بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از مهمترین چالشها برآورد ظرفیت فروریزش سازهها، در تحلیل دینامیکی غیر خطی، انتخاب و مقیاس کردن مجموعه رکوردهای زلزله می باشد. شکل طیفی یک مشخصه کلیدی حرکت زمین و موثر بر پاسخ سازه میباشد. ارزیابی ظرفیت سازه بر پایه تحلیل دینامیکی افزاینده غیرخطی IDA صورت میگیرد. در IDA مدل سازهای با در نظر گرفتن غیر خطی هندسی و مصالح برای یک رکورد زلزله مشخص تحلیل می شود.
تحلیل تاریخچه زمانی با افزایش مقیاس رکورد زلزله دائم تکرار می شود تا زمانی که رکورد سبب گذشت سازه از سطح عملکرد هدف گردد. این فرآیند برای تمامی رکوردهای در نظر گرفته شده تکرار میشود. در این مطالعه سه قاب 4، 8 و 12 طبقه مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش منحنی های ظرفیت سازه های مورد مطالعه با در نظر گرفتن اثر ضریب شکل طیفی با منحنی های ظرفیت بدون در نظر گرفتن اثر ضریب شکل طیفی مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرند.
1. مقدمه
تاثیر اثر شکل طیفی بروی فروریزش مدل های مورد مطالعه، سازهای بتنی با سیستم قاب خمشی و شکل پذیری متوسط ، در سطح عملکرد فروریزش - CP - 3 مورد بررسی قرار می گیرند. گام بعدی اصلاح منحنی های شکنندگی به دلیل اثر شکل طیفی مورد بررسی قرار میگیرند، می باشد. یکی از مهم ترین چالش ها برآورد ظرفیت فروریزش سازهها، در تحلیل دینامیکی غیر خطی، انتخاب و مقیاس کردن مجموعه رکوردهای زلزله می باشد.
بیکر و کرنل [1] نشان دادهاند شکل طیفی یک مشخصه کلیدی حرکت زمین و موثر بر پاسخ سازه میباشد. شکل طیفی در ساختمان های شکل پذیر از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می باشد چرا که ساختمان های شکل پذیر قبل از فروریزش، شکل طیفی تأثیر بسزایی بر روی پاسخ سازه دارد. هنگام ارزیابی احتمال فروریزش بر اساس زلزلههای با شدت بالا، انتخاب رکوردهای زلزله اثرات قابل توجهی در تعین فروریزش دارند.
ارزیابی ظرفیت سازه بر پایه تحلیل دینامیکی افزاینده غیرخطی IDA صورت میگیرد. در IDA مدل سازهای با در نظر گرفتن غیر خطی هندسی و مصالح برای یک رکورد زلزله مشخص تحلیل میشود. این تحلیل تاریخچه زمانی با افزایش مقیاس رکورد زلزله دائم تکرار میشود تا زمانی که رکورد سبب گذشت سازه از سطح عملکرد هدف گردد. این فرآیند برای تمامی رکوردهای در نظر گرفته شده تکرار میشود.
در این پژوهش برای انجام تحلیل IDA از 22 رکورد معرفی شده در - FEMA P695 , 2009 - استفاده شده است. این رکوردها با یک مجموعه از دامنه هایینسبتاً بزرگ از 7.3-6.5 و فاصله های کم هستند، همه رکوردها روی زمین سخت ثبت شده اند. در این مطالعه اندازه شدت رکوردها از طریق پارامتر شتاب طیفی در پریود مود اول بیان میشود. خروجی تحلیل IDA یک تابع شکنندگی میباشد که یک تابع توزیع احتمالاتی تجمعی است.
در این مقاله همه تحلیلها با استفاده از نرم افزار Opensees v 4.2.0 انجام شده است، و علاوبراین ما به یک مجموعهای از رکوردهای حرکت زمین نیاز داریم. مطالعات قبلی [2] نشان دادهاند که در ساختمان هایی با ارتفاع متوسط 10 تا 20 رکورد در فراهم کردن دقت کافی براورد تقاضای لرزه ای کافی میباشد.. قاب های مورد مطالعه در این پژوهش دارای 4 دهانه، هر دهانه دارای 6 متر و ارتفاع تمامی طبقات برابر 3.2 متر می باشد.
