دانلود کامل ترین جزوه سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله

جزوه رنگی و تایپ شده سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله

دانلود فایل

رشته عمران جلیل‌الله محمدی دانشگاه پیام نور علمی کاربردی مهرتاش معتمدی آزمون فریبرز ناطقی الهی

: ؛ ً -؟ طور که در فصل 7 خواهیم دید، وقتی فرکانس منبع بسیار کم است به طوری که ابعاد یک شبکه رسانا بسیار کوچک تر از طول موج است، ما یک وضعیت شبه استاتیک داریم، که یک مسئله الکترومغناطیسی را به یک مسئله مدار ساده می کند. با این حال، ما بی درنگ اضافه می کنیم که نظریه مدار خود یک رشته بسیار پیشرفته و پیچیده است. این در مورد مسائل مختلف مهندسی برق صدق می کند و در نوع خود مهم است.

سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله

دو وضعیت، ناکافی بودن مفاهیم نظریه مدار و نیاز به مفاهیم میدان الکترومغناطیسی را نشان می دهد. در مقاوم در برابر زلزله 1-1 یک آنتن تک قطبی از نوعی که روی واکی تاکی می بینیم به تصویر کشیده شده است. هنگام ارسال، منبع در پایه آنتن را با جریان انتقال پیام در فرکانس حامل مناسب تغذیه می کند. از دیدگاه نظریه مدار، منبع تغذیه به صورت مدار باز است زیرا نوک بالایی آنتن از نظر فیزیکی به هیچ چیزی متصل نیست؛ بنابراین هیچ جریانی وجود نخواهد داشت و هیچ اتفاقی نمی افتد. البته این دیدگاه نمی تواند توضیح دهد که چرا می-توان بین واکی تاکی ها از راه دور ارتباط برقرار کرد. باید از مفاهیم الکترومغناطیسی استفاده کرد. در فصل جزوه سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله خواهیم دید که وقتی طول آنتن بخش قابل توجهی از طول موج مقاوم در برابر زلزله است†، یک جریان غیر یکنواخت در انتهای باز مدار آنتن جریان می یابد. این جریان یک میدان سازه های بنایی متغیر در زمان را در فضا منتشر می کند، که به عنوان یک موج الکترومغناطیسی منتشر می شود و در دیگر آنتن ها از راه دور جریان ایجاد می کند.
در شکل 1-2 وضعیتی را نشان می دهیم که در آن یک موج الکترومغناطیسی از سمت چپ روی یک دیوار رسانای بزرگ حاوی یک سوراخ کوچک (دیافراگم) رخ می دهد. میدان های الکترومغناطیسی در سمت راست دیوار در نقاطی مانند P در شکل وجود دارند که لزوماً مستقیماً پشت دیافراگم نیستند. نظریه مدار بدیهی است که در این جا برای تعیین (یا حتی توضیح وجود) میدان در P ناکافی است. با این حال، وضعیت در شکل 1-2، مسئله ای از اهمیت کاربردی را نشان می دهد زیرا راه حل آن در ارزیابی اثر محافظتی دیوار رسانا اهمیت دارد.

جزوه سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله دانلود رایگان خلاصه کتاب پی دی اف Pdf

