بخشی از مقاله
چکیده
منابع مختلف عدم قطعیت، بر عملکرد لرزهاي و حاشیه ایمنی سازهها در برابر حالت حدي فروریزش تاثیر گذار هستند. در این مقاله اثر پارامتر کیفیت ساخت بر منحنی شکنندگی فروریزش سازههاي فولادي در نظر گرفته میشود. همچنین با ترکیب عدم قطعیتهاي موجود در این پارامتر با عدم قطعیتهاي دانش ناشی از پارامترهاي مدلسازي سیستم سازهاي، منحنی شکنندگی فروریزش سازه تعیین میشود.
پارامترهاي مقاومت تیر، مقاومت ستون، شکل پذیري تیر و شکل پذیري ستون پارامترهاي مدلسازي و با عدم قطعیت دانش در نظر گرفته شدهاند. سطوح پاسخ درجه دوم به منظور تعیین مقادیر میانگین و انحراف استاندارد منحنی شکنندگی فروریزش در سطوح مختلف کیفیت ساخت به دست آمده است. روش استنتاج فازي به منظور در نظر گرفتن عدم قطعیتهاي ناشی از پارامتر کیفیت ساخت، استفاده شده است.
در نهایت با استفاده از شبیه سازي مونت کارلو، براي متغیرهاي مدلسازي و اندیس کیفیت ساخت، ضرایب سطوح پاسخ تعیین میگردند و با تعیین مقادیر میانگین و انحراف استاندارد منحنی شکنندگی فروریزش نهایی به دست خواهد آمد. با لحاظ نمودن منابع مختلف عدم قطعیت، چنین نتیجه گیري شده است که براي سازه نمونه فولادي، احتمال فروریزش براي سطح خطر %10 در 50 سال به میزان %53 ، افزایش داشته است.
مقدمه
در سالهاي اخیر، به علت خسارتهاي گسترده ایجاد شده در زلزلهها، توجه محققین به بررسی لرزهاي سازههاي موجود با در نظر گرفتن منابع مختلف عدم قطعیت معطوف شده است. هدف از چهارچوب پیشنهادي توسط مرکز تحقیقات مهندسی زلزله پسیفیک - PEER1 - تعیین خطر پذیري زلزلهها - با عنوان متغیرهاي تصمیم در قالب خسارت اقتصادي مستقیم و غیر مستقیم و تعداد تلفات جانی - و به صورت کاملا احتمالی با در نظر گرفتن منابع مختلف عدم قطعیت و به منظور تسهیل در اتخاذ تصمیم منطقی در مدیریت خطرپذیري زلزله ارائه شده است . - Deierlein 2004 - در این روش، فراوانی متوسط سالیانه متغیر تصمیم گیري با ترکیب عدم قطعیتهاي ناشی از جنبشهاي شدید زمین، پاسخ لرزهاي سازهها و آسیب ایجاد شده در سازهها، تعیین میگردد.
آسیبهاي ایجاد شده در سازهها، که به صورت احتمالی در قالب منحنی شکنندگی بیان میگردند، جزء اصلی روابط ارائه شده توسط PEER را تشکیل میدهد. یکی از مهمترین حالتهاي آسیب که سهم زیادي در خسارتهاي اقتصادي و جانی در زلزلهها دارد، حالت حدي فروریزش جانبی است. این حالت حدي به صورت ناپایداري جانبی و به علت تغییر مکانهاي جانبی زیاد در سازه و اثرات P-€ ، تعریف میگردد.
