بخشی از مقاله
خلاصه
زلزلههایی با مدت بالای حرکت قوی زمین، به دلیل تعداد زیاد چرخههای رفت و برگشتی و انرژی زیادی که به سازهها وارد میکنند، میتوانند بحرانی باشند. بنابراین در بیشتر تحقیقات، شاخصهای خسارت بر اساس انرژی مورد مطالعه قرار گرفته است و در مواردی که دریفت طبقات به عنوان شاخص خرابی مورد بررسی قرار گرفته، نتایج نسبتا متفاوتی ارائه شده است. برای بررسی اثر مدت زمان حرکت قوی زمین بر روی قابهای فولادی، دو سازه 3 و 9 طبقه پروژه SAC99/No132 در نرم افزار OpenSees مدلسازی شد. از آنجایی که پیشبینی میشد زوال مقاومت و سختی و اثر P-، تاثیر قابل ملاحظهای در میزان دریفت قابهای فولادی به خصوص در زلزلههای با زمان موثر بالا داشته باشند؛ فنرهای اصلاح شده کراوینکلر جهت مدلسازی زوال و ستونهای فرضی جهت مدلسازی اثر P- در نظر گرفته شد. جهت مطالعه اثر حرکت قوی زمین، 18 رکوردهای متنوع زلزله با زمانهای موثر متفاوت به سازهها اعمال گردید. نتایج تحلیلها نشان میدهد که افزایش مدت حرکت قوی زمین تاثیر قابل توجهی دریفت طبقات به عنوان یک شاخص مهم خرابی ندارد.
1. مقدمه
زلزلههایی که در سالهای اخیر رخ دادهاند مانند زلزله توهوکوی ژاپن M w 9.0 2011 و زلزله شیلی M w 8.8 2010 نشان میدهند امکان رخداد زلزلههایی با مدت دوام بیشتر از 80 ثانیه وجود دارد. علی رقم اینکه تحقیقات خوبی در زمینه مدت زمان حرکت قوی انجام شده است، تاثیر آن بر روی سازه به خوبی شناخته شده نیست. هنکوک و بومر - 2006 - خلاصه ای از تحقیقات انجام شده در مورد اثر مدت زمان حرکت قوی زمین را مورد بررسی قرار دادند. مرور ادبیات فنی نشان میدهد که تاثیر مدت دوام به طور عمده با دو معیار انرژی و جابهجایی بررسی میشود. تحقیقاتی که انرژی جذب توسط سازه را به عنوان معیار خرابی در نظر میگیرند رابطه مستقیمی بین خرابی و مدت دوام زلزله پیدا میکنند.[2 ,1] تحقیقاتی که جابجایی رو مورد بررسی قرار میدهند رابطه مستقیمی بین مدت زمان زلزله و خرابی نمییابند.[3] البته در بعضی از اینگونه تحقیقات اگر اثر زوال سختی و مقاومت و ستونهای P- در نظر گرفته شود، تاثیر مدت دوام قابل توجه شده است.[4] راغوناندان و ابی لیل - 2010 - تاثیر مدت زمان حرکت قوی زمین را روی سازههای بتنی 4، 8، 12 و 20 طبقه با شکل پذیری کم و زیاد تحقیق کردند. آنها با انجام تحلیل دینامیکی افزاینده به این نتیجه رسیدند که احتمال فروریزش سازهها تحت زلزلههایی با مدت زمان حرکت قوی بالا نسبت به مدت دوام پایین، بیشتر است.[5] چاندروموهان و همکارانش - 2016 - تاثیر مدت زمان حرکت قوی زمین را بر روی یک سازه فولادی 5 طبقه و یک پل بتنی بررسی کردند. آنها برای هم پایه کردن رکوردهای انتخابی از روش معادل طیفی معادل طیفی استفاده کردند. در این پژوهش با انجام تحلیل دینامیکی افزاینده و بررسی منحنی شکنندگی به این نتیجه رسیدند که متوسط ظرفیت فروپاشی سازه فولادی %29 در زلزلههای مدت زمان حرکت قوی بالا نسبت به مدت دوام پایین کاهش پیدا میکند.[6] آندره باربوسا و همکارانش - 2016 - تاثیر مدت زمان حرکت قوی زمین را با انجام تحلیل دینامیکی افزاینده بر روی سازههای پروژه SAC99/No132 مربوط به شهر سیاتل تحقیق کردند. نتایج این تحقیق نشان میدهدکه شاخص خرابی و بیشترین دریفت بین طبقات، به ترتیب در دریفت های کمتر از %2 و %4 در زلزلههایی با مدت دوام بالا و پایین تقریبا یکسان است. زلزلههایی با مدت دوام بیشتر در دریفتهای بزرگ وضعیت بحرانی تری برای سازه ایجاد میکنند.[7]
