بخشی از مقاله
چکیده
در مهندسی زلزله براساس عملکرد - PBEE - نیازهای لرزهای سازه بیشتر در غالب نیازهای تغییر شکلی بیان میشوند. بنابراین، بیشتر توجه تحلیلهای پوشاور ارتقایافته بر پیش بینی نیازهای تغییرشکلی سازه متمرکز شده است. با این وجود، تخمین نیازهای نیرویی اعضا مختلف سازه نیز در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. هدف اصلی در این مقاله، ارزیابی جامع دقت تحلیلهای پوشاور ارتقا یافته در تخمین نیازهای نیرویی در ساختمانهای بلند میباشد.
تلاش میشود تا دقت روشهای مختلف تحلیل پوشاور در لحاظ کردن اثر مودهای بالا در محاسبه نیازهای نیرویی بررسی شود. همچنین، برای مقایسه اثر مودهای بالا بر تخمین نیازهای نیرویی و تغییرشکلی، یک شاخص جدید تعریف میشود. تحلیلهای پوشاور ارتقایافته از قبیل تحلیل پوشاور مودی - MPA - ، تحلیل پوشاور تطبیقی مبتنی بر نیرو - FAP - ، تحلیل پوشاور تطبیقی مبتنی بر تغییرمکان - DAP - ، تحلیل پوشاور مودی متوالی - CMP - ، تحلیل پوشاور چندمودی تکاجرایی - SMP - ، تحلیل پوشاور تطبیقی چندمودی مبتنی بر نیرو - AFMP - ، تحلیل پوشاور غیرتطبیقی مبتنی بر تغییرمکان - NADP - و تحلیل پوشاور متداول متناظر با شکل مود اول به سه قاب خمشی ویژه فولادی با ارتفاع متفاوت اعمال میشوند تا نیازهای نیرویی اعضا محاسبه شوند.
نیروی برشی و لنگر خمشی در تیرها و نیروی برشی، لنگر خمشی و نیروی محوری در ستونها به عنوان نیروهای داخلی در نظر گرفته میشوند. نیازهای نیرویی حاصل از روشهای فوق با نتایج حاصل از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی به عنوان حل دقیق مقایسه میشوند. نتایج نشان میدهند که روشهای CMP و SMP میتوانند به خوبی نیازهای نیرویی در ساختمانهای بلند را پیشبینی کنند.
مقدمه
نیازهای لرزهای سازه در مهندسی زلزله براساس عملکرد - PBEE - 3 تخمین زده میشوند تا مشخص شود که آیا معیارهای پذیرش در سطح عملکرد مورد نظر برآورده میشوند؟ در این روند، نیازهای لرزهای سازه بیشتر در قالب نیازهای تغییر شکلی مانند تغییرمکان نسبی طبقات و دوران مفصل پلاستیک بیان میشوند. بنابراین، بیشتر توجه تحلیلهای پوشاور ارتقایافته بر پیش بینی نیازهای تغییرشکلی سازه متمرکز شده است.
با این وجود، تخمین نیازهای نیرویی اعضای مختلف سازه نیز در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر، تاکنون هیچ تحقیق جامعی جهت ارزیابی دقت روشهای پوشاور ارتقایافته در تخمین نیازهای نیرویی سازه از قبیل لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری اعضای سازهای انجام نشده است. Goel و Chopra در سال 2005 روش MPA را برای محاسبه نیازهای نیرویی اعضای سازهای توسعه دادند
مقایسه پاسخهای حاصل از این روش و روش تحلیل تاریخچه زمانی نشان میدهد که روش MPA تخمین خوبی از نیروی اعضا به دست میدهد. علاوه بر این، Sucuoghlu و Selim Gunay نیازهای نیرویی یک قاب بتن مسلح 12 طبقه را با استفاده از روش پوشاور بردارهای نیروی تعمیم یافته - GPA - و تحلیل پوشاور متداول تخمین زدند .
نتایج پژوهش آنها نشان میدهد که تحلیل پوشاور متداول، نیروهای داخلی تیر و ستون را کمتر تخمین میزند، در حالی که روش GPA نیازهای نیرویی را با دقت پیش بینی میکند.
هدف اصلی در این مقاله، ارزیابی جامع دقت تحلیلهای پوشاور ارتقا یافته و تحلیل پوشاور متداول در تخمین نیازهای نیرویی ساختمانهای بلند میباشد. تلاش میشود تا دقت روشهای مختلف تحلیل پوشاور در لحاظ کردن اثر مودهای ارتعاشی بالاتر در محاسبه نیازهای نیرویی بررسی شود.
تحلیلهای پوشاور ارتقایافته شامل تحلیل پوشاور مودی - MPA - - Chopra and Goel, 2002 - ، تحلیل پوشاور تطبیقی مبتنی بر نیرو - Antoniou and Pinho, 2004a - - FAP - ، تحلیل پوشاور تطبیقی مبتنی بر تغییرمکان - Antoniou and Pinho, 2004b - - DAP - ، تحلیل پوشاور مودی متوالی - Poursha et al., 2009 - - CMP - ، تحلیل پوشاور چندمودی تکاجرایی - Poursha and Amini, 2015 - - SMP - ، تحلیل پوشاور تطبیقی چندمودی مبتنی بر نیرو - Amini and Poursha 2017 - - AFMP - ، تحلیل پوشاور غیرتطبیقی مبتنی بر تغییرمکان - Amini and Poursha, 2016 - - NADP - و تحلیل پوشاور متداول مبتنی بر شکل مود اول به سه قاب خمشی ویژه فولادی با ارتفاعهای متفاوت اعمال میشوند تا نیازهای نیرویی اعضا محاسبه شوند. نیروی برشی و لنگر خمشی در تیرها و نیروی برشی، لنگر خمشی و نیروی محوری در ستونها به عنوان نیروهای داخلی در نظر گرفته میشوند.
