بخشی از مقاله
خلاصه
مشکل عمده روش های پوش اور مرسوم در دستور العمل ها و آیین نامه های جاری این است که محدود به یک شکل مود فرضی ثابت است. لذا در راستای رفع این مشکل روش های پوش اور مودال متعددی با الگوی بارهای مختلف توسعه یافته اند، با اینحال بخاطر استفاده از روش های ترکیب مودال درجه دوم، نیروهای مودال طبقات در همه مودها با علامت مثبت با هم ترکیب شده و اثر تغییر جهت نیروهای مودال در طبقات مختلف در مودها بالاتر لحاظ نمی گردد .به منظور حل این مشکل روش ترکیب مودال جدیدی براساس جمع مستقیم الگوهای بار مودی با ضرایب خاص، ارائه شده است.
1. مقدمه
این اولین آئین نامه های طراحی لرزه ای اثر زلزله بر روی سازه را بطور تجربی بصورت درصدی از وزن آن بیان کرده و با تحلیل الاستیک سازه به تعیین اثرات نیروهای زلزله می پرداختند ، بطوریکه امروزه نیز همین رویکرد در اکثر آیین نامه ها حفظ شده است . با پیشرفت علم دینامیک سازه ها امروزه معلوم شده است که ،نیروهای زلزله وارد بر سازه در حالت الاستیک چندین برابر نیروهای لحاظ شده در آئین نامه ها می باشد . با اینحال، همچنان در آیین نامه های لرزه ای از نیروهای جانبی کاهش یافته استفاده می شود و انتظار می رود سازه ها در برا بر زلزله های شدید وارد مرحله غیرخطی شده و با تغییر شکل های پلاستیک در چرخه های رفت و برگشتی به جذب و استهلاک انرژی بپردازند و به علت خطی بودن تحلیل در اکثر آیین نامه ه ای لرزه ای ، هدف از طراحی لرزه ای را فقط یک سطح عملکرد مشخص ،مثل حفظ ایستایی ساختمان در ب رابر زلزله های شدید و به حداقل رساندن تلافات جانی، مثل آیین نامه 2800، قرار داده اند.
در بحث طراحی بر اساس عملکرد که در آیین نامه های جدید به چشم می خورد انتظار می رود که سازه تحت اثر زلزله های با شدت های متفاوت، عملکرد های مختلفی از خود نشان دهند .در سطوح عملکردی سطح پایین، آستانه فروریزش و ایمنی جانی ، سازه وارد مرحله غیرخطی شده و آسیب پذیری توسط ظرفیت تغییر شکل غیرالاستیک المان های سازه ای و غیر سازه ای ، کنترل می شود . این درحالی است که تحلیل مورد استفاده در اکثر آئین نامه ها الاستیک خطی بر اساس کنترل نیرویی می باشد.از اینرو تغییر مبانی آیین نامه ها از حالت کنترل نیرویی به حالت کنترل تغییر شکل توسط محققین بسیاری توصیه شده است که لازمه آن انجام تحلیل غیر خطی می باشد . به همین دلیل در طول دهه گذشته با توسعه ابزارهای محاسباتی و با قدرت گرفتن بحث طراحی براساس عملکرد، برخی از دستورالعمل ها و آیین نامه ها به سمت استفاده از تحلیل های غیر خطی و طراحی براساس کنترل جابجایی غیر الاستیک سوق پیدا کرده اند.
با توجه به ماهیت بارهای لرزه ای که به صورت شتاب پایه در پای ساختمان وارد می شود ، تحلیل دینامیکی غیرخطی سازه ها به عنوان دقیق ترین روش جهت تعیین تقاضای لرزه ای سازه می باشد ولی با اینحال به علت پیچیدگی ها و مشکلات کاربردی ، استفاده از این روش با محدود یت هایی روبروست. بدین جهت در سال های اخیر تلاش های گسترده ای جهت توسعه و بررسی روش های تحلیل غیرخطی ساده شده کاربردی و در عین حال با دقت مناسب صورت گرفته است. حاصل این تلاش ها تحلیل استاتیکی غیرخطی موسوم به تحلیل پوش اور می باشد که که امروزه به عنوان یک ابزار کاربردی مناسب توسعه فراوانی در مهندسی زلزله بر اساس عملکرد پیدا کرده است . تحلیل استاتیکی غیرخطی به دو دسته اصلی سنتی و پیشرفته تقسیم می شوند . در روش های سنتی پاسخ سازه چند درجه آزادی مستقیما به پاسخ سازه یک درجه آزادی فقط با یک مود نسبت داده می شود که شکل این مود در طول تحلیل ثابت باقی می ماند. ولی در روش های پوش اور پیشرفته محققین با ارائه روش های نوین سعی دارند اثر مشارکت مود های بالاتر ، که مخصوصا در سازه های بلند اثرات بیشتری بر روی پاسخ سازه دارند، و تغییرات سختی سازه در طول روند تحلیل با اعمال الگو بار به هنگام شونده و اندرکنش بین مودها را لحاظ کنند.
