پروژه نحوه مدلسازی و آنالیز پل های بتنی به کمک نرم افزار OPENSEES

مقدمه

آنچه قرار است در این محصول برای شما ارائه کنیم، نحوه‌ی مدل‌سازی سه‌بعدی و ارزیابی لرزه‌ای پل‌های بتنی در نرم‌افزار جدید و بسیار قوی اجزای محدود OpenSees با استفاده از یک مثال کامل و جامع می‌باشد. پل مورد مطالعه ما در این محصول از یک پل بتنی چهار دهانه با مقطع عرشه جعبه‌ای با تعدادی سلول با فواصل مشخص که جهت کاهش وزن مرده عرشه و همچنین ایجاد فضاهایی جهت عبور تأسیسات تعبیه می‌شود، تشکیل‌شده است.

پایه و عرشه به‌صورت یکپارچه عمل می‌کند و لذا پل دارای عملکرد قابی می‌باشد. وجود درز انبساطی در عرشه‌ی این کلاس پل سبب ایجاد عملکرد مستقل دو قاب مجاور می‌گردد، ازاین‌رو به آن‌ها پل‌های چند قابی نیز گفته می‌شود. به‌طورکلی اجزای مدنظر برای مدل‌سازی شامل ستون‌ها، شالوده‌ها، کوله‌ها، المان‌های عرشه، تکیه‌گاه‌ها، کلیدهای برشی و المان برخورد می‌باشد.

با توجه به اینکه در مقاطع بتن مسلح نیروهای فشاری توسط بتن و نیروهای کششی توسط میلگردها تحمل می‌شوند، ترکیب دو نوع مصالح با ویژگی‌های متفاوت منجر به پیچیدگی آنالیز دقیق این دسته از سازه‌ها نسبت به سازه‌های فولادی می‌شود، که با استفاده از اجزای محدود می‌توان سازه‌های بتنی را با دقت بیشتری مدل و آنالیز کرد. پس از ساخت مدل پل موردنظر به نحوه‌ی آنالیز تاریخچه‌ی زمانی غیرخطی آن نیز پرداخته‌ایم و به‌طور مفصل در محتوای محصول مورد تحلیل و بررسی قرار داده‌ایم.
پس با ما همراه باشید تا با یکی دیگر از محصولات مدل‌سازی توسط نرم‌افزار قوی و کاربردی OpenSees بیشتر آشنا شویم!



تصویر شماتیک مدل پل بتنی

مدل‌سازی تحلیلی اجزاء پل


الف) زیر سازه- قاب‌های بتنی چند ستونِ


پل‌ها دارای گونه‌های مختلفی از پایه‌ها شامل: پایه دیوارها، پایه‌های سرچکشی، پایه‌های قاب‌های صلب تک‌ستون و چند ستونِ می‌باشند، که قاب‌های تک‌ستون(SCB) و قاب‌های چند ستونِ(MCB) متداول‌ترین آن‌ها می‌باشند.

این قاب‌ها با استفاده از ترکیب المان‌های تغییر شکلی تیر-ستونی و المان‌های صلب به‌منظور انتقال نیرو و لنگر بین اعضاء قاب مدل‌سازی شده‌اند. در پل‌های بتنی با مقطع عرشه جعبه‌ای، به دلیل عدم وجود سرستون و اتصال صلب عرشه و ستون‌ها، دیافراگم عرضی عرشه (محل اتصال ستون و عرشه) را به‌صورت یک المان صلب مدل‌سازی کرده‌ایم. برای ستون‌ها المان‌های تغییرشکلی تیر-ستون با سطح مقطع فایبر استفاده می‌شود.

به‌منظور توصیف رفتار شالوده در پایه ستون‌ها، یکسری فنرهای انتقالی و دورانی در نظر گرفته‌ایم. همچنین جزئیات مدل‌های مصالح فولاد و بتن و نحوه‌ی مدل‌سازی مقاطع نیز از مواردی است که در محتوای محصول این بخش برای شما تدارک دیده‌ایم.



