بخشی از مقاله
چکیده:
طیف پاسخ، منحنی یک تابع پاسخ بیشینه - مثل شتاب، سرعت و یا جابجایی - میباشد که برای میراییهای مختلف بر حسب پریود طبیعی - یا فرکانس طبیعی - رسم میشود که در واقع بیانگر اثر زلزله بر یک سیستم یک درجهی آزادی می باشد. در مطالعه حاضر، طیف طرح ویژه پاسخ شتاب بر حسب پریود طبیعی و برای میرایی % 5 تعیین گردیده و سپس بر روی قابهای نمونه 3، 9 و 20 طبقه که توسط انجمن مهندسان سازه کالیفرنیا جهت انجام فاز دوم پروژه تحقیقاتی گروه SAC طراحی شدهاند، اعمال گردیده است. طیف پاسخ را میتوان با روشهای قطعی - تعیّنی - و احتمالاتی بدست آورد. در روش اول، تجزیه و تحلیل برای زمینلرزهای با اندازه معیّن و در یک منبع لرزهای خاص صورت میگیرد که در فاصله معیّن از یک مکان خاص اتفاق میافتد.
با انتخاب بزرگای زمینلرزه و فاصله منبع آن، طیف پاسخ شتاب به کمک دو روش: مقیاس شکل طیف پاسخ به اوج شتاب زمین و برآورد مستقیم، تهیه میگردد؛ که روش مستقیم خود به دو صورت استفاده از روابط کاهندگی و همچنین تجزیه و تحلیل آماری دادههای جنبش زمین انجام میگیرد. در روش احتمالاتی، آخرین وضعیت گسلهای منطقه و زمینلرزههای گزارش شده تاریخی و ثبت شده دستگاهی و رخداده در شعاع 150-200 کیلومتری از محل ساختگاه، گردآوری و مورد مطالعه قرار می گیرد. در تحقیق حاضر، با برآورد پارامترهای مورد نیاز و با بکارگیری روابط کاهندگی معتبر و استفاده از نرمافزارهای MATLAB و Kijko 2000، طیف طرح ویژه پاسخ شتاب زلزله برای ساختگاه مورد نظر تهیه شده و پاسخ قابهای خمشی مختلف تحت طیفهای فوق، با یکدیگر مقایسه شدهاند.
واژههای کلیدی: طیف پاسخ شتاب، تحلیل خطر قطعی، تحلیل خطر احتمالاتی، روابط کاهندگی، قابخمشی فولادی
-1 مقدمه
زمینلرزه تنها پدیده طبیعی است که هنوز عملاً غیرقابل پیشبینی باقیمانده است. تحلیل خطر با هدف برآورد پارامترهای جنبش قوی زمین انجام میگیرد.[1] طیف پاسخ زلزله بعنوان حاصل تحلیل خطر، یک مفهوم کلیدی در مهندسی زلزله بوده و وسیله مناسبی برای تعیین حداکثر پاسخ سازه تحت مؤلفه خاصی از حرکت زمین میباشد. شکل طیفهای پاسخ زلزله - شتاب، سرعت یا جابجایی - ، در اثر عواملی مانند بزرگا، مکانیزم منبع لرزهزا و مشخصات آن، فاصله از منبع لرزهزا، مسیر حرکت موج، جهتپذیری گسلش، زمینشناسی محل و شرایط خاک ممکن است تغییر کند.[2]
بطور کلی طیف طرح ویژه ساختگاه به دو روش قطعی و احتمالاتی تعیین میگردد. این دو روش دارای چهار گام میباشند. گام اول و مشترک جهت تهیه طیف شتاب در دو روش، شناسایی و مشخص نمودن تمامی منابع لرزهزا که در محل قادر به تولید حرکات مهم زمین هستند، میباشد.[3] گام دوم در روش قطعی، انتخاب پارامتر فاصله منبع تا محل برای هر منبع لرزهزا میباشد. این فاصله ممکن است بر مبنای فاصله کانونی یا فاصله رو کانونی، بسته به فاصله مورد نیاز در روابط کاهندگی که در مراحل بعد استفاده میشود، تعریف گردد.[3] گام سوم، انتخاب زلزلهای است که شدیدترین ارتعاشات را تولید خواهد کرد. این زلزله معمولاً بر حسب تعدادی از پارامترهای حرکت زمین بیان میگردد.[3] اما گام نهایی در این روش محاسبه پارامترهای جنبش شدید زمین مانند بیشینه شتاب و یا طیف پاسخ برای مشخص نمودن خطر زلزله مییاشد. در روش احتمالاتی، گام دوم مشخص کردن لرزهخیزی و یا توزیع تکرار زمینلرزه میباشد.[3] گام سوم انتخاب رابطه کاهندگی مناسب بوده و بالاخره در گام آخر عدم قطعیتها در محل و اندازه زلزله و تخمین پارامترهای حرکت زمین، به منظور دستیابی به احتمالی که در خلال فاصله زمانی خاص، پارامتر حرکت زمین ممکن است از آن تجاوز کند، ترکیب خواهد شد.[3]
در تحقیق حاضر، طیف طرح ویژه پاسخ شتاب زلزله برای منطقه گیسوم واقع در استان گیلان و در فاصله 25 کیلومتری از شهرستان تالش با موقعیت جغرافیایی N37.681œ و E49.046œ به روش قطعی و احتمالاتی تهیه میگردد. طیفهای حاصل بر قابهای خمشی فولادی مختلف اعمال گردیده و نتایج مربوط به تعدادی از بیشینه پاسخهای مختلف با یکدیگر مورد مقایسه قرار میگیرند . سرعت متوسط موج برشی در عمق 30 متر ابتدایی خاک در این منطقه با استفاده از آزمایشات ژئوتکنیک برابر با 173/4 متر بر ثانیه تعیین گردیده است. بعنوان گام اول و مشترک هر دو روش قطعی و احتمالاتی، گسلهای موجود در محدوده 150 کیلومتری از محل ساختگاه با استفاده از نرم افزار GIS و بر اساس اطلاعات نقشه گسلهای فعال ایران که توسط پژوهشگاه بینالمللی زلزلهشناسی و مهندسی زلزله[4] ارائه شده، استخراج گردید که مشخصات آنها در جدول - 1 - آمده است.
