عنوان

بررسی رفتار خرابی پیشرونده‌ی گنبد کابلی لِوی با یک فرم ترکیبی جدید

Number

۴۷۷۹پ

.Language of Text, Soundtrack etc

فارسی

Title Proper

بررسی رفتار خرابی پیشرونده‌ی گنبد کابلی لِوی با یک فرم ترکیبی جدید

General Material Designation

[پایان نامه]

First Statement of Responsibility

رسول اصغری

Name of Publisher, Distributor, etc.

صنعتی سهند

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۱

Specific Material Designation and Extent of Item

۲۷۷ص.

Other Physical Details

مصور، جدول، نمودار

Accompanying Material

CD

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی عمران- سازه

Date of degree

۱۴۰۱/۰۶/۰۱

Text of Note

گنبدهای کابلی یکی از انواع کاربردی سیستم‌های کش‌بستی هستند که در دهه‌های اخیر با فرم‌های متنوعی توسعه یافته‌اند. سبکی، امکان ساخت در دهانه‌های بزرگ و زیبایی خاص آنها از جمله ویژگی‌های منحصر به فرد این سیستم سازه‌ای ‌است. گنبدهای کابلی در مفهوم از تعریف سیستم‌های کش‌بستی تبعیت می‌کنند. با این حال این گنبدها برای حفظ پایداری خود نیازمند وجود رینگ فشاری در اطراف خود هستند. این رینگ اغلب به صورت بتنی بوده و در عمل صلب می‌باشد. این ویژگی با اصل خودایستایی سیستم‌های کش‌بستی در تعارض است. همچنین تجربیات خرابی در سازه‌های فضاکار به خصوص در بارهای لرزه‌ای حاکی از تمرکز خرابی در اعضای سازه‌ای در مجاورت تکیه‌گاه‌های صلب دارد. یکی از ویژگی‌های گنبدهای کابلی که آنها را از دیگر سازه‌های معمول فضاکار متمایز می‌کند، اعمال پیش‌تنیدگی به اعضا به منظور ایجاد سختی در سازه می‌باشد. بدین منظور در این سازهها، تعیین نیروهای پیش‌تنیدگی اعضا و درک تاثیر آن بر رفتار سازه اهمیت پیدا می‌کند. در این گنبدها، رفتار اعضا تاثیر اساسی در رفتار کلی سازه دارد؛ چرا که اعضای آنها تحت نیروهای محوری قرار گرفته و امکان خرابی دستک‌ها ناشی از کمانش و خرابی عناصر کابلی ناشی از گسیختگی ناگهانی و تسلیم وجود دارد. مطالعه پایداری سازه‌ها برای تعیین حداکثر ظرفیت باربری سازه، سختی سازه و نحوه رفتار خرابی سازه به منظور جلوگیری از وقوع آن از اهمیت زیادی برخوردار است. در این رساله، برای رفع چالش‌های مرتبط با وجود رینگ فشاری صلب و نیز رسیدن به یک سازه مرکب جدید با مشخصه‌های رفتاری مناسب، ترکیب یک گنبد کابلی از نوع Levy و یک رینگ کش‌بستی مدولار بجای رینگ صلب بتنی، مورد مطالعه قرار گرفته است. بخشی از مطالعات، مرتبط با فرم‌یابی این سازه مرکب با در نظر گرفتن تقارن هندسی آنها است که در طی این مطالعات هندسه بافتار نهایی سازه مرکب جهت انجام مطالعات خرابی نیز مشخص گردید. تاثیر نوع رینگ، نحوه‌ی اتصال بین دو قسمت گنبد و رینگ و نیز تعداد تقسیمات دو بخش به گونه‌ای که توزیع پیش‌تنش مناسبی برای سازه مرکب حاصل شود، در این بخش مورد بررسی قرار گرفت. بخش اعظم این رساله در ارتباط با بررسی رفتار خرابی این سازه مرکب است. در این خصوص، دو فاز مطالعات خرابی در پیش گرفته شد؛ در فاز اول، رفتار خرابی گنبدهای کابلی مرکب با دو زاویه مختلف در بخش رینگ و گنبد کابلی بدون رینگ (با فرض رینگ فشاری صلب) به صورت استاتیکی و دینامیکی انجام شد و ظرفیت‌های باربری و مکانیزم‌های ‌خرابی به دست آمدند. در انتهای فاز اول، مطالعات پارامتریک با در نظر گرفتن ترازهای مختلف پیش‌تنش، ضرایب طول مؤثر مختلف برای اعضای فشاری و نسبت‌های مختلف عمق و ارتفاع به دهانه انجام پذیرفت. تاثیر مثبت رینگ کش‌بستی در بهبود ظرفیت باربری (تا 20‌% افزایش) و نوع مکانیسم خرابی، تاثیر قابل توجه ضریب طول موثر در ظرفیت باربری (تا 81‌% افزایش) و استفاده از مدول‌های DP در طراحی گنبد‌های کابلی عمیق (تا 50‌% افزایش در ظرفیت باربری) در این بخش به وضوح مشاهده گردید. در فاز دوم مطالعات خرابی، با شناختی که در مطالعات خرابی اولیه از ماهیت رفتاری سازه‌ها بدست آمد با دو دیدگاه مختلف، مطالعات خرابی تکمیلی انجام شدند. در دیدگاه اول با استفاده از ابزارهای محدودگر نیرو و مدول‌های کش‌بستی DP، با اصلاح رفتار اعضای فشاری و یا به تأخیر انداختن پدیده کمانش، ضمن افزایش ظرفیت باربری گنبدهای کابلی (تا 100‌% افزایش در ظرفیت باربری)، مکانیزم خرابی آنها نیز بهبود داده شد. در دیدگاه دوم با استفاده از تحلیل‌های مسیر جایگزین، اثر حذف ناگهانی اعضای بحرانی مورد بررسی قرار گرفت. در این خصوص تحلیل‌های مسیر جایگزین به صورت استاتیکی و دینامیکی و نیز تحلیل‌های فرکانسی به ازای حذف تک تک اعضای گنبد کابلی مرکب و نوع مرسوم آن انجام گرفتند. حذف ناگهانی اعضای کابلی تحتانی که به صورت حلقه‌های باربر در سازه قرار دارند، موجب بروز خرابی پیشرونده گردید و مسیر جایگزین برای بازتوزیع نیروها وجود نداشت. با ارائه طرح‌های مقاوم‌سازی مختلف شامل استفاده از ابزارهای محدودگر نیرو، مدول‌های DP، مقاوم‌سازی اعضای آسیب‌پذیر و یا اضافه کردن دو مجموعه مختلف از کابل‌های جدید به صورت ضربدری و یا به صورت یک شبکه در بخش تحتانی، مسیرهای جایگزین مناسبی برای مقابله با خرابی پیشرونده فراهم گردید.

