بخشی از مقاله
چکیده
اساسی ترین هدف در طراحی لرزهای سازهها جلوگیری از فرو ریزش سازه در هنگام زلزلههای شدید میباشد که پایه تئوری حاکم بر رفتار لرزهای میباشد. نتیجه بررسی رفتار غیرخطی سازه در هنگام زلزله و مقاومت ناشی از عملکرد غیرخطی سازه در هنگام زلزله و مقاومت ناشی از عملکرد غیرخطی آن در آییننامهها و مقررات طرح لرزهای معرفی عددی تحت عنوان ضریب رفتار جهت تقلیل نیروی طراحی خطی به منظور هدایت سازه به عملکرد غیرخطی بوده است. یکی از سیستمهای باربر لرزهای که از لحاظ شکلپذیری و اقتصادی بودن مورد توجه قرار گرفته است، سیستم مهاربند زانویی میباشد.
در این پژوهش ضریب رفتار قابهای خمشی فولادی محاسبه و در نرم افزار ETABS مدل شده است. برای بدست آوردن ضریب رفتار یک سازه که برای بهسازی لرزهای مورد مطالعه قرار میگیرد باید رفتار خطی و غیرخطی سازه با یکدیگر مقایسه گردد. نتایج بدست آمده از این تحقیق برای محاسبه ضریب رفتار، نشاندهنده مقادیر متفاوت در ترازهای ارتفاعی متفاوت میباشد. همچنین مقدار ضریب رفتار در سازههای با عملکرد لرزهای نامناسب در یک تراز ارتفاعی میتواند کمتر از مقدار میانگین بدست آمده در سایر مدلها باشد.
مقدمه
غالباً سازهها برای زلزلههای شدید و پذیرش سطوحی از خسارت طراحی میشوند و کنترلی از نظر رفتار الاستیک سازهها در محدوده زلزلههای معتدل که احتمال وقوع سالیانه آنها زیاد میباشد مشخص نمیشوند. یعنی اینکه تخمینی برای رفتار الاستیک سازهها در چنین حالتی وجود ندارد. سازه در هنگام وقوع زلزلههای شدید وارد محدوده غیر خطی میگردد و در نتیجه برای طراحی آنها نیاز به یک طراحی غیر خطی میباشد ولی به دلیل پیچیده بودن تحلیل غیر خطی همچنین وقتگیر و پرهزینه بودن و عدم گستردگی برنامههای غیر خطی در مقایسه با تحلیل خطی روشهای تحلیل و طراحی معمول بر اساس تحلیل خطی سازه منظور میگردد.
یکی از پارامترهای مهم و اساسی در طراحی لرزهای سازهها ضریب رفتار میباشد. مقدار این ضریب در برخی آیین نامهها از نتایج آزمایشات انجام شده تعیین شده است و رخداد زلزله بهترین آزمایشگاه برای بررسی رفتار سازهها میباشند. برای لحاظ کردن رفتار غیر خطی سازه با یک تحلیل خطی و مشخص کردن میزان اتلاف انرژی در اثر رفتار هیستر زیس، میرایی، اثر اضافه مقاومت سازه و شکلپذیری سازه از ضریبی به نام ضریب اصلاح رفتار یا ضریب رفتار استفاده میگردد. طراحی لرزهای ساختمانها به این صورت است که طرح باید به گونهای باشد تا ساختمانها در هنگام وقوع زلزلههای کوچک در محدوده خطی و بدون خسارت بمانند. در زلزلههای متوسط، خسارت غیر سازهای ببینند و در هنگام وقوع زلزلههای شدید و بزرگ خسارتهای سازهای و غیر سازهای داشته باشند ولی پایداری کلی آنها حفظ گردد.
با در نظر گرفتن عملکرد الاستیک سازه در برابر زلزله مقاطع طرح بزرگتر شده و همین امر باعث غیر اقتصادی شدن طرح خواهد بود. لذا با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی سازه میتوان از خصوصیات جذب انرژی سازه و تغییر شکلهای خمیری آن بهره گرفت و به اقتصادی شدن طرح کمک کرد. در صورتی میتوان از این خصوصیات رفتار غیرخطی سازه بهره جست که سازه تحمل تغییر شکلهای خمیری را داشته باشد. به عبارت دیگر در طراحی لرزهای سازه باید قادر به اتلاف بخش عمدهای از انرژی ورودی از طریق تغییر شکلهای غیرالاستیک باشد. برای داشتن مقدار منطقی برای مقاومت غیرالاستیک سازهها، صحت میزان کاهش در مقاومت الاستیک امری ضروری میباشد.
آییننامه 1 UBC97 با آنالیز سازهها بر اساس کفایت آنها، اثرات پاسخ غیر خطی ساختمان، اضافه مقاومتها و شکلپذیری عناصر مختلف را مد نظر قرار میدهد. بر طبق معیارهای فوق توجه اصلی در برابر زلزله به ایمنی جانی معطوف است، یعنی جلوگیری از انهدام سازه تحت اثر شدیدترین زلزلهای که در طول عمر مفید سازه محتمل است. پس سازهای که بر اساس چنین فلسفهای طراحی میگردد - طراحی لرزهای - تحت نیروهای شدید زلزله وارد محدوده غیر خطی میشود.
