یکی از مسائل اساسی که رفتار سازه ها در زلزله را تحت تاثیر قرار می دهد، سختی خاک زیر سازه می باشد. خاکهای نرم در مقایسه با خاک سخت تمایل بیشتری به تشدید حرکات دارند. بعنوان یک قاعده کلی می توان گفت که در خاکهای نرم در مقایسه با خاکهای سخت، حرکات ورودی تحت تشدید بیشتری قرار می گیرند.در خاکهای بسیار نرم، برای مثال ممکن است دامن? حرکت ورودی به خاک تا حدود20 برابر رخ دهد، بنابراین مساله اندرکنش خاک-سازه مطرح می شود. برای تحلیل مساله می توان خاک را به صورت لایه ای وسازه روی آن را به عنوان یک سیستم دینامیکی در نظر گرفت. برای بارگذاری استاتیکی، یک مرز مصنوعی در فاصله ی کافی از سازه می تواند معرفی شود، که این منجر به یک حوز? محدود برای خاک می شود که باعث بازتاب امواج جعلی به داخل محیط خاک می شود. اگرچه برای بارگذاری دینامیکی، این روش نمی تواند استفاده شود، مرز مصنوعی، امواج ناشی از لرزش سازه را به جای اینکه اجازه دهد به بی نهایت منتشر شود دوباره به خاک بر می گرداند. باید محیط فونداسیون، بدون مرز به درستی مدل شود تا دینامیک خاک از دینامیک سازه تشخیص داده شود. با توجه به اینکه انتشار امواج تا بینهایت توسعه پیدا می کند، مسئل? اندر کنش دینامیکی خاک-سازه باید محاسبه شود. بنابراین تحلیل غیر ارتجاعی دینامیکی این سازه ها یک قسمت ضروری از فرایند طراحی شان است. تحلیل دینامیکی واقعی سازه ها، منحصرا توسط روش های عددی انجام می شود که پیچیدگی زیادی دارد. در چهار ده? اخیر، با ارزیابی موثر کامپیوترها، روش المان محدود در این نوع آنالیزهای کاربردی نقش برجسته ای دارد . روش المان مرزی bem که حدود دو دهه از femجوانتر است، یک نقش ثانویه در تحلیل غیر الاستیک دارد. با وجود پیچیدگی های زیاد این روش ابعاد مساله نسبت به روش fem یک درجه کاهش می یابد و فقط نیاز به گسسته سازی مرز مساله می باشد، بنابراین سرعت حل مساله نسبت به روش fem بسیار افزایش می یابد. با وجود ریاضیات بسیار پیچیده bem ، می توان در فرمول های حل اساسی اثر انتشار موج را نیز در نظر گرفته و بنابراین با قطع مرزها در یک محیط محدود می توان اثر انتشار امواج را از بین برد.

دراین پایان نامه مدلسازی اجزا محدود غیر خطی دو بعدی برای پیش بینی رفتار ستون های بتن پودری فعال محصور با پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن که تحت بارهای فشاری با و بدون برون محوری می باشند پیشنهاد می شود. با استفاده از خط مشی کلی، پژوهشگران رفتار غیرخطی ستونهای بتنی محصور با مواد مرکب پلیمری تقویت شده با الیاف را با استفاده از روش مدل پلاستیسیته غیرخطی مدل کرده اند. اما گرایش مدلسازی انجام شده در این مطالعه بر این اصل استوار است که مدل ارائه شده علاوه بر سادگی، تعادل مناسبی از دقت، هزینه و نیز انعطاف پذیری را دارا باشد. بنابراین، برای تحلیل پاسخ غیر خطی ستونهای بتن پودری فعال محصور با پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن از مدل اجزا محدود گسسته با رفتار غیر خطی گسترده المان ها استفاده می شود. در تشریح رفتار تنش-کرنش بتن پودری فعال در ناحیه فشاری از مدل کنت و پارک اصلاح شده استفاده می شود. همچنین