تحلیل قاب‌های صفحه‌ای دو بعدی با روشِ تحلیلی ترکیب نیرو-جابجایی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران ، بابلسر

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

3 3- دانشجوی دکتری سازه، دانشکدة مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران

4 مهندسی عمران، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

10.24200/j30.2024.64303.3318

چکیده

تلاش حاضر به‌بررسی کارایی یک روش پیشنهادی برای حل قاب‌های صفحه‌ای نامعین می‌پردازد که از ترکیب روابط نیرو و جابه‌جایی بر اساس رفتار تغییر شکل محوری و خمشی تیر به طور هم‌زمان بهره می‌برد. در این روش، ابتدا معادلات دیفرانسیلی اعضای سازه‌ای براساس تئوری کلی تیر اویلر-برنولی با درنظرگیری اثرات محوری تعیین می‌شوند و سپس با کمک حل تحلیلی و اعمال شرایط مرزی، ثابت‌های انتگرالی معادلات مرتبط با قاب‌ها بدست می‌آیند. برای میزان کارآیی روش پیشنهادی، سه مثال از قاب‌های صفحه‌ای متداول تحلیل شده است و با کمک روش اجزا محدود اعتبار سنجی انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که پاسخ‌های تعیین شده از دو روش تطابق خوبی دارند. از مزیت روش ترکیبی نیرو-جابجایی، تعیین حل پارامتریک است و همچنین قابلیت دستیابی به پاسخ‌ها در هر نقطۀ دلخواه از سازه با دقت بالا دارد. علاوه بر آن برای یافتن کمیت پاسخ سینماتیکی و استاتیکی نیازی به پس پردازش ندارد. لذا این روش می‌تواند به عنوان یک رویکرد جایگزینی برای روش‌های رایج در حل قاب‌های صفحه‌ای چند محوری مورد استفاده قرارگیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of plane multi-span frames with the analytical method of force-displacement combination

نویسندگان [English]

  • Amirhosein Bahreini 1
  • Ali Asgari 2
  • Alireza Khabiri 3
  • Reza Taghipour 4
1 Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
2 Assistant Professor of Geotechnical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
3 Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
4 Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
چکیده [English]

This paper investigates the effectiveness of the mixed forced-displacement method for solving indeterminate plane frames that combine force and displacement relations based on the beam’s axial and bending deformation behavior simultaneously. In this method, the differential equations of all structural members are determined based on the general theory of the Bernoulli beam by considering the axial effects, in the following with the help of an analytical solution and application of boundary conditions, the integral constants of the equations related to the uniaxial frames of the structure are obtained. For the effectiveness of the proposed method, three examples of common frames have been analyzed and validated with the finite element method. The results show that the answers determined by the two methods are completely consistent. One of the advantages of the combined displacement-force method is determining the parametric solution as well as the high accuracy of this method. In addition, it does not need post-processing to find the quantity of kinematic and static responses. Therefore, this method can be used as an alternative approach to the finite element method in solving multi-axial plane frames. Moreover, its capability to handle intricate loading and various boundary condition configurations highlights the method's efficiency. Furthermore, the method simplifies the simultaneous influences of material and geometric nonlinearities in the analysis process. Material nonlinearities, such as yielding and hardening, are accommodated by adjusting the stiffness matrix. In contrast, geometric nonlinearities arising from significant displacements are addressed through iterative updates of the displacement field until convergence is achieved. In summary, the mixed displacement-force method is a comprehensive and efficient tool for the 2D frames analysis. The ability to provide accurate results without the need for complex numerical simulations increases the importance of this method in the range of structural analysis techniques. Future research efforts could examine developing the process to three-dimensional frames and investigating its application in the performance-based design and analysis areas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Plane frames
  • indeterminate structures
  • mixed force-displacement method
  • Euler–Bernoulli beam equation
  • analytical method