بخشی از مقاله
خلاصه
شتابنگاشتها به عنوان عنصر ورودی در تحلیل دینامیکی افزاینده، نقشی بنیادی بر پاسخ تقاضای لرزه ای در سازهها ایفا میکنند. در واقع انتخاب نادرست مجموعه شتابنگاشتهای ورودی میتواند سبب یک تخمین غیرقابل اطمینان از تقاضای لرزه ای در سازهها گردد. با چنین پیشزمینهای در تحقیق حاضر به ارزیابی تأثیر انتخاب شتابنگاشت بر پاسخ حداکثر تغییر مکان نسبی بین طبقاتدر قابهای خمشی فولادی پرداخته شده است. در این تحقیق با مدلسازی غیرخطی قابهای خمشی فولادی کوتاه مرتبه و بلند مرتبه و بکار بردن آنها در یک تحلیل دینامیکی افزاینده غیر خطی در محیط نرمافزار OPENSEESتحت چند مجموعه مختلف از شتابنگاشتهای انتخابی با پارامترهای لرزهای - بزرگی و فاصله - مختلف اقدام به تخمین تقاضای لرزهای در آنها گردید. نتایج حاصل در این تحقیق نشانگر اهمیت انتخاب شتابنگاشتها در تقاضای لرزهای و نیز تأثیرگذاری قابل توجه پارامترهای بزرگی و فاصله در شتابنگاشتها بر نتایج نهایی میباشد. همچنین این نتایج میتوانند اثبات کننده لزوم دقت هرچه بیشتر در انتخاب شتابنگاشتها جهت تخمین تقاضای لرزهای میباشد.
کلمات کلیدی: تقاضای لرزهای، شتابنگاشت، بزرگی زلزله، فاصله، قاب خمشی فولادی
1. مقدمه
تخمین تقاضای لرزهاییکی از مهمترین اجزای روش نوین طراحی بر اساس عملکرد محسوب میگردد. در این روش داشتن تخمینی مناسب از پارامتر هدف تقاضای لرزهای که- عموماًیک پاسخ تغییرمکانی سازه انتخاب میگردد تا بتواند نشانگر رفتار غیرخطی سازه باشد.- جهت مقایسه آن با مقدار هدف در چارچوب طراحی بر اساس عملکرد اجتنابناپذیر است .[1]
اما بزرگترین چالش در تخمین تقاضای لرزهای، عدم قطعیتها و تصادفهای فراوانی است که در این کمیّت وجود دارد. سرمنشأ این عدم قطعیتها را میتوان در دو دسته از عوامل یعنی عدم قطعیتهای موجود در حرکات زمین ناشی از زلزله - نظیر بزرگی زلزله، فاصله، و . . . - و همچنین عدم قطعیتهای موجود در رفتار غیرخطی سازه - نظیر سختی، شکل پذیری، عملکرد غیرخطی و . . . - دانست. بنابراین طبیعی است که به علت این تصادف و عدم قطعیت، استفاده از یک چارچوب احتمالاتی در انجام این تخمین الزامی باشد. به چنین چارچوبی تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزهای اطلاق میگردد .[2] روش معمول جهت ایجاد چنین چارچوبی، برمبنای جدا کردن عدم قطعیتهای لرزهای از عدم قطعیتهای رفتار سازه با استفاده از یک پارامتر واسطه به نام شاخص شدت - Intensity Measure - ، استوار است .[3] شاخص شدت پارامتری است که باید از یک طرف بتواند نشانگر سطح خطر زلزله باشد و از طرف دیگر بتوان در سطوح مختلف عملکردی آن را به پارامتر تقاضای لرزهای ارتباط داد تا از این طریق، مسأله تخمین تقاضای لرزهای، به دو مسأله جداگانه، یکی لرزهشناسی و دیگری سازهای تبدیل گردد و قابل حل باشد.در این تحقیق از شتاب حرکت زمین - - PGA به عنوان شاخص شدت استفاده شده است.
