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

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 732

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0