به منظور تخمین صحیح ظرفیت فروریزش سازه، بایستی از مدلهاي تحلیلی با توانایی لحاظ نمودن زوال سختی و مقاومت در بارهاي رفت و برگشتی استفاده نمود . - Ibarra and Krawinkler 2005 - پارامترهاي موجود در مدلهاي فوق داراي عدم قطعیت هستند . طبق تحقیقات قبل نشان داده شده است که عدم قعیت موجود در پارامترهاي مدلسازي تاثیر قابل ملاحظهاي بر ظرفیت فروریزش سازه خواهد داشت . - Krawinkler et al. 2009 - همچنین بر مبناي گزارشهاي ارائه شده در زلزلهها بسیاري از خسارات ناشی از کیفیت ساخت پایین ساختمانها، که بعضا بر اساس آیین نامههاي طراحی لرزهاي نیز طراحی شدهاند، بوده است
عملکرد لرزهاي سازهها متاثر از چندین پارامتر مانند وجود طبقه نرم، طبقه ضعیف، هندسه و کیفیت ساخت است تحقیقات مختلفی در زمینه لحاظ نمودن عدم قطعیتهاي هر کدام از پارامترهاي فوق و همچنین ترکیب این پارامترها در منحنی شکنندگی انجام شده است موارد فوق نشان دهنده اهمیت لحاظ نمودن منابع عدم قطعیتهاي مختلف و پارامترهاي تاثیر گذار در تعیین منحنی شکنندگی فروریزش سازهها هستند.
روش تحلیل دینامیکی افزایشی - IDA2 - ، روشی مدون در تعیین منحنی شکنندگی فروریزش و دخیل نمودن عدم قطعیتهاي مختلف در این منحنی است. در تحقیقات مختلف از این روش به منظور دخیل نمودن عدم قطعیت ناشی از جنبشهاي شدید زمین زلزلهها و عدم قطعیتهاي ناشی از پارامترهاي مدلسازي استفاده شده است. در مقاله حاضر از روش منطق فازي به منظور ترکیب عدم قطعیتهاي پارامترهاي مدلسازي و پارامتر کیفیت ساخت استفاده شده است. منطق فازي که بر اساس مجموعههاي فازي ارائه شده است، به منظور تحلیل سازهها، بررسی ایمنی سازهها و تحلیل خطرپذیري سازهها در برابر زلزله و به منظور در نظر گرفتن عدم قطعیتهاي غیر تصادفی - ناشی از پارامترهاي توصیفی - استفاده شده است.
تئوري استنتاج فازي بر مبناي قوانین
منطق فازي که توسط پروفسور زاده معرفی شده است، ابزاري به منظور تبدیل دانش توصیفی به استنتاج عددي است. در این منطق که برمبناي روند تصمیم گیري انسانی در مواجهه با انواع عدم قطعیتها شکل گرفته است، دانش توصیفی - در قالب متغیرهاي زبانی - و دادههاي عددي در یک مدل فازي استفاده میشود و از الگوریتم استنتاج تقریبی به منظور لحاظ نمودن عدم قطعیتهاي پارامترهاي مختلف و نتیجه گیري نهایی استفاده میشود .
مقدار عددي متغیرهاي توصیفی - که در این مقاله پارامتر کیفیت ساخت است - ، با استفاده از یک تابع عضویت مشخص میشود . تابع عضویت نشان دهنده میزان عضویت مقادیر مختلف دامنه در مجموعه فازي در نظر گرفته شده است. فازي سازي متغیرهاي توصیفی نسبت دادن توابع عضویت به متغیرهاي زبانی است. استنتاج بر مبناي منطق فازي شامل دو بخش است.
قوانین فازي که بر مبناي نظر متخصصین و یا برمبناي دادههاي ورودي؛ خروجی تحلیلی تعیین میگردد و مکانیزم استنتاج که بر مبناي آن براي دادههاي ورودي غیر موجود در قوانین فازي، مقدار خروجی مسئله تخمین زده میشود. مهمترین مکانیزمهاي استنتاجی فازي با عناوین سیستم استنتاج ممدانی و سیستم استنتاج سوگنو نامیده میشوند.
در سیستم ممدانی هر دو بخش متقدم و تالی قوانین فازي به صورت متغیرهاي زبانی بیان میگردند. در حالیکه در سیستم سوگنو بخش متقدم با استفاده از متغیر زبانی و بخش تالی آن با استفاده از میانیابی خطی مقادیر ورودي تعیین میگردد. به منظور استفاده از سیستم استنتاج فازي جهت تخمین ضرایب ثابت در سطوح پاسخ مربوط به مقادیر میانگین و انحراف استاندارد منحنی شکنندگی فروریزش، در این مقاله از سیستم سوگنو استفاده شده است. در این سیستم استنتاجی قانون اگر- آنگاه i ام به صورت رابطه - 1 - نوشته میشود.
