بخشی از مقاله
چکیده
در روش نوین طراحی بر اساس عملکرد، تقاضای لرزهای نقشی بنیادی ایفا میکند و تخمین دقیق و قابل اعتماد آن میتواند منجر به یک طراحی لرزهای قابل اعتماد گردد. از طرف دیگر، تخمین تقاضای لرزه ای بصورت مستقیم تابع شتابنگاشتهای مورد استفاده در تحلیل دینامیکی سازه میباشد، لذا انتخاب مناسب شتابنگاشتها در طراحی قابل اطمینان سازهها اهمیت بسیار زیادی خواهد داشت. با چنین مقدمه ای هدف از انجام این تحقیق، تخمین میزان تقاضای لرزه ای در قابهای خمشی فولادی بر حسب متغیرهای شتابنگاشتهای مورد استفاده در تحلیل دینامیکی میباشد.
در این مقاله تقاضای لرزهای - حداکثر تغییرمکان نسبی بین طبقات - سه قاب خمشی فولادی 3، 9 و 15 طبقه بر مبنای نتایج تحلیل دینامیکی 80 شتابنگاشت تعیین و مقدار تقاضا بر حسب متغیرهای شتابنگاشتها نظیر بزرگی زلزله، فاصله و شتاب حداکثر زمین تحلیل گردید. نتایج حاصل در این تحقیق نشان میدهد اساساً پارامترهای زلزلهای - نظیر بزرگی و فاصله - متغیرهای مناسب تری جهت انتخاب شتابنگاشت در مقایسه با شتاب حداکثر زمین میباشند.
-1 مقدمه
فلسفهی جدید طراحی در طراحی لرزهای سازهها نیازمند این است که تقاضای لرزهای سازهها با دقت مناسبی تعیین شود و با ظرفیت سازه مقایسه گردد. به منظور رفع این نیاز روشهای مختلفی برای تعیین تقاضا در سازهها ایجاد شده و توسعه داده شده است - مهدوی عادلی, × . - 1383 تخمین تقاضای لرزهای یکی از مهمترین اجزای روش نوین طراحی بر اساس عملکرد محسوب میگردد. در این روش داشتن تخمینی مناسب از پارامتر هدف تقاضای لرزهای که- عموماً یک پاسخ تغییرمکانی سازه انتخاب میگردد تا بتواند نشانگر رفتار غیرخطی سازه باشد.- جهت مقایسه آن با مقدار هدف در چارچوب طراحی بر اساس عملکرد اجتنابناپذیر است - کرنل و همکاران, × . - 2002
اما بزرگترین چالش در تخمین تقاضای لرزهای، عدم قطعیتها و تصادفهای فراوانی است که در این کمیّت وجود دارد. سرمنشأ این عدم قطعیتها را میتوان در دو دسته از عوامل یعنی عدم قطعیتهای موجود در حرکات زمین ناشی از زلزله - نظیر بزرگی زلزله، فاصله، و . . . - و همچنین عدم قطعیتهای موجود در رفتار غیرخطی سازه - نظیر سختی، شکل پذیری، عملکرد غیرخطی و . . . - دانست. بنابراین طبیعی است که به علت این تصادف و عدم قطعیت، استفاده از یک چارچوب احتمالاتی در انجام این تخمین الزامی باشد - کرنل, . - 1996 به چنین چارچوبی تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزهای اطلاق میگردد - لوکو, . - 2002 تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزهای برمبنای IM یکی از جدیدترین و مطمئنترین روشها در تعیین تقاضای لرزهای است و مبنای پیشروترین آییننامههای لرزهای نظیر 1FEMA350قرار گرفته است.
روش معمول جهت ایجاد چنین چارچوبی، برمبنای جدا کردن عدم قطعیتهای لرزهای از عدم قطعیتهای رفتار سازه با استفاده از یک پارامتر واسطه به نام شاخص شدت2، استوار است - شومه, . - 1999 یک شاخص شدت در صورتی کارا محسوب می شود که منجر به پراکندگی اندک در پاسخ های یک سازه تحت مجموعه شتابنگاشت-ها شود - لوکو و کرنل , . - 2007 شاخص شدت پارامتری است که باید از یک طرف بتواند نشانگر سطح خطر زلزله باشد و از طرف دیگر بتوان در سطوح مختلف عملکردی آن را به پارامتر تقاضای لرزهای ارتباط داد تا از این طریق، مسأله تخمین تقاضای لرزهای، به دو مسأله جداگانه، یکی لرزهشناسی و دیگری سازهای تبدیل گردد و قابل حل باشد. در این تحقیق از شتاب حرکت زمین،3 به عنوان شاخص شدت استفاده شده است.
اگر پارامتر تقاضای لرزهای حداکثر تغییرمکان نسبی بین طبقات انتخاب و با DR نشان داده شود و شاخص شدت با علامت IM به نمایش درآید، مسأله تخمین تقاضای لرزهای بصورت ذیل قابل حل است - لوکو, × : - 2002 که در این عبارت، HIM - y” به معنای احتمال وقوع سالیانه تجاوز پارامترIM از مقدار مشخص y و یا به عبارت دیگر منحنی خطر پارامتر شاخص شدت میباشد که دیفرانسیل آن در نقطه y مورد استفاده قرار گرفته است. این جزء عموما توسط روشهای تحلیل احتمالاتی خطر لرزهای مورد محاسبه قرار میگیرد که در این مقاله مورد توجه نیست و در خصوص آن مراجع مختلفی وجود دارد - بنازاده و همکاران, . - 2010 جزء مهم در این رابطه، ترم بP[DR>x | IM = y است که به معنای احتمال تجاوز پارامتر تقاضای لرزهای از مقدار مشخص x به شرط وقوع پارامتر شاخص شدت برابر y تفسیر میگردد.