مدل گسسته اجزا محدود قاب پل
ب) مدل‌های تحلیلی مصالح بتن و فولاد

یکی از مزیت‌های مصالح فایبر این است که اجازه اختصاص مصالح متفاوت در مختصات‌های مختلفی از یک سطح مقطع را می‌دهند. به‌عنوان‌مثال مشخصه‌های بتن محصور نشده به بخش خارجی مقطع و مشخصه‌ی بتن محصورشده به هسته داخلی مقطع قابل‌تعریف می‌باشد. بعلاوه، محل دقیق آرماتورهای مسلح کننده‌ی طولی در مختصات سطح مقطع قابل‌تعریف است و همچنین اختصاص مشخصه‌ی مصالح آن به‌طور دقیق قابل‌اعمال است.
رفتار بتن مسلح را در این محصول با استفاده از مصالح بتن 07 در OpenSees برای شما مدل‌سازی کرده‌ایم.
این مدل با استفاده از آنالیز رگرسیون آماری روی نتایج آزمایشگاهی به‌دست‌آمده از آزمایش فشاری چرخه‌ای توسط تعدادی از محققین ساخته‌شده‌اند. 
همچنین فولاد مسلح کننده را با استفاده از مصالح فولادهای تسلیح (Reinforcing steel) در OpenSees مدل کرده‌ایم. این مصالح توسط مل(2003) باهدف مدل‌سازی رفتار انزوال مقاومت سازه‌های بتن مسلح به‌منظور پیش‌بینی آسیب‌های پس از تسلیم تا مرحله‌ی گسیختگی کامل ارائه گردیده است. به‌بیان‌دیگر در این مدل رفتاری تمام پدیده‌های خستگی و کمانش فولاد در طول بارگذاری منظور می‌گردد، این در حالی است که در دیگر مدل‌های موجود برای مصالح فولاد موجود در مقاطع فایبر( فولاد01و02) رفتار انزوال مقاومت مصالح دیده نمی‌شود.


مدل رفتاری فولادهای تسلیم

پ) سطح مقطع فایبر- ستون


در کلاس پل مدنظر در محتوای این محصول، کلیه ستون‌ها با استفاده از المان‌های تغییر شکلی تیر-ستون مدل شده‌اند. همچنین به‌منظور ایجاد قابلیت پلاستیک شدن به‌طور گسترده در تمام مقطع، از المان‌های فایبر نیز استفاده کرده‌ایم. در شکل زیر یک مقطع فایبر مربوط به ستون در کلاس پل‌های مدنظر را مشاهده می‌کنید که در آن، تمام مصالح بتنی محصورشده، بتن محصور نشده، و فولادهای تسلیم هریک در مختصات دقیقی روی سطح مقطع تعریف می‌شوند.




مقاطع فایبر ستون بتن آرمه دایروی

ت) فنرهای انتقالی و دورانی شالوده


اکثر پل‌ها دارای شالوده گسترده‌ی متّکی بر شمع‌های بتنی درجا ریز هستند. در محتوای این محصول نیز همان‌طور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، در هر دو جهت طولی و عرضی سختی انتقالی شالوده را توسط فنرهایی با رفتار سه خطی، سختی دورانی آن به‌صورت فنرهای ساده خطی مدل کرده‌ایم و سپس به المان‌های صفر طولی در پایه ستون‌ها اختصاص داده‌ایم. لازم به ذکر است که ستون‌های قاب‌های چند ستونِ(MCBS) در پل‌های جعبه‌ای به‌صورت شبه مفصلی به شالوده متصل هستند و لذا برای آن‌ها سختی دورانی منظور نمی‌گردد. شالوده کوله‌ها نیز در محتوای محصول مطابق مدل‌های ارائه‌شده برای شالوده ستون‌ها مدل‌سازی شده‌اند. 



