بخشی از مقاله
چکیده
کاربرد تحلیل پوش آور در سال های اخیر توسعه فراوانی یافته و روش های پوش آور متعددی جهت ارزیابی سازه ها ارائه شده است. از آنجائیکه رفتار سازهها در مقابل زلزلههای طرح به صورت غیر خطی میباشد لذا استفاده از تحلیلهای خطی جهت طراحی و ارزیابی لرزه ای سازهها مناسب نمیباشد روش تحلیل پوشآور یکی از ابزارهای تحلیل غیر خطی و در عین حال کاربردی میباشد.
روش N2 به صورت ویرایشی از روش طیف ظرفیت بر اساس طیف غیرالاسیتک به نظر میرسد. در این روش دیگر از میرائی بالا استفاده نمیشود. طیف تقاضای غیرالاستیک با استفاده از ضریب کاهش مناسب از روی طیف الاستیک حاصل میشود.
در این مقاله، روش تحلیل پوش آور N2 جهت ارزیابی سازه ها تشریح و گام بندی شده است. همچنین جهت بررسی روش، از قاب های دوبعدی مدل 9 طبقه SAC استفاده شده که ابتدا با هفت رکورد پالس دار نزدیک گسل، تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی بروی آن ها انجام شد سپس مقدار متوسط جابجایی بام حاصل از این تحلیل ها بعنوان تغییر مکان هدف در تحلیل پوش آور لحاظ شد.
برای ارزیابی دقت این روش، پاسخ ها با مقادیر پاسخ حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی مقایسه شده است که روش مورد نظر با دقت مناسبی توانسته برخی از پاسخ های حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی را بدرستی تخمین بزند.
.1 مقدمه
هدف نهایی محققین، عملکرد مطلوب سازه ی طراحی شده و در نهایت کاهش خسارت جبران ناپذیر ناشی از زلزله بوده است . با توجه به اینکه پاسخ واقعی قریب به اتفاق سازه ها تحت زلزله های شدید به صورت غیرخطی می باشد، بنابراین استفاده از روش های تحلیل خطی در پیش بینی پاسخ سازه و برآورد پاسخ لرزه ای، غیردقیق و ناکافی به نظر می رسد و همچنین تحلیل سازه در مهندسی زلزله کار پیچیده ای است چون:
- الف - مسئله دینامیکی و معمولا غیر خطی است.
- ب - سیستم سازه معمولا پیچیده است
- ج - داده های ورودی - مشخصات سازه و حرکت زمین - تصادفی و نا مشخص است.
در اصل آنالیز غیر خطی تاریخچه زمانی، روش درست آن است با این حال چنین روشی برای در نظر گرفتن زمان برای استفاد در هر طراحی عملی نیست. در دستورالعمل های جدید که بر پایه طراحی بر اساس عملکرد قرار دارند مانند FEMA356 و دستورالعمل بهسازی لرزه ای نشریه 360 ایران ، روش های تحلیل غیرخطی جایگاه خاصی یافته اند .
دقت نتایج تحلیل های غیرخطی وابسته به الگوی های بار جانبی اعمال شده به سازه و تغییرمکان هدف تعیین شده، می باشد. هر چه این الگوی بار و تغییر مکان به توزیع واقعی بار نزدیک تر باشد پاسخ نتایج تحلیل به واقعیت نزدیک تر می باشد و تحلیل سریع تر همگرا می گردد. ضرورت و هدف انجام این تحقیق به جهت ارائه روش سریع تر و دقیق، جایگزین روش تحلیل دینامیکی غیرخطی که دقیق ترین روش تحلیل سازه می باشد، بوده است.
.2 بررسی اجمالی مختصری از روش های ساده شده غیر خطی
در حال حاضر منطقی ترین آنالیز ها روش های ارزیابی عملکردی برای کاربرد های علمی، روش غیر خطی ساده شده که از ترکیب آنالیز استاتیکی غیر خطی - پوش آور - یک مدل ریاضی نسبتاً ساده شده و روش طیف پاسخ است. مثالهایی از یک چنین رویکردی ، روش طیف ظرفیت در ATC40 و روش استاتیکی غیرخطی به کار رفته در FEMA273 می باشد.
روش های غیرالاستیک ساده در ترکیبات ارزیابی و طراحی لرزه ای تحلیل استاتیکی غیرخطی - پوش آور - و روش طیف پاسخ استفاده شده اند. یکی از این روش ها، روش N2 است که در استاندارد EC8 بکار گرفته شده است. - روش - N2 شامل تحلیل - پوش آور - روی مدل با سیستم چند درجه آزادی - MDOF - با تحلیل طیف پاسخ یک سیستم یک درجه آزادی - SDOF - است. روش به فرم شتاب – جابجایی مدل می شود.
گسترش روش N2 در میانه ی دهه ی 1980 شروع شد. نظریه اصلی ازمدل Q پیشرفته توسط سعیدی و سوزن - 1981 - 1 آمد. روش N2 در واقع نوع دیگری از روش طیف ظرفیت براساس طیف غیرالاستیک می باشد. طیف نیاز غیرالاستیک ازیک طیف طرح الاستیک صاف شده بدست می آید. اگر چه روش های مختلف عملکردی، ممکن است در مورد نتایج مشابه در پاسخ به سادگی و شفافیت و وضوح زمینه تئوری متفاوت باشد مهمترین تفاوت مربوط به جابه جایی نیاز است.