2. معرفی ساختمانهای مورد مطالعه و تحلیل آنها
در این کار تحقیقاتی از سه سازه، با تعداد طبقات 4، 8 و 12 طبقه استفاده شده است. زمان تناوب سازههای مذکور در جدول شماره - 1 - نشان داده شده است. وقتی که مدل مورد نظر شکل گرفت و رکوردهای حرکت زمین انتخاب شد، نیاز به یک راه سریع و خودکار برای انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی برای تحلیل دینامیکی افزایشی - - IDA داریم. این مستلزم مقیاس کردن مناسب هر رکورد برای پوشش کل محدوده پاسخ سازه از الاستیک تا جاری شدن و در نهایت ناپایداری دینامیکی کلی است.
از آنجائیکه الگوریتمها در نرم افزار اجرا شدهاند تحلیلها بدون نظارت انسان انجام میشوند. هر چه گام های تحلیل ریزتر باشد تحلیل طولانیتر ولی با دقت بیشتری انجام میشود، ما برای شروع گام اولیه از 0.1g استفاده کردهایم، در حالیکه هر شتاب نگاشت به 20 فقره مقیاس شدهاند - ماکزیمم جابجای نسبی نظیر شتاب طیفی مد اول - [3]، رکوردهای مورد استفاده در جدول - 2 - در پیوست معرفی شدهاند.
جدول - 1 - زمان تناوب ساختمانهای مورد مطالعه
3. شکل طیفی
شکل طیفی یعنی محتوای فرکانسی رکوردهای زلزله که در ارزیابی فروریزش سازه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. به طوز مثال برای قاب 4 طبقه که دارای زمان تناوب مد اول T1=0.79s میباشد. ابتدا یک شتاب نگاشت - رکورد زلزله - مانند شکل - 1 - ، را به قاب مورد نظر اعمال میکنیم، با اعمال شتاب نگاشت مورد نظر انتظار داریم سازه در محدود خطی رفتار خوبی از خود نشان دهد و وارد ناحیه غیر ارتجاعی نشود، ولی آنچه در واقعیت اتفاق میافتد اینست که سازه وارد ناحیه غیر خطی شده، با وارد شدن سازه به ناحیه غیر خطی، زمان تناوب و میرایی سازه افزایش یافته از طرفی دیگر سختی سازه کاهش مییابد و سازه رفتار نرمتری از خود نشان میدهد، به این معنا که سازه بعد از وارد شدن به ناحیه غیر خطی ضعیفتر میشود، و این ضعیف شدن سازه باعث میشود که ضربه بیشتری به سازه وارد شود، با افزایش زمان تناوب ضربات وارد شده به سازه افزایش یافته تا جایی که سازه تحمل توان ضربات را نداشته و به فروریزش میرسد. ضریب شکل طیف که از اهمیت بسیار بالایی در ارزیابی فروریزش برخوردار میباشد به این معناست که نسبت ناحیه خط چین، به زمان تناوب مد اصلی سازه که در شکل - 2 - نشان داده شده است، میباشد.
شکل - 1 - رکورد زلزله حوزه دور شماره 9 جدول - 2 -
شکل - 2 - طیف رکورد حوزه دور شماره 9 جدول - 2 -
4. اصلاح منحنی ظرفیت فروریزش سازهها به دلیل اثر شکل طیفی
شکل طیفی رکوردهای زلزله در ارزیابی فروریزش سازه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. رکوردهای زلزله وارد بر سازه بر ظرفیت فروریزش بسیار موثر است. بنابراین برای محاسبه احتمال فروریزش انتخاب رکوردهای زلزله از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
بیکر و کرنل نشان داده اند که زلزله ای شدید شکل طیفیکاملاً" متفاوتی از شکل طیف طراحی برای سازه ای که در ASCE-05 آمده است دارد و علاوبر این شدت حرکت زمین را به عنوان ویژگی اصلی حرکت زمین موثر بر پاسخ سازه معرفی کردند. شکل طیفی رکوردهای نادر در یک پریود مشخص دارای حداکثر و قله میباشد - نوک تیز - و در سایر پریودهای کوچکتر یا بزگتر از پریود مورد نظر، شکل طیفی خیلی سریع نزول میکند. برای بررسی شکل طیفی رکوردهای زلزله از پارامتر استفاده میشود.