اگر پارامتر تقاضای لرزهای حداکثر تغییرمکان نسبی بین طبقات انتخاب و باDRنشان داده شود و شاخص شدت با علامت IMبه نمایش در آید، مسأله تخمین تقاضای لرزهای بصورت ذیل قابل حل است :[2]
که در این عبارت، HIM - y - به معنای احتمال وقوع سالیانه تجاوز پارامتر IM از مقدار مشخص y و یا به عبارت دیگر منحنی خطر پارامتر شاخص شدت میباشد که دیفرانسیل آن در نقطه y مورد استفاده قرار گرفته است. این جزء عموما توسط روشهای تحلیل احتمالاتی خطر لرزهای مورد محاسبه قرار میگیرد که در این مقاله مورد توجه نیست و در خصوص آن مراجع مختلفی وجود دارد .[4] جزء مهم در این رابطه، ترم P[DR>x | IM = y]است که به معنای احتمال تجاوز پارامتر تقاضای لرزهای از مقدار مشخص x به شرط وقوع پارامتر شاخص شدت برابر y تفسیر میگردد. در اصل این جزء است که وظیفه ایجاد ارتباط بین پارامتر شاخص شدت و پارامتر تقاضای لرزهای را بر عهده دارد و با فرض یک توزیع نرمال برای پراکندگی دادهها و همچنین استفاده از یک مدل احتمالاتی تقاضای لرزهای قابل محاسبه است. در واقع هسته اصلی در تخمین تقاضای لرزهای،همین مدل احتمالاتی تقاضای لرزهای - Probabilistic Seismic Demand Model - یا بطور خلاصه PSDM میباشد. بطور کلیPSDM رابطهای ریاضی است که پارامتر شاخص شدت را در سطوح عملکردی مختلف به پارامتر تقاضای لرزهای ارتباط میدهد. این رابطه احتمالاتی در هر سطح عملکردی دارای یک میانگین و انحراف معیاراست، اگرچه عموماً مقدار انحراف معیار آنها ثابت در نظر گرفته میشود. .[4]
بزرگترین مشکل در تخمین تقاضای لرزه ای یک سازه انتخاب مناسب شتابنگاشت های ورودی جهت تحلیل دینامیکی می باشد به عبارت دیگر تقاضای لرزه ای تخمین زده شده تابعی از شتابنگاشت ورودی است، بنابراین شناخت دقیق تاثیر شتابنگاشت های ورودی بر تقاضای لرزه ای یکی از الزامات طراحی لرزه ای سازه ها می باشد.هدف از انجام این تحقیق نیز انتخاب بهترین ترکیب از شتابنگاشت های انتخابی به منظور تخمین قابل اعتماد تقاضای لرزه ای می باشد. در واقع انتخاب نادرست مجموعه شتابنگاشتهای ورودی میتواند سبب یک تخمین غیرقابل اطمینان از تقاضای لرزه ای در سازهها گردد.کلیه ی عدم قطعیت ها و تصادف های مربوط به زلزله باید به نحو مناسبی در شتابنگاشت های انتخاب شده برای تحلیل دینامیکی غیر خطی سازه ها منعکس شوند. بنابراین اگر ادعا شود که شتابنگاشت های مناسب، یکی از مهمترین مراحل تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه ای می باشد، سخنی به گزاف گفته نشده است.[5] پارامتر اصلی در انتخاب شتابنگاشت ها بزرگی - M - و فاصله - R - تا منبع تولید زلزله می باشد. در این تحقیق از شتابنگاشت های دور از گسل استفاده می شود.رکورد های با فاصله ی کانونی بیشتر از 13 کیلومتر، رکورد دور از گسل تلقی می شوند. همچنین در این تحقیق از انتخاب شتابنگاشتها بر حسب مفادیر PGA استفاده شده است.
2. مدلسازی قاب های خمشی فولادی
در این تحقیق سه نوع قاب های خمشی فولادی با تعداد طبقات 3، 9 و 15 طبقه مورد استفاده قرار گرفته است - شکل . - 1 قاب ها 2 بعدی، ارتفاع طبقات 3.20 و طول هردهانه 5 مترمیباشد.برای مدل کردن سازهها و انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی بر روی آنها، از نرم افزار OPENSEES که نرم افزاری فوقالعاده قدرتمند در تحلیل غیرخطی سازهها میباشد، کمک گرفته شده است.
شکل -1 نمای شماتیک سه قاب خمشی فولادی سه، نه و پانزده طبقه مدل شده در این تحقیق
3. انتخاب گروه های شتابنگاشتی جهت تحلیل دینامیکی غیر خطی
در این تحقیق از 80 عدد شتابنگاشت استاندارد که بر دو مبنایBin Strategy و مقدار PGA در 8 گروه 20 تایی تقسیم بندی شده اند. 4 گروه از این شتابنگاشت ها بر مبنای Bin Strategy به شرح ذیل [8] و همچنین 4 گروه بر مبنای مقدار PGA انتخاب شدهاند و برحسب بزرگی و فاصله در چهار گروه 20 تایی به شرح ذیل تقسیمبندی شدهاند استفاده شده است. 4 گروه اول با علامت اختصاری M1 تا M4 و 4 گروه دوم با M5 تا M8 مشخص شده اند.
جدول -1 مشخصات گروه هایشتابنگاشتی مورد نظر
4. تحلیل افزاینده دینامیکی
پارامترهای مجهول در یک مدل احتمالاتی تقاضای لرزهای، باید با توجه به نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی تخمین زده شوند. تحلیل افزاینده دینامیکی بهترین قالب برای انجام این تحلیل به شمار میرود .[7] در این تحلیل، با استفاده از یک ضریب مقیاس کننده که میتواند کوچکتر یا بزرگتر از یک باشد، پارامتر شاخص شدت شتابنگاشت، به تدریج از یک سطح بسیار پایین، تا سطح بالایی که مورد نظر است و سبب ایجاد رفتار غیرخطی شدید در سازه میگردد، مقیاس میشود. در هر مرحله از افزایش پارامتر شاخص شدت، سازه تحت اثر شتابنگاشت مقیاس شده مورد تحلیل دینامیکی غیرخطی قرار میگیرد و تقاضای لرزهای متناظر در آن سطح عملکردی محاسبه شده و به عنوان نتیجه در سطح شاخص شدت مذکور ثبت میگردد. در این مقاله، بمنظور ایجادیک بانک اطلاعاتی کامل، که بتواند مبنایی جهت تخمین پارامترهای مجهول مدلهای احتمالاتی تقاضای لرزهایمورد استفاده قرار گیرد، از تحلیل افزاینده دینامیکی مدلهای سازهای، تحت اثر 80 شتابنگاشت معرفی شده در بخش سه استفاده شده است .[8] در اینجا پارامتر PGA برای انجام عملیات تحلیل دینامیکی از 0.05 شروع و تا 1.25 ادامه داشته است. به عنوان نمونه بخشی از نتایج حاصل شده از این تحلیل دینامیکی افزاینده برای قابهای 3 و 15 تحت گروه LMLR در شکل - 2 - مشاهده میگردد.
شکل -2نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی افزاینده در قابهای 3 و 15 طبقه تحت شتابنگاشتهایLMLR