فرض شده است که رفتار بتن در ناحیه کششی قبل از مقاومت ماکزیمم خطی است و بعد از مقاومت ماکزیمم تنش کششی به صورت خطی با افزایش کرنش کششی کاهش می یابد. پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن به صورت ماده الاستیک خطی شکننده مدلسازی می شود. علاوه بر این، رفتار غیرخطی هندسی بوسیله همگرایی تعادل نیرو در مدل پیشنهادی در نظر گرفته می شود. روشی که برای فرمولسازی اجزا محدود المان های با رفتار غیرخطی گسترده ارائه می شود بر اساس روش عدم تکرار می باشد که بطور چشم گیری هزینه محاسبات را کاهش می دهد. نتایج مدل اجزا محدود پیشنهادی برای پیش بینی رفتار ستونهای بتن پودری فعال محصور با پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن نشان می دهند که مدل از دقت مناسبی برای پیش بینی رفتار ستونهای مورد مطالعه در هر دو حالت بارهای فشاری با و بدون برون محوری دارا می باشد. در ادامه به بررسی استفاده از ستونهای بتن پودری فعال در قابهای خمشی بتنی تحت حالات مختلف محصورشدگی پرداخته می شود. نتایج بررسی روی قاب ها نشان می دهد که قاب خمشی بتن پودری فعال ساخته شده با ستون های بتن پودری فعال بدون آرماتور محصور با پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن، از ظرفیت کمی برابر تغییرشکل ها برخوردار می باشد و نیازمند روشهای دیگر محصوریت برای بهبود رفتار این ستونها است.

مدل سازی عددی دیوارهای آجری به طور کلی به سه دسته مدل سازی میکرو یا ریزمدلسازی و مدل سازی ماکرو یا درشت مدلسازی و المانهای ماکرو یا المان های معادل تقسیم می شوند. همانطور که می دانیم دیوار آجری یک ماده مرکب از سه جزء اصلی می باشد؛ آجر، ملات و سطح تماس آجر و ملات. در مدل سازی میکرو هر کدام از اجزاء دیوار آجری به طور جداگانه مدل سازی می شوند. هر چند که مدل سازی در این روش از دقت قابل توجهی برخوردار است، اما از نظر حجم محاسبات و شیوه مدل سازی، بسیار پیچیده است و برای مدل سازی در ابعاد بزرگ کاربردی ندارد. در مدل سازی ماکرو ، دیوار آجری به صورت یک ماده هموژن و یکدست، با خواص مکانیکی معادل فرض می شود. مدل سازی در این روش ساده بوده و حجم محاسبات نیز بسیار کمتر از مدل سازی میکرو می باشد. در روش سوم از یکسری المان های معادل به جای مدلسازی کل دیوار استفاده میشود. دو روش اخیر به دلیل سادگی و سرعت و طبیعتاً دقت کمتر در مقایسه با روش اول، معمولاً برای مدل سازی در ابعاد بزرگ به کار برده می شود. از جمله روش های عددی به کار رفته جهت مدل سازی عددی دیوارهای آجری نیز می توان به روش های اجزاء محدود و اجزاء مجزا اشاره کرد. بسیاری از مدلهای عددی ارائه شده در این زمینه نیاز به پارامترهای متعددی دارند که لازمه داشتن آنها انجام آزمایشهای غیرمتعارف و پرهزینه است و اجرای آن نیز نیاز به مهارت محاسباتی زیادی دارد، در این پایان نامه سعی شده یک مدل ماکرو با استفاده از نتایج تست های ساده و متعارف آزمایشگاهی برای ارزیابی دیوار بنایی غیرمسلح ارائه گردد. در واقع با داشتن نمودار تنش-کرنش یک منشور بنایی و خواص معمولی مانند مدول الاستیسیته و نسبت پواسون بنایی، قادر خواهیم بود رفتار غیرخطی یک