بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش، رفتار لرزهای ساختمانهای فولادی 5 طبقه با سیستم دوگانه قاب خمشی - مهاربندی شورون مورد بررسی قرار گرفته است. قاب دوگانه فولادی، یکی از سیستمهای سازهای کاربردی برای مقابله با نیروهای جانبی ناشی از زلزلهها بوده که علاوه بر شکل پذیری مطلوب، دارای سختی، پایدار دینامیکی و درجه نامعینی بالا میباشند. امروزه بررسی عملکرد لرزهای سیستمهای سازهای دوگانه مختلف، مورد توجه بسیاری از مهندسان و محققین قرارگرفته است.
نگرش خاص این پژوهش در ارزیابی پارامترهای پوش دریفت، تاریخچه زمانی دریفت، شتاب و سرعت سازه مطالعاتی میباشد. مدل مطالعاتی مطابق با ضوابط طرح لرزهای موجود در ویرایش چهارم استاندارد 2800 و نیز مبحث دهم مقررات ملی ساختمان طراحی شده است. پاسخ لرزهای سازه مطالعاتی بر پایه انجام تحلیلهای تاریخچه زمانی غیرخطی، تحت مجموعهای از رکوردهای سه مؤلفهای حوزه دور و نزدیک مورد بررسی قرارگرفته است.
ماهیت تصادفی رکوردهای زلزله و انتشار سه بعدی امواج لرزهای سبب ایجاد مجموعهای از نیروهای دینامیکی با شدت های مختلف در راستای ارتفاع سازه خواهد شد. بدیهی است که جنبشهای نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل، بزرگی و شدت تاثیرگذاری نیروهای یاد شده را دو چندان مینماید. یکی از مهمترین ویژگیهای جنبشهای نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل، پدیدار شدن ساختارهای پالسگونه در تاریخچه زمانی رکورد است.
پدیدار شدن پالسهای مذکور نشانگر وقوع یک روند سریع و شدید آزاد شدن انرژی جنبشی ارتعاشات زمین ناشی از شکست گسل بوده و سبب ایجاد تغییرشکل ها و نیروهای بسیار بزرگ در المان های اصلی اسکلت مقاوم سازه خواهد شد. بر اساس نتایج این تحقیق ملاحظه گردید که ساختار تغییرات پارامترهای پاسخ لرزه ای، تحت زمین لرزههای حوزه نزدیک حاوی پالس سرعت، نمود قابل توجهی دارند. همچنین نتایج نشان دهنده مشخصههای عملکرد لرزهای خوب سیستم دوگانه قاب خمشی-مهاربند شورون در نواحی نزدیک به گسل میباشد.
.1 مقدمه
احتمال رخ دادن جنبشهای قوی زمین در مناطق نزدیک گسل وجود دارد. جنبشهای قوی ثبت شده در نزدیکی گسیختگی گسل به صورت قابل ملاحظهای با جنبشهای رخداده در مناطق دور از منبع لرزهای، متفاوت است. مطالعات بر روی جنبشهای قوی ثبت شده در نزدیکی گسل نشان میدهد که یک مجموعه اثرات مشخص در تاریخچه زمانی شتاب، سرعت و جابجایی زمین وجود دارد. از این رو ارزیابی جنبشهای نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل و تاثیرات متقابل آن بر کارآیی سازهها از موضوعات مهم در علم زلزله شناسی میباشد. میزان خرابی سازهها در اثر وقوع زمین لرزههای بزرگ به عوامل ساختگاهی از جمله مکانیزم شکست گسل، فاصله گسل تا محل، نوع خاک و خصوصیات رکورد زلزله شامل محتوی فرکانسی، مدت زمات حرکات شدید و طیف دامنه فوریه و همچنین به مشخصات دینامیکی اسکلت مقاوم بستگی دارد
یکی از مشخصه های رفتار لرزهای قاب خمشی، شکل پذیری آن تحت بارهای جانبی است. مشکل اصلی این سیستم در تغییر مکان جانبی و به عبارتی عدم سختی کافی است. برای رفع این مشکل ایده استفاده از سیستمهای مقاوم دوگانه بوجود آمده است. ساختار رفتاری سیستمهای مقاوم دوگانه بر اساس دو مود عملکرد خمشی و برشی تشکیل میگردد. کاربرد پانلهای مهاربندی شورون، سبب بروز ویژگیهای رفتاری عمومی لرزهای همچون پانلهای دیوار برشی بتن آرمه است. استفاده از سیستم دوگانه متشکل از قاب خمشی و مهاربند همگرا میتواند مکانیسمهای نامطلوب را حذف کند و امکان استفاده از حداکثر سختی و شکلپذیری دو سیستم را فراهم آورد. در سیستمهای دوگانه، قاب خمشی باید قادر به تحمل دست کم 25% نیروی جانبی باشد. مقاومت در برابر کل بار جانبی توسط ترکیب قاب خمشی با قاب مهاربندی و یا دیوار برشی و به نسبت سختی هرکدام فراهم میشود
شایان ذکر است که در اسکلت قابهای مهاربندی شده، المان شورون که یکی از انواع مهاربندهای همگرا میباشد، نسبت به قاب خمشی دارای سختی بیشتری است. افزون بر مطلب فوق، کاربرد پیکربندی المانهای شورون، از نظر کنترل تغییر مکان جانبی سازه نیز عملکرد مطلوبتری دارد. بدین ترتیب، با ایجاد یک افزایش بزرگ برای صلبیت جانبی، ظرفیت مقاومت اسکلت سازه، بطور قابل توجهی زیاد میشود
.2 ماهیت رکوردهای حوزه نزدیک گسل
حرکات زمین در مناطق نزدیک به گسل تفاوت قابل توجهی با مناطق دور از گسل دارد. در محدوده نزدیک گسل، حرکات زمین بطور قابل ملاحظهای متاثر از مکانیسم شکست و جهت انتشار شکست نسبت به ساختگاه میباشد. این پارامترها باعث ایجاد اثری بهنام جهت پذیری شکست می شوند. جهت پذیری شکست خود شامل اثر جهت پذیری پیشرونده، جهت پذیری پسرونده و جهت پذیری خنثی میباشد.
