بخشی از مقاله
چکیده
یکی از چالشهایی که امروزه ساختمانها را تهدید می کند بحث خرابی پیشرونده در اثر زلزله، انفجار و آتشسوزی می باشد. خرابی پیشرونده، پدیده ای است که طی آن، خسارت جزئی در یکی از اعضای سازه، باعث خسارت کلی در سازه می شود. همچنین از پارامترهای تاثیرگذار بر عملکرد سازهها در مقابل بارهای وارده به سازه ، شکل پلان معماری می باشد. تاثیر نامنظمی سازه بر ضریب بار دینامیکی تحت خرابی پیش رونده مورد بررسی قرار نگرفته است. در این مطالعه اثر نامنظمی در هندسه پلان سازههای پنج و پانزده طبقه فولادی مهاربندی شده با دو نوع سیستم مهاربندی همگرا و برون محور و نسبت تغییرات 50 درصد در ابعاد آن، تحت خرابی پیشرونده با تحلیل استاتیکی غیرخطی پوشداون بر ضریب بار دینامیکی بررسی شده است. در این مطالعه که با استفاده از نرمافزار PERFOMR 3D انجام شد، نتایج نشان می دهد که نامنظمی هندسی در پلان بر ضریب بار دینامیکی تاثیر قابل توجهی ندارد.
-1 مقدمه
خرابی پیشرونده، پدیده ای است که طی آن، خسارت جزئی در یکی از اعضای سازه، باعث خسارت کلی در سازه می شود. در حقیقت، با گسیختگی موضعی در بخشی از سازه، پایداری کل سازه مورد تهدید قرار می گیرد. خسارت جزئی در عضو می تواند ناشی از انفجار، آتش سوزی، برخورد وسیله نقلیه به سازه، نشست ناگهانی و غیره باشد. این آسیب ها اغلب در مدت زمان کوتاه و به صورت دینامیکی به سازه اعمال می شود . در سال های اخیر، با توجه به حوادث ناشی از خرابی های پیشرونده، در اکثر آیین نامه ها بر کنترل این موضوع تأکید شده است. بعد از تخریب ساختمان رونان پوینت در سال 1968و توجه بیشتر مهندسین به بحث خرابی پیشرونده، موجی از تحقیقات بر روی روش های پیشگیری و یا کاهش پتانسیل سازه به خرابی پیشرونده آغاز گردید. نتیجه آن در ابتدا به صورت تغییرات در آیین نامه ها بود؛ ولی پس از گذشت چند سال و وقوع چندین حادثه مشابه، از جمله حوادث تروریستی 11 سپتامبر آمریکا، آیین نامه های مجزایی جهت کاهش و یا جلوگیری از تخریب تنظیم گردید. از جمله این آیین نامه ها که به صورت مجزا به بحث خرابی پیشرونده می پردازند، می توان به دو آییننامه UFC3 و GSA4 اشاره کرد UFC 2013 - ، . - GSA2013 رویکرد این آیین نامه ها بدین گونه است که در اثر تخریب ناگهانی یکی از اعضای اصلی سازه، اعضای باقیمانده قادر به پل زدن به روی دیگر المان ها باشند و مسیر جایگزینی جهت انتقال بار داشته باشند. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران نیز به کنترل سازه در برابر خرابی های پیشرونده اشاره میکند و اعلام می نماید که ساختمان ها می بایست در برابر این نوع خرابیها براساس مبحث بیست و یکم مقررات ملی ساختمان کنترل شوند - مبحث دهم مقررات ملی ساختمان،. - 1392
خرابی پیشرونده پدیده دینامیک و غیرخطی است و بارگذاری های استاتیکی نیاز به استفاده از ضرایب برای ایجاد اثر دینامیکی و غیرخطی دارند. آنها مطالعاتی بر روی رفتار سازه ای بتنی و فولادی قاب خمشی برای بروزرسانی آیین نامه های موجود انجام دادند. مطالعات آنها به رفتار انوع ساختمان های فولادی و بتنی نشان داد که ضرایب موجود در دستورالعمل ها موجود بیش از محافظه کارانه است. همچنین آن ها ضرایب افزایش بار جدیدی برای تحلیل استاتیکی خطی و غیرخطی ارائه دادند - مککی، مارچند، دیاز، . - 2012 توکلی و رشیدی الاشتی - 2013 - سیستم سازهای فولادی MRF5 را که بر اساس آیین-نامهی لرزهای طراحی شده