-6-1-1- مشخصات …………………………………………………………………… 53

2-6-1-2- نحوه استقرار بار عادی روی عرشه پل ……………………………………. 55

2-6-1-3- ضریب کاهش به مناسب همزمانی بارها ……………………………….. 55

2-6-2- بار نوع دوم ……………………………………………………………………… 56

2-6-3- بار نوع سوم ……………………………………………………………………. 56

2-6-4- بار تانک …………………………………………………………………………. 56

2-6-5- بار تریلی تانک بر …………………………………………………………….. 56

2-7- ضریب دینامیکی (ضربه) ………………………………………………………… 57

2-8- اثر ترمز …………………………………………………………………………. 58

2-9- نیروی گریز از مرکز ………………………………………………………………. 58

2-10- بارهای پیاده رو ………………………………………………………………… 58

2-10-1- پل های سواره رو ………………………………………………………….. 59

2-10-2- پل های عابر پیاده …………………………………………………………… 59

2-11- برخورد وسایل نقلیه و قطعات یخ به پایه ها …………………………………. 59

2-11-1- پل های روگذر ………………………………………………………………. 59

2-11-2- پل های واقع روی رودخانه و آبروها ………………………………………… 59

2-12- اثر باد، جریان آب و غوطه وری ………………………………………………… 60

2-12-1- اثر باد ………………………………………………………………………… 60

2-12-2- روش محاسبه ……………………………………………………………… 60

2-12-3- ملاحظات برای دوران ساخت ……………………………………………. 60

2-13- اثر جریان آب و غوطه وری …………………………………………………… 61

2-13-1- اثر جریان آب روی پایه ها …………………………………………………… 61

2-13-2- اثر غوطه وری ………………………………………………………………. 61

2-14- آثار دما و تغییرات آن، جمع شدگی و خزش بتن، نشست پایه ها ……… 61

2-14-1- اثر دما …………………………………………………………………….. 61

2-14-1-1- تغییر دما ………………………………………………………………… 62

2-14-1-2- اختلاف دما …………………………………………………………….. 62

2-15- اثر جمع شدگی و خزش بتن ……………………………………………. 62

2-16- اثر نشست یا کوتاه شدگی پایه ها ………………………………………. 62

2-17- تغییر شکل دستگاه های تکیه گاهی …………………………………….. 63

2-18- اثر زمین لرزه ………………………………………………………………….. 63

2-18-1- روش تحلیل استاتیکی معادل ……………………………………………. 63

2-18-1-1-  وزن پل (W) …………………………………………………………….. 64

2-18-1-2-  ضریب زلزله (C) ……………………………………………………….. 64

3-18-1-2-1-  ضریب اهمیت پل (I) ……………………………………………….. 64

2-18-1-2-2-  ضریب رفتار پل (R) ……………………………………………….. 65

2-18-1-2-3- تناوب اصلی نوسان پل (T) ……………………………………….. 66

2-19- نرده و جان پناه ………………………………………………………………. 66

2-19-1- نرده های ایمنی ……………………………………………………………. 66

2-19-2- جان پناه ……………………………………………………………………. 67

2-20- بارگذاری ………………………………………………………………………. 67

2-20-1- آزمایش بارگذاری …………………………………………………………. 67

2-20-3-  بارها در آزمایش بارگذاری ……………………………………………… 68

2-20-4- بازدید و اندازه گیری ……………………………………………………….. 68

2-21- چگونگی کنترل تغییر شکل ها و ترک ها …………………………………. 69

2-21-1- تغییرشکل ها ……………………………………………………………. 69

2-21-2- ترک ها ……………………………………………………………………. 69

2-22- بارگذاری پل ها بر اساس ضوابط آیین نامه AASHTO (1989)…………

2-22-1- بار زنده …………………………………………………………………… 70

2-22-2- اثرات ضربه (ضریب بار) ………………………………………………….. 72

2-22-3- نیروهای طولی …………………………………………………………… 74

2-22-4- نیروهای گریز از مرکز …………………………………………………….. 74

2-22-5- بارهای پیاده رو …………………………………………………………… 74

2-22-6- بار باد …………………………………………………………………….. 75

2-22-6-1- بار باد بر عبورگاه پل (عرشه پل) …………………………………. 75

2-22-6-2- بار باد بر پایه های پل ………………………………………………… 76

2-22-6-3- بار بالا برنده ناشی از فشار باد بر زیر عبورگاه پل …………………. 77

2-22-7- نیروی ناشی از حرارت …………………………………………………… 77

2-22-8- نیروی ناشی از جریان آب بر پایه ها …………………………………….. 78

2-22-9- بار زلزله ………………………………………………………………….. 78

فصل سوم : بررسی رفتار سازه های فضایی در عرشه پل ها

3-1-کلیات ……………………………………………………………………… 81

3-2- توپولوژی های مناسب جهت استفاده در عرشه پل ها …………….. 81

3-2-1- شبکه دو لایه با آرایش مربع روی مربع جابجا شده……………….. 81

