بخشی از مقاله
چکیده
از آنجا که در ویرایشهاي قبلی استاندارد 2800 اثر حوزه نزدیک گسل در نظر گرفته نشده است و خصوصیات زلزله در فواصل نزدیک و دور منبع لرزهاي به لحاظ دامنه و محتواي فرکانسی متفاوت است، در نظر گرفتن اثرات زلزلههاي حوزه نزدیک و بهسازي لرزهاي ساختمانهایی که بر اساس ویرایشهاي قبلی این استاندارد طراحیشدهاند ضروري به نظر میرسد. در این مطالعه با استفاده از نرمافزار SAP2000 اثر میراگرهاي ویسکوز و نحوه چیدمان مهاربندها با توجه به فاصله سازه از منبع لرزهاي در حوزه نزدیک بر رفتار لرزهاي یک سازه 9 طبقه بتنی مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج حاکی از آن است که بهسازي لرزهاي سازه مذکور الزامی بوده و استفاده از میراگرهاي ویسکوز با حدود 90 درصد سهم استهلاك انرژي ورودي، میتواند روش مناسبی براي کنترل سازه باشد. همچنین قرار دادن میراگرها بهصورت جفت در هر قاب بدون در نظر گرفتن فاصله آنها از مرکز جرم بر قرار دادن همان تعداد میراگر بهصورت تکی در هر قاب در اکثر مواقع ارجحیت دارد. ضمنا میراگرها با نزدیک شدن به منبع لرزهاي برخلاف عملکرد مناسب در کاهش جابجایی ماکزیمم، بام عملکرد مناسبی در کاهش برش پایه نشان نمیدهند.
کلمات کلیدي: زلزله حوزه نزدیک؛ میراگر ویسکوز؛ چیدمان مهاربندي؛ ساختمان بتنی ؛ بهسازي لرزهاي.
.1 مقدمه
کشور ایران ازنظر زمینشناسی در محل برخورد صفحه بزرگ عربستان و هندوستان قرارگرفته و موقعیت زمین ساختی و واقعشدن آن بر روي کمربند لرزهخیز آلپ هیمالیا، جایی که پوسته تشکیلدهنده قاره آسیا – اروپا به پوسته تشکیلدهنده قاره آفریقا و هند برخورد میکند، باعث شده این کشور همواره با خطر وقوع مهمترین پدیده طبیعی روبرو باشد. زلزلههاي بزرگی همانند زلزلهي زرند 1383، بم 1382، آوج 1381، منجیل 1369 و... خود گواهی بر این مطلب است.
تجربه حاصل از زلزلههاي فوق نشان میدهد که شدیدترین خسارات مربوط به خرابی سازهها است. ازاینرو مقاومسازي ساختمانهاي موجود در کشور که بیشتر آنها فاقد مقاومت لرزهاي کافی میباشد، در کاهش تلفات جانی و خسارات مالی در زلزلههاي آتی نقش تعیینکنندهاي دارد. از طرف دیگر تا دو دهه پیش بحث مربوط به فاصله کانون زلزله تا سایت مخاطب چندانی نداشت و تنها به صورتی کلی و در موارد خاصی بدان پرداخته میشد. علت این امر عدم وجود موردي خلاف فرضیههاي متعارف و نیز در دسترس نبودن هیچگونه اطلاعات مستند مانند رکوردهاي ثبتشده در این خصوص بود .[1]
پس از وقوع زلزلههاي مخرب و قوي نورتریج، کوبه و چیچی و تخریب سازههایی که بر اساس آئیننامههاي مدرن طراحی، ساختهشده بودند، توجه محققین به زلزلههاي نزدیک به منبع لرزهاي یا نزدیک گسل و خصوصیات منحصربهفرد آنها جلب شد. از سال 1994 تحقیقات گستردهاي در مورد زلزلههاي نزدیک منبع لرزهاي و آثار مخرب آن در جنبههاي مختلف طراحی سازهها آغاز شدح تأثیر این روند در مدارکی چون ص،لس Aقغًو،ککذسهBس ؛ خککذس هBسو نظیر قابلمشاهده است.[2]
زلزلههاي نزدیک گسل به زلزلههایی اطلاق میشود که فاصلهشان از مرکز آزاد شدن انرژي کمتر از یک حد معینی باشد، بعضی از محققین این فاصله را 50 کیلومتر میدانند و برخی دیگر ازجمله اکی این فاصله را 15 کیلومتر در نظر گرفتهاند.[3] مطالعات متعدد بر روي زمینلرزههاي حوزه نزدیک این نکته را به اثبات میرساند که این نوع زمینلرزهها به سبب داشتن ویژگیهایی مانند پالسهاي ضربهاي با دامنه بزرگ و دوره تناوب زیاد اثرات تخریبی بیشتري نسبت به سایر انواع زمینلرزهها دارد.