در نتیجه طرح سازهها برای رفتار خطی تحت لرزشهای ناشی از زلزلهای بزرگ اساساً اقتصادی نیست. لذا سازهها برای نیروی برشی به مراتب کوچکتر از نیروی برشی تسلیم طراحی میشوند. کاهش در مقاومت الاستیک سازهها باید با دقت انجام پذیرد. نحوه و مقدار این کاهش در مقاومت میتواند در انجام رفتار مورد نظر در سازه بسیار موثر باشد لذا شناسایی پارامترهای دخیل در این زمینه برآورد اهمیت نسبی آنها در ارائه مقدار صحیح کاهش مقاومت الاستیک طراحی سازهها یک مقوله بسیار با اهمیت و ضروری است.
در آییننامههای طراحی، سازهها برای مقاومتی کمتر از مقاومت لازم برای رفتار الاستیک در زلزلهها طرح میشوند که دلیل این امر توجه به مسائل و هزینههای ساخت در مقابل میزان خطر رخداد زلزله در طول عمر مفید سازه است. بنابراین همواره انتظار رفتار غیرخطی برای سازه، یعنی رفتار سازه در تغییر شکلهای فراتر از حد الاستیک که به علت نیروهای فراتر از حد الاستیک ایجاد شدهاند وجود خواهد داشت. همچنین تجربه تأثیر زلزلهها بر سازهها نشان میدهد که سازهها در هنگام وقوع زلزله رفتار غیرخطی دارند و به همین جهت مقدار قابل توجهی از انرژی ورودی زلزله را به صورت میرایی و پسماند تلف میکنند. بنابراین سازه میتواند برای نیروی زلزله بسیار کمتر از نیروی لازم در حالت خطی طراحی گردد.
ضریب رفتاری که در آییننامه 2 NEHRP, UBC استفاده میشود ضریبی ثابت میباشد که بیان کننده اثر شکلپذیری و اضافه مقاومت هر سیستم سازهای میباشد. در قسمت تفسیر آییننامه، اعمال قضاوت مهندسی طراحی را در استفاده از آن لازم میداند. در اینجا این سوال مطرح است که اساس قضاوت مهندسی بر چه استوار است و طراح بر چه اصولی مقدار این ضریب را میبایست در نظر بگیرد. در این مورد هیچ گونه مطلبی در آیین نامهها ذکر نشده است و این خود بیان کننده پیچیدگی این ضریب میباشد. از این رو به دست آوردن این ضریب برای هر سیستم سازهای متفاوت امری وقتگیر و پیچیده برای مهندسین طراح میباشد.
مسلماً تنها در یک تحلیل غیر خطی میتوان با توجه به رفتار خمیری سازهها و بررسی مسائلی نظیر مقاومت و شکلپذیری محل مفاصل خمیری را مشخص نمود و بدین ترتیب نقاط ضعف سازهها را مشخص کرد. به منظور در نظر گرفتن عواملی از قبیل شکلپذیری سیستمهای سازهای متفاوت و درجات نامعینی، اضافه مقاومت موجود در سازهها و همچنین قابلیت جذب و استهلاک انرژی در ساختمان، آیین نامههای مختلف نیروهای محاسبه شده را با توجه به نوع سیستم سازهای و به کمک ضریبی به نام ضریب رفتار کاهش میدهند.
در این پژوهش پس از بررسی آییننامه در رابطه با هدف طراحی به تشریح مفاهیمی همچون تغییر مکان هدف، شکل پذیری و روابط مربوط به تعیین ضریب کاهش نیرو براثر شکلپذیری، مقاومتافزون، ضریب تنش مجاز و ضریبرفتار و نمودار حاصل از تحلیل غیر استاتیکی میپردازیم
روشهای محاسبه ضریب رفتار
آنچه مشخص است تا کنون پژوهشگران با ملیتهای مختلف برای محاسبه ضریب رفتار روشهای متفاوتی را مورد استفاده قرار دادهاند. با مقایسه این روشها میتوان آنها را در دو گروه کلی تقسیمبندی کرد. یکی روش پژوهشگران آمریکایی و دیگری روش پژوهشگران اروپایی میباشد. عموماً روشهای آمریکایی مبانی تئوری سادهتری دارند ولی با وجود این کاربردیتر هستند در حالی که روشهای اروپایی دارای مبانی تئوری و تحلیلی پیچیدهتری بوده و استفاده از آنها در عمل دشوار است که در ادامه به بررسی روشهای آمریکایی میپردازیم.
روشهای آمریکایی
در این گروه دو روش شاخصتر از سایرین بوده و روشهای دیگر با کمی تفاوت عمدتاً مشابه این روشها هستند. یکی از این روشها که به روش طیف ظرفیت مشهور است حاصل تحقیقات فریمن میباشد.
