منصة الرسائل والاطاريح: السلوك و التصميم الأمثل للهياكل الفولاذية المجسمة المعرضة للهزات الأرضية بالاعتماد على التحليل اللاخطي

الخلاصة

تتناول هذه الدراسة التحليل النظري للحصول على التصرف و التصميم الأمثل للهياكل الحديدية المجسمة المعرضة إلى الهزات الأرضية و السلوك اللاخطي و تحتوي على مفاصل حديدية ذات سلوكية لا خطية. إن مادة هذه الهياكل قد فرضت بأنها تتبع التصرف المرن-اللدن و في حالة التحليل اللدن فأن مخطط تداخل و صيغة فشل بين عزوم اللي و الانحناء و قوى القص و القوى المحورية قد افترضت لكي يسيطر على معرفة تسلسل المفاصل اللدنة. كذلك اخذ بنظر الاعتبار إن لا محددات على قيم الإزاحات (Large Displacement Analysis). تبنت هذه الدراسة طريقة العمود-العتبة (Beam-Column Approach) وهذه الدراسة تعتمد على نوعين من العناصر هي عنصر العمود-العتبة وعنصر المفصل. تم اعتبار العلاقة بين العزم والدوران في المفصل الحديدي علاقة لاخطية (Non-Linear Moment-Rotation Behavior). وقد تم الأخذ بنظر الاعتبار التحميل والتفريغ في المفصل الحديدي. قدمت هذه الدراسة اشتقاق مصفوفة الصلابة المماسية للعنصر المجسم الحديدي ذي المقطع الثابت في نظام الإحداثيات الموقعية (Local Coordinates) والعامة (Global Coordinates) مع الأخذ بنظر الاعتبار تغيير الشكل اللاخطي (Geometrical Non-Linearity). تم اشتقاق مصفوفة صلابة مماسية مطورة جديدة (New Modified Tangent Stiffness Matrix) لتأخذ بنظر الاعتبار الأنواع الثلاثة من اللاخطية وهي (الشكل و المادة و المفصل) (Geometry, Material and Connection) . بالإضافة إلى ذلك فقد تم إيضاح طريقة خاصة في حساب القوة المحورية. تم تتبع منحني الحمل-التشوه في التحليل الساكن باستخدام تكرارات نيوتن-رافسون التزايدية. أما في التحليل الديناميكي فقد استخدمت طريقة نيومارك- لغرض تتبع منحني التشوه مقابل الزمن. مثلت كتلة العنصر باستخدام طريقتين هما (النقل المتجانس) و (النقل المركز). أما ظاهرة التخميد التي تحصل في المنشات فقد تم التعبير عنها باستخدام طريقة (Rayleigh). لقد تم استخدام صيغة خاصة للتعبير عن الهزات الأرضية المؤثرة على المنشات. و كذلك استخدام طريقة المحدد لغرض حساب الحمل الحرج للمنشأ. تم استخدام طريقة عامة للتصميم الأمثل للهياكل الحديديه الثلاثية الأبعاد و بالاعتماد على التحليل اللاخطي المقترح في هذا البحث. إن طريقة التصميم الأمثل المستخدمة تستند على البحث المباشر(direct search method) للحصول على أفضل تصميم (اقل وزن كلي). ضمن متطلبات هذه الدراسة تمت كتابة البرنامج (OSDEPNONSF) الذي هو عبارة عن التصميم الأمثل تحت تأثير الأحمال الساكنة و الديناميكية و التصرف المرن-اللدن و التحليل اللاخطي للمنشات المجسمة ذات المفاصل المرنة بلغة ميكروسوفت فجيول بيسك 6.0 (2003). لغرض تقييم كفاءة البرنامج (OSDEPNONSF) في الحصول على السلوك الكامل للهياكل المتكونة من عناصر ذات مقاطع ثابتة ومفاصل حديدية ذات سلوكية صلبة و مرنة و أحمال ساكنة و ديناميكية و تحليل مرن و تحليل مرن-لدن فقد تمت مقارنة النتائج المستحصلة مع نتائج أمثلة في دراسات منشورة سابقا. كذلك تم تحميل مجموعة من الحالات الدراسية والتي تبين السلوك اللاخطي الكامل للمنشات الحديدية. و قد تمت دراسة عدد من العوامل المؤثرة على النتائج النظرية لتشوه المنشات الحديديه الهيكليه. و كذلك أمثله لغرض تقييم أداء البرنامج للقيام بعملية التصميم الأمثل للمنشات. كنتيجة لهذه الدراسة فقد تم التوصل إلى عدة استنتاجات مهمة و من هذه الاستنتاجات هي إن تأثير الهزات الارضيه على ألابنيه المتعددة الطوابق يزداد بزيادة عدد الطوابق للمنشأ. أن أكبر إزاحة تزداد بنسبة (25%) لكل ثلاث طوابق. و كذلك فأن الصيغة المتعددة الحدود للتصرف اللاخطي بين العزم و التشوه للمفصل الحديدي تعطي نتائج جيدة بالمقارنة مع التصرف الدقيق بفارق لا يزيد عن (1%). و كذلك التصميم الأمثل للمنشأ الحديدي ذي التحليل المرن-اللدن هو اقتصادي أكثر من التصميم الأمثل للمنشأ الحديدي ذي التحليل المرن فقط بفارق لا يزيد عن (45%) للحالات المدروسة في هذه الدراسة. وكذلك تقديم عدة توصيات لغرض تطوير العمل المقدم.