3-2-2- شبکه دو لایه با آرایش مربع روی مربع قطری ……………………… 82

3-2-3- شبکه دو لایه با آرایش مربع مورب روی مربع مورب جابجا شده ……. 82

3-2-4- شبکه دو لایه خرپایی با آرایش مربع روی مربع ………………….. 83

3-2-5- شبکه دو لایه خرپایی با آرایش مربع مورب روی مربع مورب جابجا شده ….. 83

3-3- معرفی پل با عرشه فضای ………………………………………………….. 84

3-4- بررسی رفتار سازه های فضایی در عرشه پل ها با تغییرات توپولوژی….. 87

3-4-1- مدل اول: عرشه فضایی دو لایه با آرایش مربع روی مربع جابجا شده… 87

3-4-1-1- مشخصات سازه ……………………………………………………….. 87

3-4-1-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده …………………………………………… 90

3-4-1-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ……………………………………….. 91

3-4-1-4- بررسی خیز نهایی ………………………………………………………… 92

3-4-2- مدل دوم: عرشه فضایی دو لایه با آرایش مربع روی مربع قطری………….. 93

3-4-2-1- مشخصات سازه ……………………………………………………………. 93

3-4-2-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده …………………………………………… 95

3-4-2-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ………………………………………… 96

3-4-2-4- بررسی خیز نهایی ………………………………………………………… 98

3-4-3- مدل سوم: عرشه فضایی دو لایه با آرایش مربع مورب روی مربع مورب جابجا شده… 98

3-4-3-1- مشخصات سازه ……………………………………………………………. 98

3-4-3-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده …………………………………………. 100

3-4-3-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ……………………………………….. 101

3-4-3-4- بررسی خیز نهایی ……………………………………………………….. 102

3-4-4- مدل چهارم: عرشه فضایی دو لایه خرپایی با آرایش مربع روی مربع……. 105

3-4-4-1- مشخصات سازه ……………………………………………………. 105

3-4-4-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده ……………………………………… 107

3-4-4-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک …………………………………… 108

3-4-4-4- بررسی خیز نهایی ……………………………………………………. 109

3-4-5- مدل پنجم: عرشه فضایی دو لایه خرپایی با آرایش مربع مورب روی مربع مورب جابجا شده…. 110

3-4-5-1- مشخصات سازه ………………………………………………………. 110

3-4-5-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده …………………………………………. 112

3-4-5-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ……………………………………… 113

3-4-5-4- بررسی خیز نهایی ………………………………………………………. 114

3-5- عوامل تاثیر گذار بر رفتار عرشه های مشبک فضایی…………………….. 115

3-5-1- عرشه فضایی دو لایه با آرایش مربع روی مربع جابجا شده ( با اتصالات مفصلی)…… 115

3-5-1-1- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار مرده…………………………… 115

3-5-1-2- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک…………………………. 118

3-5-1-3- بررسی نیروهای محوری نهایی ……………………………………… 120

3-5-2- عرشه فضایی دو لایه با آرایش مربع روی مربع جابجا شده (با اتصالات گیردار…. 122

3-5-2-1- مشخصات سازه ………………………………………………………… 122

3-5-2-2- خیز ناشی از بار مرده …………………………………………………… 123

3-5-2-3- خیز ناشی از بار متحرک …………………………………………………. 124

3-5-2-4- بررسی نیروهای محوری ناشی از بارهای مرده………………………. 124

3-5-2-5- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک ……………………….. 126

3-5-2-6- بررسی نیروهای محوری نهایی ………………………………………. 128

3-5-2-7- بررسی لنگرهای خمشی ناشی از بار مرده حول محور ضعیف اعضا….. 129

3-5-2-8- بررسی لنگرهای خمشی ناشی از بار مرده حول محور قوی اعضا…….. 131

3-5-2-9- بررسی لنگرهای خمشی ناشی از بار متحرک حول محور ضعیف اعضا… 132

3-5-2-10- بررسی لنگرهای خمشی ناشی از بار متحرک حول محور قوی اعضا… 133

3-5-3- انتخاب بهترین توپولوژی ………………………………………………….. 135

3-5-4- عرشه به صورت قوسی …………………………………………………… 135

3-5-4-1- مشخصات سازه …………………………………………………………… 135

3-5-4-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده …………………………………………. 137