نیازهای نیرویی حاصل از روشهای فوق با نتایج حاصل از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی به عنوان حل دقیق مورد مقایسه قرار میگیرند.
تحلیلهای پوشاور ارتقایافته مورد بررسی
همانطور که بیان شد، تحلیلهای پوشاور ارتقایافته شامل تحلیل پوشاور مودی - MPA - ، تحلیل پوشاور تطبیقی مبتنی بر نیرو - FAP - ، تحلیل پوشاور تطبیقی مبتنی بر تغییرمکان - DAP - ، تحلیل پوشاور مودی متوالی - CMP - ، تحلیل پوش-اور چندمودی تکاجرایی - SMP - ، تحلیل پوشاور تطبیقی چندمودی مبتنی بر نیرو - AFMP - و تحلیل پوشاور غیرتطبیقی مبتنی بر تغییرمکان - NADP - مورد ارزیابی قرار میگیرند.
در تحلیل پوشاور مودی - MPA - ، نیازهای لرزهای حاصل از تحلیلهای پوشاور مختلف که با استفاده از الگوهای بارگذاری متناسب با هر مود انجام میشوند، با بکارگیری یک قاعده ترکیب مودی مربعی با یکدیگر ترکیب میشوند . - Chopra and Goel 2002, 2004 - نیازهای نیرویی محاسبه شده در این روش ممکن است از ظرفیت اعضا تجاوز کند که منجر به یک تخمین غیر واقعی میشود. بنابراین، Goel و Chopra روش MPA را برای محاسبه نیازهای نیرویی توسعه دادند . - Goel and Chopra 2005 - در این روش توسعه داده شده، ابتدا، نیروی اعضا با استفاده از روش MPA متداول محاسبه و سپس با ظرفیت عضو مقایسه میگردد. چنانچه نیروی محاسبه
شده از ظرفیت عضو تجاوز کند، نیروی عضو با استفاده از تغییرشکل محاسبه شدهی عضو در روش MPA و با بکارگیری رابطه نیرو-تغییرشکل عضو محاسبه خواهد شد.
در تحلیل پوشاور تطبیقی مبتنی بر نیرو - FAP - ، اثر مودهای ارتعاشی بالا و تغییرات تدریجی سختی سازه به صورت همزمان در الگوی بارگذاری لحاظ میشود . - Antonio and Pinho 2004a - در این روش، نیروهای مودی در هر گام از تحلیل با استفاده از یک قاعده ترکیب مودی مربعی مانند SRSS و یا CQC ترکیب میشوند تا توزیع نیروی جانبی بدست آید. در تحلیل پوشاور تطبیقی مبتنی بر تغییرمکان - DAP - در هر گام، یک الگوی بارگذاری مبتنی بر تغییرمکان اعمال می-شود . - Antonio and Pinho 2004b - این الگوی بارگذاری از ترکیب تغییرمکانهای مودی با استفاده از یک قاعده ترکیب مودی مربعی حاصل میشود.
تحلیل پوشاور مودی متوالی - CMP - از تحلیلهای پوشاور تکمرحلهای و چندمرحلهای تشکیل شده است .تحلیل پوشاور تکمرحلهای با استفاده از یک الگوی بارگذاری مثلثی و یا یکنواخت انجام می- شود، در حالی که تحلیلهای پوش چندمرحلهای از بکارگیری تحلیلهای پوشاور مودی متوالی حاصل میشوند. پاسخهای نهایی سازه از پوش نتایج تحلیلهای پوشاور تکمرحلهای و چندمرحلهای به دست میآیند.
تحلیل پوشاور چند مودی تکاجرایی - SMP - از چند تحلیل پوشاور تکاجرایی تشکیل میشود - - .در ابتدا یک تحلیل پوشاور متداول با استفاده از الگوی بارگذاری مثلثی یا یکنواخت انجام میشود. علاوه بر این، یک یا دو تحلیل پوشاور چند مودی تکاجرایی با استفاده از الگوهای بارگذاری ارتقایافته صورت میگیرد. الگوهای بارگذاری ارتقایافته از جمع جبری نیروهای مودی حاصل میشوند. سرانجام، پاسخهای نهایی سازه از پوش نتایج حاصل از تحلیلهای پوشاور چندمودی تک-اجرایی و متداول بدست میآیند.
تحلیل پوشاور چند مودی تطبیقی مبتنی بر نیرو - AFMP - در واقع نسخه تطبیقی تحلیل پوشاور چند مودی تک اجرایی است. در هر گام از این روش تحلیل، نیروهای مودی با استقاده از مشخصات دینامیکی آنی سازه محاسبه میشوند. در ابتدا، یک تحلیل پوشاور تکمودی تطبیقی با استفاده از الگوی بارگذاری متناسب با شکل مود اول انجام میشود. همچنین، یک یا دو تحلیل پوشاور چندمودی تطبیقی با بکارگیری الگوهای بارگذاری ارتقایافته اجرا میشود.
پاسخهای نهایی سازه از پوش نتایج حاصل از تحلیلهای پوشاور تکمودی و چندمودی تطبیقی بدست میآیند.