Text of Note

Cable domes are one of the practical types of tensegrity systems that have been developed in various forms in recent decades. They are very light and beautiful structures that can be built in large spans. Cable domes follow the definition of tensegrity systems. However, the stability of these domes is ensured through a compression ring around the dome. This ring is often made of concrete and is considered rigid. This characteristic contradicts the principle of free-standing of tensegrity systems. Furthermore, based on the previous experiences, using rigid support system such as a concrete ring may cause force concentration leading to more damages of boundary elements. One of the distinctive features of cable domes is the prestressing to the members in order to create stiffness in the structure. For this purpose, the determination of the member’s pre-stress forces and their effect on the behavior of the structure are important in these systems. In cable domes, the behavior of the members has considerable effect on the overall behavior of the structure; because in these systems, the members are under the axial forces and there is the possibility of failure of struts due to buckling and failure of cable elements due to rupture and yielding. The aims of structural stability study are to determine the maximum load bearing capacity of the structure, structural stiffness and structural failure behavior in order to prevent its failure. In this thesis, in order to solve the challenges related to the presence of a rigid compression ring and to achieve a new hybrid structure with appropriate behavioral characteristics, the combination of a Levy-type cable dome and a modular tensegrity ring instead of a rigid concrete ring was studied. A part of the studies is related to form-finding of these hybrid structures considering their geometric symmetry. During these studies, the geometry of the final configuration of the hybrid structure was also determined for collapse behavior studies. Effects of the type of ring, the connection method between the two parts of the dome and the ring, and the number of divisions of the two parts in such a way as to achieve a suitable prestress distribution for the hybrid structure were investigated in this section. The major part of this thesis is related to investigating the collapse behavior of these structures. In this regard, two phases of collapse behavior studies were considered; In the first phase, the collapse behaviors of hybrid cable domes with two different angles in the ring section and the cable dome without a ring (assuming a rigid compression ring) were investigated statically and dynamically, and the load-bearing capacities and collapse mechanisms were obtained. At the end of the first phase, parametric studies were carried out considering different levels of pre-stress, different effective length factors for compression members and different ratios of depth and rise to the span length. The positive effect of the tensegrity ring in increasing the load-carrying capacity (up to 20%) and the collapse mechanism, the significant effect of the effective length factor of struts in the load-carrying capacity (up to 81% increase) and the use of DP modules in the design of deep cable domes (up to 50% increase in load-carrying capacity) was clearly observed in this section. After the recognition of the behavioral nature of these structures in the initial collapse studies, in the second phase of the behavioral studies, supplementary collapse studies were conducted with two different sights. In the first sight, using force limiting devices and DP tensegrity modules, the behavior of the compression members was modified or the buckling phenomenon was delayed, so that while increasing the load-carrying capacity of the cable domes, their collapse mechanism was also improved. In the second sight, the effect of sudden removal of critical members was investigated using alternative path analyzes. In this regard, static and dynamic alternative path as well as frequency analyzes were performed for the removal of individual members of the two hybrid cable domes and its conventional type without tensegrity ring. Sudden loss of the lower hoop cables leads to progressive collapse and there was no alternate path to redistribute the forces. By applying various retrofitting schemes including the use of force limiting devices, DP modules, retrofitting vulnerable members, or adding two different sets of new cables as bracing cables or as a bottom cable net, suitable alternate paths were provided to mitigate progressive collapse.

Variant Title

Investigation of the progressive collapse behavior of Levy cable dome with a new hybrid form

گنبد کابلی مرکب

ابزار محدودگر نیرو

مسیر جایگزین

Subject Term

گنبد کابلی مرکب، پیش‌تنش، رفتار خرابی، ابزار محدودگر نیرو، مدول DP ، خرابی پیشرونده، مسیر جایگزین

Subject Term

Hybrid cable dome, Pre-stress, Collapse behavior, Force-limiting device, DP module, Progressive collapse, Alternate path

اصغری، رسول

Entry Element

ع‍اب‍دی‌

Entry Element

چناقلو

Entry Element

شکسته‌بند

Part of Name Other than Entry Element

، ک‍ری‍م‌

Part of Name Other than Entry Element

، محمدرضا

Part of Name Other than Entry Element

، بهزاد

Dates

، ۱۳۵۷ -

Relator Code

استاد راهنما

Relator Code

استاد راهنما

Relator Code

استاد مشاور

Entry Element

صنعتی سهند

Country

ایران

Agency

دانشگاه صنعتی سهند

Date of Transaction

20230715

Call Number

عمران، ۳۰۳۲۳، ۱۴۰۱

Date and Hour of Consultation and Access

p30323.pdf

p

TF

92029

a

Y