بخشی از مقاله
چکیده
شاخص های خسارت مختلفی در سال های اخیر جهت پیش بینی میزان خسارت وارد بر سازه، معرفی شده اند که هر کدام از آنها پارامترهای متفاوتی را برای مدل خسارت ساختمان بکار می گیرند.
در این مقاله، تعداد 9 قاب دیوار برشی فولادی با ورق نازک در یک و دو دهانه و همچنین قاب خمشی فولادی ویژه، سه، هفت و پانزده طبقه تحت تحلیل بارافزون قرار گرفته و شاخص خرابی آن ها در سطوح عملکرد مختلف برای چهار شاخص پارک و انگ، تغییرمکان نسبی حداکثر، شکل پذیری و شکل پذیری پلاستیک محاسبه شده است.
نتایج نشان می دهد که شاخص خسارت سیستم دیوار برشی فولادی در دو دهانه و در قاب های بلندتر نسبت به دیگر قاب ها مناسبتر بوده، لذا استفاده از این سیستم توجیه پذیرتر است. علاوه بر این، نتایج نشان داد که شاخص خسارت تغییرمکان نسبی حداکثر نسبت به دیگر شاخص ها نتایج متفاوت تری دارد.
-1 مقدمه
دیوارهای برشی فولادی به منظور مقابله با نیروهای جانبی زلزله و باد در ساختمان ها، بویژه در ساختمان های بلند در چهار دهه اخیر مطرح و مورد توجه قرار گرفته اند . دیوار برشی فولادی از ورق فولادی که توسط تیرها و ستون ها احاطه شده، تشکیل گردیده است. در ورق فولادی در صورت نیاز می توان بازشو با شکل ها و ابعاد گوناگون و مورد نظر ایجاد نمود .
دیوار برشی فولادی مشابه تیرورق طره ای عمل می نماید که در آن ستون ها به منزله ی بال های آن، تیرهای طبقات همانند سخت کننده های آن و ورق فولادی به عنوان جان آن می باشند. در این سیستم اتصال بین تیرها و ستون ها می تواند صلب یا ساده باشد و برخلاف تیرورق ها که به علت ضعیف بودن بال ها در آن ها، بال ها نقش بسزایی در گرفتن نیروها ندارند، در دیوارهای برشی فولادی با توجه به قوی بودن ستون ها، ستون ها می توانند نقش خوبی را در باربری ایفا کنند
در بررسی و تجزیه و تحلیل خسارت وارد بر یک سازه پس از رخداد یک حادثه مخرب، برآورد دقیق خسارت وارد بر هر نقطه از سازه غیر ممکن به نظر می رسد. لذا معرفی شاخص هایی برای ارزیابی میزان خسارت وارد بر المان های سازه، ضروری می باشد. خسارت سازه را می توان از جهات گوناگون بررسی نمود اما به طور کلی خسارت وارد بر سازه عبارت است از کاهش ظرفیت سازه در تحمل انواع بارها نسبت به سازه سالم پیش از وقوع زلزله یا هر عامل دیگری که سبب کاهش ظرفیت سازه شده است .[3] هدف اصلی طراحی لرزه ای بر اساس سطح عملکرد، کنترل خسارت ساختمان ها در برابر زمین لرزه می باشد .[4] چهار سطح عملکرد تعریف شده عبارتند از: استفاده بی وقفه - IO - ، ایمنی جانی - LS - ، آستانه فروریزش - CP - و تخریب کامل - COLLAPSE - که در این مقاله چهار سطح عملکرد مذکور مورد بررسی قرار گرفته اند.
-2 مطالعات انجام شده در زمینه ی شاخص های خسارت بر روی سازه های مختلف
در سال 2003، تهرانی زاده و خلقتی [5] چندین شاخص خرابی را بر روی پل های فولادی موجود بررسی کردند. بر اساس نتایج بدست آمده از این تحقیق، شاخص خسارت پارک و انگ در شدت های لرزه ای کم مقادیرنسبتاً بزرگی ارائه می دهد که دور از واقعیت است، اما شاخص آسیب بر پایه خستگی کم تواتر و شاخص McCabe,Hall چون بر پایه مفهوم جذب و استهلاک انرژی هستند، برای پل های فولادی به نحو بهتری قادر به توصیف وضعیت خرابی در سازه خواهند بود.