در این رابطه، X مقدار متغیر ورودي و A، نشان دهنده مجموعه فازي مربوط به X است. a و b مقادیر ثابتی هستند که با استفاده از دادههاي ورودي، خروجی مسئله تعیین میشوند و N تعداد قوانین موجود در سیستم استنتاج است. در این سیستم استنتاجی به منظور تعیین مقدار عددي پارامتر خروجی از متوسط وزنی تمامی خروجیهاي موجود در قوانین استفاده میشود.
روش تحقیق
در این مقاله، اثر عدم قطعیت ناشی از پارامتر توصیفی کیفیت ساخت، عدم قطعیت دانش ناشی از پارامترهاي مدلسازي سختی تیر - BS - ، سختی ستون - CS - ، شکل پذیري تیر - BD - و شکل پذیري ستون - CD - و عدم قطعیت تصادفی ناشی از جنبشهاي شدید زمین در تعیین منحنی شکنندگی فروریزش در قاب نمونه فولادي خمشی در نظر گرفته شده است. به منظور دخیل نمودن عدم قطعیت تصادفی ناشی از جنبشهاي شدید زمین، از تحلیل دینامیکی افزایشی قاب نمونه با استفاده از دسته رکوردهاي پیشنهادي توسط Medina and Krawinkler, 2004 ، استفاده شده است.
اثرات عدم قطعیتهاي پارامترهاي مدلسازي با استفاده از روش سطح پاسخ در منحنی شکنندگی فروریزش دخیل شده است. در این روش که در تحقیقات قبل - Liel et al. 2009ض نیز استفاده شده است، مقادیر مختلفی براي پارامترهاي مدلسازي در نظر گرفته شده است و تحلیل دینامیکی افزایشی قاب نمونه انجام شده است. با استفاده از مقادیر میانگین و انحراف استاندارد منحنی شکنندگی فروریزش به دست آمده از مرحله قبل، توابع تحلیلی درجه دوم به منظور تخمین مقادیر میانگین و انحراف استاندارد، میانیابی شده است. به منظور دخیل نمودن پارامتر کیفیت ساخت، سطوح پاسخ مربوط به مقادیر میانگین و انحراف استاندارد در سطوح مختلف کیفیت ساخت - کیفیت ساخت خوب، متوسط و ضعیف - سازه تعیین شده است.
براي لحاظ نمودن عدم قطعیت ناشی از کیفیت ساخت، ضرایب ثابت سطوح کیفیت ساخت بر اساس منطق فازي بر مبناي سیستم استنتاج سوگنو تخمین زده میشوند. بخش نهایی این مقاله، استفاده از روش شبیه سازي مونت کارلو و تولید تعداد زیاد اندیس کیفیت ساخت، تعیین ضرایب ثابت توابع تحلیلی میانگین و انحراف استاندارد منحنی شکنندگی فروریزش و در نهایت تعیین منحنی شکنندگی فروریزش نهایی که در آن منابع مختلف عدم قطعیت لحاظ شده است، میباشد. منابع مختلف عدم قطعیتها و نحوه در نظر گرفتن آنها در شکل - 1 - نشان داده شده است.
شکل - : - 1 منابع مختلف و روشهاي در نظر گرفتن عدم قطعیتها
مطالعه موردي
قاب فولادي نمونه سه طبقه، سه دهانه با سیستم قاب خمشی براي نشان کاربرد روش پیشنهادي در نظر گرفته شده است. ارتفاع طبقات 3/2 متر و نوع خاك منطقه B در نظر گرفته شده است. بارهاي ثقلی در نظر گرفته شده به منظور طراحی ساختمان طبق جدول - 1 - در نظر گرفته شده است. طراحی سازه نمونه بر اساس آیین نامه UBC97 انجام شده است. مقاطع طراحی شده براي تیرها به صورت IPE 300 و ستونها به صورت مقاطع قوطی شکل در نظر گرفته شده است. ستونها بیرونی به صورت و ستونهاي درونی قاب نمونه BOX 200× 200× 16 لحاظ شدهاند.