بر این اساس با توجه به اینکه در ویرایشهاي قبلی آییننامه 2800 این اثرات در نظر گرفته نشده است تجهیز کردن سازههایی که ممکن است تحت زمینلرزههاي حوزه نزدیک قرار گیرند به سیستمهایی که با روش مناسبی بتوانند خرابی ناشی از زلزله را به حداقل برسانند، امري ضروري خواهد بود.[4]
درروش سنتی طراحی لرزهاي، سعی بر این است که براي سازه ترکیبی از مقاومت و شکلپذیري فراهم شود تا سازه بتواند در مقابل بارهاي تحمیلشده مقاومت کندح در زلزلههاي بزرگ مهندس طراح سازه در ساختمانهاي با کاربريهاي مختلف با پذیرش مقدار معینی از خرابی سازهاي و غیر سازهاي بر روي شکلپذیري ذاتی سازه تکیه میکند تا از گسیختگیهاي فاجعهآمیز جلوگیري کنند. در عصر نوین محققین با بیرون آمدن از این تفکر و با موردتوجه قرار دادن خصوصیات دینامیکی واقعی تحریکهاي محیطی، پیشرفتهاي چشمگیري در طراحی سازهها به وجود آوردهاند. یکی از مفاهیم ابداعی جدید محافظت از سازهها به روش استهلاك انرژي و کنترل ارتعاشات است.[5]
کنترل سازه بهعنوان یکرشته تحصیلی در دهه 1970 پدید آمد. مفاهیم پایه این سیستم براي اولین بار درمهندسی برق و مهندسی سیستمها مطرح شد. در ابتدا، مطالعاتی بر روي ابزار قابلنصب بر روي سازهها بهمنظور کاهش تغییرشکلهاي ناشی از بارهاي محیطی و کمک به کاهش پاسخ براي بهبود عملکرد سازه صورت گرفت. در دهه 80 و 90، کنترل سازه تکامل یافت و از تئوري به برنامههاي عملی بهمنظور بهبود رفتار سازه در برابر نیروهاي دینامیکی وارده تبدیل شد. بهعنوان یک تعریف، کنترل سازه مستهلک کردن انرژي ورودي ناشی از حرکت زمین به سازه است. این عمل به سه روش کلی کنترل فعال، کنترل نیمه فعال و کنترل غیرفعال و با استفاده از ابزارهاي متفاوتی انجام میشود سیستمهاي کنترل غیرفعال، سیستمهایی هستند که با ایجاد تغییراتی دائمی در سازه بهمنظور افزایش قابلیت استهلاك انرژي، پاسخهاي سازه را کاهش میدهد.
میراگر ویسکوز یکی از سیستمهاي جاذب انرژي میباشد که در مقایسه با اندازه فیزیکی خود از توانایی جذب انرژي بالایی برخوردار میباشد. این میراگرها اولین بار در قرن 19 براي خنثیسازي اثرات ضربه توپها در کشتی استفاده شد حدر نیمه اول قرن 20 وارد کمپانی اتومبیلسازي شد و در اواخر دهه 1980 جهت استفاده این نوع میراگرها در صنعت ساختمان، آزمایشهایی در مرکز ملی مهندسی زلزله در دانشگاه در نیویورك انجام شد.
پزشکی و ضیاییفر در سال 1389 یک میراگر ویسکوز خطی را با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی توسعه دادند و مشخصات مکانیکی میراگرها را تعیین نمودند. در این مطالعه با استفاده از تکنولوژيهاي موجود ساخت قطعات در کشور و ایدهي حذف آببند و بهتبع آن کاهش و یا حذف بازرسیهاي دورهاي، میراگري با استفاده از بخشی از اتصالات آکاردئونی طراحی گردیدح نمونه میراگر ساختهشده داراي ظرفیت نیرویی کاربردي، 224 کیلونیوتن و دامنهي تغییرمکانی مناسب، 65 میلیمتر و رفتار میرایی آن نیز داراي تابع خطی بود. همچنین مشخصههاي رفتار ذاتی میراگر با استفاده از مدل کلوین تعیین شد. نتایج حاکی از آن بود که با توجه به نحوهي طراحی میراگر، نیاز به ساخت قطعات با دقت بسیار بالا نمیباشد و همچنین در عمل درصورتیکه سیال درون میراگر به مرور زمان دچار تغییر نشود، نیاز به انجام بازرسیهاي دورهاي از بین میرود چراکه قطعهاي پلاستیکی و رزینی وجود ندارد و آببندي مخازن آن بهوسیله جوش بین قطعات حاصلشده است.[7]