به طور کلی، نظریه مدار با سیستم های پارامترهای توده ای-مدارهایی که شامل مولفه هایی هستند که با پارامترهای توده ای مانند مقاومت، خودالقایی و خازن ها- سر و کار دارند، مشخص می شوند. ولتاژها و سازه های بنایی ها متغیرهای اصلی سیستم هستند. برای مدارهای d-c متغیرهای سیستم ثابت هستند و معادلات حاکم معادلات جبری هستند. متغیرهای سیستم در مدارهای a-c وابسته به زمان هستند؛ آن ها مقادیر مقیاس-پذیر و مستقل از مختصات فضا هستند. معادلات حاکم معادلات دیفرانسیل معمولی هستند. از سوی دیگر، بیش تر متغیرهای الکترومغناطیسی توابع زمان و مختصات فضا مقاوم در برابر زلزله. بسیاری از آن ها بردارهایی با اندازه و جهت هستند و نمایش و تغییر آن ها مستلزم آگاهی از جبر بردار و حساب بردار است. حتی در موارد ثابت، معادلات حاکم به طور کلی معادلات دیفرانسیل جزئی هستند. ضروری است که ما بتوانیم مقادیر بردار و متغیرهای وابسته به زمان و فضا را در اختیار داشته باشیم. مبانی جبر بردار و حساب بردار در فصل 2 بسط داده می شود. تکنیک هایی برای حل معادلات دیفرانسیل جزئی در برخورد با انواع خاصی از مسائل الکترومغناطیسی مورد نیاز است. این تکنیک ها در فصل 4 مورد بحث قرار خواهد جزوه سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله. اهمیت دستیابی به امکانات در استفاده از این ابزارهای ریاضی در مطالعه الکترومغناطیس نمی تواند بیش از حد مورد تأکید قرار گیرد.
دانش آموزانی که بر نظریه مدار تسلط دارند ممکن است در ابتدا این تصور را داشته باشند که نظریه الکترومغناطیس انتزاعی است. در واقع، نظریه الکترومغناطیس انتزاعی تر از نظریه مدار نیست به این معنا که اعتبار هر دو را می توان با نتایج اندازه گیری تجربی تأیید کرد. در الکترومغناطیس نیاز به تعریف کمیت های بیش تر و استفاده از تغییرات ریاضی بیش تر به منظور ایجاد یک نظریه منطقی و کامل است که می تواند انواع بسیار وسیع تری از پدیده ها را توضیح دهد. چالش الکترومغناطیس میدان و موج در انتزاع موضوع نیست، بلکه در فرایند تسلط بر مدل الکترومغناطیسی و قوانین مربوط به عملکرد است. اهتمام به کسب این تسلط به ما کمک می کند تا با سازه های بنایی روبه رو شویم و رضایت بی اندازه ای را به دست آوریم.
2-1 مدل الکترومغناطیس
در توسعه یک موضوع علمی دو رویکرد وجود دارد: رویکرد استقرایی و رویکرد قیاسی. با استفاده از رویکرد استقرایی، بسط قبلی موضوع را دنبال می کنیم، با مشاهده برخی آزمایش های ساده شروع می کنیم و از آن ها قوانین و قضایا را استنباط می کنیم. این یک فرایند استدلال از پدیده های خاص تا بدیهیات است. از سوی دیگر، رویکرد قیاسی چند رابطه اساسی را برای یک مدل ایده آل فرض می کند. روابط فرضیه بدیهیات هستند که قوانین و قضایای خاصی را می مقاوم در برابر زلزله از آن ها استخراج کرد. اعتبار مدل و بدیهیات با توانایی آن ها در پیش بینی پیامدها که با مشاهدات تجربی بررسی می شود، تأیید می شود. در این کتاب ما ترجیح می دهیم از روش استقرایی یا بدیهی استفاده کنیم زیرا این روش دقیق تر است و امکان توسعه موضوع الکترومغناطیس را به صورت منظم فراهم می کند.
