بخشی از مقاله
خلاصه
تعیین جابجایی سطح زمین از جمله مسائل مهم در ارزیابی و طراحی لرزهای سازهها و از موضوعات تحقیقاتی حائز اهمیت در مهندسی زلزله است. تحلیلهای پاسخ زمین جهت پیشبینی حرکات سطح زمین و تدوین طیف طرح به کار میروند. درتحلیل پاسخ لرزهاییک سایت هر لایه پارامترهای ضخامت، چگالی، سرعت موج برشی و ویژگیهای غیرخطی خاک از جمله مدول برشی کاهشیافته و نسبت میرایی بکار گرفته شده است. در این مطالعه تحلیل پاسخ زمین براییک خاک تک لایه به روش الگوریتم غیربازگشتی، در حوزه فرکانس به صورت تحلیل آنالیز خطی معادل یک بعدی با کد نویسی در محیط MATLAB به نحوی که بتوان بوسیله آن با داشتن پارمترهای دینامیکی خاک، شتاب و جابجایی روی سطح زمین را بدست آورد، انجام شده است. برای صحت سنجی کد نوشته شده از نرم افزار DEEPSOIL استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که خروجی نرم افزار تطابق خوبی با خروجی بدست آمده ازمدل پیشنهادی داشته است.
کلمات کلیدی: تحلیلهای پاسخ زمین، حوزه فرکانس، جابجایی سطح زمین، الگوریتم غیربازگشتی، طیف شتاب
.1 مقدمه
طیف شتاب و جابجایی سطح زمین در طراحی سازهها مورد استفاده قرار میگیرد که میتوان با بدست آوردن آن پیشبردی در طراحی سازهها داشت. تحلیلهای پاسخ زمین جهت پیشبینی حرکات سطح زمین، تدوین طیف طرح و به منظور تعیین تنشها و کرنشهای دینامیکی، جهت ارزیابی پتانسیل روانگرایی و محاسبه نیروهای ناشی از زلزله که می تواند سبب ناپایداری زمین گردد، به کار میروند .[1] درتحلیل پاسخ لرزه اییک سایت هر لایه با پارامترهای ضخامت، چگالی، سرعت موج برشی و ویژگیهای غیرخطی خاک از جمله مدول برشی کاهش یافته و نسبت میرایی مشخص می-شوند. این آنالیز در حوزههای: فرکانس - - Frequency domain، زمان - - Time domain و حوزه زمانBفرکانس - - HFTD قابل انجام است.
در همین ارتباط آنالیز در حوزه فرکانس به دلیل سادگی، انعطافپذیری، تلاش به محاسبات کمتر و توانایی رسیدگی کردن به مشخصهها و ویژگیهای وابسته به فرکانس خاک، به طور گسترده مورد استفاده قرارگرفته است. در این زمینه تحقیقات فراوانی انجام شده که از آن جمله میتوان به تحقیق بادویی و همکاران [2] اشاره نمود. آنها به بررسی تاثیر عمق بستر سنگی تا سایت و سرعت موج برشی بر روی سازه پرداختهاند. دستاورد آنها تشخیص حساسیت طیف پاسخ و محتوای فرکانسی به عمق بسترسنگی بوده است. اندرد و بورجا [3] به مقایسه دو کد کامپیوتریSHAKE و SPECTRA پرداختهاند. برای این منظور منحنیهای کاهش مدول برشی نرمال شده و نسبت میرایی و ویژگیهای خاک را به صورت پارامترهای تصادفی در نظرگرفته شده است.
حوزه زمان، روشی است که با انتگرالگیری از معادله حرکت در گامهای کوتاه زمان، هر مدل تنشBکرنش خطییا غیرخطییا مدل رفتاری پیچیدهای را میتوان حل نمود. مزیت این روش نسبت به حوزه فرکانس دقت آن در نتایج است. موراوسکی و فریدمن [4] با استفاده از این روش به مقایسه کد نوشته شده به وسیله Turbo Pascal، جهت یک خاک چند لایه به صورت یک بعدی و غیرخطی را با نرمافزار SHAKE پرداختهاند. آنها توانستند مشکلاتی که نرمافزار SHAKE داشته را با تقسیم کلی زمان به گامهای کوتاهتر زمانی برطرف سازند. هشاش و پارک [5] با ارائه فرمولی جدید برای میرایی ویسکوز و با استفاده از میرایی ریلی به بررسی خاک با رفتار غیرخطی برای پریودهای کوتاه پرداختند.
حوزه زمانBفرکانس - تلفیقی - که این روش با به کارگیری معقولانه از هر دو روش ذکرشده به طور همزمان به ارائه یک روش تحلیل بهینه و مابین دو روش قبل برای محاسبه غیرخطی خاکهایلایهای میپردازد. این روش توسط بزرافشان مقدم و باقریپور 6]و[7 نیمتاج و باقریپور [8] به صورت قطعی ارائه شده است. جوهری و مومنی[9] با تحلیل احتمالاتی در این حوزه برای تخمین پاسخ زمین به صورت تصادفی از روش شبیه سازی مونت کارلو با تعداد15000شبیه-سازی طیف شتاب و جابجایی روی سطح زمین را ارائه دادهاند.
در این مقاله به جای استفاده از الگوریتم بازگشتی و نرمافزارهای مبتنی بر الگوریتم بازگشتی از جمله SHAKE از روش الگوریتم غیربازگشتی در حوزه فرکانس به بررسی ویژگیهای خاک و منحنیهای مدول برشیو نسبت میرایی بر روی پاسخ زمین استفاده شده که به همین منظور کدی در محیط MATLAB تهیه گردیده که بوسیله آن شتاب و جابجایی روی سطح زمین بدست آورده شده است.
.2 روش تحلیل
.1.2 تحلیل یک بعدی پاسخ زمین
اگر لایه خاک را مطابق شکل 1 در نظر بگیریم می توان از طریق حل معادله - 1و - 2 به جابجایی روی سطح زمین و کرنش رسید :
شکل -1 مشخصات مربوط به توده خاک لایهای قرار گرفته برروی بستر سنگی الاستیک
اگر لایههای پروفیل مورد نظر همانند جامد کلوینBوویت رفتار نمایند معادله موجی به فرم معادله - 1 - میباشد.