فونداسیون شمع‌ها و مدل تحلیلی 

ث) کوله‌ها


مشاهدات زلزله‌های گذشته حاکی از پتانسیل آسیب‌پذیری بالای کوله در مقابل بارهای لرزه‌ای می‌باشد. این حساسیت را می‌توان به فشارهای خاک روی کوله که ممکن است به سبب پاسخ طولی عرشه پل باشد نسبت داد، که این فشار در اثر پدیده‌ی برخورد عرشه به کوله (در موارد کوله‌های نشیمن دار) تشدید می‌شود. پاسخ کوله در جهت طولی نسبت به جهت عرضی متفاوت است. پاسخ طولی ترکیبی از دو مکانیزم است، درواقع زمانی که خاک پشت کوله تحت‌فشار است عملکرد مقاوم بوده و زمانی که کوله در حال دور شدن از خاک پشت دیوار است مکانیزه محرک ایجاد می‌شود. در رفتار مقاوم هم خاک پشت دیوار و هم شمع‌ها هر دو وارد عمل می‌شوند درحالی‌که در جهت محرک، خاک مقاومتی نداشته و تنها اثر شمع‌ها در نظر گرفته می‌شود. همچنین در جهت عرضی نیز تنها شمع‌های کوله هستند که مدنظر قرار می‌گیرند.
در این قسمت از محتوای محصول از مدل‌های دل شبه هذلولی ارائه‌شده توسط شمس‌آبادی و یان(2008) و چوی (2002) استفاده کرده‌ایم که در محتوای محصول به‌طور مفصل به آن پرداخته‌ایم.


توصیفی از پاسخ طولی کوله

ج) المان‌های عرشه


ازآنجاکه عرشه پل در طول زلزله به‌صورت الاستیک باقی می‌ماند برای مدل‌سازی آن از المان‌های الاستیک تیر- ستون استفاده می‌شود و سپس مشخصات مقطع عرشه با توجه به نوع آن، که در محتوای این محصول جعبه‌ای است، به این المان‌ها اختصاص داده می‌شود. در شکل زیر نحوه محاسبه عرض مؤثر عرشه پل‌های جعبه‌ای را مشاهده می‌کنید.


عرض مؤثر روسازه

چ) تکیه‌گاه‌های الاستومریک


تکیه‌گاه‌های الاستومریک نوعی تکیه‌گاه متداول است که در پل‌های بتنی استفاده می‌شود. این دسته از تکیه‌گاه‌ها معمولاً نیروهای افقی را توسط اصطکاک به زیر سازه انتقال می‌دهند و رفتارشان به‌وسیله‌ی لغزش وابسته به‌سختی اولیه توصیف می‌شود یعنی تا قبل از اینکه نیروی افقی وارده به تکیه‌گاه از نیروی اصطکاک بین بالشتک و بتن کوچک‌تر است رفتار بالشتک با سختی آن کنترل می‌گردد اما با تجاوز نیروهای افقی از مقدار اصطکاک، سختی بالشتک پلاستیکی به سمت صفر نزول کرده و در این شرایط رفتارش توسط مصالح الاستیک– پلاستیک کامل تعریف می‌شود. 


پاسخ نیرو-تغییر شکل تکیه‌گاه الاستومریک

ح) کلیدهای برشی

کلیدهای برشی در مهار جابجایی‌های نسبی در امتداد عرضی نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کنند. این اجزاء سازه‌ای معمولاً دارای چهار مکانیزه گسیختگی متفاوت بالقوه می‌باشند که عبارتنداز: اصطکاکی، خمشی، برشی، لهیدگی. در این محصول محل قرارگیری این اجزاء سازه‌ای تنها در کوله‌ها می‌باشد.

