بخشی از مقاله
چکیده
ارتعاشات زمین در سایتهاي مجاور گسل باعث خرابیهاي گسترده اي در بسیاري از سازههایی که حتی مسائل مربوط به آیین نامه زلزله را نیز رعایت کرده اند، گردیده است. به همین علت بررسی ماهیت ارتعاشات زمین در نزدیکی منشأ زلزله به عنوان یک ضرورت مطرح شده و مطالعات متعددي نیز در این زمینه صورت گرفته است. رکوردهاي حاصل از زلزله هاي حوزه نزدیک به جهت نزدیکی فاصله محل منبع انتشار موج داراي خواص ویژه اي میباشند که رفتارشان آنها را از سایر رکوردها متفاوت میسازد.
زلزلههاي حوزه نزدیک داراي شتاب بالاتر و محتواي فرکانسی محدودتري در فرکانس هاي بالا نسبت به حوزه دور میباشندنگاشت. این زلزله ها ،خصوصا ً زمانی که تحت انتشار گسلش قرار میگیرند ، داراي پالسهاي پریود بلند با دامنه بزرگ میباشند که اغلب در ابتداي رکورد زلزله دیده میشود. در این مقاله اثر مولفه قائم زلزله هاي حوزه نزدیک روي سه ساختمان فولاد ي 4 ،8،12 طبقه با مهاربندهاي خارج از مرکز بررسی شده اند.
از 10 زلزله حوزه نزدیک که در فاصله کمتر از 10 کیلومتر ثبت شده اند و مطابق آیین نامه 2800 مقیاس شده اند، استفاده شده است. تحلیل طیف ی و تحلیل دینامیکی روي ساختمان هاي مدل شده انجام شده است. نتایج بیانگر آنست که اثر مولفه قائم در سازه ها با افزایش ارتفاع سازه بیشتر شده، در نتیجه باید در ساختمانهاي بلند اثر مولفه قائم زلزله هاي حوزه نزدی ک را در نظر بگیریم. همچنین با افزایش ارتفاع سازه پاسخ سازه ها تحت اثر مولفه قائم زلزله هاي حوزه نزدیک، افزایش می یابد.
مقدمه
ارتعاشات زمین در سایتهاي مجاور گسل باعث خرابیهاي گستردهاي در بسیاري از سازههایی که حتی مسائل مربوط به آییننامه زلزله را نیز رعایت کردهاند، گردیده است. از جمله در زلزلههاي Northridge - 1 994 - Kobe - 1994 - Taiwan - 1995 - سازههاي مهندسی در مجاورت مرکز زلزله دچار خرابیهاي زیاد ي شدهاند. بههمین علت بررسی ماهیت ارتعاشات زمین در نزدیکی منشا زلزله به عنوان یک ضرورت مطرح شده و مطالعات متعددي نیز در این زمیینه صورت گرفته است.
زلزلههاي حوزه نزدیک به نقاطی از زمین اطلاق میشود که فاصله آنها از مرکز سطحی زلزله کمتر از یک حد معین است. بعضی از محققین از جمله اکی این فاصله را 50 کیلومتر میدانند و برخی دیگر این فاصله را 15 کیلومتر در نظر میگیرند. با توجه به تحقیقات انجام گرفته بر روي رکوردهاي ثبت شده، جنبش قوي زمین در نزدیکی گسل و تاثیر این نوع رکوردها بر روي سازههاي مختلف نیاز توجه به این رکوردها و آثار آن بر روي سازهها، در دو دهه اخیر اهمیت تحقی ق بیشتري را به خود جلب نموده است. تحقیقات انجام گرفته در این زمینه عمدتا به دو دسته تقسیم میگردد :
دسته اول، مجموعهاي از تحقیقاتی است که بر روي رکوردهاي ثبت شده ناشی از جنبش قوي زمین در نزدیکی گسل و مشخصات و پارامترهاي مختلف مربوط به رکوردهاي نزدیک گسل انجام گرفته است و با جمع بندي دقیق و جمع آوري اطلاعات بدست آمده از رکوردهاي ثبت شده زمین لرزهها در نزدیکی گسل اطلاعات کامل و قابل استفادهاي جهت بررسی رفتار سازهها تحت اثر این نوع رکوردها در اختیار محققان و کارشناسان قرار میدهد.
