بخشی از مقاله
چکیده
مشخصات ژئوتکنیکی لایه هاي سطحی زمین تاثیرات زیادي را بر موج زلزله و میزان خرابی هاي ناشی از آن می گذارد. از این رو، اخیرا برخی از محققان، با استفاده از روش هاي خاص سعی در کاهش PGA و تغییر در محتواي فرکانسی موج زلزله قبل از رسیدن به سازه به منظور کم کردن پاسخ سازه به زلزله پرداخته اند که می توان به استفاده از لایه هاي مصنوعی خاص نظیر ژئوتکستایل و یا مخلوط لاستیک و خاك در زیر پی سازه اشاره کرد.
در این تحقیق به بررسی اثر یک لایه خاك اضافه شده به سطح یک پروفیل خاك مشخص - پروفیل شهر بم - ، بر پاسخ ساختگاه پرداخته شده است. لایه اضافه شده داراي سه ضخامت 1، 3 و 6 متر و سرعت موج برشی 80، 200 و 400 متر بر ثانیه می باشد. همچنین تاثیر اضافه کردن یک لایه ضعیف 1 متري که در زیر یک لایه سخت 2 متري قرار دارد، بررسی شده است که عملا مشابه حالتی است که لایه سطحی یک زمین سست با استفاده از تراکم، تزریق و ... بهسازي می شود. تحلیل ها در حوزه فرکانس و به روش خطی معادل انجام شده است.
نتایج حاصل از تحلیل ها، در دو دسته شتاب بیشینه سطح زمین و ضریب بازتاب با هم مقایسه شده اند . نتایج نشان می دهد که استفاده از یک لایه ضعیف با ضخامت کافی یا یک لایه ضعیف در زیر یک لایه سخت، می تواند باعث تضعیف قابل توجه موج زلزله بخصوص در پریودهاي پایین در زلزله هاي قوي بشود . البته بدلیل پایین بودن ظرفیت باربري و نشست هاي زیاد سازه در لایه ضعیف با ضخامت بالا، استفاده از یک لایه ضعیف در زیر یک لایه سخت، روشی عملی تر و بهتر براي کاهش پاسخ سازه می باشد.
مقدمه
هر سازه با توجه به ویژگی هاي خود و موج ورودي زلزله، پاسخ متفاوتی از خود نشان می دهد . مهمترین پارامترهایی که پاسخ سازه را تحت تاثیر قرار می دهند عبارتند از: بیشینه شتاب موج ورودي، محتواي فرکانسی موج ورودي، میرایی و پریود سازه. از بین این چهار عامل، دو عامل اول مربوط به موج ورودي و دو عامل دیگر مربوط به ویژگی هاي سازه می باشد. براي بررسی روش مناسب براي کاهش پاسخ سازه به زلزله باید روي این پارامترها تمرکز کرد و با تغییر در این پارامترها، پاسخ سازه را کاهش داد.
الف- تغییر در پارامترهاي سازه
از مرسوم ترین روش هاي کاهش پاسخ سازه، افزایش پریود - به غیر از سازه هاي خیلی کوتاه - و افزایش میرایی آن می باشد. با افزایش پریود و میرایی سازه، شتاب طیفی و در نتیجه برش پایه سازه کاهش پیدا می کند. این تغییرات در سازه را به روش هاي مختلفی می توان اعمال کرد. به عنوان مثال، براي افزایش میرایی سازه می توان از میراگر در مهاربندهاي سازه و همچنین به منظور افزایش پریود سازه از سیستم هاي جداسازي پایه استفاده کرد.
ب- تغییر در پارامترهاي موج ورودي
همانطور که گفته شد، از مهمترین پارامترهاي تاثیرگذار بر پاسخ سازه، مشخصات موج ورودي نظیر بیشینه شتاب موج ورودي - PGA - و محتواي فرکانسی می باشد. با افزایش بیشینه شتاب موج ورودي، پاسخ سازه نیز افزایش پیدا می کند. همچنین اگر پریود سازه با پریود موج ورودي به هم نزدیک باشند، پاسخ سازه تشدید می شود و بالعکس با فاصله گرفتن پریود موج ورودي از پریود سازه، پاسخ سازه کاهش پیدا می کند. بنابراین به منظور کاهش پاسخ سازه، باید بیشینه شتاب موج ورودي را کاهش داد و همچنین با تغییر محتواي فرکانسی موج ورودي به سازه، پریود موج ورودي را از پریود طبیعی سازه دور کنیم. براي نیل به چنین اهدافی، روش هاي مختلفی ارائه شده است.
یکی از روش هایی که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است، استفاده از سیستم هاي جداسازي پی از خاك با استفاده از لایه هاي مصنوعی نظیر بعضی از ژئوتکستایل ها می باشد - شکل . - 1 با استفاده از این سیستم، بیشینه شتاب و طیف پاسخ موج پس از عبور از لایه مصنوعی به شدت کاهش پیدا می کند - شکل . - 2 در این سیستم، جابجایی لغزشی ماندگار به دلیل اثر نیروي بازگرداننده ناشی از وزن لایه خاك جداسازي شده، کم می باشد.
