بخشی از مقاله
خلاصه
دلیل اصلی خسارت دیدن سازه هادرحین وقوع زلزله پاسخ آنهابه حرکات زمین است که درپایه سازه اعمال می شودمطابق ضوابط توصیه شده در آیین نامه های متداول بارگذاری لرزه ای سازه ها توزیع بارجانبی درارتفاع سازه معمولا با استفاده از پاسخ دینامیکی خطی تعیین شده حال آنکه در زلزله های شدید المان های سازه ای تغییر شکل های غیر خطی بزرگی را تجربه می کنند.در این پژوهش، قاب خمشی بتن آرمه ویژه - باشکل پذیری زیاد - دوبعدی 9و5طبقه در نظرگرفته شده است.
هدف ازپژوهش حاضرتعیین تغییرمکان جانبی طبقه انتهایی قاب ها تحت مولفه های افقی شتاب نگاشت زلزله های بم ،طبس ورودباردر امتداد X,Y تحت بارهای ثقلی - مرده ،زنده - وبار جانبی - زلزله می باشد.ارتفاع طبقات وطول دهانه قاب ها ازمتغییرهای اصلی این پژوهش می باشند.به منظورتحلیل لرزه ای قاب هاازروش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی طبق آیین نامه 2800زلزله ایران ویرایش 4استفاده شده است.
مدل سازی هندسی قاب ها در نرم افزارانجام شده وپس از تعریف مشخصات مصالح درمحدوده خطی وغیرخطی،مونتاژکردن،تعیین نوع تحلیل وخروجی ها،اتصالات،شرایط مرزی تکیه گاه وبارگذاری - ثقلی،جانبی - ،مش بندی قاب هابه تحلیل قاب هاپرداختیم.نهایتا تغییرمکان جانبی طبقه انتهایی قاب های 9و5طبقه تحت مولفه های افقی - L,T - شتاب نگاشت زلزله های بم،طبس ورودباردر امتداد - - X,Yدرجداول ارائه وبا میزان مجاز در آیین نامه 2800زلزله ایران ویرایش 4مقایسه شده وروش هایی جهت کاهش تغییرمکان جانبی ذکر گردیده است.
کلمات کلیدی:غیرخطی،قاب خمشی،،تحلیل دینامیکی،تاریخچه زمانی ،نرم افزارAbaqus،شتاب نگاشت
مقدمه
دلیل اصلی خسارت دیدن سازه هادرحین وقوع زلزله پاسخ آنهابه حرکات زمین است که درپایه سازه اعمال می شود. اگرچه در زلزله های اخیر دنیا سازه های طراحی شده براساس ضوابط لرزه ای موجود در حفظ ایمنی افراد مناسب عمل کرده اند اما دامنه خرابی های ایجاد شده در سازه ها و خسارات اقتصادی وارده بسیارگسترده وخارج از انتظار بوده است.
مطابق ضوابط توصیه شده در آیین نامه های متداول بارگذاری لرزه ای سازه ها توزیع بارجانبی درارتفاع سازه معمولا با استفاده از پاسخ دینامیکی خطی تعیین شده وفرض می شود در این حالت الگوی تغییرمکان سازه تقریباحالتی بین سازه کاملاخمشی وکاملابرشی می باشد حال آنکه در زلزله های شدید المان های سازه ای تغییر شکل های غیر خطی بزرگی را تجربه می کنند وپاسخ های خطی به هیچ وجه معرف عملکرد غیر خطی سازه در زلزله نمی باشند.
ازاهداف اصلی این پژوهش تعیین تغییرمکان جانبی طبقه انتهایی قاب ها تحت مولفه های افقی - L,T - شتاب نگاشت زلزله های بم ،طبس ورودباردر امتداد X,Yتحت بارهای ثقلی - مرده ،زنده وباجانبی - زلزله - می باشد.هدف کاربردی استفاده در سازه ساختمان هایی که پس از وقوع زلزله، بهره برداری ازآنها اهمیت خاصی دارد ووقفه دربهره برداری ازآنها موجب افزایش تلفات وخسارات می شود.دراین پژوهش روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی مدنظرقرارمی گیردزیراسازه هایی که دربرابرزلزله های شدید قرارمی گیرند.
رفتارسازه وارد مرحله غیرخطی می شود.ازمیان تحلیل های غیرخطی تحلیل استاتیکی غیرخطی به شبیه سازی نیروی زلزله ورفتارغیرخطی سازه می پردازدونمی تواندرفتاردقیق المان های سازه را درمعرض بارهای چرخه ای همانند نیروی زلزله پیش بینی کند.ویژگی منحصر به فرد در این پژوهش استفاده از سیستم قاب خمشی بتن آرمه ویژه - باشکل پذیری زیاد - دربرابرزلزله های شدیدوتحلیل آن براساس آیین نامه 2800زلزله ویرایش 4 انجام می گیرد که درواقع بقیه پژوهش ها باسیستم قاب خمشی بتن آرمه با شکل پذیری کم ومتوسط وبراساس آیین نامه 2800زلزله - ویرایش اول ،دوم وسوم - انجام گرفته است.
