بخشی از مقاله
چکیده
سیستم باربر جانبی قاب خمشی بتنی همراه با دیوار برشی ، بهدلیل تقویت سازه و همچنین کنترل تغییر مکان جانبی بهوجود آمده در اثر زلزله به واسطه سختی جانبی زیاد ، مورد استفاده فراوان قرار میگیرد . با این وجود ، رفتار این سیستمهای باربر جانبی در هنگام زلزله ، مستلزم مطالعات بیشتری می باشد ، ارزیابی دقیق از مقیاس کردن شتاب نگاشت ها در تحلیل دینامیکی این سیستم و همچنین ارائهی راهکارهایی برای بهبود عملکرد لرزهای آن ، هدف اصلی این تحقیق میباشد. برای رسیدن به اهداف تعیین شده، با استفاده از تحلیل دینامیکی به ارزیابی قاب بتنی تقویت شده با دیوار برشی ، پرداخته شده و در حین آن ، معایب و محاسن ضوابط آییننامههای طراحی لرزهای ، مقیاس کردن شتاب نگاشتهای زلزله و تاثیرات آن و همچنین اصلاحات طیفی مورد بررسی قرار گرفته است و در انتها مقایساتی صورت گرفته و نتایج آن پس از بحث ویژه ارائه گشته است . {1}
واژگان کلیدی: سازه ، تحلیل دینامیکی ، دیوار برشی ، شتابنگاشت ، طیف
-1 مقدمه
در طراحی سازه های متعارف معمولا از اثرات اندرکنش دینامیکی خاک - سازه صرف نظر می گردد. این موضوع برای سازه های سبک و زمین های سفت منطقی است. اما برای سازه های خاص، مثل آسمانخراش ها و بزرگراه های چند طبقه، این اثر برجسته و حساس است. خسارات متحمل شده از زلزله های اخیر، مثل زلزله کوبه در سال 1995 در ژاپن، نشان داده است که پاسخ سیستم سازه ای، نه تنها فقط به پاسخ خود سازه اصلی، بلکه به پاسخ فونداسیون و زمین زیر آن نیز وابسته است. خسارات عمده ای درسازه ها به علت اندرکنش خاک - سازه در زلزله های رخ داده گزارش شده است. مسئله اندرکنش خاک و سازه به سازه های مجاور هم نیز قابل تعمیم است. به عنوان مثال، طراحی ساختمان ها در فاز بلند مرتبه سازی شهرها و یا سایت پر تراکم یک نیروگاه هسته ای مستلزم در نظرگیری موضوع مجاورت سازه ها در زلزله می باشد.
گام اساسی در ارزیابی عملکرد ساز ه ها تخمین پاسخ غیرخطی آنها در زلزله مبنا است. برای این منظور دقیق ترین روش معمول در جامعه مهندسی، استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی است. جهت انجام این نوع تحلیل علاوه بر مدل ساز های با قابلیت رفتار غیرارتجاعی، رکوردهای متناسب با زلزله های مبنا نیز مورد نیاز است . این نوع تحلیل کمتر در فرآیندهای عملی طراحی و حتی ارزیابی لرزه ای مورد استفاده قرار می گیرد. از دلایل این امر می توان به مشکلات مربوط به انتخاب رکورد و نیز تفسیر نتایج نهایی آن اشاره نمود. البته در گذشته، مدت زمان مورد نیاز این نوع آنالیز نیز محدودیت عمد های به حساب می آمد که اکنون این محدودیت کمرنگ شده است. استاندارد های ارزیابی، آنالیزهای استاتیکی غیر خطی را به عنوان گزینه ای کاربردی تر در کنار روش پیشین معرفی نموده اند که مورد استقبال بیشتری قرار گرفته است. در آیین نامه های طراحی مانند NEHRP 2003 ، اندرکنش خاک سازه به عنوان عاملی کاهنده در پاسخ ساز ه ها معرفی شده است. بدین دلیل به طراح اجازه داده می شود براساس ضوابط ارائه شده، نیروهای طراحی را کاهش دهد. البته استفاده از این گزینه به صورت اختیاری است. بدین معنی که طراح می تواند طبق ضوابط آیین نامه، سازه های متفاوتی طراحی نماید. این تفاوت در خاک های سخت بسیار ناچیز است و با نرمتر شدن خاک مقادیر قابل ملاحظه ای به خود می گیرد. 1}و2و{4
-2× روشهای تحلیل خطی
- 1-2 روشهای تحلیل دینامیکی
در این روشها نیروی جانبی زلزله با استفاده از بازتاب دینامیکی که سازه در جریان حرکت زمین ناشی از زلزله از خود نشان می دهد تعیین میگردد . این روشها شامل روش تحلیل طیفی و روش تحلیل تاریخچه زمانی است . کاربرد هر یک از این دو روش در ساختمانهای مشمول این مقررات اختیاری است. اثرات حرکت زمین به یکی از صورتهای طیف بازتاب شتاب و تاریخچه زمانی تغییرات شتاب مشخص می شود. طیف بازتاب شتاب برای این زلزله طیف طرح نامیده می شود .
