بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحليل ديناميکي غيرخطي افزايشي قاب خمشي فولادي با استفاده از شتابنگاشت شبيه سازي شده سينوسي ميرا
چکيده
يکي از جديدترين روش هاي تحليل غيرخطي سازه ها، تحليل ديناميکي غير خطي افزايشي(IDA) مي باشد که در آن از مفهوم مقياس کردن رکوردهاي حرکت زمين و توسعه آن به روشي که بتوان به دقت کل محدوده رفتاري سازه از الاستيک تا ويراني را پوشش داد، استفاده شده است .
همچنين براي درک واقعي رفتار سازه ، ميبايست از شتابنگاشت هاي متناسب با ساختگاه مورد نظر استفاده کرد. در برخي مناطق با وجود گسل هاي فعال ، شتابنگاشت مناسبي براي تحليل تاريخچه زماني موجود نميباشد. در اين نواحي باتوجه به کم بودن رکوردهاي واقعي همچنين ويژگي هاي خاص آنها مانند ضربه گونه بودن ، بزرگتر بودن مقادير حداکثر سرعت و شتاب نسبت به رکوردهاي دور از گسل ، استفاده از روش هاي شبيه سازي رکورد مفيد مي باشد. مدل سينوسي ميرا خواص پالسگونه تاريخچه سرعت مربوط به رکورد نزديک گسل را داشته وانطباق مناسبي با رکورد هاي واقعي دارد. در اين تحقيق ، رفتار و عملکرد لرزه اي سيستم قاب خمشي فولادي تحت رکورد شبيه سازي شده سينوسي ميرا با استفاده از تحليل غير خطي ديناميکي افزايشي بررسي شده است . در اين روند قاب خمشي فولادي تحت شتابنگاشت هاي واقعي نزديک گسل و مدل جايگزين توليد شده به روش سينوسي ميرا قرار گرفته اند. منحني هاي IDA حاصل از دو نوع تحليل هاي انجام شده توليد و مورد مقايسه و ارزيابي قرار گرفته اند. همچنين PGV به عنوان يک اندازه شدت مناسب براي منحني IDA رکوردهاي نزديک گسل و مدل جايگزين سينوسي ميرا معرفي مي گردد.به علاوه انطباق مناسب تغيير مکان جانبي طبقات ،تحت رکوردهاي واقعي و مدل هاي متناظر سينوسي ميرا نتيجه گيري شده است .
کلمات کليدي: تحليل ديناميکي غيرخطي افزايشي، قاب خمشي فولادي، حوزه نزديک گسل ، شتابنگاشت شبيه سازي شده سينوسي ميرا.
١. مقدمه
گسترش کاربرد روش تحليل استاتيکي غير خطي(Push Over) در طراحي عملکردي سازه ها، باعث بوجود آمدن يک ايده نو در بکارگيري آناليز ديناميکي تاريخچه زماني غير خطي گرديد. اين روش که يکي از جديد ترين انواع روش هاي تحليل مي باشد، تحليل ديناميکي افزايشي (IDA١) نام دارد. روش تحليل ديناميکي افزايشي (IDA) براي اولين بار در سال ٢٠٠٠ توسط Cornell در دانشگاه استنفرد مطرح گرديد و در سال ٢٠٠٢ با همکاري Vamvatsikos در سازه هاي مختلف ساختماني تحت بررسي قرار گرفت و در آن از مفهوم مقياس کردن رکوردهاي حرکت زمين و توسعه آن به روشي که بتوان بدقت کل محدوده رفتاري سازه از الاستيک تا ويراني را پوشش داد، استفاده شده است . در واقع تحليل ديناميکي افزايشي شامل انجام آناليز هاي ديناميکي غيرخطي مدل سازه اي تحت يک رشته رکوردهاي حرکت زمين است که با مقياس چندين سطح شدت طراحي شده تا سازه را براي طي تمام مسير از الاستيسيته تا ناپايداري کلي نهايي مجبور سازد [١]. در نهايت منحني IDA ترسيم مي شود. اين منحني که در حالت کلي در فضاي دو بعدي ترسيم مي گردد، داراي مولفه قائم اندازه شدت (IM٢) و مولفه افقي اندازه خرابي (DM٣) مي باشد.براي اندازه شدت مي توان از پارامترهايي نظير حداکثر شتاب زلزله (PGA)،شتاب طيفي مود اول با ميرايي ٥%((%Sa)T١٥) استفاده کرد.همچنين براي اندازه خرابي حداکثر جابجايي نسبي طبقات ،ميزان برش پايه و غيره پيشنهاد شده است [٢,١].