2. رویکردهای روش های پوش اور پیشرفته
با توجه به کاستی ه ای تحلیل پوش اور سنتی ، در دهه گذشته تلاش های فراوانی جهت رفع این مشکل صورت گرفته و روش های پوش اور پیشرفته مختلفی ارائه شده است . این روش ها بسته به اینکه شکل الگوی بار در آنها ثابت یا متغیر باشد به دو گروه عمده تقسیم می شوند .در گروه اول به منظور حفظ سادگی تحلیل پوش اور سنتی همچنان از الگوی بار ثابت در طول تحلیل استفاده می شود . این روش ها عمدتا سعی دارند اثرات مودهای بالاتر را در نحوه تعیین الگوی بار لحاظ نمایند و به منظور لحاظ کردن اثرات مودهای بالاتر به مفاهیم تجزیه مودال در دینامیک سازه ها و روش های ترکیب مودی متوسل می شوند. ولی نحوه استفاده از این مفاهیم در روش های مختلف متفاوت بوده و بر همین اساس می توان این روش های مودال با الگوی بار ثابت را به دو زیر گروه تقسیم بندی کرد:
- 1 روش های پوش اور مودال با الگوی بار ثابت با چند بار اجرا، بطوریکه نتایج حاصل از چ ندین اجرای تحلیل پوش اور مستقل با الگوی بارهای متناسب با چند مود اول با هم ترکیب می شوند.
- 2 روش های پوش اور مودال با الگوی بار ثابت با یک بار اجرا، بطوریکه بجای ترکیب نتایج حاصل از چندین تحلیل پوش اور، الگوهای بار متناسب با مودهای مختلف با هم ترکیب شده و یک الگوی بار مودال حاصل از طریق یک بار اجرای تحلیل پوش اور بر سازه اعمال می شود . همچنین علاوه بر روش های پوش اور مودال با الگوی بار ثابت ، دسته دیگری از محققان روش پوش اور مودال پیشرفته ای با الگوی بار بهنگام شونده ارائه داده اند. در این روش ها به منظور لحاظ کردن اثرات تغییرات ایجاد شده در مشخصات مودال سازه ناشی از تغییرشکل های پلاستیک از الگوهای بار مودال بهنگام شونده adaptive استفاده می شود. بطوریکه در هر مرحله بارگذاری شکل الگوی بار وارده متناسب با مشخصات مودال سازه تغییر کرده و بهنگام می شود . این روش ها نیز بسته به نحوه استفاده از ترکیبات مودی به دو زیر گروه : - 1 چند بار اجرا - 2یک بار اجرا تقسیم شوند.
3. روش پیشنهادی تحلیل پوش اور مودال با الگوی بار ثابت با جمع جبری مستقیم بارهای ضریب دار مودهای مختلف روشی تحت عنوان تحلیل پوش اور مودال با الگوی بار ثابت بر اساس جمع جبری مستقیم بارهای ضریب دار مودهای مختلف - Force Direct Vectorial Addition - FDVA ارائه می شود. در روش FDVA بمنظور لحاظ کردن اثرات مودهای بالاتر، الگوی توزیع بار از جمع جبری نیروهای مودال مستقل ضریب دارچند مود اول حاصل میشود.
مراحل مختلف روش FDVA به شرح زیر می باشد:
1 - ساخت مدل سازه ای که مشخصات غیرخطی مصالح و مواد در آن لحاظ شده است.
2 - تهیه طیف الاستیک - با میرایی مشخص - و غیر الاستیک - با شکل پذیری های مختلف - ویژه محل - زلزله مورد نظر - جهت تعیین شتاب هایطیفی مودال در مراحل مختلف تحلیل و تعیین تغییر مکان هدف.
3 - انجام تحلیل مودال - تحلیل مقادیر ویژه - سازه با توجه به سختی موجود در ابتدای کار و محاسبه فرکانس های ارتعاش طبیعی سازه و اشکال مودی آنی سازه ωj و Øj
.4 مقایسه روش پیشنهادی با روش های دیگر
در این تحقیق توانایی تخمین جابجایی نسبی بین طبقات روش پیشنهادی تحت اثر زلزله CHICHI - جدول شماره - 1مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور و برای بررسی میزان موفقیت این روش ماکسیمم پاسخ های حاصل از تحلیل دینامیکی غیر خطی تارخچه زمانی به عنوان جواب دقیق در نظر گرفته شده اند . همچنین روش پیشنهادی با الگو بارهای -1مود اول -2 M1 الگوی بار استخراجی بر اساس برش طبقات روش پیشنهادی شاکری و همکارانش در سال - 23 - SSAP 2008، - با الگوی بار ثابت - SSP با استفاده از مفهوم انرژی مورد مقایسه قرار گرفته است.
جهت انجام تحلیل ها از نرم افزار OpenSees استفاده شده است.مدل مورد استفاده ساختمان 20 طبقه گروه SAC می باشد این ساختمان ها برای منطقه Los Angeles آمریکا براساس آیین نامه UBC1994 طراحی ویژه شده اند . در طراحی این ساختمان ها جابجایی نسبی طبقات به مقدار h/400 که h ارتفاع طبقات می باشد محدود گردیده است . که قاب دو بعدی شمالی جنوبی، ضلع شرقی سازه ها در تحلیل ها مورد بررسی قرار گرفته است ..مقاومت تسلیم تیر ها 36Ksi و مقاومت تسلیم ستون ها 50Ksi می باشد. چون در هر راستا فقط دو قاب خمشی در برابر نیروهای جانبی مقاومت می کن د جرم هر طبقه را به دو تقسیم کرده و در مرکز هر یک از طبقات به عنوان جرم متمرکز قرار می دهیم. در مدل سازه از بارگذاری ثقلی صرفنظر شده است.