رفتار غیرخطی نیرو-تغییر شکل کلیدهای برشی که در محصول حاضر نیز استفاده‌شده است برگرفته از ترکیب رفتارهای اجزاء بتنی و فولادی در این عضو می‌باشد. در این مدل رفتاری برای جزء بتنی آن‌ یک رفتار الاستو-پلاستیک ایده آل البته با در نظر گرفتن نزول مقاومت مفروض است. لازم به ذکر است که این کاهش مقاومت ناشی از کمتر شدن یکپارچگی مصالح دانه‌ای بتن است. همچنین برای جزء فولادی هم یک رفتار الاستو-پلاستیک ایدئال مفروض است، که مجدداً یک مدل کاهش مقاومت برای آن منظور می‌گردد.
مدل انتخاب‌شده در محصول بر مبنای تحقیقات انجام‌شده توسط مگالی و همکاران(2002) بوده که مبتنی بر یکسری آزمایش‌های دقیق میدانی روی کلیدهای برشی واقع در کوله‌های پل می‌باشد. این محققین دریافتند که قبل از نزول ظرفیت برشی به صفر، این اجزای سازه‌ای متحمل یک مقدار جابجایی حداکثری (حدود 9 سانتی‌متر) می‌شوند. 


خ) المان‌های برخورد یا ضربه

در محتوای این محصول به‌منظور مدل‌سازی المان‌های برخورد و ضربه‌ی بین دو دهانه مجاور و یا بین عرشه و کوله از مدل پیشنهادی ماتوکومار(2003) استفاده کرده‌ایم. این مدل دوخطی اثر برخورد و اتلاف انرژی را دربرمی گیرد. پارامترهای سختی،Kt1 وKt2 ، جابجایی تسلیم y و تغییر شکل ماکزیمم m همگی با مدل پیشنهادی نیلسون (2005) سازگارند.


برخورد عرشه پل

مدل‌سازی کلی المان محدود پل


در این قسمت به چگونگی اتصال اجزاء مختلف به یکدیگر و ساخت مدل تحلیلی پل موردنظر برای آنالیز تاریخچه زمانی غیرخطی پرداخته‌ایم. المان‌های تغییرش کلی تیر- ستون با جرم متمرکز، معرف المان‌های طولی عرشه بوده که به المان‌های صلب در امتداد عرضی عرشه متصل می‌شوند. المان‌های تغییرش کلی غیرخطی تیر- ستون با سطح مقطع فایبر را به ستون‌ها اختصاص داده‌ایم.

به‌منظور اعمال رفتار فونداسیون‌های ستون از فنرهای انتقالی و دورانی در پای ستون‌ها استفاده کرده‌ایم. در محل درزهای میانی و همچنین کوله‌ها(کوله‌های نشیمن دار مدنظر است)، المان‌های صفر طولی مربوط به تکیه‌گاه‌های الاستومریک و المان‌های ضربه بین قاب‌های مجاور و همچنین بین کوله و عرشه (در نقاط انتهایی عرشه) به‌صورت موازی به یکدیگر متصل شده و با المان‌های صلب عرشه در امتداد عرضی اتصال می‌یابند. به‌منظور رسیدن به رفتار معقولی از سیستم کوله، این مجموعه المان‌ها به فنرهای خاک- شمع به‌صورت سری بسته می‌شوند. با توجه به اینکه در کلاس پل‌های جعبه‌ای رو سازه و قاب ستون‌ها به‌صورت یکپارچه طراحی می‌شوند، برای اتصال قسمت بالایی ستون به المان‌های عرضی عرشه از یکسری اتصال‌دهنده‌های صلب استفاده می‌شود.

این نوع اتصالات سبب انتقال تمام نیروها و لنگرهای خمشی به زیرسازه می‌شود و مشابه اتصالات موجود در قاب‌های خمشی نوع سه(MFA-3) عمل می‌کنند. چراکه، اتصالات قاب‌های خمشی نوع دو(MFA-2) تنها انتقال‌دهنده‌ی لنگرهای منفی بین روسازه و زیرسازه می‌باشند. مدل المان محدود پل موردنظر را در شکل زیر مشاهده می‌کنید.


