بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به ماهیت تصادفی زلزله نمی توان زاویه مشخصی برای اعمال بارهای لرزه ای بر سازه تعیین کرد و زاویه بحرانی اثر زلزله ممکن است زاویه ای به غیر از جهت محورهای اصلی سازه باشد؛ بنابراین تعیین بحرانی ترین جهت نیروی زلزله مؤثر بر سازه ها یکی از مسائل مهم مهندسی زلزله است. در این مقاله به منظور بررسی اثر زاویه زلزله در قاب های بتنی، دو مدل 6 و 9 طبقه با سیستم قاب خمشی انتخاب شده و با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی و اعمال سه شتابنگاشت دو مولفه ای و تغییر جهت شتابنگاشت های اعمالی جابه جایی نسبی طبقات، جابه جایی بام سازه و تنش محوری ایجاد شده در ستون ها مورد بررسی قرار گرفته است.
شتابنگاشت ها با گام های 15 درجه از زاویه شروع 0 تا 180 درجه به سازه اعمال شده اند که در مجموع 78 تحلیل غیرخطی برای سازه ها اعمال شده است. نتایج تحلیل غیرخطی نشان می دهد که برای زلزله های استفاده شده مقدار بحرانی پاسخ ها می تواند در زوایای مختلفی اتفاق افتاده و جابه جایی نسبی طبقات تا 39 %، جابجایی تراز بام تا % 27 و تنش محوری ستون ها تا 85 % برای مدل های مختلف، متفاوت از مقادیر بدست آمده از اعمال بار در راستای محورهای اصلی سازه باشد.
-1 مقدمه
زلزله یکی از رویدادهای طبیعی است که در طول تاریخ همواره باعث وارد آمدن خسارت های مالی و جانی بسیاری به بشر شده است. از این رو بشر همواره به دنبال راه هایی برای کاهش تلفات و خسارات ناشی از زلزله بوده است که برای رسیدن به این هدف باید بحرانی ترین حالت ممکن در طراحی سازه ها در نظر گرفته شود. عوامل متعددی در طراحی سازه و میزان خسارات ناشی از زلزله تأثیرگذار هستند؛ یکی از این پارامترها که در طراحی یک سازه مقاوم در برابر زلزله باید در نظر گرفته شود، راستای اثر زلزله بر سازه است.
شاید در طراحی یک سازه در دید اول ممکن است که مقدار نیروی زلزله بسیار با اهمیت تر به نظر برسد ولی راستای نیروی وارده نیز به همان اندازه در تعیین بحرانی ترین حالت پاسخ سازه مهم است؛ چرا که زلزله دارای مؤلفه در جهات مختلف است و استفاده از رکورد زلزله در یک جهت خاص باعث به وجود آمدن اختلاف با نتایج واقعی می شود. تغییر زاویه اثر زلزله برای طراحی سازه ها، امری وقت گیر و دشوار بوده، بنابراین آیین نامه ها قوانین ترکیبی تقریبی مختلفی نظیر – 30 100، 100 – 40، SRSS و CQC را برای در نظر گرفتن اثر جهت نیروی زلزله توصیه کرده اند.
تحقیقات متعددی برای بررسی اثر زاویه اعمال زلزله انجام گرفته است که برای نمونه می توان به تحقیق Penzien و Watabe در سال 1974 اشاره کرد .[1] آنها با بررسی شتابنگاشت های واقعی اولین نظریه را در این مورد به این صورت بیان کردند که جهت اصلی اعمال نیروی زمین لرزه در امتداد خط واصل مرکز زلزله به سازه می باشد. بنابراین جهت نیروهای اعمالی وارد بر سازه را می توان با تعیین موقعیت مرکز زلزله تعیین کرد ، ولی در عمل پیشبینی مرکز زلزله احتمالی در آینده تقریباً غیر ممکن است.
Newmark در سال 1975 دستورالعمل 100 – 40 را پیشنهاد کرد. بدین معنا که بین مولفه های حرکتی، مقدار ماکزیمم اثر زلزله را با 40 درصد اثر مولفه زلزله دیگر جمع می کنیم تا برآیند پاسخ ها به دست آید. او این روش را بسیار محافظه کارانه تر از روش SRSS دانست .[2] در ادامه مطالعات فوق، Rosenblueth و Contreras در سال 1977 نیز با همان فرض استقلال مولفه ها، دستورالعمل - max + 30% - را پیشنهاد کردند
در سال 2000 تأثیر زاویه اثر زلزله در تقاضاهای لرزه ای یک سازه فولادی چند طبقه را بررسی کردند.[4] نتیجه این تحقیق نشانگر نواقص و کمبودهای روش های 100 – 30 و 100 – 40 و SRSS بود. همچنین Salemi و همکاران در سال 2008 با بررسی دو سازه 5 طبقه فولادی با قاب خمشی نشان دادند که با تغییر زاویه ورودی زلزله نیروی محوری ستون ها افزایش قابل توجهی پیدا می کند.