در اصل این جزء است که وظیفهی ایجاد ارتباط بین پارامتر شاخص شدت و پارامتر تقاضای لرزهای را بر عهده دارد و با فرض یک توزیع نرمال برای پراکندگی دادهها و همچنین استفاده از یک مدل احتمالاتی تقاضای لرزهای قابل محاسبه است. در واقع هستهی اصلی در تخمین تقاضای لرزهای، همین مدل احتمالاتی تقاضای لرزهای4،PSDM میباشد. بطور کلی PSDM رابطهای ریاضی است که پارامتر شاخص شدت را در سطوح عملکردی مختلف به پارامتر تقاضای لرزهای ارتباط میدهد. این رابطهی احتمالاتی در هر سطح عملکردی دارای یک میانگین و انحراف معیار است، اگرچه عموماً مقدار انحراف معیار آنها ثابت در نظر گرفته میشود - مهدوی و همکاران, . - 2011
بزرگترین مشکل در تخمین تقاضای لرزهای یک سازه انتخاب مناسب شتابنگاشتهای ورودی جهت تحلیل دینامیکی میباشد به عبارت دیگر تقاضای لرزهای تخمین زده شده تابعی از شتابنگاشت ورودی است، بنابراین شناخت دقیق تاثیر شتابنگاشتهای ورودی بر تقاضای لرزهای یکی از الزامات طراحی لرزهای سازه ها میباشد. هدف از انجام این تحقیق نیز انتخاب بهترین ترکیب از شتابنگاشتهای انتخابی به منظور تخمین قابل اعتماد تقاضای لرزهای میباشد. در واقع انتخاب نادرست مجموعه شتابنگاشتهای ورودی میتواند سبب یک تخمین غیرقابل اطمینان از تقاضای لرزهای در سازهها گردد. کلیه ی عدم قطعیتها و تصادفهای مربوط به زلزله باید به نحو مناسبی در شتابنگاشتهای انتخاب شده برای تحلیل دینامیکی غیر خطی 5سازه ها منعکس شوند.
بنابراین اگر ادعا شود که شتابنگاشتهای مناسب، یکی از مهمترین مراحل تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزهای میباشد، سخنی به گزاف گفته نشده است - مهدوی, . - 1383 پارامتر اصلی در انتخاب شتابنگاشتها بزرگی - M - و فاصله - R - تا منبع تولید زلزله میباشد . در این تحقیق از شتابنگاشتهای دور از گسل استفاده میشود. رکورد های با فاصله ی کانونی بیشتر از 13 کیلومتر، رکورد دور از گسل تلقی میشوند. همچنین در این تحقیق از انتخاب شتابنگاشتها بر حسب مقادیرPGA استفاده شده است.
-2 مدلسازی قاب های خمشی فولادی
در این تحقیق سه نوع قابهای خمشی فولادی با تعداد طبقات 3، 9 و 15 طبقه مورد استفاده قرار گرفته است - شکل . - 1 قابها 2 بعدی، ارتفاع طبقات 3,20 و طول هر ×دهانه 5 متر×میباشد. برای مدل کردن سازهها و انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی بر روی آنها، از نرم افزار اپنسیس 1که نرم افزاری فوقالعاده قدرتمند در تحلیل غیرخطی سازهها میباشد، کمک گرفته شده است. ×.
-3 انتخاب گروههای شتابنگاشتی جهت تحلیل دینامیکی غیر خطی ×
در این تحقیق از 80 عدد شتابنگاشت استاندارد که بر دو مبنای Bin Strategy و مقدار PGA در 8 گروه 20 تایی تقسیم بندی شده اند. 4 گروه از این شتابنگاشتها بر مبنای Bin Strategy به شرح ذیل - مهدوی و همکاران, . - 2011 و همچنین 4 گروه بر مبنای مقدار PGA انتخاب شدهاند و برحسب بزرگی و فاصله در چهار گروه 20 تایی به شرح ذیل تقسیمبندی شدهاند، استفاده شده است. 4 گروه اول با علامت اختصاری M1 تا M4 و 4 گروه دوم با M5 تا ×M8 مشخص شده اند. ×
-4 تحلیل افزاینده دینامیکی ×
برای در نظر گرفتن اثر تغییر پذیری ذاتی موجود در زمین لرزه در تحلیل پاسخ لرزهای سازه، روش تحلیل دینامیکی افزاینده ابداع شده است - وام وات سیکاس و کرنل, ×IDA . - 2002 درحال حاضر روشی پرکاربرد و چند منظوره میباشد؛ این روش با توجه به اینکه رفتارمصالح را غیرخطی درنظر میگیرد و نیز ماهیت دینامیکی دارد لذا در مقایسه با روشهای استاتیکی مانند تحلیل