دیوار بنایی را مدلسازی کنیم. این ایده برگرفته از روش تحلیل سازه های بتنی و فولادی است که با داشتن مقاومت فشاری یک استوانه بتنی یا تنش تسلیم فولاد از آزمایش کشش تک محوری انجام میگیرد، رفتار بنایی غیر ایزوتروپیک است و در گذشته مدلهایی ارتوتروپیک برای مدلسازی آن در مقیاس ماکرو ارائه شده، ولی به دلیل نیاز به پارامترهای فراوان و پیچیده بودن آن، این مدل ها زیاد مورد استقبال قرار نگرفتند، برای رفع این نواقص یعنی ساده کردن تحلیل و در عین حال بالا بردن دقت آن در این تحقیق از یک ابتکار جدید جهت تحلیل دیوار بنایی استفاده شده است و آن استفاده از مدل چندصفحه ای است که اولین بار در مطالعه رفتار خاک بکار گرفته شده است، این مدل قادر است رفتار غیرایزوتروپیک تحمیلی ماده را به صورت خود به خود پس از تسلیم در نظر بگیرد، ویژگی عمده مدل چند صفحه ای، ارائه مدل ساختاری در صفحه است و نه در فضا، و از پیچیدگی های بیش از حد مدلهای ساختاری در فضا در آن خبری نیست. اساس نظریه چندصفحه ای، تعیین ارتباط عددی بین دو حالت رفتارهای بین ذره ای (رفتارریزمقیاس) و خواص مکانیکی مهندسی (رفتاردرشت مقیاس) درقالب یک معادله ساختاری است. به عبارت دیگر، دراین حالت خواص ماده، ازویژگی هریک از اجزای سازنده آن بدست می آید و دستیابی به رفتار تنش- کرنش مصالح، با بررسی رفتاربین ذره ای نیزامکان پذیراست. این چهارچوب که دراصل کاربرد انتگرال گیری عددی درجمع آوری آثار مختلف دریک پهنه به حساب می آید، درپیش بینی رفتارمواد مرکب، بتن آرمه، نرم شدن مواد کشسان – خمیری وحتی محاسبه تغییرات ضریب نفوذپذیری خاک به تناسب تغییرشکل های خمیری در پهنه توده خاک، بکارگرفته شده است. دراین الگو چون رابطه ساختاری برای تعدادی صفحه مستقل نوشته می شود و ازطرفی این صفحه ها ازنظر درجه فعالیت، تغییرشکل خمیری، سخت شدگی وحتی گسیختگی متفاوت هستند، شکل ونزدیک ترین امتدادگسیختگی درهرسازه، قابل دستیابی است.

مواد دو فازی مانند محیط های متخلخل آب – خاک، موادی هستند که برای درک صحیح رفتار آنها تحت بارگذاری های مختلف بایستی اثرات فازهای مختلف بر هم در نظر گرفته شود. در مخلوط آب – خاک زمانی که نفوذپذیری زیاد بوده و جریان آزاد برای سیال فراهم است، یا در مواقعی که هیچگونه نفوذپذیری وجود ندارد، می توان محیط را بصورت تک فازی در نظر گرفت. اما در مواردی که نفوذپذیری در حد میانه قرار دارد، در حین ایجاد جریان، بین آب و خاک اندرکنش وجود خواهد داشت. به همین دلیل معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار محیط های متخلخل اشباع بصورت همزمان حل می شوند. در این پایان نامه انواع فرمول بندیهای معادلات حاکم بر رفتار این محیط ها ارائه شده و گسسته سازی آن ها در قالب روش اجزاء محدود بیان گردیده است. اعتبار هر تحلیل غیر خطی در بررسی مسائل مربوط به مکانیک خاک، بشدت وابسته به معادله ی بنیادی بکار گرفته شده برای خاک مورد مطالعه است. با توجه به اینکه خاک ماده ای دانه ای است، در همان ابتدای بارگذاری وارد ناحیه ی غیر خطی می شود، و به همین علت معادلات بنیادی که تنها رفتار خاک را در حالت الاستیک در نظر می گیرند، توانایی مدلسازی رفتار