2. مدت زمان حرکت قوی زمین
در ادبیات فنی تعاریف متعددی برای مدت زمان حرکت قوی زمین ارائه شده است. گروهی از این تعاریف که بیشتر استفاده میشود، مدت زمان معنی دار1نام دارند. فاصله زمانی بین درصدهای خاصی از انتگرال مجذور شتاب، سرعت یا جابجایی را مدت زمان حرکت قوی زمین میگویند. اگر در محاسبه انتگراب از سرعت استفاده شود، حاصل مستقیما به چگالی انرژی مرتبط است.[8] همچنین اگر در محاسبه انتگرال از شتاب استفاده شود، حاصل انتگرال تحت عنوان شدت آریاس بیان میشود.[9] شدت آریاس به صورت زیر تعریف میشود:
در این رابطه a - t - شتاب زلزله، t مدت زمان کل زلزله و r در این پژوهش از مدت زمان بین %75 -5 شدت آریاس
3. مدلهای ساختمانی
برای این تحقیق از پروژه SAC99/No132 استفاده شد. سازههای مدلسازی شده، سازههای 3 و 9 طبقه فولادی شهر لس آنجلس است. این سازهها با استفاده از آیین نامه UBC 1994 طراحی شدهاند. بارهای ثقلی، باد و زلزله به منظور طراحی در نظر گرفته شده است که بار زلزله کنترل کننده است. سیستم باربر جانبی، قاب خمشی پیرامونی با شکل پذیری ویژه است که در نرم افزار OpenSees به صورت دو بعدی مدلسازی شد. تنش تسلیم طراحی برای فولاد تیرها 36 ksi 248.211MPa و برای ستونها 344.738MPa 50 ksi میباشد که در مدل سازی از تنش تسلیم مورد انتظار
به مقدار 339.222 MPa 49,2 ksi برای تیرها 57,6 ksi 397.138MPa برای ستونها استفاده شده است.[11] از آنجایی که ستونهای ثقلی در مدل دو بعدی حذف شده است، جهت در نظر گرفتن اثر P- بر روی قاب خمشی، از ستونهای فرضی استفاده شده است. این ستونها با اعضای صلب خرپایی به قاب اصلی متصل شدهاند. برای مدلسازی غیرخطی سازه از مدل با پلاستیسیته متمرکز استفاده شده است. به این منظور از فنرهای اصلاح شده کراوینکلر که توانایی در نظر گرفتن زوال سختی و مقاومت دارند به کار گرفته شد. رفتار هیسترتیک این فنرها در شکل 1 نشان داده شده است.
در این شکل y و M y به ترتیب چرخش و مقاومت تسلیم موثر، Ke سختی موثر، c و M c به ترتیب چرخش و مقاومت قسمت سخت شونده برای بارگزاری مونوتونیک، p ظرفیت چرخشی قسمت سخت شوند، p c چرخش شاخه نزولی منحنی، M r مقاومت باقی مانده که به صورت ضریبی از مقاومت تسلیم M y و u چرخش نهایی عضو است. جهت مدل سازی زوال در فنر کراوینکلر، از مفهوم انرژی استفاده میشود. بدین منظور از یک ضریب کاهنده مطابق روابط 2 و 3 برای سختی و مقاومت استفاده میشود. مطابق گزارشSAC، میرایی در نظر گرفته شده برای سازهها، میرایی رایلی به مقدار %2 است که بر روی مود اول و مودی که پریود 0,2 ثانیه دارد، تنظیم شده است. این میرایی بر اساس جرم و سختی اولیه اصلاح شده مطابق گزارش ایبارا و کراوینکلر - - 2005 محاسبه میشود.[13]