در این آیین نامه برای طیف طرح استاندارد و یا از طیف طرح ویژه ساختگاه مطابق ضوابط خاص خود استفاده نمود. استفاده از هر یک از طیفها برای کلیه ساختمانها اختیاری است . تنها در مورد استفاده از طیف طرح ویژه ساختگاه باید توجه داشت که مقدار آن نباید کمتر از دو سوم مقدار نظیر در طیف طرح استاندارد باشد. {3}
: 1- 1-2 طیف طرح استاندارد
این طیف از حاصلضرب مقادیر ضریب بازتاب ساختمان در پارامترهای نسبت شتاب مبنا , ضرایب اهمیت ساختمان و عکس ضریب رفتار بدست می آید در ضمن این طیف با فرض نسبت میرایی 5 درصد تعیین شده است .
: 2 -1 -2 طیف طرح ویژه ساختگاه
این طیف با توجه به ویژگیهای زمین شناسی , تکتونیکی , لرزه شناسی , میزان ریسک و مشخصات خاک در لایه های مختلف ساختگاه و با در نظر گرفتن نسبت میرائی 5 درصد تعیین می شود . در صورتیکه نوع ساختمان و سطح زلزله مورد نظر منظور نمودن میرائی متفاوتی را ایجاب نماید می توان آن را مبنای تهیه طیف قرار داد . مقادیر محاسبه شده این طیف باید در ضریب اهمیت ساختمان و عکس ضریب رفتار ساختمان ضرب گردد . مقادیر طیف حاصل نباید از 2/3 مقادیر نظیر طیف طرح استاندارد کمتر باشد.
: 3 - 1 -2 تاریخچه زمانی تغییرات شتاب - شتاب نگاشت -
شتاب نگاشت باید حد امکان نمایانگر حرکت واقعی زمین در محل احداث بنا در هنگام زلزله باشد . بدین منظور باید حداقل سه شتابنگاشت با ویژگیهای زیر در تحلیل مورد استفاده قرار گیرد و در صورتیکه شتابنگاشت ها مربوط به زلزله های واقعی اتفاق افتاده در منطق دیگر باشند باید حتی المقدور سعی شود ویژگیهای زمین شناسی , تکتونیکی , لرزه شناسی و به خصوص مشخصات لایه های خاک در محل شتابنگار با محل ساختمان مورد نظر مشابهت داشته باشند ، مدت زمان حرکت شدید در شتابنگاشتها باید زمانی حداقل برابر 10 ثانیه و یا 3 برابر زمان تناوب اصلی سازه مورد نظر هرکدام بیشتر است باشد.
شتابنگاشتهای انتخاب شده باید به مقیاس در آیند ، به مقیاس در آوردن باید به گونه ای باشد که طیف بدست آمده از هر از شتابنگاشتها با نسبت میرایی 5 درصد در محدوده زمان تناوبی ثانیه با طیفی که مطابق ضوابط قسمتهای - الف - یا - ب - بالا به دست می آید تقریباً مطابقت نماید . m شامل شماره کلیه مدهایی است که با میزان حداقل 10 درصد در جرم موثر سازه مشارکت دارند ، در به مقیاس درآوردن شتاب نگاشتها باید اثر نسبت شتاب مبنا , ضریب اهمیت ساختمان و عکس ضریب رفتار - در صورتیکه سازه با روش الاستیک خطی تحلیل می شود - منظور شوند و در صورت غیر خطی بودن روش تحلیل باید با استفاده از روشهای تحقیقاتی قابل قبول انجام گیرد. {2}
: 4- 1-2 روش تحلیل دینامیکی طیفی با استفاده از آنالیز مدها
در این روش تحلیل دینامیک با فرض رفتار الاستیک خطی سازه و با استفاده از حداکثر بازتاب کلیه مدهای نوسانی سازه که در بازتای کل سازه اثر قابل توجهی دارند انجام می گیرد ، حداکثر بازتاب در هر مد با توجه به زمان تناوب آن مد از طیف طرح به دست می آید و بازتاب کلی سازه از ترکیب آماری بازتابهای حداکثر هر مد تخمین زده می شود. {2}
.1 - 4- 1-2 تعداد مدهای نوسان
در هریک از دو امتداد متعامد ساختمان باید حداقل سه مد اول نوسان یا تمام مدهای نوسان با زمان تناوب بیشتر از 4 درصد ثانیه یا تمام مدهای نوسان که مجموع جرمهای موثر ساختمان در آنها بیشتر از 90 درصد جرم کل سازه است هر کدام که تعدادشان بیشتر است در نظر گرفته شود.
.2-4-1-2 ترکیب اثرات مدها
حداکثر بازتابهای دینامیکی سازه از قبیل نیروهای داخلی اعضا ، تغییر مکانها ، نیروهای طبقات ، برشهای طبقات و عکس العمل پایه در هر مد را باید با روشهای آماری شناخته شده مانند روش جذر مجموع مربعات و یا روش ترکیب مربعی کامل تعیین نمود. ترکیب اثرات حداکثر مدها در ساختمانهای نامنظم در پلان و یا در مواردی که زمانهای تناوب دو یا چند مد سازه با یکدیگر نزدیک باشند ،باید صرفاَ با روشهایی که اندرکنش مدهای ارتعاشی را در نظر می گیرد مانند روش ترکیب مربعی کامل انجام شود. 2}و{4 ترکیب مربعی کامل
ایران یکی از کشورهای زلزله خیز دنیا است. هر ساله بدلیل وجود گسلهای متعدد، دهها زلزله بزرگ و کوچک اتفاق می افتد ، تنها در قرن بیستم، ایران شاهد 20 زلزله بزرگ بوده است.