شکل :1 سیستم جداسازي پی از خاك با لایه مصنوعی شکل :2 اثر لایه مصنوعی در کاهش طیف پاسخ موج عبوري از دیگر روش هاي تضعیف موج ورودي به سازه، استفاده از مخلوط لاستیک و خاك - RSM - در زیر پی سازه می باشد
در این روش، با استفاده از مخلوط لاستیک و خاك در زیر پی سازه، محتواي فرکانسی موج رسیده به پی به شدت تغییر کرده و پریود غالب موج افزایش می یابد. در این روش، شتاب طیفی بیشینه کاهش پیدا می کند - شکل . - 4 اما به دلیل افزایش شتاب طیفی در پریودهاي بالا، این سیستم را تنها براي سازهاي با پریود کوتاه می توان به کار برد. مشکل دیگر این سیستم، افزایش جابجایی هاي سازه - دریفت طبقات ساختمان - می باشد.
شکل :3 جداسازي لرزه اي با مخلوط لاستیک و خاك شکل :4 تاثیر RMS بر طیف پاسخ نرمالیزه شده شتاب با توجه به مباحث فوق، می توان دریافت که تضعیف موج زلزله قبل از رسیدن به سازه، روشی مناسب و کارآمد براي کاهش پاسخ سازه می باشد .
هدف از این تحقیق نیز بررسی اثر اضافه کردن یک لایه با مشخصات معین به سطح یک پروفیل خاص در پاسخ ثبت شده سطح زمین و اینکه آیا می توان با استفاده از یک یا چند لایه سطحی، پاسخ ثبت شده سطح زمین را تضعیف کرد؛ می باشد. براي این منظور ابتدا صحت عملکرد نرم افزار بررسی شد. سپس پروفیل هاي انتخاب شده تحت 5 رکورد مختلف زلزله با مقدار PGA بین 0.14g تا 0.79g تحلیل شده و میانگین پاسخ ها با هم و همچنین با پاسخ پروفیل اولیه - بدون لایه اضافی - مقایسه شده اند. تحلیل ها در حوزه فرکانس، با نرم افزار DeepSoil و به روش خطی معادل انجام شده است.
صحت سنجی عملکرد نرم افزار
براي صحت سنجی نرم افزار، از دو رکورد ثبت شده در ایستگاه هاي جزایر Yerba Buena و Treasure در زلزله 19 اکتبر 1989 لوماپریتا استفاده شده است. فاصله ایستگاه هاي جزایر Yerba Buena و Treasure از منبع - کانون - زلزله تقریبا یکسان می باشند. می توان این گونه فرض کرد که شتاب ثبت شده در ایستگاه سنگی Yerba Buena مشابه شتاب رسیده به سنگ بستر Treasure می باشد. بنابراین هنگامی که پروفیل خاك جزیره Treasure را تحت زلزله ثبت شده در Yerba Buena قرار می دهیم، انتظار بر این است که شتاب و طیف پاسخ محاسبه شده توسط نرم افزار با مقادیر ثبت شده در سایت Treasure مشابه باشد. مشخصات ژئوتکنیکی ایستگاه جزیره Treasure در - Foerster and Modaressi, 2007 - آمده شده است.
با محاسبه پاسخ پروفیل جزیره Treasure تحت رکورد جزیره Yerba Buena مشخص شد که شتاب محاسبه شده توسط نرم افزار همخوانی مناسبی از لحاظ مقدار و شکل با شتاب ثبت شده در ایستگاه دارد. مقدار پیک شتاب براي هر دو، تقریبا برابر 0/16g می باشد. طیف پاسخ محاسبه شده توسط نرم افزار از لحاظ شکل، همخوانی مناسبی با طیف پاسخ شتاب ثبت شده در ایستگاه دارد. اما از لحاظ مقدار، کمی با هم فاصله دارند که این تفاوت به روش تحلیل استفاده شده - روش خطی معادل - بر می گردد و لذا منطقی به نظر می رسد.
شکل :5 شتاب سطح زمین در جزیره Treasure شکل :6 طیف پاسخ سطح زمین در جزیره Treasure و Yerba Buena
معرفی پروفیل انتخاب شده
پروفیل خاك انتخاب شده براي این تحقیق، از دو گمانه نزدیک به ایستگاه بم در شهر بم بدست آمده است. عمق این گمانه ها 30 متر می باشد. با توجه به مشخصات خاك در دو گمانه، یک پروفیل نهایی براي آنالیز ارائه شده است - جدول . - 1 همچنین با توجه به مشخصات خاك و روابط پیشنهادي ارائه شده توسط ایشی باشی و ژانگ - 1993 - ، نمودارهایی براي میرایی و نسبت مدول برشی بر حسب میزان کرنش ارائه شده است
جدول:1 مشخصات پروفیل خاك براي آنالیز
