بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله تحلیل خرابی بخشی از سازه بازار تبریز - تیمچه ملک - با روش اجزای محدود و روش سینماتیکی ساده شده مورد بررسی قرار داده شده است. بازار تبریز در مردادماه سال 1389شمسی بهعنوان نخستین بازار جهان در فهرست میراث جهانی یونسکو به ثبت رسیده است. قسمت تیمچه ملک هم از قسمتهای مهم و بسیار زیبای این بنای تاریخی است که با توجه به اهمیت این بنا از لحاظ تاریخی، فرهنگی، گردشگری و زلزلهخیز بودن شهر تبریز، مطالعه و بررسی آسیبپذیری به عنوان اولین قدم در مقاومسازی این بنا ضروری میباشد.
جهت حصول مشخصات مصالح مصرفی آزمایشهایی بر روی نمونههای ساخته شده با ملات ماسهآهکی صورت پذیرفته است. ارزیابی لرزهای سازه تیمچه ملک نیز با روش المان محدود و مدلسازی به صورت ماکرومدل، با انجام تحلیلهای استاتیکی و مودال خطی و تحلیلهای دینامیکی غیرخطی تحت رکوردهای مختلف صورت گرفته است. بر اساس کانتورهای تنش که از تحلیلهای دینامیکی بدست آمدهاند، 16 مکانیزم گسیختگی محتمل بدست آمده است. تحلیل پایداری مکانیزمها با استفاده از آییننامه OPCM 3431 ایتالیا مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت مکانیزمهای بحرانی جهت مقاومسازی مشخص شدهاند.
1. مقدمه
آثار تاریخی هر کشوری هویت و شناسنامه آن ملت بوده و میراثی گرانبها از فرهنگ یک ملت میباشد. با توجه به آسیبپذیر بودن این ساختمانها در طی زمینلرزههای گذشته و تعداد زیاد آنها در نواحی لرزهخیز نمیتوان مطالعه رفتار و عملکرد ساختمانهای بنایی در برابر زلزله را بیاهمیت دانست. قسمت تیمچه ملک بازار تبریز از جمله سازههای تاریخی و بسیار زیبای ایران میباشد. با توسعهی تکنولوژی و به خصوص نرمافزارهای تحلیل سازه، راه برای مطالعهی آسیبپذیری این سازهها هموارتر شده؛ در این راستا مطالعات بسیاری در سراسر جهان انجام شده از جمله وینسزو مالاردو3 و همکاران - 2007 - آسیبپذیری لرزهای یک سازه بنایی تاریخی در فرارا4 ایتالیا را مورد بررسی قرار دادند.[
اسلامی5 و همکاران - 2012 - به بررسی آزمایشگاهی و تحلیل غیرخطی یکی از گنبدهای سازه بنایی تاریخی اقبال در شهر یزد پرداختند.
کمال6 و همکاران - 2013 - سازهی بنایی تاریخی قلاون7 واقع در کشور مصر را مورد بررسی قرار دادند.
انجلو دیامبریسی8 و همکاران - 2012 - برج تاریخی بنایی شهر سونچینو9 ایتالیا را مورد بررسی قرار دادند
فریت جاکر10 و همکاران - 2014 - به مطالعهی موردی مسجد تاریخی لالا پاشا11 واقع در شهر ارزروم ترکیه پرداختهاند.
نتایج ارزیابیها نشان از ضعف سازههای تاریخی - به خصوص سازههای گنبددار - در برابر بارهای لرزهای میباشد. سازه تیمچه ملک در مرکز شهر تبریز و دارای گنبدهای بسیار زیبا و از قسمتهای باشکوه بازار تاریخی تبریز است. با توجه به اهمیت سازهی مذکور آزمایشهایی جهت تعیین خواص مکانیکی مصالح بنایی مورد استفاده در آن صورت گرفته و در نهایت مدل سهبعدی اجزای محدود آن در نرمافزار SolidWorks رسم شده و به نرمافزار ANSYS 14.5 جهت تحلیل و ارزیابی وارد شده است.
تحلیل حدی یک روش خوب برای برآورد مرحله نهایی حدی سازه میباشد. در این روش سادگی فرضیات، کاهش یافتن مشخصات مکانیکی لازم و دادن تصویری قابل قبول از حالت حدی نهایی و همچنین کم بودن زمان مورد نیاز موجب استفاده گسترده از این روش برای بدست آوردن مقدار بار نهایی برای مکانیزم مورد نظر و همچنین مقاومسازی سازه شده است. با توجه به موارد فوق، در این تحقیق سازه تاریخی تیمچه ملک بازار تبریز علاوه بر روش اجزای محدود با روش فوق و به استناد آییننامه O.P.C.M 3431 ایتالیا بررسی شده است.
