بخشی از مقاله
چکیده
روش تحلیل دینامیکی غیر خطی بهعنوان یک روش دقیق برای تحلیل ساختمانها تحت اثر موج انفجار مورد شناخته شده است، اما با توجه به وقتگیر بودن این تحلیل و درنظر گرفتن این نکته که معمولاً طراحی ساختمانها در برابر موج انفجار نیازمند تحلیلهای زیادی است تا اثر انفجارات با شدت های مختلف و همچنین مکانهای مختلفی که انفجار ممکن است رخ دهد دیده شود، نیاز به یک روش جایگزین ساده با دقت مناسب دیده میشود.
روش ساده شده ای که در حال حاضر بهصورت عمده مورد استفاده قرار میگیرد تحلیل دینامیکی غیر خطی سازه یک درجه آزاد معادل میباشد، که در آن، هر عضو یا کل سازه بهصورت یک سازه یک درجه آزاد در نظر گرفته میشود.
این روش با وجود سادگی برای تحلیل سازههایی که مودهای بالاتر در آنها اهمیت ویژه ای دارند مناسب نمیباشد، خصوصا اینکه برای هر سازهای نحوهی توزیع بار ناشی از موج انفجار نیز میتواند موجب تحریک مودهای بالاتر در سازه شود.
بهعنوان یک روش جایگزین برای تحلیل سازهها تحت اثر بار انفجار، در این پروژه قصد داریم روش تحلیل استاتیکی غیر خطی مودال - MPA - ، که درحال حاضر برای تحلیل سازهها تحت اثر بار زلزله استفاده میشود، بهمنظور آنالیز سازه تحت اثر بار انفجار ویژه سازی کنیم. بر خلاف روش معمول، این روش علاوه بر سادگی و سرعت بالا قادر به در نظر گرفتن اثر مودهای بالاتر در سازه نیز میباشد.
در این تحقیق ابتدا به ارائه مبانی تئوری روش MPA پرداخته میشود، سپس، روش MPA-B بهعنوان تعمیمیافته این روش برای آنالیز سازه تحت اثر بار انفجار ارائه میشود. بهمنظور ارزیابی روش ارائهشده از یک سازه دیوار برشی استفاده شده است.
نتایج حاصل ازاینروش با نتایج تحلیل دینامیکی غیر خطی مقایسه میشود. نیازهای سازهای که بهعنوان معیار مقایسه لحاظ شدهاند عبارتاند از: : تغییر مکان طبقات، دریفت طبقات، و چرخش مفاصل. نتایج ارزیابی نشان میدهد که دقت روش MPA-B در تحلیل سازهها تحت اثر بار انفجار با دقت روش MPA در تحلیل سازه تحت اثر بار زلزله برابری میکند.
-1 معرفی
هدف از تحلیل یک سازه زیر بار انفجار، زلزله، یا هر بار خارجی دیگری، تعیین پاسخ آن با توجه به سطح عملکرد موردنیاز سازه میباشد. ماهیت بارگذاری انفجاری وارد بر سازه از نوع دینامیکی گذرا است، به این معنی که فشار موج انفجار در زمان بسیار کوتاهی بر سازه اثر میکند و تا لحظه رسیدن سازه به حداکثر پاسخ خود بر روی آن باقی نمیماند.
یک تحلیل دقیق برای این منظور تحلیل دینامیکی غیر خطی پیشرفته با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی هندسی، مصالح و جدایی احتمالی در اعضای سازهای است. ازآنجاکه تحلیل کامل ساختمانها در قبال بارهای دینامیکی مانند انفجار یا زلزله زمانبر و پرهزینه است، ازاینرو متناسب با سطح عملکرد مورد انتظار و همچنین درجه پیچیدگی سازه، سادهسازیهایی برای سهولت تحلیل مهندسی صورت میگیرد. در مورد انفجار روشهای معمول سادهشده به شرح زیر است:
1. تحلیل استاتیکی معادل خطی
2. تحلیل دینامیکی خطی تحت ضربه انفجار
3. تحلیل دینامیکی غیر خطی سیستم یک درجه آزاد معادل با پاسخ الاستو پلاستیک
در تحلیلهای خطی 1 - و - 2 اثر غیر خطی شدن اعضا در حین تحلیل دیده نمیشود، ومتعاقباً باز توزیع نیروها در اثر پلاستیک شدن اعضا هم صورت نمیگیرد؛ در اثر آن، نتایج حاصل از تحلیل میتواند بهصورت تمرکز نیرو در نقاطی از سازه باشد که قادر به مقاومت در برابر آن نیستند. مورد سوم، که تحلیل دینامیکی غیر خطی سازه یک درجه آزاد است، بهصورت عمده در تحلیل ساختمانها در برابر بار انفجار مورد استفاده قرار میگیرد. در آن، هر عضو یا کل سازه بهصورت یک سازه یک درجه آزاد در نظر گرفته میشود، که این سازه یک درجه آزاد بهصورت نرمال نماینده مود اول سازه است.
تجربیان آزمایشگاهی در مقیاسهای متوسط و بزرگ و همچنین تجربیات میدانی نشان میدهد که شدت و فاصله وقوع انفجار از ساختمان، عامل مهمی در انتخاب نوع و شیوه مناسب تحلیل است. درصورتیکه انفجار در فاصله بسیار دور از سازه اتفاق بیافتد یا شدت آن کم باشد، اثر موج حاصله بهصورت وزش باد بر سازه عمل میکند و میتوان از روشهای خطی برای تحلیل سازه استفاده نمود.