مدل آرمانی که برای مطالعه یک موضوع علمی اتخاذ می کنیم باید به موقعیت های دنیای واقعی مربوط باشد و بتواند پدیده های فیزیکی را توضیح دهد؛ در غیر این صورت، ما بدون هدف درگیر تمرینات ذهنی می-شویم. به عنوان مثال، یک مدل نظری می تواند ایجاد شود، که از آن می توان روابط ریاضی زیادی به دست آورد؛ اما اگر این روابط با نتایج مشاهده شده مخالف باشد، این مدل فایده ای نخواهد داشت. ریاضیات ممکن است صحیح باشد، اما مفروضات اساسی مدل ممکن است اشتباه باشد، یا تقریب های ضمنی ممکن است موجه نباشند.
سه مرحله اساسی در ایجاد سازه های بنایی بر روی یک مدل ایده آل وجود دارد. ابتدا بخشی از مقادیر اولیه وابسته به موضوع مطالعه تعریف می شود. دوم، قوانین عملکرد (ریاضیات) این مقادیر مشخص می شود. سوم، برخی روابط اساسی در نظر گرفته می شود. این فرضیه ها یا قوانین بر اساس مشاهدات تجربی متعددی است که تحت شرایط کنترل شده به دست آمده و توسط ذهن های درخشان تجزیه و ترکیب شده است. یک مثال آشنا، نظریه مدار است که بر اساس مدل مدار از منابع ایده آل و مقاومت های خالص، خودالقایی و خازن ها ساخته شده است. در این حالت مقادیر اساسی عبارتند از ولتاژ (V)؛ جریان (I)؛ مقاومت (R)؛ خودالقایی (L) و خازن (C)؛ قوانین عمل عبارتند از جبر، معادلات دیفرانسیل معمولی و تبدیل لاپلاس؛ و اصول اساسی، ولتاژ و قوانین فعلی کیرشهف هستند. بسیاری از روابط و فرمول ها را می توان از این مدل اساساً ساده استخراج کرد و پاسخ شبکه های بسیار پیچیده را می توان تعیین کرد. اعتبار و ارزش مدل به طور کامل نشان داده شده است.
به همین ترتیب، یک نظریه الکترومغناطیسی می تواند بر اساس یک مدل جزوه سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله مناسب انتخاب شود. در این بخش ما باید اولین قدم را برای تعیین مقادیر اساسی الکترومغناطیس برداریم. مرحله دوم، قوانین عمل، شامل جبر بردار، حساب بردار و معادلات دیفرانسیل جزئی است. مبانی جبر بردار و حساب بردار در فصل 2 (تجزیه و تحلیل بردار) مورد بحث قرار می گیرد و مقاوم در برابر زلزله های حل معادلات دیفرانسیل جزئی زمانی که این معادلات بعداً در کتاب پدیدار شوند، معرفی می-شود. گام سوم، مفروضات اساسی، در سه مرحله زیر در فصل های 3، 6 و 7 ارائه می شود که به ترتیب به میدان های الکتریکی ساکن، میدان های مغناطیسی ثابت و میدان های الکترومغناطیسی می پردازیم.
مقادیر موجود در مدل الکترومغناطیسی ما را می توان تقریباً به دو دسته تقسیم کرد: مقادیر منبع و مقادیر میدان. منبع میدان الکترومغناطیسی، بارهای الکتریکی در حالت سکون یا حرکت است. با این حال، یک میدان الکترومغناطیسی ممکن است باعث توزیع مجدد بارها شود، که به نوبه خود، میدان را تغییر می دهد؛ بنابراین تفکیک بین علت و معلول همیشه چندان متمایز نیست.
ما برای نشان دادن بار الکتریکی از نماد q (گاهی Q) استفاده می-کنیم. بار الکتریکی یک سازه های بنایی اساسی ماده است و فقط در مضرب های انتگرالی مثبت یا منفی بار یک الکترون e وجود دارد.†

