بخشی از مقاله
چکیده
امروزه ارزیابی عملکرد سازه ها در برابر زلزله مورد توجه بسیاری از پژوهشگران در نقاط مختلف جهان قرار گرفته است. یکی از ابزارهای کلیدی و دقیق در تعیین ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای سازه ها، توابع شکنندگی است که احتمال فراگذشت آسیب سازه از یک سطح آسیب مشخص را برای چندین سطح خطر از جنبش های لرزه ای زمین بیان می نماید. هدف از این پژوهش تعیین منحنی شکنندگی و بررسی آسیب پذیری لرزه ای سیستم ساختمانی قاب خمشی بتن مسلح 10 طبقه با نامنظمی جرمی در پلان و ارتفاع، در چند حالت توزیع میراگرهای ویسکوز می باشد.
در ابتدا سازه نامنظم جرمی با تعداد طبقات متفاوت طراحی می شود و سپس تحت اثر تحلیل دینامیکی افزایشی - IDA - غیر خطی قرار گرفته و توسط روابط ریاضی ارائه شده توسط سایر محققین منحنی شکنندگی آن ترسیم می شود. این کار بدلیل تعیین نحوه توزیع مناسب میراگرها انجام می شود تا مشخص شود کدام حالت توزیع، عملکرد مناسب تری داشته است. در این پژوهش از سطوح آسیب پذیری و رکوردهای زلزله پیشنهادی مندرج در استاندارد FEMAP695 استفاده شده است.
جهت انجام تحلیل دینامیکی افزایشی رکوردهای زلزله از 0,1 تا 1,5 مقیاس شده اند. در تمامی مدلسازی ها مشاهده شده است که توزیع مودال میرایی نسبت به توزیع یکنواخت میرایی در کاهش درصد احتمال فراگذشت از سطح آسیب مورد نظر، نقش موثرتری داشته است. اما در مورد توزیع میرایی به همراه خروج از مرکزیت میرایی نتیجه کمی متفاوت تر است، به طوریکه در مدل های دارای نامنظمی جرمی پلانی عملکرد توزیع مودال میرایی نسبت به توزیع میرایی با خروج از مرکزیت بهتر بوده است، ولی در مدل های دارای نامنظمی جرمی ارتفاعی توزیع میرایی با خروج از مرکزیت نسبت به توزیع مودال میرایی موثرتر بوده است.
-1 مقدمه
آسیب پذیری سازه های نامتقارن در برابر زلزله موجب شده است تا در طول دهه های اخیر مطالعات زیادی بر روی رفتار سازه های نامتقارن در حالت الاستیک و غیرخطی صورت پذیرد. به موازات این مطالعات، تحقیقات زیادی نیز بر روی روشهای مختلف کاهش اثرات نامتقارنی ارائه شده است. بدیهی است که بررسی مطالعات گذشته ضمن کمک به دریافتن مسائل اصلی سازه های نامتقارن و نمایان ساختن ابهامات و کمبودهای گذشته، راه را برای انجام مطالعات جدید هموار می کند.
اصلی ترین نیاز هر سازه مقاومت است که برای جلوگیری از ناپایداری زود هنگام سازه مورد نیاز است. سختی، دومین نیاز سازه در برابر اثرات زلزله است. سختی عامل کنترل کننده تخریب در اجزای غیر سازه ای است. شکل پذیری، سومین نیاز سازه ها در برابر زلزله های شدید است و وجود کافی آن مانع از تخریب اجزای سازه و یا انهدام سازه خواهد شد. سه عامل مقاومت، سختی و شکل پذیری به عنوان نیاز لرزه ای غیرارتجاعی سازه ها در برابر زلزله های شدید شناخته می شوند.[1]
یکی از ابزارهای کلیدی در ارزیابی خطر لرزه ای که امروزه استفاده از آن رواج یافته است، منحنی شکنندگی است که در سطح جهان به طرز گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. منحنی شکنندگی، احتمال فرا گذشت آسیب سازه از یک سطح آسیب مشخص را برای چندین سطح از جنبش های لرزه ای زمین بیان می کند. این منحنی کاربردهای فراوانی قبل و بعد از وقوع زلزله دارد، به طوری که ضمن ارزیابی خطر لرزه ای در مواردی دیگر از جمله تعیین اولویت ها در مقاوم سازی سازه ها و همچنین برنامه ریزی مدیریت بحران مورد استفاده قرار می گیرد.
