بخشی از مقاله
چکیده
سازههای برگشتپذیر توانایی کاهش آسیب ماندگار و تمرکز خسارت در میراگرهای تعویضپذیر را دارند. این مقاله به تعیین نسبت تغییرمکان غیرالاستیک سیستمهای برگشتپذیر در معرض زلزلههای حوزه نزدیک پالسمانند میپردازد. نسبت تغییرمکان غیرالاستیک، یعنی نسبت حداکثر تغییرمکان غیرالاستیک به حداکثر تغییرمکان الاستیک سیستم، با انجام تحلیلهای تاریخچه زمانی بدست میآید. همچنین تاثیر پارامترهای لرزهای و مدلسازی بر پاسخ تغییرمکان غیرالاستیک سازه برگشتپذیر ارزیابی میشود. در انتها براساس مطالعهی آماری، معادلهای جدید برای برآورد طیف تغییرمکان غیرالاستیک سازههای برگشتپذیر پیشنهاد میگردد.
-1مقدمه
شواهد تاریخی از زلزلههای حوزه نزدیک نشان میدهد که پتانسیل ایجاد خسارت قابل توجهی در سازههای مستقر در مجاورت گسلهای فعال وجود دارد . در زلزله حوزه نزدیک انرژی زیادی بدلیل وجود یک پالس بزرگ در ابتدای تاریخچهی پاسخ سرعتش رها میگردد. در نتیجه این موضوع، تقاضاهای لرزهای قابل توجهی به سازههای نزدیک به گسل اعمال میگردد. در سازههای متداول انرژی لرزهای ورودی از طریق تغییرشکل غیرخطی المانها اتلاف میشود که منجر به ایجاد آسیب در سازه می شود. در سالهای اخیر سیستم های نوین برگشتپذیر معرفی شدهاند که با ویژگی هایی نظیر برکنش و برگشت پذیریی قابلیت تمرکز خسارت و کاهش آسیب لرزه ای را دارند.
مفاهیم این نوع از سیستمها برای اولین بار توسط هازنر - Housner, 1963 - معرفی شده است و در حال حاضر درانواع سازههای بتنی - Kurama, 1999 - و فولادی - Eatherton, 2014; Pollino, 2007 - و چوبی - Buchanan, - 2008 مورد استفاده قرار گرفته است. شکل 1 منحنی رفتاری سیستم های برگشتپذیر را در معرض یک سیکل بارگذاری چرخه ای نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود، رفتار این سیستم پرچمی شکل است که حاصل از ترکیب رفتار کابل های پس کشیده و میراگر قابل تعویض است.
با وجود تلاشهای تحقیقاتی گسترده، مطالعهای برای تعیین نسبت تغییرمکانهای غیرالاستیک سیستمهای برگشتپذیر در اثر زلزلههای حوزه نزدیک گسل وجود ندارد. هدف اصلی از این مطالعه محاسبه نسبت تغییرمکان غیرالاستیک و طیف تغییرمکان با مقاومت ثابت برای سیستم های برگشت پذیر تحت زلزله های نزدیک به گسل پالسگونه است. در بخش بعدی این مقاله، ابتدا ادبیات فنی مرتبط با نسبت تغییرمکان غیرالاستیک بررسی شده است. سپس سیستم های برگشت پذیر در نظر گرفته شده معرفی و تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی با استفاده از مجموعه رکوردهای پالس مانند انجام می شود. در انتها، براساس نتایج حاصل از مطالعات آماری، یک فرمول جدید برای تعیین طیف میانگین برای سیستم های برگشت پذیر در معرض استخراج می گردد.
-2 نسبت جابه جایی غیرالاستیک
فل سفه طراحی برا ساس تغییرمکان، بر مبنای مطالعه پری ستلی، یک روش ساده برای ارزیابی و طراحی لرزه ای سازه ها می باشد. مفاهیم اصلی این فلسفه در روشهای تقریبی و روشهای پیشرفته برای تخمین تغییرمکان غیرالاستیک هدف در سازه برای سطح مشخصی از خطر لرزه ای استفاده می شود. یک ضریب اصلی در فرمول تعیین جابجایی هدف ضریب C1 است. این ضریب براساس نسبت تغییرمکان غیرالاستیک سیستم یکدرجه آزادی معادل تعیین شده است. نسبت تغییرمکانهای غیرالاستیک برابر با نسبت ماکزیمم تغییرمکان غیرالاستیک - - i به تغییرمکان الاستیک - - S d سیستم یکدرجه آزادی با مقاومت ثابت R است:
i حداکثر تغییرمکان غیرالاستیک و S d ضریب مقاومت جانبی، برابر با نسبت سطح حداکثر تغییرمکان الاستیک طیفی برای سیستم یک درجه آزادی است. پارامتر R مقاومت تسلیم - Fy - به مقاومت نیاز - mSa - است که با رابطه 2 محاسبه می شود. در سالهای اخیر مطالعه های محدودی برای تعیین تغییرمکان الاستیک سیستمهای برگشت پذیر ارائه شده است. در مطالعه حا ضر به منظور گ سترش مطالعات پی شین، ن سبت جابجایی غیرالا ستیک برای سی ستمهای برگ شت پذیر در معرض رکوردهای نزدیک گسل پالس مانند و ارئه فرمولی بر مبنای مطالعات آماری می پردازد.