دانلود رایگان خلاصه سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله pdf

که در آن C مخفف واحد بار، کولن است.† این نام از نام فیزیکدان فرانسوی چارلز آ. د کولن، که قانون کولن را در 1785 تدوین کرد، گرفته شده است. (قانون کولن در فصل 3 مورد بحث قرار می گیرد.) کولن واحد بسیار بزرگی برای بار الکتریکی است؛ 1 برای ایجاد 1 درجه سانتیگراد 1/ (19~10×160) یا 6.25 میلیون تریلیون C طول می-کشد. در واقع، دو بار C1 با فاصله 1 متر از یکدیگر، نیروی تقریبی 1 میلیون تن را بر یکدیگر اعمال می کنند. برخی از ثابت های فیزیکی دیگر برای الکترون در مقاوم در برابر زلزله B-2 ذکر شده است.
اصل حفظ بار الکتریکی، مانند اصل حفظ حرکت، یک اصل اساسی یا قانون فیزیک است. در آن آمده است که بار الکتریکی حفظ می شود؛ یعنی نه می تواند ایجاد شود و نه نابود شود. این یک قانون طبیعت است و نمی تواند جزوه سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله از اصول یا روابط دیگر باشد. حقیقت آن سازه های بنایی در عمل مورد تردید یا شک قرار نگرفته است.
بارهای الکتریکی می توانند از مکانی به مکان دیگر حرکت کرده و تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی دوباره توزیع شوند؛ اما مجموع جبری بارهای مثبت و منفی در یک سیستم بسته (جدا شده) بدون تغییر باقی می ماند. اصل حفظ بار الکتریکی باید در هر زمان و تحت هر شرایطی رعایت شود. این مسئله با معادله پیوستگی به صورت ریاضی نشان داده می شود، که در بخش 5-4 بحث خواهیم کرد. هرگونه فرمول بندی یا حل مسئله الکترومغناطیسی که اصل حفاظت از بار الکتریکی را نقض کند باید نادرست باشد. ما به یاد می آوریم که قانون فعلی کیرشهف در نظریه مدار، که معتقد است مجموع تمام جریان های خروجی از یک اتصال باید برابر مجموع تمام جریان های ورودی به محل اتصال باشد، ادعایی در مورد ویژگی حفاظتی بار الکتریکی است. (در قانون سازه های بنایی این فرض وجود دارد که هیچ تجمعی در محل اتصال وجود ندارد.)
اگرچه، از نظر میکروسکوپی، بار مقاوم در برابر زلزله یا در نقطه ای به صورت گسسته وجود دارد یا وجود ندارد، این تغییرات ناگهانی، وقتی اثرات الکترومغناطیسی مجموعه های بزرگ بارها را در نظر بگیریم، در مقیاس اتمی اهمیتی ندارند. در ساختن نظریه ماکروسکوپی یا مقیاس بزرگ الکترومغناطیس متوجه می شویم که استفاده از توابع چگالی متوسط هموار نتایج بسیار خوبی را به همراه دارد. (روش مشابهی در مکانیک استفاده می شود که در آن تابع چگالی جرم، با وجود این واقعیت که جرم فقط به صورت گسسته در مقیاس اتمی با ذرات اولیه مرتبط است، هموار تعریف می شود.) ما چگالی بار حجمی را تعریف می کنیم، ρ، به عنوان مقدار منبع به شرح زیر است:
ρ=lim┬(∆v→0)⁡〖∆q/∆v〗 (C/m^3)

که در آن ∆q مقدار بار در حجم بسیار کم ∆v است. باید چه مقدار ∆v کوچک باشد؟ باید به اندازه کافی کوچک باشد تا تغییرات دقیق ρ را نشان دهد اما به اندازه کافی بزرگ باشد که شامل تعداد زیادی بارهای گسسته باشد. به عنوان مثال، یک مکعب عنصری با اضلاع به اندازه 1 میکرون (106 متر یا 1 میکرومتر) دارای حجم 18-10 متر مکعب است، جزوه ترمودینامیک 1  هنوز هم شامل 1011 (100 میلیارد) اتم خواهد بود. یک تابع هموار از مختصات فضا، ρ، که با چنین ∆v کوچکی تعریف شده است، انتظار می رود نتایج دقیق ماکروسکوپی را تقریباً برای همه اهداف عملی به همراه داشته باشد.
در برخی از موقعیت های فیزیکی، مقدار بار ∆q ممکن است با عنصری از سطح ∆s یا عنصری از خط ∆l مشخص شود. در چنین مواردی بهتر است چگالی بار سطحی، ρ_s یا چگالی بار خطی ρ_l به صورت زیر تعریف شود:

به جز موارد خاص، چگالی بار از نقطه ای به نقطه دیگر متفاوت است. بنابراین، ρ، ρ_s و ρ_l، به طور کلی توابع نقطه ای مختصات فضا هستند.
در حال حاضر نرخ تغییر بار نسبت به زمان است. به این معنا که،
I=dq/dt (C/s یا A)
که در آن I خود ممکن است وابسته به زمان باشد. واحد جریان کولن بر ثانیه (C/s) است که همان آمپر (A) است. جزوه سازه های بنایی مقاوم در برابر زلزله جریان باید از یک منطقه محدود عبور کند (برای مثال یک سیم سازه های بنایی با سطح مقطع محدود)؛ بنابراین تابع نقطه ای نیست. در الکترومغناطیس ما یک تابع نقطه بردار چگالی حجم جریان (یا به سادگی چگالی جریان) J را تعریف می کنیم، که (/) (/) : () ً () ؛ ()