ونگ و همکاران [6] در سال 2007 شاخص خسارت طبقه ای را برای ساختمان ها که بر اساس تحلیل ماتریسی صورت پذیرفته است ارائه کردند، که این شاخص بر اساس تحلیل فرکانسی و شکل مود اصلی سازه محاسبه شده است.
در سال 2008 استکانچی و همکاران [7] شاخصی برای قابهای خمشی فولادی بر اساس روش تاریخچه زمانی ارائه کردند. که شاخص مربوطه در سطح محلی و کلی ارائه شده است.
در سال 2012 تحقیقاتی توسط حبیبی و ایزدپناه [8] در زمینه ی شاخص های خسارت بر روی قاب های خمشی بتن مسلح صورت پذیرفت. در این تحقیق، علاوه بر بررسی شاخص های خسارت پارک و انگ و انرژی، روشی جدید برای ارزیابی سطح عملکرد ساختمان های بتنی ارائه گردید.
در سال 2012 همتی [9] تحقیقاتی را بر روی قاب های خمشی فولادی در زمینه شاخص های خرابی انجام داد. وی شاخص های خرابی از جمله شاخص دالی و کرول، شاخص خستگی کم چرخه و... را در سطوح شکل پذیری مختلف ساختمان ها مورد ارزیابی قرار داد.
در سال 2013 شاخص خرابی جدیدی توسط کاماریس و همکاران [10] ارائه شد. در این پژوهش، شاخصی برای قاب های فولادی بر اساس مقاومت و سختی تحت حرکت زلزله ارائه شد. همچنین این شاخص، با شاخص های دیگر از جمله شاخص پارک و انگ، شاخص رافائل و میر، شاخص بانون و... مقایسه شد.
-3 برخی از مطالعات انجام شده بر روی دیوار برشی فولادی
سال 2008 سیدهارتا و همکاران [11] طی تحقیقاتی که در مورد طراحی دیوار برشی فولادی داشتند، با توجه به اینکه پیش بینی های آیین نامه های لرزه ای برای این سامانه مبنی بر روش طراحی بر اساس نیروی الاستیک است، روش طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد را پیشنهاد داده اند که روش LRFD پیشنهاد شده برای سامانه های سیستم دیوار برشی فولادی مبنی بر تغییرمکان جانبی نسبی غیرارتجاعی هدف و ساختار تسلیم از قبل تعیین شده است.
در سال 2009 ، سجادی و صبوری [1]، به بررسی میزان جذب انرژی و ضریب رفتار دیوارهای برشی فولادی شکل پذیر با سخت کننده با بازشو و بدون بازشو پرداختند. آزمایش بر روی پنج نوع دیوار برشی فولادی که یکی از نمونه ها بدون سخت کننده و چهار نمونه دیگر نمونه های با سخت کننده و از نوع با بازشو و بدون بازشو بودند انجام گرفت.
نتایج آزمایش نشان داد که ضریب رفتار دیوار برشی فولادی بدون سخت کننده و با سخت کننده به ترتیب برابر با 16/1 و 17/1 است، و نشان دادند که ضریب رفتار دیوارهای برشی فولادی با بازشو با افزایش بازشوها، افزایش می یابد. و میزان جذب انرژی دیوار برشی فولادی بدون سخت کننده در تغییرمکانهای مختلف در حدود 20 تا 36 درصد کمتر از دیوار برشی فولادی با سخت کننده است، و همچنین آنها دریافتند که در دیوار برشی فولادی با سخت کننده و بدون سخت کننده سهم جذب انرژی قاب از کل نمونه به ترتیب برابر با 50 و 67 درصد می باشد.