علاوه بر این، این منحنی ها در مؤسسات مدیریت دولتی و ادارات بیمه که کار برآورد میزان خسارت بعد از زلزله را به عهده دارند نیز قابل استفاده اند.[1] از شاخص هایی که شدت زلزله را بطور مناسب جهت تحلیل شکنندگی معرفی می نماید، می توان از بیشینه شتاب زمین PGA، بیشینه سرعت زمین PGV، بیشینه تغییر مکان زمین PGD و Sa شتاب طیفی نام برد. این منحنی ها را می توان از تحلیل رگرسیون منطقی اطلاعات خرابی واقعی یا شبیه سازی شده و یا روش های حل عددی بدست آورد. ما در این پژوهش، از شاخص PGA استفاده کرده ایم.
در سه دهه اخیر همراه با پیشرفت در ساخت و تولید تجهیزات استهلاک انرژی، ایده استفاده از آنها به منظور کنترل پاسخ سازه ها در بارهای دینامیکی نظیر باد و زلزله قوت گرفته است. نمونه این کاربردها در سیستمهای میراگر الحاقی در سازه ها و سیستمهای جداگر پایه مشاهده می گردد. به موازات این کاربردها به تدریج روشهای نوین طراحی سازه ها ارائه شده است که با فلسفه متفاوت با روشهای سنتی پایداری سازه در برابر زمین لرزه را فراهم می کند. در روش سنتی طراحی سازه فرض می شود که در اثر وقوع زلزله سازه وارد محدوده غیرخطی شده و از این طریق بخش زیادی از انرژی زلزله مستهلک می شود. در اینصورت طبیعی است که سازه دچار آسیب شده که میزان آسیب وارده بستگی به سطح عملکرد انتظاری از سازه دارد.
در روش نوین طراحی سازه فرض می شود که رفتار غالب سازه الاستیک بوده و در نتیجه از اهمیت شکل پذیری اعضای سازه ای کاسته شده و انرژی زمین لرزه از طریق تجهیزات الحاقی مستهلک شده و یا با استفاده از سیستمهای مختلف جداگر انرژی و سیستم های کنترلی به میزان کمتری به سازه منتقل می شود . بدیهی است که در روش نوین آسیب وارده به سازه کمتر بوده و سطوح عملکرد بالاتری قابل دستیابی است. با توجه به مزایای روشهای جدید طراحی سازه و رفتار مشخص تر سازه های طرح شده با این روش در زلزله، استفاده از آنها در حال گسترش می باشد.[2]
در ایران بررسی منحنی های شکست محدود به قاب های منظم بدون تجهیزات کنترلی بوده است و لذا لزوم بررسی دقیق تر سازه های دارای میراگر و چگونگی توزیع مناسب آنها در سازه های نامنظم، جزء ضروریات انجام این پژوهش بوده است. همچنین در این پژوهش سعی خواهد شد که نحوه توزیع میراگرها به نحوی تعیین گردد تا اثرات نامنظمی روی منحنی های شکست سازه به میزان مطلوبی کاهش یابد و همچنین مقایسه ای بین منحنی های شکست در حالت سازه های منظم در پلان و حالت سازه های نامنظم در پلان صورت خواهد گرفت.[2]
در ایران نیز در سال 1386 عظیمی نژاد و مقدم منحنی های شکنندگی برای سازه های بتن مسلح دارای دیوار برشی را رسم کردند.[3] برای این کار با لحاظ کردن اثرات توزیع سختی و مقاومت و پیچش بر روی منحنی های شکنندگی، 8 مدل یک طبقه با استفاده از نرم افزار Opensees تحت تحلیلهای دینامیکی غیرخطی قرار گرفت و منحنیهای شکنندگی بر اساس تغییرمکان بین طبقهای و چرخش مفاصل و شکل پذیری در سطوح مختلف PGA رسم شدند.