با توجه به ماهيت شتابنگاشت که عوامل موثر فراواني مانند نوع خاک،فاصله و موقعيت جغرافيايي نسبت به چشمه لرزه زا،مکانيزم گسلش و غيره را در بر مي گيرد،اين نکته نمايان مي شود که عملکرد سازه تا حد زيادي به شتابنگاشت مورد استفاده حساس مي باشد و براي داشتن نگرش درست نسبت به رفتار سازه بايد شتابنگاشت سازگار با ساختگاه مورد نظر انتخاب شود. در بين زلزله هاي چند سال اخير در جهان ، زلزله هاي طبس ١٩٧٨، نورتريج ١٩٩٤، کوبه ١٩٩٥، چي چي ١٩٩٩ و زلزله بم در سال ١٣٨٢ شمسي رکوردهاي نزديک گسل دارند.در واقع در فواصل نزديک به گسل ،با توجه به اينکه تعداد رکوردهاي ثبت شده در سراسر جهان محدود مي باشند و از طرف ديگر ويژگيهاي خاص رکوردهاي نزديک گسل از جمله ضربه گونه بودن ، بزرگتر بودن مقادير حداکثر سرعت (PGV٢) وحداکثر شتاب (PGA) نسبت به رکوردهاي دور از گسل ما را در استفاده از رکوردهاي دور از گسل محدود مي نمايد.استفاده از روش هاي شبيه سازي رکورد،بسيار مفيد فايده واقع مي شوند[٣]. در بين مدل هاي معرفي شده جهت شبيه سازي رکوردهاي نزديک گسل ،مدل سينوسي ميرا که توسط Agrawal و همکاران در سال ٢٠٠٢ ارائه گرديد،نتايج بهتري را ارائه داده است [٤,٣].
در اين پژوهش ،ابتدا يک قاب خمشي ٥ طبقه فولادي دو بعدي توسط نرم افزار٢٠٠٠ SAP طراحي شده است .سپس از ميان رکوردهاي واقعي نزديک گسل ، سه رکورد انتخاب شده و مدل شبيه سازي شده سينوسي ميرا جايگزين آنها ساخته مي شود.بر روي سازه طرح شده ،توسط نرم افزار SeismoStuct تحليل IDA تحت رکوردهاي واقعي و مدل سينوسي ميرا جايگزين انجام مي گيرد و منحني IDA توليد و بر روي آن مقايسه و ارزيابي انجام مي پذيرد.علاوه بر آن ،بيشينه سرعت شتابنگاشت (PGV)، به عنوان يک اندازه شدت مناسب براي منحني IDA رکوردهاي نزديک گسل و مدل سينوسي ميراي جايگزين آن ها معرفي مي گردد.در نهايت يراي هر کدام از رکوردها،تغيير مکان جانبي طبقات سازه در چند اندازه شدت استخراج و با متناظر خود در مدل سينوسي ميرا مقايسه مي شود.
٢. روند جايگزيني رکورد نزديک گسل توسط مدل سينوسي ميرا
رکوردهاي نزديک گسل قرار گرفته در مسير پيشرو گسيختگي ،توسط مدل هاي ساده و ضربه گونه قابل ساده سازي هستند.در ميان مدل هاي مختلف ارائه شده توسط محققان ،مدل سينوسي ميرا در مقايسه با ديگر انواع ،نتايج بهتري را به دست داده است .اين مـدل کـه توسـط Agrawal و همکـاران در سال ٢٠٠٢ ارائه شده است ،خواص پالسگونه تاريخچه سرعت مربوط به رکورد نزديک گسل را توسط يـک تـابع سينوسـي ميـرا سـاده سـازي مـي نمايـد [٤،٣]. به زبان ساده تر تاريخچه سرعت رکـورد واقعـي نزديـک گسـل بـا مـدل شـبيه سـازي شـده سينوسـي ميـراي آن از انطبـاق مناسـبي برخـوردار مـي باشند(اشکال ٢و٤).
