بخشی از مقاله
خلاصه
ارتعاش یک ساختمان براثر امواج زلزله برخلاف ارتعاش ناشی از یک موج ساده با وجود عوارضی مانند حفرات زیرزمینی از پیچیدگی خاصی برخوردار است. مطالعه درباره حرکات ناگهانی زمین موسوم به زلزله سابقه اي طولانی دارد با توجه به کمبودهاي زیاد ، بسیاري که آیین نامه هاي مرسوم ساختمانی نیاز به تحلیل هاي ویژه ساختگاهی درمناطق با وجود حفرات زیرزمینی و اثرات آن برروي اندرکنش و رفتار لرزه اي سازه هاي طراحی شده و زمین دارند که هیچگونه اشارهاي به آن نشده است.
میزان خرابی ایجاد شده دراثر وقوع زلزله به عوامل بسیاري از جمله مکانیزم شکست، فاصله گسل تا محل، نوع خاك و خصوصیات رکورد زلزله شامل محتواي فرکانسی ، مدت زمان و دامنه و همچنین خصوصیات دینامیکی سازه وابسته است. روشن است به حداقل رساندن خسارت هاي جانی ، اقتصادي و اجتماعی و.... نیازمند مطالعات پارامترهاي مختلف در این زمینه و تدوین و گسترش دیدگاه هاي تحلیلی نسبت به ارتعاشات زلزله می باشد.
محدودیت روش هاي تحلیلی و تجربی ضرورت استفاده از روش عددي جهت حل مسائل برآورد اندرکنش و رفتار لرزه اي سازه ها به ویژه در حضور حفره هاي زیرزمینی و بدون حضور حفره هاي زیرزمینی را ایجاب خواهدکرد در این مقاله با استفاده از روش عددي به کمک نرم افزار آباکوس مبتنی بر روش اجزاي محدود ، به عوامل موثر بر پاسخ لرزه اي سازه هاي موجود با وجود و یا عدم وجود حفرات زیرزمینی پرداخته خواهد شد و نتایج حاصله موردبررسی و مقایسه قرارخواهد گرفت، نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش بزرگاي زلزله پاسخ ها به شدت تحت تاثیر قرار خواهد گرفت ، به طوریکه پاسخ هاي به دست آمده با توجه به تغییرات نوع خاك و تونل و فرکانس تفاوت چشمگیري دارند.
-1 مقدمه
به علت اهمیت موضوع جابجایی زمین در اثر حفر تونلهاي کم عمق در مناطق شهري، از چند دهه قبل تاکنون مطالعات گسترده و متعددي در این خصوص توسط محققین صورت گرفته است. پک - 1969 - با مطالعه میدانی بر روي تعدادي از تونلهاي حفرشده در خاكهاي مختلف، نشان داد که پروفیل نشست در سطح زمین بصورت منحنی توزیع آماري نرمال - گوسی - می باشد. پس از آن آتکینسون و پاتس - 1977 - ، کلاف و اشمیت - 1981 - ، میل و همکارانش - - 1983 و لیچ - 1985 - هریک روابطی جهت تخمین میزان نشست حاصل از حفرتونل ها ارائه دادند.
پیتیلاکیس و همکاران - 2014 - در مورد رفتار لرزهاي تونلهاي دایروي به سبب اثرات اندرکنش سازههاي رو زمینی مطالعه کردهاند و تمرکز آنها بیشتر بر پاسخ تونل بوده است و رفتار تونل را اولویت کار خود قرار دادهاند. در این تحقیق نتیجه این است که براي تمام موارد ارزیابی شده افزایش پاسخ دینامیکی تونل از لحاظ تغییرشکل و لاینینگ در تونلهاي کم عمق نمود بیشتري دارد.
علیالهی و همکاران - 2014 - بر روي اثر استفاده از روش المان مرزي در حوزه زمان براي مطالعه پاسخ زمین لرزه در مجاورت حفرههاي استوانهاي مدفون شده در خاك مطالعه کردهاند. در نتیجه این پژوهش نتایج عددي موید این بودند که براي یک موج تصادفی SV حفره مدفون در مقایسه با حرکت زمین خالی، مولفه افقی در سطح بالاي زمین حفره کاهش مییابد.
سیکا و همکاران - 2013 - بر روي دامنه سطح زمین در اثر حفرههاي زیرزمینی و مدفون پرداختهاند و رفتار و دامنه سطح زمین زمینه تلاش و فعالیتشان بودهاست.
نتیجه این تحقیق نشان میدهد که روشهاي عددي بیان میکنند که حضور حفرههاي مدفون بر روي تقویت پاسخ زمین در مقایسه با زمین خالی تاثیر میگذارند و این تاثیر قابل چشم پوشی نیست. لیو و همکاران - 2013 - بر روي رفتار لرزهاي تونلهاي مدفون با تاباندن موجهاي رایلی P و SV پرداختهاند. نتایج عددي نشان میدهد که اثرات تونل اندود مدفون در زمین، نسبت مدولهاي برشی خطی به متوسط ضخامتهاي خطی تونل مقادیر قابل توجهی میباشد.
رستمی و همکاران - 2016 - اثرات نگهداري و تعمیرات تونل چتري را بر پاسخ سطح زمین بررسی کردند و نتیجه گرفتند که این رفتار اثر مستقیمی بر پاسخ سطح بالاي تونل می گذارد.
رستمی و همکاران - 2016 - تاثیر فرکانس و شیب سطح زمین را در اثر بارهاي دینامیکی مورد بررسی قرار دادند و نتیجه گرفتند با افزایش عمق میزان پاسخ لرزه اي سطح زمین در زمین هاي شیبدار کاهش مییابد و پاسخ در سمت شیبدار رو به پایین بیشتر از سمت دیگر میباشد.