3-5-4-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ……………………………………….. 138

3-5-5- افزایش تعداد لایه های عرشه مشبک فضایی……………………………… 139

3-5-5-1- مشخصات سازه ……………………………………………………………. 140

3-5-5-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده …………………………………………….. 141

3-5-5-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ………………………………………… 142

3-5-6- عدم وجود تکیه گاه های لایه فوقانی ……………………………………… 143

3-5-6-1- مشخصات سازه ………………………………………………………….. 143

3-5-6-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده ………………………………………….. 144

3-5-6-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ……………………………………….. 145

3-5-6-4- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار مرده…………………………….. 145

3-5-6-5- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک………………………….. 150

3-5-7- عدم وجود تکیه گاه های لایه تحتانی ……………………………………… 151

3-5-7-1- مشخصات سازه ………………………………………………………… 151

3-5-7-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده ……………………………………………. 151

3-5-7-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک …………………………………………… 152

3-5-7-4- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار مرده…………………………………. 153

3-5-7-5- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک……………………………… 156

3-5-8- افزایش عمق عرشه ……………………………………………………………. 157

3-5-8-1- مشخصات سازه …………………………………………………………….. 157

3-5-8-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده…………………………………………….. 158

3-5-8-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ………………………………………….. 159

3-5-8-4- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار مرده…………………………………. 160

3-5-8-5- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک……………………………… 161

3-5-9- کاهش عمق عرشه ……………………………………………………….. 162

3-5-9-1- مشخصات سازه …………………………………………………………… 162

3-5-9-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده …………………………………………….. 162

3-5-9-2- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ………………………………………….. 163

3-5-9-3- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار مرده……………………………….. 164

3-5-9-4- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک……………………………… 165

3-5-10- افزایش فاصله گره ها ……………………………………………………….. 166

3-5-10-1- مشخصات سازه ………………………………………………………….. 166

3-5-10-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده …………………………………………… 166

3-5-10-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ………………………………………. 167

3-5-10-4- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار مرده……………………………… 168

3-5-10-5- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک……………………………. 169

3-5-11- کاهش فاصله گره ها …………………………………………………………. 170

3-5-11-1- مشخصات سازه ……………………………………………………………. 170

3-5-11-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده ………………………………………….. 171

3-5-11-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک …………………………………….. 172

3-5-11-4- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار مرده……………………………… 173

3-5-11-5- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک……………………………. 174

3-5-12- افزایش قطر اعضا ………………………………………………………………. 175

3-5-12-1- مشخصات سازه ……………………………………………………………… 175

3-5-12-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده ………………………………………………. 176

3-5-12-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ………………………………………….. 176

3-5-12-4- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار مرده………………………………. 177

3-5-12-5- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک……………………………… 178

3-5-13- کاهش قطر اعضا ………………………………………………………………. 179

3-5-13-1- مشخصات سازه …………………………………………………………… 179

3-5-13-2- بررسی خیز ناشی از بار مرده ………………………………………….. 180

3-5-13-3- بررسی خیز ناشی از بار متحرک ………………………………………. 182

3-5-13-4- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار مرده……………………………… 183

4-5-13-5- بررسی نیروهای محوری ناشی از بار متحرک…………………………… 184

3-6- طراحی عرشه پل با سازه های فضایی …………………………………………. 185

3-6-1- مشخصات سازه ……………………………………………………………….. 185

3-6-2- توزیع تنش ها در عرشه فضایی ……………………………………………… 185

3-6-3- بررسی تنش های ناشی از مجموع بارهای مرده و متحرک…………….. 187

3-7- کمانش در اعضا …………………………………………………………….. 188

3-7-1- بررسی کمانش اعضای فشاری در عرشه فضایی دو لایه با آرایش مربع روی مربع جابجا شده…189

3-7-2- بررسی کمانش در عضوهای فشاری با افزایش طول آنها …………….. 190

3-7-3- بررسی کمانش در عضوهای فشاری با کاهش قطر و ضخامت آنها….. 192

 فصل چهارم : نتیجه گیری

 4-1- تفسیر نتایج ………………………………………………………………… 196

4-2- مزایای عرشه های مشبک فضایی ……………………………………….. 201

4-3- معایب عرشه های مشبک فضایی ………………………………………… 203

4-4- جمع بندی و پیشنهادات ………………………………………………………. 204

4-5- پیشنهادات برای تحقیقات آتی ………………………………………………… 206

منابع

منابع فارسی …………………………………………………………………………. 207

منابع لاتین …………………………………………………………………………….

براي دانلود متن کامل پايان نامه کليک کنيد