صحیح خاک را ندارند. به همین علت در بررسی رفتار خاک از مدل های دیگر با توانایی های بیشتر استفاده می شود، که از آن میان می توان به مدل های الاستو – پلاستیک اشاره نمود. بنابراین در تحقیق حاضر برای بیان رفتار صحیح خاک از مدل الاستو – پلاستیک چند سطحی با سطوح مخروطی شکل استفاده شده است، که قابلیت پیش بینی رفتار مواد وابسته به فشار راتحت بارگذاریهای مختلف داراست. با توجه به اهمیت بررسی پدیده ی روانگرایی در اغلب سازه های مهندسی، و با توجه به اینکه روانگرایی بیشتر در خاک های ماسه ای محتمل است، در این پایان نامه توجه بیشتر به این نوع خاک ها معطوف می باشد. به همین علت و با مدنظر قرار دادن این نکته که اغلب نرم افزارهای معتبر اجزاء محدود توانایی مدل سازی رفتار سیکلی ماسه و به تبع آن بررسی روانگرایی در این نوع خاکها را ندارند، در تحقیق حاضر با استفاده از معادلات کوپله ی حاکم بر رفتار محیط دوفازی آب – خاک و همچنین مدل الاستو – پلاستیک چند سطحی وابسته به فشار برای خاک های ماسه ای، در قالب روش اجزاء محدود غیر خطی، برنامه ای با نام (razi-fep)تحت زبان برنامه نویسی فرترن نوشته شده است، که اعتباراین برنامه و الگوریتم آن توسط مثال های مختلف عددی مورد مطالعه قرار گرفته است.

مصالح بنایی در گذشته های دور، با توجه به نقش باربری قابل توجه، مصالح اصلی ساخت و ساز را تشکیل می دادند. این مصالح اولین بار با مشاهده سخت شدن گل در کناره کوره ها و تنورهای پخت و پز، مورد توجه قرار گرفتند و این مسئله اساس ساخت آجرهای امروزی را تشکیل می دهد. در آن زمان تنها به دلیل استحکام و در دسترس بودن مورد استفاده قرار می گرفت اما با گذشت زمان و مشاهده رفتار و عملکرد آن ها در شرایطی مثل زمین لرزه و باد و این که انسان همیشه به دنبال امنیت خاطر و آسایش می باشد، نیاز به شناخت رفتار دقیق تر این مصالح بیش از پیش احساس شد. در گذشته که تکنولوژی از شکل امروزی فاصله داشت، اکثر تحقیقات و بررسی ها حالت آزمایشگاهی داشت. به تدریج با پیشرفت علم و تکنولوژی دانشمندان به تحلیل های دقیق و علمی این مصالح در مقیاس کوچک و در مقیاس سازه های واقعی پرداختند. مدل سازی عددی دیوارهای آجری به طور کلی به پنج دسته مدل سازی میکرو یا ریزمدل سازی و مدل سازی ماکرو یا درشت مدل سازی و المان های ابداعی و حالت حدی و چند مقیاسی تقسیم می شوند. همان طور از ظاهر مشخص است، دیوار آجری یک ماده مرکب از سه جزء اصلی می باشد؛ آجر، ملات و سطح تماس آجر و ملات. در مدل سازی میکرو هر کدام از اجزاء دیوار آجری به طور جداگانه مدل سازی می شوند. هر چند که مدل سازی در این روش از دقت قابل توجهی برخوردار است، اما از نظر حجم محاسبات و شیوه مدل سازی، بسیار پیچیده است و برای مدل سازی در ابعاد بزرگ کاربردی ندارد. در مدل سازی ماکرو ، دیوار آجری به صورت یک ماده هموژن و یک دست، با خواص مکانیکی معادل فرض می شود. مدل سازی در این روش ساده بوده و حجم محاسبات نیز بسیار کمتر از مدل سازی میکرو می باشد. در روش سوم از یک سری المان های معادل به جای مدل سازی کل دیوار استفاده می شود. روش حدی نیز به مدل سازی المان های لاغر مصالح بنایی و طاق ها و قوس ها