جهت حصول مکانیزمهای خرابی تحلیلهای دینامیکی روی مدل انجام شده و براساس کانتورهای تنش بدست آمده مکانیزمهای خرابی تشخیص داده شده و تحلیل سینماتیکی روی آنها صورت گرفته است. در نهایت مکانیزمهای بحرانی جهت مقاومسازی مشخص شدهاند.
شکل - 1 پلان، برش و نمایی از تیمچه ملک
تبریز یکی از شهرهای بزرگ و مهم ایران میباشد و بازار تبریز با قدمتی طولانی در مرکز شهر تبریز به عنوان مرکز تجارت این شهر بوده است. بازار تبریز دارای تیمچههای فراوانی میباشد. تیمچه ملک در قسمت جنوبی تیمچه میرزا جلیل قرار گرفته که در این تیمچه نیز فروش فرش رایج است .[6] نمایی از تیمچه ملک به همراه پلان و برش سازهای در شکل 1 آمده است
2. آزمایشهای تجربی بر روی مصالح بنایی
یکی از پارامترهای مهم برای درک صحیح از رفتار یک سازهی بنایی، دانستن مشخصات مصالح بنایی مورد استفاده در آن میباشد. همچنین جهت مقاومسازی سازه نیز نیاز به تعیین مشخصات مکانیکی مصالح مصرفی میباشد. لذا با توجه به امکانات موجود آزمایشهای ضروری و لازم در این مورد انجام شد، که نتایج آن در ادامه آمده است. همچنین مصالح مورد استفاده در بازار تبریز از جمله مصالح قدیمی و کمیاب به شمار میآید که براساس قوانین، هر گونه برداشت از مصالح یا نمونهبرداری از بنا مقدور نمیباشد. لذا طی مکاتبات صورت گرفته با سازمان میراث فرهنگی، تعدادی آجر مشابه جهت انجام این آزمایشها تهیه گردید که آجرهای مناسب و مرغوب از میان آجرهای دریافت شده انتخاب شده و برای ساخت نمونهها استفاده شدند.
با توجه به اینکه ملات مورد استفاده در سازه بازار تبریز ملات ماسه آهکی بوده جهت ساخت نمونه ها از این نوع ملات استفاده شده است. در تهیه این ملات از دستورالعمل مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان استفاده شده است. بنابراین ملاتهای مورد استفاده با نسبت حجمی دو به پنج - دو قسمت آهک و پنج قسمت ماسه خاکی - تهیه شدند .[7] سه نمونه جهت آزمایش مقاومت فشاری بر اساس نشریه شماره 376، دستورالعمل بهسازی لرزهای ساختمانهای بنایی غیرمسلح موجود[8]، انتخاب شدند.
شکل -2 آزمایش مقاومت فشاری و نحوهی خرابی نمونهها
با توجه به آزمایشهای انجام شده و مقادیر ذکرشده در منابع معتبر و تحقیقات پیشین، در این تحقیق برای مدلسازی خواص و رفتار مصالح بنایی آجری مقادیر ضریب پواسون 0/2 و چگالی 1950 کیلوگرم بر متر مکعب در نظر گرفته شده است و جهت تخصیص ضرایب مورد نیاز معیارهای خرابی در تحلیلهای غیر خطی مقادیر زیر در نظر گرفته شدهاند.
جدول -1 معیارهای بکار رفته در مدلسازی
3. نحوهی تاثیر میرایی در مدل
به منظور در نظر گرفتن اثرات میرایی، نرم افزار ANSYS ماتریس میرایی سازه را به صورت ترکیب خطی ماتریس های جرم ,[M] سختی سازه [K] در نظر می گیرد. این نوع میرایی را دراصطلاح میرایی رایلی14 میگویند.
جهت حصول ضرایب ابتدا با انجام آنالیز مودال فرکانسهای مودی بدست آمده و در نهایت مقادیر به دست آمده برای این ضرایب به ترتیب برابر 0/4629 و 0/0054 در جهت x و 0/4210 و 0/0051 برای جهت y میباشند.
4. مدل اجزای محدود
مدل هندسی سازهی تیمچه ملک در نرمافزار SolidWorks رسم شده و از طریق همین برنامه به برنامهی ANSYS وارد شده است. مدلسازی به روش ماکرومدل همگن مطابق شکل 3 صورت گرفته است.
شکل -3 فرض ماکرومدل همگن
