بخشی از مقاله
چکیده:
گسیختگی یا تخریب پیشرونده یک پدیده غیر خطی است که در نتیجه ی شکست دینامیکی براساس عملکرد زنجیر وار گسیختگی از آسیب دیدگی و حذف باربری یک یا چند المان سازه شروع شده و با انتشار گسیختگی و بروز فرو ریزش های اضافی به کل سازه یا بخش زیادی از آن گسترش می یابد. در این مقاله حذف ناگهانی ستون به عنوان محتمل ترین و بحرانی ترین عامل وقوع تخریب پیشرونده در نظر گرفته شده است.
بررسی نتایج حاصل از تحلیل های استاتیکی غیر خطی و دینامیکی غیر خطی در سازه مورد بررسی نشان دهنده ضعف سازه در مقابله با تخریب پیشرونده از نظر آئین نامه UFC4-023-03 می باشد. در ادامه برای تقویت سازه جهت ایجاد مسیر جایگزین انتقال بار ستون حذف شده به سایر اجزاء سازه، از دیوار برشی در پیرامون طبقه آخر به عنوان تقویت استفاده شده است. بررسی نتایج تحلیل های جداگانه نشان دهنده آن است که راه کار ارائه شده توانائی کاهش پتانسیل وقوع تخریب پیشرونده در سازه را به نحو چشمگیری داشته است.
مقدمه:
حوادث مختلفی مثل اقدامات تروریستی، انفجار بمب یا گاز، آتش سوزی، برخورد وسایل نقلیه و ... خصوصا در دهه های اخیر ضرورت توجه به عکس العمل سازه در مواجهه با این بارهای غیر متعارف را دو چندان می کند. تخریب پشرونده نتیجه شکست و خرابی در یک منطقه از سازه و گسترش تخریب به مناطق دیگر می باشد. خرابی نیز به معنای عدم توانائی یک یا چند عضو از سازه در تحمل بار می باشد.
در حقیقت این پدیده یک پروسه ی شکست دینامیکی است که باعث بر هم خوردن تعادل سازه بین نیروهای داخلی و خارجی خواهد شد و جابه جائی ها در سازه تا آنجا ادامه پیدا می کند که معادله جدیدی حاکم شود یا اینکه کل سازه تخریب گردد. روش های مختلفی جهت باز توزیع نیروهای ایجاد شده ناشی از حذف ناگهانی ستون و مقابله با وقوع تخریب پیشرونده ارائه گردیده است. یکی از متداول ترین روش ها که مورد توصیه اکثر آئین نامه های بین المللی در این خصوص می باشد روش ایجاد مسیر جایگزین بار - Alternate Load Path - می باشد. آئین نامه [1] UFC 4-023-03 به عنوان یکی از مراجع مهم و معتبر در بررسی این پدیده مطرح می باشد. طبق این آئین نامه اگر سازه ای توانائی مقابله با تخریب پیشرونده را نداشته باشد باید مجددا طراحی شده و یا اینکه بهسازی شود به گونه ای که سازه توانائی انتقال بار ستون حذف شده به سایر اعضاء سازه را بیابد.
پس از حادثه 11 سپتامبر سال 2001 که در مرکز تجارت جهانی در نیویورک رخ داد استانداردها و آئین نامه های فراوانی به صورت جدی سعی کردند تا الزاماتی را جهت جلوگیری از وقوع این پدیده تدوین کنند و اصلاحات قابل ملاحظه ای بر روی دستور العمل های قبلی خود به وجود بیاورند که از مهم ترین آنها می توان به ACI, ASCE, GSA, DOD و نیز مبحث 21 مقررات ملی ساختمان ایران که تا حدودی به GSA DOD نزدیک است اشاره کرد.
عبدا... زاده و طاهری مشایی [2] در تحقیقی به ارزیابی تقویت و مقاوم سازی سازه های موجود در برابر تخریب پیشرونده پرداختند. آنها جهت بهبود عملکرد سازه در حالت حذف ستون از خرپاهای کمره ای نصب شده در دهانه های پیرامونی طبقه آخر استفاده کرده اند نتایج این تحقیق نشان داد که خرپاها با انتقال بار ثقلی به سایر المان ها مانع از فرو پاشی سازه شده اند و حداکثر تغییر قائم سازه پس از حذف ستون به طور چشمگیری کاهش یافته است.