استفاده از طیف غیر الاستیک در نظر گرفته شده مناسب تر از طیف الاستیک معادل با میرایی زیاد است. ضرایب کاهش که طیف های غیرالاستیک را به طیف پایه ی الاستیک متصل می کند، به هم پیوسته اند. الگوی بارجانبی در تحلیل - پوش آور - به شکل جابه جایی فرض شده مرتبط است. این ویژگی منجر به تغییرشکل واضحی از MDOF به SDOF می شود. در سال 1975 فریمن و همکاران1 2 ارزیابی سریع که می توان آن را امروزه به عنوان یک پیشرو در نظر گرفت »روش طیف ظرفیت« را گسترش دادند.
در سال 1981، سعیدی و سوزان2 3 انجام آنالیز دینامیکی غیر خطی به روی سیستم SDOF معادل پیشنهاد دادند. بر اساس این نظریه، فایفر و فیس چینگر 3 4و4 در اواسط دهه 1980 اولین نسخه از روش N2 گسترش دادند N - مخفف غیر خطی و 2 برای 2 مدل ریاضی یکی مدل یک درجه آزادی و دیگری مدل چند درجه آزادی است - .
نمونه های موجود از روش های غیر خطی ساده شده، به اصطلاح روش طیف ظرفیت است، که در انواع مختلف در ATC40 بکار برده شده 5 در کتابچه راهنما تریزیوایس 6 و قانون استاندارد ساختمانی ژاپن 7 روش استاتیکی غیر خطی بکار رفته در 8 FEMA273 و توسعه یافته در 9 FEMA356 روش 10 N2 که در پیش نویس EC8 اجرا شده بود 11 و آنالیز مودال پوش آور . 12 طیف غیر الاستیک طیف نقطه عملکرد توسعه داده شده است 13 به استثنای روش های اجرا شده در اسناد FEMA، این روش ها در فرمت شتاب جابجایی - AD - فرموله شده است.
در این فرمت ظرفیت سازه به طور مستقیم با نیازهای حرکت زمین لرزه به روی سازه مقایسه شده است. ظرفیت سازه توسط منحنی نیرو- جابجایی به دست آمده توسط آنالیز استاتیکی غیر خطی - پوش آور - ارائه شده است. نیروهای برش پایه و جابجایی بام به ترتیب به شتاب طیفی و جابجایی طیفی یک سیستم یک درجه آزادی معادل - SDOF - تبدیل شده است. این مقادیر طیفی نمودار ظرفیت را تعریف می کند. تعریف طیف تقاضای لرزه ای نشان دهنده تفاوت اصلی بین روش های مختلف است.
در همه ی موارد، تقاطع منحنی ظرفیت و طیف نیاز تخمینی از شتاب غیر الاستیک - مقاومت - و جابجایی نیاز را فراهم می کند. همه روش ها بطور اساسی محدود به سازه های مسطح اند. به تازگی اقدام به گسترش کاربرد روش های مربوط به سازه نا متقارن شده که آنالیز های سه بعدی را تکمیل می کنند. آنالیز پوش آور سه بعدی توسط آیلا و همکاران نیز استفاده شده بود
.3 تشریح روش N2
روش N2 ترکیبی از آنالیز پوش آور یک مدل چند درجه آزادی با آنالیز طیف پاسخ یک مدل یک درجه آزادی معادل است. در روش N2 تقاضای لرزه ای برای سیستم یک درجه آزاد معادل با پریود T می توان شرح زیر تعیین کرد :
تقاضای الاستیک در حالت شتاب Sae و جابجایی Sde از طیف الاستیک تعیین شده است. شتاب غیرالاستیک نیاز Sd برابر شتاب عملکرد Say است که نشان دهنده شتاب ظرفیت از سیستم غیرالاستیک است. ضریب کاهش مقاومت R را می توان بعنوان نسبت بین شتاب مربوط به سیستم الاستیک و غیرالاستیک تعیین کرد. شکل پذیری نیاز ʽ، پس از محاسبه طیف غیرالاستیک که توسط رابطه وابسته به پریود بین ضریب کاهش و شکل پذیری - رابطه - R-ʽ-T تعریف می شود وجابجایی غیرالاستیک نیاز Sd محاسبه می شود.
در حقیقت هر رابطه R-ʽ-Tمی تواند مورد استفاده قرار گیرد. بسیار ساده و نسبتاً دقیق رابطه R-ʽ-T اساس قانون جابجایی معادل در محدوده پریود متوسط و طولانی است. [15] 4 پارامتر برای تعریف منحنی پوش آور ایده آل مورد نیاز است:
جابجایی تسلیم Dy و نیرو تسلیم Fy، شکل پذیری در شروع فرم شکلی داخلی ʽs، و نسبت بین نیرو در واژگونی کامل داخلی و نیروی عملکرد . Rµ
گام بندی روش 10 N2
جهت انجام تحلیل پوش آور با استفاده از روش N2 باید مراحل زیرانجام داده شود:
گام - 1اطلاعات:
الف - سازه: دراین روش یک مدل چند درجه آزاد صفحهای مورد استفاده قرار میگیرد
ب - طیف شتاب الاستیک:تقاضای لرزه ای عمدتاً به صورت طیف شبه شتاب الاستیک - Sae - تعریف میشود. به طوری که شتابهای طیفی به عنوان تابعی از پریود طبیعی سازه میباشند
شکل -1اطلاعات اولیه سازه