در سال 2008 گانیسی و آلتای[4] به بررسی ارزیابی شکنندگی ساختمان های بتن آرمه تحت اثر تعدادی شتابنگاشت زلزله پرداختند. در این مطالعه منحنی شکنندگی به منظور ارزیابی لرزه ای تعدادی از ساختمان های بلندمرتبه بتن آرمه مقاوم سازی شده با میراگرهای ویسکوز واقع در شهر استانبول توسعه داده شده اند. در این مقاوم سازی نوع مشابه میراگر ویسکوز برای نسبت میرائی های موثر 10، 15 و 20 درصد به کار برده شده است. به منظور تجزیه و تحلیل منحنی شکنندگی، از 240 شتابنگاشت مصنوعی که به نمایندگی از تنوع حرکت زمین در منطقه است، استفاده شده است و در ادامه تحلیل غیر خطی در شرایط قبل و بعد از مقاوم سازی به مدل ها اعمال شده است .در این مطالعه 4 حالت خرابی شامل خفیف، متوسط، عمده و خرابی کامل به منظور تعیین میزان آسیب تعریف شده است .
منحنی شکنندگی در این مطالعه توسط تابع توزیع لوگ نرمال با دو پارامتر و این منحنی ها به صورت تابعی از بیشینه شتاب زمین - PGA - ، شتاب طیفی - - Sa و جابجایی طیفی - - Sd مشخص و توسعه داده شده اند. در پایان نتیجه گرفته شده است که اضافه نمودن میراگرهای ویکسوز تاثیر مثبتی بر روی کاهش پاسخ لرزه ای سازه داشته و میزان آسیب های وارده به مدل ها حدود دو برابر کاهش داشته است و به نصف حالت بدون حضور میراگرها رسیده است و همچنین مشخص شده است که کاهش میزان آسیب های وارده به سازه در حالت میرائی 20 درصد بیشتر از حالت های دیگر مورد بررسی در این مطالعه بوده است.
در سال 1390 زرفام و همکاران طی مطالعه ای لرزه ای، تأثیر تعداد طبقات بر منحنی های شکنندگی را بررسی کردند .[5] هدف از این مطالعه توسعه منحنی های شکنندگی برای ساختمان های نیمه بلند بتن مسلح نسبت به تعداد طبقات در مناطق با لرزه خیزی زیاد بود که بر اساس آئین نامه های ایران طراحی و مقادیر حدی آنها تخمین زده شده بود . به عنوان نمونه از ساختمان های 4، 6 و 8 طبقه استفاده شد که سیستم باربر جانبی آنها به صورت قاب خمشی متوسط و محل احداث آنها در منطقه با نوع خاک تیپ 2 بود و با استفاده از آئین نامه 2800 طراحی شده بودند. تحلیل مورد استفاده در این تحقیق دینامیکی افزایشی، با استفاده از 30 رکورد زمین لرزه برای تعیین ظرفیت های تسلیم و فروپاشی نسبت به PGA ، بود.
زرفام و همکاران با بررسی منحنی های شکنندگی در حالت تسلیم و حالت فروپاشی به این نکته رسیدند که تسلیم در بازه کمتری اتفاق می افتد که نشان دهنده وقوع سریع تسلیم در سازه است در حالی که بازه فروپاشی بزرگتر است، پس احتمال وقوع فروپاشی در بازه بزرگتری از شتاب می باشد. همچنین با مقایسه نمودار شکنندگی سه ساختمان در حالت فروپاشی مشخص شد که با افزایش ارتفاع ساختمان ها فروپاشی سازه افزایش پیدا می کند. با مقایسه نمودار شکنندگی سه ساختمان در حالت تسلیم مشخص می شود که سازه های کوتاه تر سریع تر تسلیم می شود. در پایان با بررسی تأثیر تعداد طبقات در یک ارتفاع مشخص به این نتیجه می توان رسید که ساختمان 6 طبقه به علت بلند بودن ارتفاع ستون ها نسبت به ساختمان 7 طبقه با توجه به پدیده - P سریع تر به حالت تسلیم و فروپاشی می رسد.
