بخشی از مقاله
چکیده
شواهد نشان داده است که در زلزله های شدید سازه های زیر زمینی آسیب پذیر میباشند. روشهای عددی تحلیل لرزه ای برای سازه های زیر زمینی انگشت شمار و دارای محدودیتهای خاص خود میباشند. یکی از روشهای عددی جدید و مناسب برای تحلیل لرزه ای سازه های ﮊئوتکنیکی ومخصوصا تونلها روش کوپل المانهای محدود و نامحدود موسوم به FE-IFE میباشد. این تکنیک همگام با توسعه کامپیوتر و روشهای عددی در حال پیشرفت بوده و کاربرد آن بویژه در مسائل تحلیل اندر کنش سازه –خاک و دامنه های بیکران در حال افزایش می باشد. در این مقاله با استفاده از تکنیک یاد شده از یک نرم افزار نسبتا کار آمد مدل فنر – دمپر برای مدلسازی بستر سازه تشکیل و سپس با استفاده از آن تحلیل لرزه ای یک تونل نمونه ارائه گردیده است. نتایج بدست آمده با روشهای معمول دیگر مقایسه گردیده و مشاهده شده است که نتایج مدل پیشنهادی معقولتر می باشند.
١- مقدمه
سازه های زیر زمینی بعنوان شریانهای حیاتی یک جامعه بایستی مقاوم و مطمئن طراحی گردند. اگر چه بسیاری از محققان نیروهای زلزله را در رده های بعدی اهمیت از نظر عوامل تعیین کننده در طراحی این فضا ها بحساب میاورند اما آسیب پذیری این فضا ها در زلزله ها کمابیش مشاهده گردیده است. عموما بدلیل احاطه شدن این فضا ها توسط یک محیط گسترده تا بیکران و نیز وقوع پدیده اندرکنش دینامیکی تحلیل لرزه ای این فضا ها با مشکلات و پیچیدگی های خاص خود روبرو بوده و تحقیقات کمتری در این زمینه صورت پذیرفته است بنحوی که خلاﺀ وجود مدلهای ساده و کارا در این زمینه مشهود میباشد. فاکتورهای موثر در پاسخ لرزه ای تونل ها عبارتند از : ١ - اندازه و شکل تونل،٢ - عمق دفن شدگی یا ضخامت خاک یا سنگ روی تونل،٣ - مشخصات موج زمین لرزه ،٤ - شرایط زمین شناسی پیرامون تونل، و بالاخره ٥ - مشخصات مکانیکی و هندسی آستری - Lining - یا پوشش تونل.
در بیشتر مسائل مهندسی، خاک یا سنگی که در پیرامون سازه قرار دارد بعنوان فضای بینهایت یا نیمه بینهایت قلمدادمی شود. برای فضاهای با هندسه ساده و مصالح الاستیک یکنواخت و گسترده تا بیکران، راه حلهای تحلیلی مناسبترند. نکته قابل توجه در تحلیل لرزه ای فضاهای زیر زمینی ، پخش و تفرق امواج در سطوح مشترک محیط اطراف و سازه تونل می باشد. محققان مختلفی تفرق امواج در اطراف یک حفره استوانه ای در یک محیط بینهایت را با استفاده از بسط تابع موج مورد بررسی قرار دادند و تمرکز تنش حاصله را بدست آوردند. تعدادی از محققان ]۱-۲[پاسخ یک تونل دارای دیواره، تحت اثر موج پلاریزه شده افقی - - SH در نیم فضا را با استفاده از روش تبدیل مختصات بدست آوردند.
برای مصالح ناهمگون پیرامون سازه و مشخصات هندسی نامنظم محیط، روشهای عددی منجمله روش اجزاﺀ محدود کارسازتر هستند. نکته قابل توجه اینست که در مسائل عادی تحلیل اجزاﺀ محدود ناحیه تفکیک شده و مرزهای انتهایی مشخص بوده اما عموماﹰ برای مسائل ﮊئوتکنیک لرزه ای نظیر تحلیل اندرکنش سازه های مدفون و محیط اطراف آن لازم است که بخش عظیمی - از لحاظ تئوری تا بینهایت - از پیرامون سازه در مدل اجزاﺀ محدود قرار گیرد]۳.[ در حالیکه عملاﹰ تشکیل چنین شبکه عظیمی از المانهای محدود ممکن نمی باشد و عموماﹰ در روشهای مرسوم از شبکه کوچکتر اجزاﺀ محدود استفاده می شود که در فاصله معینی این شبکه قطع - Truncate - شده و مرزهای بوجود آمده بعنوان قید در شبکه تعریف می گردند.
اما عموماﹰ این تکنیک به ایجاد جوابهای نادرست - Spurious - منجر می شود]۴-۵.[ برای رفع این نقیصه تکنیک کوپل المانهای محدود- نامحدود بکار می رود. در این تکنیک بطور خلاصه و مطابق شکل ١ قلمروی نزدیک به سازه با المانهای محدود معمولی و قلمروی دور با المانهای نامحدود مدل می گردند. مرز این دو ناحیه در واقع سطح مشترک المانهای محدود و نامحدود، سطحی است که امواج رسیده به آن برخورد کرده و با عبور از محیط، انرﮊی در دهه هفتاد]Ungless۶[ و ] Bettes۷[ فرمول بندی اجزاﺀ نامحدود - - Infinite Element را برای تحلیل مسائل استاتیک در ﮊئومکانیک ارائه نمودند و با موفقیت آنرا در تحلیل مسائلی نظیر توزیع تنشها در مکانیک سنگ بکار بردند.
اما برای تحلیل مسائل ﮊئوتکنیک لرزه ای بنظر می رسد که ]Zhao et. Al ۸[اولین کسانی بودند که در سالهای میانی دهه هشتاد فرمول بندی اجزاﺀ نامحدود را برای مسائل ﮊئوتکنیک لرزه ای ارائه نمودند. مفاهیم اساسی فرمول بندی اجزاﺀ محدود در مراجع زیادی نظیر ]۹[یافت می شود. در مورد المانهای نامحدود نیزبه مراجع]۴-۸[ و نیز مقاله های دیگر نویسندگان این مقاله ازجمله]۰۱-۱۱[ اشاره میگردد.در زیر اختصاراﹰ به این فرمولبندی اشاره میگردد.یک المان نامحدود و صفحه ای و قابل انطباق با المانهای محدود هشت گرهی در شکل٢ نشان داده شده است.