سجاد بایگی و امین خزائی [3] نیز در تحقیق خود تقویت قاب های بتنی با افزودن ابر مهار بند فولادی در برابر تخریب پیشرونده را بررسی کردند. آنها پس از انجام تحلیل های استاتیکی غیر خطی و دینامیکی غیر خطی و مقایسه نتایج حاصل از تحلیل ها بر روی سازه اولیه و سازه تقویت شده نشان دادند استفاده از ابر مهار بند در سازه بتنی با توجه به الگوی به کار گرفته شده باعث کاهش تعداد مفاصل شکل گرفته و نیز کاهش قابل توجه در جابه جائی قائم سازه پس از حذف ستون شده است.
تحقیقی توسط شهروزی و خرم شاهی [4] بر روی نقش پیکر بندی قابهای ساختمانی در خرابی پیشرونده ناشی از انفجار ستون ها صورت گرفت در این تحقیق آرایش های مختلفی از پیکربندی سازه در مقابله با تخریب پیشرونده مورد بررسی قرار گرفتند . این تحقیق نشان داد پیکربندی های مختلف عملکردهای مختلفی در مواجهه با تخریب پیشرونده از لحاظ نحوه گسترش مفاصل پلاستیک در سازه دارند. در این تحقیق مشاهده شد ترکیب آرایش های ابر مهار بندی به همراه کمربند افقی باد بند در طبقه فوقانی مناسب به نظر می رسد. در این تحقیق برآنیم تا اثر استفاده از دیوار برشی پیرامونی در طبقه فوقانی را در افزایش مقاومت سازه با قاب خمشی بتنی در جلوگیری از تخریب پیشرونده مورد بررسی قرار دهیم بدین منظور مطالعه خود را بر روی سازه ای با قاب خمشی بتنی متوسط متمرکز می کنیم و نتایج حاصل از تحلیل ها را با سازه تقویت شده مقایسه می کنیم.
مراحل انجام پروسه تحقیق:
دراین تحقیق از آئین نامه UFC جهت بررسی تخریب پیشرونده در سازه استفاده شده است. بدین منظور یک سازه بتنی در سه بعد در نرم افزار Sap2000 مدلسازی گردید. تحلیل های استاتیکی غیر خطی و دینامیکی غیر خطی بر حسب آئین نامه ذکر شده بر روی سازه انجام پذیرفت و نتایج حاصل از این تحلیل ها مورد بررسی قرار گرفت. در صورت عدم مقاومت سازه در برابر تخریب پیشرونده سازه باید دوباره طراحی شده و یا اینکه مقاوم سازی شود.
به منظور بهبود عملکرد قاب در برابر حذف ناگهانی ستون و تأمین روش مسیر جایگزین بار که در آئین نامه UFC به آن توصیه شده است، سیستمی متشکل از دیوار برشی پیرامونی در طبقه فوقانی به عنوان تقویت در نظر گرفته شده است و مجددا تحلیل های جداگانه بر روی سازه تقویت شده انجام پذیرفته است. پس از استخراج نتایج تحلیل ها و مقایسه آنها مشخص شده است تقویت مورد نظر تا چه حد پتانسیل وقوع تخریب پیشرونده را کاهش داده است.
مشخصات سازه اولیه :
سازه مورد نظر، سازه ای 9 طبقه با اسکلت بتنی و قاب خمشی متوسط در هر دو جهت می باشد. این سازه دارای پلانی متقارن و مربع شکل به ابعاد 15 × 15 متر که دارای سه دهانه مساوی در جهت طولی و عرضی می باشد. ارتفاع طبقات برابر با 3/2 متر در نظر گرفته شده است. بار مرده وارد بر طبقات 600 kg/m2 و بار زنده برابر 200 kg/m2 می باشد. مقاومت فشاری بتن مورد استفاده برابر 250 kg/cm2 و تنش تسلیم فولاد برابر Fy = 4000 kg/cm2 است . شکل -1 پلان سازه مشخصات مقاطع سازه با توجه به بارگذاری صورت گرفته و نیز مقررات ملی ساختمان طراحی شده است.
- مشخصات مفاصل پلاستیک:
مشخصات مفاصل پلاستیک برای تیرهای سازه با توجه به جدول 1-4 آئین نامه UFC 4-023-03 تعیین شده است. با توجه به جدول مذکور پارامتر c= 0.2 , b = 0.3 , a = 0.025 و شیب بین نقاط C , B برابر با صفر در نظر گرفته شده اند. شکل 2 این پارامترها را به صورت شماتیک نشان داده است. مفصل پلاستیک برای ستون ها نیز با استفاده از حالت پیش فرض در نرم افزار Sap براساس آئین نامه [5] FEMA356 معرفی شده است. شکل 2 رابطه بار- تغییر شکل برای اجزای بتنی [6] محل قرار گیری مفاصل پلاستیک در تیرها، در دو انتهای تیر و نیز مرکز دهانه ها و برای ستون ها در دو انتهای آنها تعریف شده است.