در زمینه استفاده از میراگرهاي ویسکوز در حوزه نزدیک میتوان به استفاده از میراگرهاي لزج در تقویت سازههاي بتنآرمه در برابر زلزلههاي حوزه نزدیک توسط نیکخو و همکاران در سال 1392 اشاره کرد. براي این منظور، سه مدل قاب خمشی بتنی با شکلپذیري ویژه و با تعداد طبقات مختلف 8،5 و 11 طبقه تحت هفت رکورد زلزله حوزه نزدیک قرار گرفت. براي بررسی میزان آسیبپذیري سازهها؛ پارامترهاي جابهجایی بیشینه بام، برش پایه و جابهجایی نسبی درون طبقهاي به روش تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی به دست آمد. براي نصب میراگرها در سازه، از آرایشهاي مختلفی در مدلهاي مجزا استفاده گردید. نتایج حاصل، حاکی از کاهش چشمگیر پارامترهاي مذکور و عملکرد مناسب میراگرهاي ویسکوز در کاهش آسیبپذیري سازهها بود.[8]
در سال 2011 آنجفی و همکاران به مطالعه بر روي میزان اثربخشی میراگرهاي ویسکوز بر روي پل بتنی ایزدخواست پرداختند. در این مطالعه 2 میراگر ویسکوز در ابتدا و انتهاي پل مدل شد. نتایج حاصله نشاندهنده کاهش قابلتوجه پاسخ سازه در اثر استفاده از میراگرهاي ویسکوز بود.[9]
همچنین شاهی و اسماعیلآبادي در سال 1394 به ارزیابی لرزهاي سازه فلزي با استفاده از ترکیب بادبندهاي ویسکوز و بادبندهاي همگرا تحت زلزله حوزه نزدیک پرداختند. این مطالعه بر روي قابهاي مهاربنديشده 10،5 و 15 طبقه صورت گرفت و تأثیر افزودن میراگر ویسکوز در عملکرد سازههاي در معرض زلزلههاي حوزه نزدیک بررسی شد. با توجه به اینکه رفتار لرزهاي سازه موردتوجه قرارگرفته بود از تحلیل دینامیکی و نیز شتابنگاشتهاي مختلف زلزلههاي حوزه نزدیک استفاده شد. نتایج نشاندهنده تأثیر مناسب میراگرهاي ویسکوز در کاهش پاسخ سازهها و همچنین تقاضایشان براي شکست، بخصوص سازههاي با ارتفاع بیشتر میباشد. همچنین نتایج قابلملاحظهاي در نحوه تشکیل مفاصل پلاستیک در حالت سازه با میراگر ویسکوز نسبت به سازه بدون میراگر مشاهده شدح در انتها نشان داده شد میراگرهاي ویسکوز میتوانند در بسیاري از مناطق که خطر نسبی زلزله بالاتري دارند، هم براي ساختمانهاي نوساز و هم براي مقاومسازي ساختمانهاي موجود مورداستفاده قرار گیرند.[10]
در سال 2014 هاتزي جورجیو و نوماتیکوس مطالعاتی را در مورد نیروي میرایی حداکثر در سازههاي مجهز شده به میراگرهاي ویسکوز در حوزه نزدیک پرداختند و روش جدید و سادهشدهاي براي محاسبه پارامترهاي موردنیاز براي طراحی میراگرها در حوزه نزدیک ارائه نمودند.[11] همچنین کاندمیر و همکاران در سال 2016 با انجام مطالعاتی مؤثر بودن استفاده از میراگرهاي ویسکوز در جلوگیري از برخورد شدید سازههاي مجاور در اثر زلزله را نشان دادند و تعداد و نحوه چیدمان بهینه میراگرها را در این حالت موردبررسی قرار دادند.[12]
با توجه به آنچه تاکنون مرور شد در نظر گرفتن اثرات زلزلههاي حوزه نزدیک بر ساختمانهایی که بر اساس ویرایشهاي قبلی استاندارد 2800 طراحیشدهاند ضروري به نظر میرسد. بر اساس بند -4 -3-1 نشریه شماره 360 ساختمانهایی که اهمیت فعلی آنها بیش از میزان مفروض در طراحی باشد و یا سطح خطر مدنظر با سطح خطر موجود در طراحی اولیه با استاندارد 2800 متفاوت باشد به ارزیابی و بهسازي لرزهاي بر اساس این دستورالعمل نیاز دارند. در این مطالعه از میراگرهاي ویسکوز که از انواع ابزار کنترل غیرفعال است، بهعنوان وسیلهاي براي کاهش آسیبپذیري یک سازه بتنی 9 طبقه که بهصورت استاتیکی معادل بر اساس استاندارد 2800 ویرایش 3 و با استفاده از مبحث ششم و نهم مقررات ملی ساختمان طراحیشده و بر اساس بند -1-6 -1 نشریه شماره 360 در سطح خطر انتخابی - شتابنگاشت زمینلرزههاي حوزه نزدیک بدون اعمال ضریب اصلاح براي انتقال به سطح غBخ استاندارد - 2800 قرارگرفته؛ استفادهشده استح