روابط (١)و(٢) به ترتيب بيانگر تاريخچه سرعت و شتاب مدل سينوسي ميرا ميباشند.در اين روابط به ترتيب ميرايي، فرکانس پالس و دامنه حداکثر تاريخچه سرعت مي باشند [٤].در استفاده از مدل سينوسي ميرا براي ساده سازي رکوردهاي واقعي مقادير و s به نحوي انتخاب مي شوند که انطباق مناسبي در تاريخچه سرعت رکورد واقعي و مدل سينوسي ميرا به وجود آيد[٣].براي نمونه در اشکال ١و٢به ترتيب تاريخچه شتاب وسرعت مربوط به زلزله Coalinga با مدل جايگزين سينوسي ميرا مقايسه شده است .
٣. مباني تحليلي
يک قاب خمشي فولادي دوبعدي ٥ طبقه و ٢ دهانه توسط نرم افزار ٢٠٠٠ SAP طرح شده است .براي بار گذاري از آيين نامه ٢٨٠٠ ويرايش سوم [٥]
و مبحث ششم مقررات ملي ساختمان ايران [٦] و براي طراحي از ٨٩ ASD استفاده شده است .ارتفاع کليه طبقات ٣ متر وطول دهانه ها ٤ متر مي باشد.ساختگاه سازه مورد نظر شهر تهران و خاک از نوع ш مي باشد.بار ثقلي مرده و زنده اعمالي براي طبقات به ترتيب ٦٥٠ و ٢٠٠ و براي بام ٤٠٠ و ١٥٠با سطح بارگير ٤ متر در نظر گرفته شده است .همچنين در محاسبه وزن لرزه اي سازه ،کل بار مرده به علاوه ٢٠ درصد بار زنده لحاظ شده است .مقاطع انتخابي از نوع فولاد ST37 با مقاومت تسليم ٢٤٠ مگاپاسکال و مقاومت نهايي ٣٧٠ مگاپاسکال مي باشد.شکل ٣،قاب طراحي شده را نشان مي دهد.
براي اجراي تحليل IDA و بررسي اثر رکوردها،اين مدل در نرم افزار Seismostruct ساخته مي شود. براي شروع تحليل ديناميکي غير خطي افزايشي ،از حداکثر شتاب استفاده شده است .تا قبل از اين مرحله سازه تقريبا ارتجاعي رفتار ميکند و اولين مفصل در مقاديري بيش از اين شتاب رخ ميدهد[١و٢].مقدار افزايش PGA براي هر تحليل گام بعدي نيز g٠٠٥ در نظر گرفته شده است .از آنجا که هدف اين تحقيق بررسي و مقايسه پاسخ سازه تحت رکورد واقعي و مدل سينوسي ميرا مي باشد،پس منحني هاي IDA بدست آمده براي هر رکورد به صورت جداگانه مقايسه مي شود.(منحني تک رکورده )[١].به اين ترتيب که يک بار مقادير PGA به عنوان اندازه شدت در نظر گرفته شده و يک بار هم مقادير سرعت شتابنگاشت به عنوان اندازه شدت منحني IDA در نظر گرفته شده و با هم مقايسه مي گردند.
در اين تحقيق سه رکورد نزديک به گسل انتخاب شده که مشخصات آن ها همچنين پارامترهاي مربوط به شتابنگاشت شبيه سازي شده سينوسي ميرا جايگزين براي هر رکورد در جدول شماره ١ آورده شده است .لازم به ذکر است با توجه به ويژگي هاي خاص رکوردهاي نزديک گسل قرارگرفته در مسير پيشرو گسيختگي و به ويژه مؤلفه عمود بر گسل آنها ، اين نوع رکوردها نيازمند تحقيق بيشتري هستند[٣]. در اين تحقيق منظور از رکوردهاي نزديک گسل ، رکوردهاي قرارگرفته در مسير پيشرو گسيختگي است و در بررسي ها، مؤلفه عمود بر گسل ملحوظ شده است .