جدول:1 مشخصات گسلهای فعال اصلی در شعاع 150 کیلومتری پروژه مورد مطالعه واقع در منطقه گیسوم4-7] و [1
-2 تعیین طیف طرح ویژه پاسخ شتاب به روش قطعی
برای تعیین طیف طرح ویژه پاسخ شتاب زلزله با رهیافت قطعی، پس از شناسایی گسلهای فعّال در محدوده 150 کیلومتری از ساختگاه مورد نظر، نوبت به تعیین مقادیر بزرگای بیشینه - Mmax - زلزله ناشی از این گسلها میرسد. برای این کار از رابطهای که توسط نوروزی [8] بین طول گسیختگی گسل و بزرگا ارائه گردیده، استفاده شده است:
که در آن Ms بزرگای موج سطحی و L طول گسیختگی گسل به متر میباشد که بر حسب درصدی از طول کلی گسل برآورد میگردد و Log، لگاریتم در مبنای 10 میباشد. نوروزی درصد گسیختگی گسل را برابر %30 برای گسلهای بالاتر از 300 کیلومتر و %50 برای گسلهای پایینتر از 300 کیلومتر در نظرگرفته است. با توجه به فاصله بسیار کم گسل تالش - فاصله 6 کیلومتری - نسبت به گسل شمال البرز - فاصله 101 کیلومتری - از محل ساختگاه، این گسل به عنوان گسل مبنا برای تحلیل قطعی جهت تعیین طیف ویژه پاسخ شتاب انتخاب میشود. با توجه به توضیحات فوق، بزرگای موج سطحی که در روش قطعی باید مورد استفاده قرار گیرد، برابر با 7/6 برآورد گردید. در ادامه، طیفهای ویژه شتاب زلزله برای منطقه گیسوم که با استفاده از رهیافت قطعی و به سه روش مختلف تعیین شده، ارائه میگردد.
-1-2 مقیاس شکل طیف پاسخ به اوج شتاب زمین
این روش یک روش سه بخشی است که در آن ابتدا اوج شتاب زمین تخمین زده میشود.[9] این سه بخش عبارتند از: -1 تخمین اوج شتاب زمین - : - PGA برای تخمین PGA از روابط کاهندگی استفاده میشود. در این تحقیق از 3 رابطه
کاهندگی مختلف برای برآورد PGA استفاده شده است. این روابط عبارتند از تاکاهاشی و همکاران - [10] - 2004، کمپل و بزرگنیا - [11] - 2008و صفاری و همکاران - .[12] - 2010
-2 انتخاب شکل طیف: در این تحقیق از شکل طیف معرفی شده در استاندارد [1] 2800 استفاده شده است.
-3 تعیین طیف نهایی: در این مرحله با ضرب PGA تعیین شده در بند - 1 - در شکل طیف تعیین شده در بند - 2 - ، طیف نهایی حاصل میگردد. PGA نهایی مورد استفاده برای تعیین طیف نهایی از ترکیب PGAهای بدست آمده از 3 رابطه کاهندگی ذکر شده در بند - 1 - با ضریب وزنی برابر بدست آمده است.
مراحل فوق با استفاده از یک برنامه کامپیوتری که در محیط Matlab نوشته شده است، اجرا شده و طیف حاصل که بنام طیف PGA_SA نامیده شده، در شکل - - 1 آمده است. با دقت در شکل - 1 - مشاهده میشود بیشترین مقادیر طیف شتاب در بازه پریود 0/2 ثانیه تا 1 ثانیه ثابت و برابر با 1/6g میباشد.
شکل :1 طیف شتاب حاصل از مقیاس شکل طیف پاسخ به اوج شتاب زمین - - PGA_SA