زمانی که یک گسل، به ویژه از نوع امتداد لغز شروع به شکسته شدن میکند، شکست در نقطهای بر روی امتداد گسل، ایجاد میشود که بسته به محل آغاز گسیختگی به سمت ابتدا، انتها و یا هر دو جهت گسترش مییابد. اگر انتشار شکست گسل به سمت ساختگاه و جهت لغزش گسل نیز در همان راستا باشد، آنگاه جهت پذیری پیشرونده رخ می دهد. چنانچه ساختگاه در نزدیکی مرکز زمین لرزه باشد و انتشار شکست به سمت دور شدن از ساختگاه باشد، در این حالت جهت پذیری پسرونده رخ میدهد. همچنین در ماهیت فرایند جهت پذیری خنثی دور یا نزدیک شدن ساختار انتشار شکست، چندان قابل تشخیص نمیباشد
ساختار فیزیکی جنبشهای نیرومند زمین که در مناطق حوزه نزدیک یک گسل فعال ثبت شدهاند، شامل پالسهای مشخص و متمایزی در تاریخچه زمانی سرعت می باشند. نمود ویژگی یاد شده در اثر جهت پذیری پیش رونده است که به علت نزدیکی نسبی میان اندازه سرعت گسیختگی گسل و سرعت انتشار امواج برشی زلزله رخ میدهد. این وضعیت بطور ویژه در فرایند گسیختگی گسلهای امتداد لغز رخ میدهد. همانطور که در جنبشهای زمین ثبت شده در طول زلزلههای قوی مشاهده شده، تاثیرات جهت پذیری پیشرونده میتواند پالسهای با دامنه و پریود بالا تولید کند که به صورت واضحی در تاریخچه زمانی جابجایی و سرعت ارتعاشات نیرومند زمین مشاهده شده است. نمونههای فراوانی از این گونه ساختارهای لرزهای در بررسی تاریخچه زمانی رکوردهای نیرومند زلزلههای امپریال ولی 1979، لوما پریتا 1989 و نورتریج 1994 کالیفرنیا ملاحظه شده است
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، مشاهده میشود که در تاریخچه زمانی حرکات قوی زمین در حوزه نزدیک گسل های فعال؛ به خصوص در مورد آنهایی که توسط فرایند گسیختگی امتداد لغز تولید شده اند، مولفه ثبت شده نرمال - مولفه - TR مخرب تر از مولفه موازی صفحه شکست گسل - مولفه - LN می باشد. از این رو مطابق شکل دو پالس مشخص سرعت در تاریخچه زمانی متناظر هر دو مولفه موازی صفحه شکست گسل مشاهده میشود.
هر دو پالس سرعت بصورت ساختارهای پیوسته، پر دامنه و بلند مدت بوده و متناظر با آنها در رکورد شتاب زمین نیز یک مجموعه اسپایک های پر دامنه با گام زمان کوچکتر از 0/5ثانیه وجود دارد. بطور مشخص، پالس سرعت مولفه TR به مراتب بزرگ تر از پالس سرعت مولفه LN است. مشخصات طیفی مولفه قائم - مولفه - UP بستگی مستقیم به باند فرکانس های پر انرژی داشته که بطور معمول در بازه طیفی 20 تا 75 هرتز قرار دارند.
شکل :1 تاریخچه زمانی شتاب و سرعت هر سه مولفه مشخص موازی - LN - ، عمود - TR - بر صفحه شکست گسل و قائم - UP - ؛ متناظر با رکورد اصلی و نیرومند زلزله طبس ایران در سال 1978 حاوی مجموعه ای از اسپایکهای پردامنه شتاب به همراه پالس مشخص سرعت است.
پالسهای سرعت رکوردهای حوزه نزدیک حاوی اثرات جهتپذیری پیشرونده، باعث وارد آمدن آسیب های گسترده و خسارات شدید به ساختمانهای بویژه میان مرتبه تا بلند میشود. بررسی پارامترهایی همچون اثر P-، پایداری دینامیکی، اثرات انتشار امواج در اسکلت سازه تحت زمین لرزههایی با اثر جهت پذیری پیشرونده، بسیار با اهمیت میباشد.
همچنین وجود پالسهای پریود بلند و پر انرژی موجود در رکوردهای نیرومند حوزه نزدیک، سبب میشوند که اسکلت مقاوم ساختمان-ها با یک حجم انرژی جنبشی بزرگ روبرو شوند. در نتیجه روند میرا نمودن این انرژی زیاد نیز در طی چندین سیکل ارتعاشی بسیار شدید صورت میگیرد. همراه با این اثرات نیز فرایند به نسبت سریع تشکیل و گسترش حوزههای غیر خطی و بخش های با تمرکز تنش در حد تسلیم، رخ خواهد داد. نتایج تحقیقات نشان میدهد که بیشینه اندازه پارامترهای نیاز اسکلت مقاوم ساختمان ها، بصورت یک تابع تقریبی از نسبت پریود پالس به پریود طبیعی سازه میباشد