نمایی کلی از مدل المان محدود پل

مدل‌سازی در OpenSees


در این فصل کلیه‌ی دستورات مورداستفاده جهت مدل‌سازی و آنالیز پل‌های بتنی در برنامه را به‌صورت کامل برای شما در محتوای محصول آورده‌ایم. برنامه‌ی OpenSees بر مبنای زبان برنامه‌نویسی Tcl است. این زبان برنامه‌نویسی در سال 1988 توسط جان آسترهوت در دانشگاه برکلی تولید شد. زبان برنامه‌نویسی Tcl برای حمایت از دستورات OpenSees استفاده می‌شود که به تعریف هندسه، بارگذاری، رابطه و راه‌حل مسئله می‌پردازد. این دستورات به‌صورت دستورات یک‌خطی با وظایف خاص می‌باشند. زبان Tcl ابزار برنامه‌نویسی مفید، ازجمله متغیرها، توصیف‌های ریاضی، ساختارهای کنترل و غیره را فراهم می‌کند.


نتایج آنالیز مودال و تاریخچه زمانی


این قسمت از محتوای محصول شامل آنالیز مودال و آنالیز تاریخچه زمانی می‌باشد که نتایج هرکدام را به‌طور کامل در این محصول برای شما تدارک دیده‌ایم. این قسمت شامل نمودارها و شکل‌های مرتبط بوده که به مخاطب کمک می‌کند به ساده‌ترین شکل ممکن مطلب را فراگرفته و از آن بهره ببرد.


الف) آنالیز مودال

آنالیز مقدار ویژه مدل پل موردنظر با استفاده از نرم‌افزار المان محدود OpenSees انجام‌شده و مقادیر پریودهای زمانی مودهای اول تا سوم استخراج‌شده است. شکل خودهای اول و دوم و سوم را در زیر مشاهده می‌کنید: 


طیف پاسخ زلزله

ب) آنالیز تاریخچه زمانی

آنالیز تاریخچه زمانی غیرخطی با به‌کارگیری یک زوج مؤلفه‌ی افقی متعامد با طیف پاسخی مطابق شکل زیر و با در نظر گرفتن میرایی 5/4% در محتوای محصول اجراشده است.


برای آشنایی با نرم افزار Opensees می توانید با کلیک بر روی عنوان های زیر به مقاله های مورد نظر هدایت شوید. لازم به ذکر است که نرم افزار Opensees از پرکاربردترین نرم افزار های مهندسی در مقطع کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک می باشد که بسیاری از دانشجویان با استفاده از نرم افزار Fortran به ارایه پایان نامه های کارشناسی ارشد, پروژه های صنعتی و علمی می پردازند.

زبان برنامه نویسی
زبان برنامه نویسی اول OPENSEES

نظر بدهید

توجه: HTML ترجمه نمی شود!
    بد           خوب

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Aliquam iaculis egestas laoreet. Etiam faucibus massa sed risus lacinia in vulputate dolor imperdiet. Curabitur pharetra, purus a commodo dignissim, sapien nulla tempus nisi, et varius nulla urna at arcu.Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Aliquam iaculis egestas laoreet. Etiam faucibus massa sed risus lacinia in vulputate dolor imperdiet. Curabitur pharetra, purus a commodo dignissim, sapien nulla tempus nisi, et varius nulla urna at arcuLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Aliquam iaculis egestas laoreet. Etiam faucibus massa sed risus lacinia in vulputate dolor imperdiet. Curabitur pharetra, purus a commodo dignissim, sapien nulla tempus nisi, et varius nulla urna at arcu. 

پروژه نحوه مدلسازی و آنالیز پل های بتنی به کمک نرم افزار OPENSEES

  • تولید کننده: مارکت کد
  • شناسنامه: MC1-1026
  • موجودی: در انبار
  • تاریخ: ۱۳۹۴-۰۲-۲۰
  • زبان برنامه نویسی: OPENSEES
  • سریال برنامه: MC1-1026
  • سفارش دهنده: محمد عباسی
  • فایل معرفی محصول: لینک
  • 392,000تومان

برچسب ها: پل های بتنی, عرشه ی جعبه ای, مدلسازی المان محدود, آنالیز تاریخچه ی زمانی غیرخطی, اجزا محدود, opensees, مدل سازی, تحلیل

مقالات مرتبط