دسته دوم، مجموعه تحقیقاتی است که مربوط به بررسی رفتار سازههاي مختلف تحت اثر رکوردهاي نزدیک گسل میباشد. مشخصات زلزلههاي نزدیک گسل به دلیل خواص امواج برشی و تجمع آثار این امواج در جلوي مسیر گسیختگی تفاوتهایی با مشخصات زلزلههاي دور از گسل دارند.
وجود حرکت پالس گونه با پریود بلند در ابتداي رکوردها، بزرگتر بودن مولفه عمود بر جهت گسل نسبت به مولفه موازي گسل، تجمع انرژي و انتقال آن در مدت زمان کوتاه، اعمال نیروي ضربه گونه بر سازههاي موجود در مسیر پیشرو گسیختگی، نسبت بیشینه سرعت به بیشینه شتاب بالا و وجود بیشینه شتاب و سرعت و جابجایی بالاتر از تفاوتهاي حائز اهمیت رکوردهاي زلزلههاي نزدیک گسل میباشد.
نکته ویژه در رکوردهاي سرعت زلزلههاي نزدیک گسل علاوه بر موارد بالا، وجود سرعتهاي بزرگ زمین است که در پی پالسهاي بلند مدت شتاب ایجاد میشود. نمودي از این اثرات به شکل ایجاد تغییر مکانهاي نوسانی بزرگ است که در رکورد تغییر مکان زمین نیز دیده میشود. وجود این مقادیر بزرگ در پارامترهاي حرکات زمین در نزدیک گسل، مشخصه بارز رکورد زلزلههاي حوزه نزدیک گسل نظیر زلزله نورتریج، زلزله کوبه، زلزله چی چی تایوان و بم میباشند .
در زلزله انرژي بسیار زیادي که با گذشت زمان در محل جمع شده با یک پارگی در پوسته زمین آزاد میشود. این انرژي به صورت ارتعاشی پخش میشود. به هر میزان از مرکز زلزله دور میشویم، این ارتعاشات که عمدتاً در سطح زمین توسط دستگاههاي زلزله نگار ثبت م یشوند، حالت یکنواختتر و شکل مشخصتري دارند.
با صرف نظر کردن از برخی مسائل، مثل اثر ساختگاه و در نظر گرفتن منشا کانونی براي زلزله میتوان گفت، انتشار این امواج در فواصصل دور به صورت کروي در داخل پوسته و دایروي در روي سطح زمین میباشند. به هر میزان به منشا زلزله نزدیکتر میشویم، حالت یکنواخت تري در ارتعاشات و پخش کروي گونه در پوسته زمین و دایروي شکل در سطح کاملا از بین میرود
مشخصات زمین لرزه نزدی ک گسل
هنگام وقوع زلزله خصوصیات ارتعاشی هر یک از نقاط زمین تابع عوامل مختلفی به شرح زییر است :
1. بزرگاي زلزله
2. فاصله منطقه از مرکز رها شدن انرژي
3. خصوصیات زمین شناختی - اثر ساختگاه -
برخی مطالعات نشان میدهد که رکوردهاي زلزلههاي نزدیک را میتوان به دو بخش، با ضربان و بدون ضربان تقسیم بندي کرد که در بعضی مواقع، پدیده ضربان در تاریخچه شتاب، سرعت و تغییر مکان یکی از ویژگیهایی است که زلزله حوزه نزدیک را از زلزله حوزه دور متمایز میکند.
ضربان در زمین لرزه به صورت ضربان شتاب، سرعت و جابجایی میباشد که میتوان آنها را به تغییرات بزرگ در تاریخچههاي شتاب، سرعت و جابجایی تعریف کرد. شکل1 تارییخچههاي شتاب، سرعت و جابجایی را براي چهار حرکت زمین نزدیک گسل مصنوعی، سیلمار، امپریال والی و السنترو نشان میدهد، چنانچه در شکل21 مشاهده میشود، در زلزلههاي نزدیک گسل، حرکت زمین بر اثر گسل مصنوعی، سیلمار و امپریال والی با ضربان و بر اثر گسل السنترو، بدون ضربان میباشد.