با توجه به اینکه هر سازه قاب خمشی بتن آرمه دارای تیروستون واتصال تیر به ستون می باشدمی توان وجود ضعف در هریک از مواضع را باعث ایجاد ضعف در سازه دانست که می توان به شکست برشی ستون به دلیل کوتاه بودن که به صورت برشی تغییر شکل می دهد و به جای اینکه رفتارخمشی ازخود نشان دهد به صورت برشی رفتار می نماید.مورددیگر،شکست برشی تیرها به خصوص تیرهای عمیق می باشد . مورد دیگراتصال تیربه ستون که به علت عدم وجود شکل پذیری کافی در اتصال ناشی از کم تعداد بودن یا ادامه نداشتن تنگ های ستون در ناحیه اتصال یا تراکم زیاد آرماتورهای طولی که باعث قطعه قطعه شدن هسته بتنی گردیده ویا ترک های قطری درداخل اتصال به وجود می آورد.
مشکل دیگر مساله تیر قوی-ستون ضعیف که دراین گونه اتصالات معمولا مفصل پلاستیک ابتدا درستون های ضعیف به وجود می آید که پایداری ساختمان را دچارمشکل می سازد.ستون های طبقات بالاتر ساختمان معمولا نیروی محوری کمی متحمل می شوند در حالی که لنگرخمشی زیادی دارند بنابراین هرستون خروج ازمرکزیت زیادی داشته وامکان تشکیل مفصل پلاستیک در آن بیشتر است.
با توجه به اینکه قاب های خمشی بتن آرمه ویژه نسبت به قاب های خمشی بتن آرمه معمولی ومتوسط هزینه اجرایی نسبتا بالاتری دارند. این گونه قاب ها، تحت بار جانبی زلزله مقاومت کمترو شکل پذیری بیشتری نسبت به سایرقاب ها از خود نشان می دهند در نتیجه این قاب ها انرژی بیشتری از زلزله را مستهلک کرده وباعث کاهش تغییرمکان جانبی طبقات قاب می شوندبنابراین در این پژوهش قاب خمشی بتن آرمه ویژه مد نظر قرار می گیرد.
پیشینه پژوهش
درسال2011 چوپول وبونیاپینیوعملکرد لرزه ای ساختمان بتن آرمه 9 طبقه ای با سیستم قاب خمشی وبا شکل پذیری متفاوت - زیاد، متوسط وکم - رابا استفاده از5شتاب نگاشت تحت تحلیل های دینامیکی واستاتیکی غیر خطی مورد ارزیابی قرار دادندونتایج تحلیل ها را با یکدیگر مقایسه کردند.نتایج نشان دادکه گسیختگی قاب ها تحت اوج شتاب زمین شتاب نگاشت ها با افزایش شکل پذیری قاب کاهش می یابد.همچنین قاب های باشکل پذیری زیاد ومتوسط بهترین گزینه به لحاظ هزینه وعملکرد لرزه ای هستند.
درسال2008آتاناسیادوعملکرد لرزه ای 2قاب 10 طبقه دوبعدی نامنظم در ارتفاع که با ضوابط آیین نامه اروپا - EUROCOD8 - سال 2004وبا شکل پذیری متوسط وزیاد طراحی شده وتحت تحلیل های استاتیکی غیر خطی و دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان دادعملکرد لرزه ای قاب های نامنظم جهت ارتعاشات تا2 برابر شدید تر از زلزله طرح به اندازه قاب های منظم رضایت بخش نیست. همچنین تحلیل استاتیکی غیرخطی ،مقادیر پاسخ درطبقات فوقانی قاب های نامنظم را کمتر در نظر می گیرد.
درسال2012 سینیتاآ،یومشا وایرعملکرد لرزه ای وآسیب پذیری ساختمان های بتن آرمه 4الی6طبقه با سیستم قاب خمشی بتن آرمه معمولی وویژه که براساس آیین نامه های بتن آرمه هند و طراحی شده وتحت تحلیل استاتیکی غیر خطی را مورد ارزیابی قراردادند.ویژگیهای تغییرشکل المان های سازه ای جهت شبیه سازی تشکیل مفصل پلاستیک تیرها وستون ها درفرایند ایجاد منحنی ظرفیت در ارزیابی عملکردلرزه ای در طول تحلیل استاتیکی غیرخطی ضروری هستند. در این تحقیق سطوح عملکردی - استقرار اضطراری،زندگی ایمن وپیشگیری از تخریب - با هدف جابه جایی به میزان تغییرمکان جانبی نسبی محدود سقف طبقات مانند تغییر شکل اعضای ساختاری تعریف شدند.
مدل های مورد بررسی
در این پژوهش،2 قاب خمشی بتن آرمه ویژه دوبعدی 9و5طبقه درنظرگرفته شده است. مدل سازی هندسی کلیه قاب ها،تعریف مشخصات مصالح درمحدوده خطی وغیرخطی،مونتاژکردن،تعیین نوع تحلیل وخروجی ها،اتصالات،شرایط مرزی تکیه گاه وبارگذاری - ثقلی،جانبی - ومش بندی قاب هادرنرم افزارAbaqus انجام گرفته است.