بود را برای مقاومت در برابر حذف ستون در موقعیتهای مختلف و تاثیر آن در خرابی پیشرونده را مورد بررسی قرار دادند. بر اساس مطالعات انجام شده به این نتیجه رسیدند که هر چه تعداد دهانهها و طبقات افزایش یابد مقاومت سازه در برابر خرابی پیشرونده بر اثر بارهای جانبی افزایش می یابد. کافیلد و عادلی - 2016 - شش قاب فولادی 10 طبقه MRF، CBF6و EBF7 هر یک با نامنظمی هندسی در پلان و نامنظمی هندسی در ارتفاع را تحت بار انفجاری در فاصله 15 فوت از ستون میانی در دو موقعیت مورد مطالعه قرار دادند. آن ها برای مشاهده تاثیر نامنظمی هندسی، جابجایی سقف و شتاب سقف را بررسی کردند. و نتایج این پژوهش آنها این است که یک قاب مهاربندی همگرا به نحوی سطح بالاتری را ازمقاومت در برابر بار انفجاری برای سازه های نامنظم فراهم می کنم و نامنظمی هندسی بر پاسخ سازه تحت باردهی انفجار تاثیر دارد. مشهدی و همکاران - 2016 - ضریب افزایش بار دینامیکی را در ساختمان های بلند با سیستم قاب لولهای تحت خرابی پیشرونده مورد بررسی قرار دادند. آن ها رفتار خرابی ساختمان 48 طبقه با سیتمهای قاب لوله ای تحت از دست دادن ستون گوشه در طبقه اول به منظور اعتبار سنجی ضریب افزایش بار دینامیکی مختلف با روش پیشنهادی بررسی کردند و نتایج بررسی روش پیشنهادی همخوانی خوبی با نتایج آنالیز دینامیکی خیرخطی داشت. تعریف نامنظمی هندسی پلان در نظر گرفته شده طبق آیین نامه 2800 ایران زمانی هست که که پس رفتگی هم زمان در دو جهت در یکی از گوشه های ساختمان بیش از 20 درصد طول پلان در آن جهت باشد .
-2 روش های تحلیل خرابی پیشرونده
جهت بررسی سازه ساختمانها در برابر خرابی پیشرونده با استفاده از روش مسیر بار جایگزین در آییننامه GSA ، سه نوع تحلیل استاتیکی خطی8، استاتیکی غیر خطی9 و دینامیکی غیرخطی10 پیشنهاد می شود.
-1-2 روش استاتیکی غیر خطی
این آنالیز به صورت گسترده ای برای تحلیل سازه ها کاربرد دارد و در آن به سازه اجازه داده میشود تا رفتار غیر خطی داشته باشند. در این روش بارهای اعمالی عمودی به صورت گام به گام افزایش می یابند تا زمانیکی به بار یا تغییر مکان ماکزیمم برسد. این نوع تحلیل برای سازه هایی که الگوی رفتار دینامیکی آن ها به راحتی قابل تشخیص است، مناسب می باشد. از امتیازات این روش در نظر گرفتن تاثیرات غیرخطی و مراحل تشکیل مفاصل پلاستیک می باشد. ترکیب بار ثقلی در حالت استاتیکی غیرخطی به سازه اعمال میشود با این تفاوت ضریب افزایش باری که برای اعمال اثرات دینامیکی و غیر خطی در نظر گرفته میشود برای فعالیت های تغییرشکل کنترل و نیرو کنترل یکی میباشد. این ضریب از طریق رابطه - 1 - بدست میآید. که در این رابطه pra ، زاویه دوران پلاستیک عضوهای قرار گرفته در دهانه ستون حذف شده که با توجه به نوع سطح عملکرد پاسخ سازه بدست می آید و y دوران تسلیم عضوهای مورد بررسی میباشد. که ضوابط پیشنهادی آیین نامه GSA بدست می آید. برای بدست آوردن ضریب افزایش دینامیکی از کوچکترین نسبت دوران پلاستیک به الاستیک برای اعضای اصلی استفاده میشود. یکی از بخشهای مهم در تحلیل استاتیکی غیرخطی تعریف مدل بار تغییرشکل اعضاست. در شکل - 1 - رفتار بار-تغییرشکل عضو خمشی به همراه مقادیر مجاز آن - برای هریک از عملکردهای IO - بهره برداری بی وقفه - ، LS - ایمنی جانی - و CP - آستانه فروریزش - که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت به صورت شماتیک نشان داده شده است - شکل . - 1