شکل:1 تاریخچههاي شتاب، سرعت و جابجایی را براي چهار حرکت زمین نزدیک گسل مصنوعی
به دلیل نزدیکی محل تا گسل، رکورد حاصل از سرعت و جابجایی زمین به جهت اینکه نسبت به شتاب داراي پریود بالاتري هستند داراي شکل پالس مانند با پریود بالا میباشند، که یادآور تحریکی به صورت ضربه هستند. در زمین لرزههاي حوزه نزدیک به جهت فاصله کوتاه بین محل شکست - منبع تولید موج - و مح ل دریافت آن فرصتی جهت مستهلک شدن فرکانسهاي بالا نبوده؛ از همین رو تاریخچه زمانی شتاب آنها محتواي فرکانسی بالایی دارند
مکانیسم پیوندهاي افقی و قائم
طول تیر پیوند تاثیر زیادي در رفتار مهاربندهاي خارج از مرکز در ناحیه خطی و غیرخطی دارد. در نیروهاي جانبی بالا، مفصل پلاستیک در تیر پیوند بوجود میآید که این نوع مفصل ها با توجه به مکانیسم تیر پیوند مسخص میشود . با نوشتن معادلات پایداري براي پیوند هاي افقی ما دو محدوده - رابطه - 1 داریم.
در تیرهاي پیوندي که طول آنها بین محدوده فوق قرار میگیردتسلیم تواماٌ خمشی و برشی است.
براي پیوند هاي قائم و با توجه به اینکه ممان هاي تشکیل شده در دو انتها پیوند برابر نمیباشد ، طول مناسب براي ایجاد شرایط لازم براي رفتار برشی به صورت رابطه - 2 - پیشنهاد شده است:
شکل :2 دیاگرام ممان خمشی با تیر پیوند قائم تک
لازم به ذکر است رابطه هاي بالا با توجه به دیاگرام آزاد نیروهاي وارد بر پیوند و لحاظ اثر سخت شدگی کرنشی براي برش و ممان به ترتیب برابر 1.5 و 1.2 براي برش پلاستیک - VP - و ممان پلاستیک - M P - بدست آمده اند
زلزله هاي حوزه نزدیک
وقوع زمین لرزه هاي بزرگ در نزدیک شهرهایی که در مجاورت گسل واقع شده اند ،غیرقابل انکار است لذا تشریح حرکات نیرومند زمین در حوزه نزدیک منبع لرزه زا و تاثیرات آن بر عملکرد سازه ها ، از موضوعات مهم مطرح در زلزله شناسی و مهندسی زلزله است. مفهوم مدلسازي و شبیه سازي حرکات نیرومند زمین در حوزه نزدیک و همچنین خصوصیات سازه اي که باید رفتار کنترل شده اي را در برابر این حرکات دینامیکی از خود نشان بدهد، دو موضوع مهم در رابطه با حوزه نزدیک است.
زلزله هاي حوزه نزدیک که پالس هاي موجود در آنها از شدت بیشتري برخوردار است و یا مدت زمان پالس آنها بزرگتر است ،پاسخ سازه را بیشتر افزایش میدهند ، لذا با این وجود سازه هایی که به منبع لرزه زا نزدیک تر هستند شکل پذیري بیشتري باید داشته باشند تا بتوانند از پاسخ سازه بکاهند. رکورد زلزله هاي حوزه نزدیک در فاصله کمتر از 10کیلومتر ثبت شده بودند، باید مطابق آیین نامه 2800 مبنی بر داشتن مدت زمان حرکت شدید زمین حداقل برابر 10 ثانیه و یا سه برابر زمان تناوب اصلی سازه ،هر کدام بیشتر است ،را برآورده نمایند ، با توجه به این نکته اقدام به 10 شتابنگاشت زلزله حوزه نزدیگ گردیده که در جدول شماره 1 ارائه شده است
