مدلسازی قاب خمشی فولادی برای پدیده خرابی پیشرونده و حذف تک ستون به روش تحلیل دینامیکی غیرخطی در نرم افزار Open Sees

مدلسازی یک قاب خمشی فولادی ۵ طبقه ۴ دهانه برای پدیده خرابی پیشرونده و حذف تک ستون به روش تحلیل دینامیکی غیرخطی در نرم افزار Open Sees

طبق آیین­نامه ASCE41 جهت اعمال رفتار غیر خطی مصالح سازه در مدل باید از یک مدل تحلیلی دقیق استفاده نمود.
برای اعمال اثرات غیر خطی مصالح سازه در این پایان­ نامه، از المان­های فیبری (Fiber Elements) جهت مدل­سازی در نرم‌افزار OpenSees استفاده شده است.
برای مدل­سازی پروفیل­های بال پهن (Wide flange) استفاده شده در این پژوهش از ۴ فیبر در عرض جان و بال و از ۱۶ فیبر در طول آن‌ها مطابق شکل (۴-۱۳) استفاده شده است.
این نوع مقاطع قادر به در نظر گرفتن اندر کنش نیروی محوری و لنگر خمشی هستند.

شکل ‏۴‑۱۳ : مدل‌سازی یک المان فیبری در نرم افزار OpenSees (هادی کنارگی، سید مجتبی حسینی ۱۳۹۶)

برای انجام تحلیل­های غیر خطی به­ طور کلی در نرم افزار OpenSees المان­های غیر خطی به دو دسته تقسیم می‌شوند.
دسته اول المان­های بر اساس نیرو (Force Base Element) و دسته دوم المان­های بر اساس جابجایی (Displacment Base Element) می­باشند.

المان­های بر اساس نیرو فرمولاسیون پیچیده ­تری دارند که به جواب­های دقیق­تری منجر می­شوند
در حالی که اگر در المان­های بر اساس جابجایی به اندازه کافی مش­ بندی انجام نشود، جواب­های حاصله دقت کافی را نخواهند داشت.
در هر دو این المان­ها با تعیین تعدادی نقطه انتگرال­گیری در طول المان، امکان مشاهده وضعیت مفصل پلاستیک فراهم می‌شود.
در این پژوهش برای مدل­سازی المان­های تیر و ستون، از المان­های بر اساس (force Beam Colum) استفاده شده است، دارای ۵ نقطه انتگرال گیری هستند.
همچنین به منظور انتقال نیروها از مختصات محلی (Local) به مختصات کلی (Global) از سیستم انتقالی P-Delta برای ستون­ها و از سیستم Corotational برای تیرها و بادبندها استفاده شده است.

نوع فولاد مصرفی از نوع ASTM A992 نیمرخ­ های بال پهن با مقاومت تسلیم Fy) 345) مگا پاسکال و مقاومت نهایی Fu) 450) مگا پاسکال می­باشد
و جهت ایجاد رابطه تنش-کرنش در مقاطع از ماده تک محوری Steel02 در نرم­ افزار OpenSees استفاده شده است.
در تحلیل­های غیرخطی از الگوریتم نیوتن با جستجوی خطی (Newton Line Search) با تلورانس برای حل مسئله استفاده شده است. استفاده از الگوریتم ذکر شده جهت جلوگیری از عدم همگرایی تحلیل سازه به دلیل فرو جهشی سازه ( به ویژه در تحلیل­های دینامیکی) است.

برای مدل­سازی حذف ناگهانی ستون، به این ترتیب عمل می­کنیم که قبل ازحذف ستون،
سازه تحت بارهای وارده بصورت استاتیکی تحلیل شده و نیروهای ستونی که قرار است حذف شود قرائت می­شود.
سپس ستون مذکور حذف گردیده و نیروهای قرائت شده به گره بالای ستون در جهت مخالف وارد می­شود.
این حالت مشابه حالتی است که ستون حذف نشده است.
با تعریف یک تحلیل غیرخطی اجازه داده می­شود تا سازه تغییر شکل پیدا کند و نیروهای داخلی در المان­ها ایجاد شود.
به طوری که نیروهای قرائت شده این بار در جهت مخالف حالت اول به گره بالای ستون حذف شده اعمال می­شود،
یعنی حذف ناگهانی ستون در این مرحله اتفاق می­افتد.
این تحلیل به صورت پیوسته در ادامه تحلیل قبلی انجام می­شود و نتایج تحلیل قبلی شرایط اولیه برای تحلیل جدید محسوب می‌شود.