در سال 2010 تحقیقی در زمینه ی دیوار برشی فولادی توسط چی هان لین و همکاران [12] انجام پذیرفت. یک نمونه دیوار برشی فولادی دو طبقه در مقیاس واقعی تحت تحلیل دینامیکی - با رکوردهای مختلف - قرار گرفت. در نهایت، نقاط تسلیم در تیرها و ستون ها مشخص گردید.
در سال 2011 طی پژوهشی که توسط انجان و همکاران [13] انجام گرفت، دوره ی اصلی سیستم دیوار برشی فولادی با بازشوهای دایره ای بدست آمد.
در سال 2011 ظرفیت نهایی دیوار برشی فولادی نیمه گیردار توسط جهانپور و همکاران [14] ارزیابی شد. طبق این تحقیق، رابطه ی جدیدی برای محاسبه ی ظرفیت نهایی این سیستم ارائه گردید. همچنین برای ارزیابی صحت رابطه ی ارائه شده، نتایج با یک نمونه ی آزمایشگاهی نیز مقایسه گردید.
در سال 2012 توسط صبوری و سجادی [15] مطالعه ی عددی و آزمایشگاهی بر روی سیستم های دیوار برشی فولادی با و بدون سخت کننده انجام پذیرفت. نتیجه ی آزمایشات نشان می دهد که نصب سخت کننده به ورق فولادی، تأثیر ناچیزی بر روی مقاومت برشی ورق دارد اما نقش بسزایی بر روی سختی برشی و جابجایی تسلیم برشی دارد. نتایج حاکی از آنست که نصب سخت کننده، جابجایی تسلیم برشی را تا حدود 25 درصد کاهش داده و سختی برشی را تا 50 درصد افزایش می دهد.
در سال 2014 بومیک [16] تحقیقاتی بر روی سیستم دیوار برشی فولادی انجام داد. در این تحقیق رفتار لرزه ای سیستم دیوار برشی فولادی با چندین بازشوی دایره ای یک اندازه مورد بررسی قرار گرفت. قطر دایره ها، جانمایی و مش بندی المان ها نیز از مباحثی می باشد که در این تحقیق بررسی گردید.
در سال 2015 منگ و همکاران [17] تحقیقات مشابه با مورد بالا انجام دادند. آنها در این تحقیق رفتار لرزه ای سیستم دیوار برشی فولادی در حالات گوناگون - از جمله، شکل ها و جانمایی های مختلف بازشوها، مشخصات سازه و همچنین سخت کننده های مختلف - را بررسی کردند.
در سال 2015 نیز پوربا و برینو [18] مطالعات آزمایشگاهی بر روی سیستم دیوار برشی فولادی انجام دادند. آنها در تحقیقات خود، نحوه تشکیل مفاصل پلاستیک در ستون ها و تیرها و همچنین نوع خرابی در سازه را مورد ارزیابی قرار دادند. همچنین میزان تغییرمکان اعضا بصورت افقی و قائم بررسی گردید.
در سال 2015 تحقیقاتی توسط قلهکی و پاچیده [19] در زمینه شاخص های خرابی بر روی سیستم دیوار برشی فولادی انجام پذیرفت. در این تحقیق، تعدادی قاب ساختمانی با تعداد طبقات مختلف تحت نیروی زلزله قرار گرفته و مقادیر چندین شاخص خرابی محاسبه گردید.
-4 معرفی شاخص های خسارت مورد استفاده در مقاله
تاکنون شاخص های خسارت فراوانی ارائه و پیشنهاد شده که به دلیل گستردگیو بعضاً نامناسب بودن، در ادامه به چند شاخص معتبر اشاره می شود.
- 1- 4 شاخص خرابی تغییرمکان نسبی حداکثر
شاخص های خسارت می توانند در چندین گروه تقسیم بندی شوند. اولین گروه از این شاخص ها، شاخص تغییرمکان نسبی حداکثر میباشد که به شاخص دریفت نیز شناخته می شود. این شاخص با نسبت حداکثر تغییرمکان بام به ارتفاع سازه تعریف می شود