و بحث پایداری آن ها می پردازد و روش چند مقیاسی نیز از مزایای هر دو روش ماکرو و میکرو به منظور مدل سازی بنایی، بهره می گیرد. از جمله روش های عددی به کار رفته جهت مدل سازی عددی دیوارهای آجری نیز می توان به روش های اجزاء محدود و اجزاء مجزا اشاره کرد. بسیاری از مدل های عددی ارائه شده در این زمینه نیاز به پارامترهای متعددی دارند که لازمه داشتن آن ها، انجام آزمایش های غیرمتعارف و پرهزینه است و اجرای آن نیز نیاز به مهارت محاسباتی زیادی دارد، در این پایان نامه سعی شده یک مدل ماکرو با استفاده از نتایج تست های ساده و متعارف آزمایشگاهی برای ارزیابی دیوار بنایی غیرمسلح ارائه گردد. در واقع با داشتن نمودار تنش-کرنش یک منشور بنایی و خواص معمولی مانند مدول الاستیسیته و نسبت پواسون بنایی، مدل مذکور قادر خواهد بود تا رفتار غیرخطی یک دیوار بنایی را مدل سازی کند. رفتار بنایی غیر ایزوتروپیک است و در گذشته مدل هایی ارتوتروپیک برای مدل سازی آن در مقیاس ماکرو ارائه شده، ولی به دلیل نیاز به پارامترهای فراوان و پیچیده بودن آن، این مدل ها زیاد مورد استقبال قرار نگرفتند، برای رفع این نواقص یعنی ساده کردن تحلیل و در عین حال بالا بردن دقت آن در این تحقیق از یک ابتکار جدید جهت تحلیل دیوار بنایی استفاده شده است و آن استفاده از مدل چندصفحه ای است که اولین بار در مطالعه رفتار خاک به کار گرفته شده است، این مدل قادر است رفتار غیرایزوتروپیک تحمیلی ماده را به صورت خود به خود پس از تسلیم در نظر بگیرد، ویژگی عمده مدل چند صفحه ای، ارائه مدل ساختاری در صفحه است و نه در فضا، و از پیچیدگی های بیش از حد مدل های ساختاری در فضا در آن خبری نیست. اساس نظریه چندصفحه ای، تعیین ارتباط عددی بین دو حالت رفتارهای بین ذره ای (رفتارریزمقیاس) و خواص مکانیکی مهندسی (رفتاردرشت مقیاس) درقالب یک معادله ساختاری است. به عبارت دیگر، دراین حالت خواص ماده، ازویژگی هریک از اجزای سازنده آن به دست می آید و دست یابی به رفتار تنش- کرنش مصالح، با بررسی رفتاربین ذره ای نیزامکان پذیراست. این چهارچوب که دراصل کاربرد انتگرال گیری عددی درجمع آوری آثار مختلف دریک پهنه به حساب می آید، درپیش بینی رفتارمواد مرکب، بتن آرمه، نرم شدن مواد کشسان – خمیری وحتی محاسبه تغییرات ضریب نفوذپذیری خاک به تناسب تغییرشکل های خمیری در پهنه توده خاک، بکارگرفته شده است. دراین الگو چون رابطه ساختاری برای تعدادی صفحه مستقل نوشته می شود و ازطرفی این صفحه ها ازنظر درجه فعالیت، تغییرشکل خمیری، سخت شدگی وحتی گسیختگی متفاوت هستند، شکل ونزدیک ترین امتدادگسیختگی درهرسازه، قابل دست یابی است. در این پایان نامه سعی شده است تا در قالب برنامه نویسی به زبان برنامه نویسی متلب ابتدا رفتار درون صفحه ای مصالح بنایی در آزمایش سه محوره مدل سازی گردد و سپس امکان سنجی ای جهت استفاده از این مدل رفتاری در یک برنامه اجزاء محدود صورت گیرد. پس از اطمینان از صحت جوا ب های ارائه شده در قالب روش اجزاء محدود، دیوار بنایی بدون بازشویی که مورد تحقیق بسیاری از پژوهش ها قرار گرفته، تحت بار های جانبی با استفاده از الگوریتم ارائه شده، مورد تحلیل قرار بگیرد.