Cominetti ، Davila و Cruz در سال 2011 با بررسی روش های SRSS و 100 - 30 بر روی سازه پنج طبقه بتنی ، برای حالتی که نیروی زلزله در یک جهت وارد می شود در مقایسه با حالتی که نیروی زلزله از چند جهت به سازه وارد می شود، نتیجه گرفتند که این روش های ترکیبی، حداکثر پاسخ را به اندازه % 25 کمتر از پاسخ به دست آمده از زلزله ای که چند جهته وارد شده بود، ارزیابی می کنند. Kostinakis و Athanatopoulou در سال 2013 کفایت قوانین ترکیبی100 - 30 و - 40 100 را در سازه های بتنی با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی و با بکارگیری شتابنگاشت های متفاوت بررسی کردند. آنان نتیجه گرفتند هر دو روش 100 - 30 و 100 - 40 پاسخ های سازه را نزدیک به 70 درصد کمتر از مقدار واقعی ارزیابی می کنند.
در این مقاله پاسخ های جابجایی نسبی طبقات، جابجایی بام سازه و تنش محوری ایجاد شده در ستون های سازه های دو مدل 6 و 9 طبقه بتن مسلح با تغییر زاویه ورودی رکوردهای مختلف شتاب زلزله با استفاده از تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی مورد ارزیابی قرار می گیرد.
-2 مدلسازی
برای مدلسازی و تحلیل کامپیوتری، ساختمان بتنی با سیستم قاب خمشی متوسط مطابق با پلان شکل شماره 1 در نظر گرفته شده است. ابعاد دهانه های راستای جهت x پلان برابر با 5، 5، 4، و 3 متر و در راستای y نیز دهانه های 4، 3 و 4 متری قرار دارند. ارتفاع تمامی طبقات 3.3 متر می باشد. سازه با کاربری مسکونی با اهمیت متوسط I 1 ، در منطقه با خطر نسبی زیاد A 0.3 ، با سیستم سازهای قاب خمشی بتنآرمه با شکلپذیری متوسط R 7 و با نوع خاک III میباشد. با اختصاص مفاصل پلاستیک بر اساس دستورالعمل بهسازی لرزه ای نشریه 360 به اعضای سازه ای شامل تیر و ستون، امکان بروز رفتار غیرخطی در سازه ایجاد شده است.
شتابنگاشت های مورد استفاده در این پژوهش، سه رکورد زلزله برای انجام تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی در نظر گرفته شده است که جزئیات این زلزله ها در جدول 1 آورده شده است. طبق استاندارد 2800 ایران شتابنگاشت هایی که در تعیین اثر حرکت زمین مورد استفاده قرار می گیرند باید تا حد امکان نمایانگر حرکت واقعی زمین در محل احداث بنا، در هنگام وقوع زلزله باشند.
با توجه به فرض قرارگیری سازه های مورد بررسی در خاک نوع III، شتابنگاشت های انتخابی مربوط به خاک نوع III می باشند. برای نیل به این هدف لازم است حداقل سه زوج شتابنگاشت متعلق به مولفه های افقی سه زلزله مختلف ثبت شده انتخاب و مقیاس سازی شوند. مقیاس سازی شتابنگاشت ها بر اساس ضوابط معرفی شده در استاندارد 2800 انجام گرفته است. برای مدل معرفی شده، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی تحت شتابنگاشت های شرح داده شده ، با تغییر زاویه ورودی زلزله از صفر تا 180 درجه و با گام های 15 درجه انجام گرفته است. مبنای سنجش زاویه از محور x بوده و در نتیجه مولفه اول زلزله در زاویه صفر درجه هم جهت با محور x و مولفه دوم آن، هم جهت با محور y می باشد.
شکل - 1 پلان ساختمان 6 و 9 طبقه بتن مسلح برای تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی
جدول - مشخصات رکوردهای لرزهای مورد استفاده