-3 مدل های رفتاری هیسترتیک برگشت پذیری مورد مطالعه
در این مقاله، طیف تغییرمکان سیستم های برگشت پذیر مورد مطالعه قرار می گیرد و با مدل های دو خطی مقایسه می گردد. به طور کلی فرض می شود که رفتار سیستم های برگشت پذیر را می توان با استفاده از دو پارامتر نسبت سخت شدگی پس از ت سلیم - - و ن سبت اتلاف انرژی - - طبقه بندی کرد. سی ستم ها در این مطالعه عبارت - SC- برای سی ستم های برگ شت
پذیر و برای سیستم های دو خطی EP- استفاده شده است - به عنوان مثال ، SC-40-5 نشاندهنده یک سیستم برگشت پذیر با برابر با 40 در صد و برابر با 5 در صد ا ست. در این مطالعه محدوده برابر با 0 تا 30 در صد و برای از 0 تا 100 در صد در نظر گرفته شده است . البته، سیستم های برگشت پذیر بدون ظرفیت اتلاف انرژی - یعنی برابر با - 0 را می توان سیستمهای بدون میراگر و مدل های با برابر با 100 را می توان مشابه با سیستم دوخطی درنظر گرفت.
-4 رکوردهای حوزه نزدیک
تحلیلهای دینامیکی برای محاسبه نسبت تغییرمکانهای غیرالاستیک سیستم های برگشت پذیر و دو خطی با استفاده از 91 رکورد پالس مانند انجام می شود. بزرگای گ شتاوری این رکوردها پالس مانند محدوده 6 . 7-0 . 5 و دوره تناوب پالس سرعت TP مستخرج با روش موجک در بازه 9 . 12-4 . 0 ثانیه و فاصله ساختگاه تا منبع در محدوده بین 10 .0 و 102 کیلومتر قرار دارد.
-5 نتایج ارزیابی آماری
برای دستیابی به یک فرمول جدید برای نسبت تغییرمکانهای غیرالاستیک سیستم های برگشت پذیر، نیاز به بررسی اثر ویژگیهای حرکتی زمین و مشخصات مدل سازه ای بر طیف تغییرمکان می باشد. طیف های تغییرمکان با انجام 1900000 تاریخچه زمانی غیرخطی سیستم های برگشت پذیر استخراج شده است. هر نقطه از طیف تغییرمکان برابر میانگین نسبت تغییرمکانهای غیرالا ستیک یک سی ستم برگ شت پذیر با مقاومت ثابت R ا ست. شکل 2 نمونه هایی از طیف های میانگین برای سیستم مختلف برگشت پذیر و دو خطی - EP - را نشان می دهد. روند کلی طیف ها نشان می دهد که مقادیر نسبت تغییرمکانهای غیرالاستیک با تابعی نمایی کاهش می یابد و با افزایش دوره تناوب به مقدار یک همگرا می شود.
نسبت تغییرمکان غیرالاستیک در بازه فرکانس بالا به دوره ارتعاش بستگی دارد، با این حال آنها از قانون جابجایی برابر در محدوده فرکانس پایین پیروی می کنند. همانطور که شکل 2 نشان می دهد، طیف های تغییرمکان سیستم ها با مقاومت های مختلف جانبی - R - با افزایش ن سبت سخت شدگی به یکدیگر نزدیک می شوند. در واقع، مقدار ن سبت تغییرمکان غیرالا ستیک با افزایش مقدار کاهش می یابد . همچنین، طیف های تغییرمکان سیستم ها با افزایش مقدار R کاهش می یابد؛ که نشاندهنده تاثیر افزایش مقاومت جانبی در کاهش حداکثر جابه جایی غیرالاستیک سیستم های برگشت پذیر است.
شکل: 2 اثر پارامترهای مدل سازی بر طیف میانگین تغییرمکان از سیستم های الاستوپلاستیک و برگشت پذیر درمعرض رکوردهای پالس مانند. رفتار دینامیکی سازه های به دوره تناوب پالس سرعت - TP - ،که از مهمترین مشخصه های زلزله های پالس گونه حوزه نزدیک است، به شدت وابستگی دارد. شکل A3 طیف های تغییرمکان برای سیستم های برگشت پذیر با مقاومت های R برابر 2، 4 و 7 را در معرض هر یک از رکوردها - خطوط فیروزه ای - همراه با متوسط سه گروه رکورد در نظر گرفته شده را نشان می دهد.
این رکوردها با توجه به بازه دوره تناوب TP د سته بندی شدند. گروه اول شامل 38 رکورد با TP کوچکتر از 2 و گروه دوم، دارای 28 رکورد با 2< TP < 4، و دیگری مت شکل از 25 رکورد با 4 < TP ا ست. با توجه به شکل A 3 اثر مقدار TP در پراکندگی طیف های تغییرمکان بویژه برای میانگین طیف های رکورد ها با TP > 2 مشهود است. همچنین، پراکندگی نسبت تغییرمکان غیرالاستیک با افزایش مقدار R افزایش یافته است. به عنوان مثال، میانگین نسبت تغییرمکانهای غیرالاستیک برای سیستم های برگشت پذیر با R برابر 7 و دوره تناوب 1 ثانیه - شکل - Ac3 به ترتیب برای دوره تناوب سه مجموعه رکورد برابر 34 .1، 72 .2 و