هدف این تحقیق بررسی انواع مختلف تسلیح در ساختمان های بنایی می باشد. با توجه به اینکه ساختمان های بنایی حتی در زمان وقوع زلزله هایی با شدت متوسط، خسارت های فراوان می دیدند، بسیاری از آیین نامه های ساختمانی ساخت بناهای با مصالح بنایی را ممنوع و یا مانند آیین نامه 2800 زلزله ایران تعداد طبقات را به دو طبقه محدود کرده اند. در سال های اخیر روش های مختلفی برای تسلیح و مقاوم سازی این ساختمان ها مورد توسعه قرار گرفته است زیرا این ساختمان ها مقاومت برشی بالایی دارند اما رفتاری به شدت ترد و شکننده دارند. بنابراین با استفاده از روش های مقاوم سازی یا تسلیح، می توان این ضعف سازه های بنایی را در برابر بارهای جانبی از بین برد. با نگاهی به تاریخچه زلزله های کشور مشخص شده است که خانه های روستایی که در معرض زلزله هایی با بزرگی 5/5 ریشتر یا بیشتر قرار گرفته اند، به صورت کلی یا عمده تخریب شده اند. بنابراین با مشاهده این آثار، لزوم بررسی رفتار این سازه ها در مقابل بارهای جانبی زلزله کاملا آشکار است. در این تحقیق رفتار سازه های بنایی مسلح و غیرمسلح، با استفاده از روش های عددی مورد بررسی قرار گرفته است. روش های عددی را می توان به طور کلی به دو روش مدلسازی ماکرو و میکرو تقسیم کرد. در مدلسازی ماکرو مصالح بنایی به صورت مصالحی مرکب و همگن در نظر گرفته می شوند و از ویژگی های مکانیکی میانگین مصالح استفاده می شود. اما در مدلسازی میکرو مصالح بنایی به صورت ترکیبی از واحدهای غیرپیوسته در نظر گرفته می شوند که توسط قوانین مناسبی به یکدیگر متصل می شوند. از دیدگاه محاسباتی، هنگامی که تحلیل سازه ای انجام می شود، مدل های مکانیکی ماکرو می توانند بسیار موثر باشند. در اینجا برای انجام تحلیل ها از این نوع مدلسازی استفاده شده است. نرم افزاری که برای انجام مدلسازی عددی و تحلیل استاتیکی غیرخطی مورد استفاده قرار گرفته و با روش مدلسازی انتخابی هماهنگی دارد، نرم افزار ansys می باشد که یک برنامه تحلیلی بر اساس روش المان محدود است. در اینجا پنج نوع دیوار مورد بررسی قرار گرفت؛ دیوار غیرمسلح به عنوان نمونه شاهد، دیوار مسلح شده با کلاف قائم، دیوار مسلح شده با کلاف افقی، دیوار مسلح شده با کلاف افقی و قائم، و در نهایت دیوار مسلح شده با شبکه آرماتور طبق آیین نامه 2800 زلزله ایران. با بررسی نتایج حاصل از تحلیل مشاهده شد رفتار دیوار در برابر بارهای جانبی بعد از تسلیح بهبود قابل ملاحظه ای یافته است. بررسی اولین ترک خوردگی در دیوارها نشان داد که دیوار مسلح شده با شبکه آرماتور توانایی تحمل بار جانبی بیشتری قبل از ترک خوردگی دارد. همچنین با بررسی ماکزیمم برش تحمل شده در دیوارها نشان داد که در دیوار مسلح شده با ترکیب کلاف افقی و قائم، تقریبا مشابه بوده و اختلاف کمی بین نتایج وجود دارد. اما در حالتی که دیوار تنها با یکی از کلاف های افقی و قائم مسلح شده است، میزان این جابه جایی بیشتر از بقیه حالات است.