حسنلوراد و همکارانش - 2012 - با استفاده از نرم افزار PLAXIS 3D Tunnel ، اثرات شیب سطح زمین را بر جابجایی قائم تاج و کف تونل و جابجایی افقی دیواره تونل بررسی نمودند ایشان بیان کردند که با افزایش شیب سطح زمین، تغییر مکان قائم تاج و کف تونل افزایش و تغییرمکان افقی دیوارههاي تونل واقع در پایین و بالاي شیب به ترتیب کاهش و افزایش مییابد.
موسیوند و بیات - 2013 - با استفاده از نرم افزار PLAXIS 3D Tunnel ، اثرات شیب سطح زمین را بر نشست سطح زمین و جابجایی افقی اطراف تونل بررسی نمودندکه افزایش شیب سطحی زمین باعث افزایش نشست سطح زمین در بالاي تونل شده و جابجایی افقی در فاصله 6 متر از مرکز تونل در قسمت پایین شیب و بالاي شیب، به ترتیب کاهش و افزایش می یابد.
سان و وانگ - 2012 - با مطالعه بین شتاب سطح زمین در حالت با تونل و بدون تونل بیان کردند که وجود تونل باعث تغییر در شتاب سطح زمین خواهدشد. در مطالعاتی دیگر، بازیار و همکاران - 2014 - با استفاده از مدلهاي آزمایشگاهی و نرم افزاري، اثرات تونل مستطیلی را بر روي شتاب سطح زمین بررسی نمودند؛ که با اعمال رکوردهاي - شتاب - سینوسی و زلزله واقعی به کف خاك بیان کردند که تونل مستطیلی باعث کاهش طیف شتاب در زمان تناوب-هاي کوتاه و افزایش طیف شتاب در زمان تناوبهاي بلند میشود.
در این پژوهش تمرکز ما بر پاسخ سطح زمین در اثر پارامترهاي مختلف میباشد. تغییر در جنس خاك، شکل تونلها و بارگذاري با مشخصات متفاوت جهت ارزیابی پاسخ سطح زمین مطالعه اي گسترده و همه جانبه در این خصوص است که تا به حال در هیچ کار پژوهشی به صورت کلی صورت نپذیرفته است.
-2 مشخصات مدل سازي
در این پژوهش نمونه خاك و تونل مورد بررسی قرار خواهدگرفت. مشخصات خاك در جدول 1 آورده شده که در آن پارامترها به شرح ذیل هستند.
خاك یک لایه بدون آب زیرزمینی می باشد. رفتار خاك با ضابطه موهر-کلمب و همگن بوده و داراي رفتار ارتجاعی-خمیري کامل است که با داشتن پنج پارامتر مدول ارتجاعی - E - ،زاویه اصطکاك داخلی، زاویه اتساع، چسبندگی - C - و ضریب پوآسنخاك، معادلات مدل رفتاري تشکیل میشود.
با استفاده از پارامترهاي فوق و وزن مخصوص خاك - ، میتوان مدول برشی - G - و سرعت موج برشی - VS - را محاسبه نمود.
مدلسازي بر اساس مطالعه پیتیلاکیس و همکاران [5] - 2014 - بوده و نتایج صحت سنجی مدل با نتایج حاصل از این مقاله داراي خطاي کمتر از 10 درصد می باشد که دلیل خطا می تواند به علت استفاده از نرم افزارهاي مختلف، مش بندي و... قابل قبول باشد.
شکل .1 محل قرارگیري و اعمال بار زلزله به توده خاك
جدول .1 مشخصات توده خاك
شکل .2 مشخصات خاك [6]
شکل هاي 3و– 4 نمودارهاي مربوط به صحت سنجی
-1-2 مدلسازي خاك و تونل
-1-1-2 کلیات مدلسازي
لایه خاك و تونل توسط نرمافزار آباکوس مدل میشوند. در نرمافزار مذکور خاكهاي مندرج در جدول 1 مدل شده و سپس تونلهایی با شکل متفاوت حفر خواهد شد. پوشش بتنی تونل نیز به وسیله المان خمشی با رفتار الاستیک مدل گردیده و پارامترهاي مصالح بتنی به آنها اختصاص داده میشود. مشبندي گام بعدي اقدام در نرمافزار میباشد؛ پس از آن با اعمال نیروهاي جانبی به صورت هارمونیک سینوسی - با فرکانسهاي متفاوت - و
رکورد واقعی زلزله، مدل را تحلیل دینامیکی کرده و پاسخهاي مورد نیاز نظیر رکورد شتاب زلزله در سطح خاك، استخراج خواهد شد.
-2-1-2 مدلسازي تونل
شکل 5 شماي کلی مدل را نشان میدهد؛ در شکل مذکور d قطر تونل h عمق قرارگیري تونل - فاصله مرکز تونل از سطح زمین - میباشد. تونلهاي حفر شده در مدل مطابق جدولهاي زیر میباشند. در جدول 2 شکل تونل و عمق قرارگیري آن ثابت بوده و قطر تونل متغیر میباشد؛ در این حالت نسبت قطر به عمق قرارگیري d/h به عنوان متغیر لحاظ خواهدشد. در جدول 3 شکل و قطر تونل ثابت بوده و عمق قرارگیري متغیر میباشد؛ لذا نسبت عمق قرارگیري به قطر d/h متغیر این جدول میباشد. منظور از عمق قرارگیري تونل، فاصله مرکز تونل از سطح زمین میباشد.