در صورت وقوع انفجار متوسط در حوزه نزدیک یا انفجار قوی، تحلیل غیر خطی مناسبتر است معمولاً به دو صورت به سازه اعمال شود. حالت اول تحلیل کلی ساختمان در اثر بار انفجار، و حالت دوم تحلیل اعضای سازهای - ستونها و تیرها - که در معرض مستقیم بار انفجار هستند. درصورتیکه تحت هرکدام از این تحلیلها تخریب یک عضو پیرامونی یا داخلی در ساختمان مسجل شود، معمولاً سازه میبایست تحت تحلیل خرابی پیشرونده نیز قرار بگیرد.
خرابی پیشرونده بهصورت یک سری عکسالعملهای زنجیرهای تعریف میشود که از یک خرابی موضعی در سازه شروع شده و افزایش مییابد تا کل سازه یا قسمت عمدهای از آن تخریب شود. شایانذکر است که این تحلیل منحصر به اثرات بار انفجار نیست، ولی کاربرد زیادی در این زمینه دارد. تحلیل تخریب پیشرونده بهعنوان روش تحلیلی جداگانه و بهموازات روشهای دینامیکی خطی و غیر خطی به کار گرفته میشود. روش کار در این تحلیلها معمولاً به این شکل است که یک عضو از سازه حذف میشود و سپس بررسی میشود که در شرایط جدید آیا سازه تحت بار ثقلی پایدار میماند یا اینکه دچار تخریب پیشرونده میشود.
برای تحلیل سازه تحت بارهای ناشی از زلزله، از طرف دیگر، به دلیل حساسیتهای ویژه بار زلزله که بیشتر از بار انفجار موردتوجه است، تلاشهای بیشتری صورت گرفته است. در مورد بار زلزله نیز برای پرهیز از پیچیدگیهای تحلیل دینامیکی غیر خطی، تحلیلهای جایگزینی وجود دارد که دراینارتباط میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
· تحلیل استاتیکی خطی
· تحلیل دینامیکی خطی
· تحلیل استاتیکی غیر خطی - پوشاور -
در مقایسه با تحلیلهای مرسوم برای بار انفجار میتوان گفت که در تحلیل استاتیکی خطی و دینامیکی خطی برای هر دو مورد کاربرد دارد. تحلیل سازه یک درجه آزاد معادل غیر خطی نیز در دهههای گذشته برای بار زلزله کاربرد داشته، اما بهمرور در تحلیل پیشرفتهتر موسوم به پوشاور ادغام شده است.
روال کار در تحلیل پوشاور، که امروزه به یکی از روشهای اصلی تحلیل در طراحی بر اساس عملکرد مورد استفاده قرار میگیرد، به این صورت است که در آن ابتدا سازهای که رفتار غیر خطی برای اعضای آن تعریف شده تحت بار جانبی فزاینده قرار میگیرد؛ در حین تحلیل، نمودار برش پایه در مقابل تغییر مکان بام رسم میشود؛ با استفاده از یکی از روشهای موجود تغییر مکان هدف - تغییر مکان بام متناسب با شدت زلزله مورد انتظار - بدست میآید؛ درنهایت، در تغییر مکان هدف، وضعیت اعضای سازهای بررسی میشود تا عملکرد سازه تحت سطح زلزله مورد انتظار تعیین شود.
در میان روشهای آییننامهای موجود - مثال: - [3 -1]، اختلاف اصلی بر سر الگوی بار جانبی و نحوه بدست آوردن تغییر مکان هدف است. البته این به این معنی نیست که نتایج بدست آمده از تحلیلهای استاتیکی غیر خطی متناسب با آییننامههای مختلف اختلاف فاحشی دارند. در آییننامههای جدیدتر الگوی متناسب با مود اول را بهعنوان تنها الگوی بار پذیرفتهاند [5-3]، و بهمرورزمان این نتیجه حاصل شده که الگوهای بار مثلثی، یکنواخت و ... که آییننامههای قدیمی روی آنها تأکید داشتند چندان در بهبود دقت نتایج کمک نمیکنند.
بااینوجود روشهای موجود آییننامهای دارای ضعفهای عمدهای نیز هستند. مهمترین ضعف این روشها این است که برای در نظر گرفتن اثر مودهای بالاتر در آنها تدبیری اندیشیده نشده است. برای رفع این مشکلات، روشهای بهبودیافتهای در مقالات متعدد پیشنهاد شده است
از معتبرترین آنها میتوان به روش پوش اور مودال - Modal Pushover Analysis_MPA - اشاره کرد که ورژن اولیه آن در سال 2002 توسط چوپرا و همکاران ارائه شد .
روال کار در این روش به این صورت است که برای هر مود بهصورت جداگانه تحلیل پوشاور انجام میشود؛ نتایج حاصل از هر مود با بدست آوردن تغییر مکان هدف هر مود تعیین میشود؛ و درنهایت با استفاده از روشهای ترکیب مودی نتایج حاصل از مودهای مختلف ترکیب میگردد و جوابهای نهایی تعیین میشود.
ازآنجاکه در روش پوشاور مودال جواب هر مود با استفاده تحلیل دینامیکی غیر خطی سازه یک درجه آزاد بدست میآید، از جهاتی این روش را میتوان با روش تحلیل دینامیکی غیر خطی سازه یک درجه آزاد معادل قابل مقایسه دانست، با این تفاوت که در اینجا اثر همه مودها در نظر گرفته میشود.
در این پروژه قصد داریم روش تحلیل MPA را برای تحلیل ساختمانها تحت اثر بار ضربهای تعمیم دهیم . - MPA-B - نقطه تمایز بار انفجار از بار زلزله، که روش مودال برای آن توسعهیافته است، در الگوی اعمال باری است که در برای بار انفجار میتواند از مورد به مورد دیگر متفاوت باشد.
