بخشی از مقاله
خلاصه
در سالهای اخیر، رفتار سازههای بتن مسلح تحت اثر زلزلههای مختلف و ارزیابی آسیبپذیری لرزهای آنها موضوع تحقیقات متعددی در نقاط مختلف جهان بوده است. یکی از ابزارهای کلیدی در ارزیابی آسیبپذیری لرزهای سازهها، منحنیهای شکنندگی است که احتمال فراگذشت آسیب سازه از یک سطح آسیب لرزهای معین را برای چندین سطح از جنبشهای لرزهای زمین بیان میکند. هدف از این مطالعه، تعیین منحنیهای شکنندگی و بررسی آسیبپذیری لرزهای سیستم ساختمانی قاب خمشی بتن مسلح با شکلپذیری متوسط طراحی شده بر اساس آییننامه ایران بر روی خاک نوع III در منطقهای با خطر لرزهای خیلی زیاد است.
ساختمانهای مورد مطالعه شامل ساختمانهای مسکونی 4، 7 و 9 طبقه واقع در مناطق مختلف شهر تهران میباشد. مدلسازی این ساختمانها، در نرمافزار Zeus-NL انجام شده است. در این تحقیق، چهار سطح آسیب در نظر گرفته شده که شامل حالت آسیب جزئی، متوسط، گسترده و کلی میباشد. آسیبپذیری ساختمانها در هر کدام از این چهار سطح، بعد از انجام تحلیلهای دینامیکی افزایشی برای 12 رکورد زلزله انتخابی از نقاط مختلف جهان صورت گرفته است. در نهایت، منحنیهای شکنندگی بر حسب PGA برای ساختمانهای مذکور بدست آمده است. نتایج نشان میدهد که در حالت کلی با افزایش ارتفاع سازه، شکنندگی افزایش مییابد. همچنین، احتمال فروریزش مدلهای 4 و 7 طبقه در شتاب مبنای طرح آییننامه - 0/35g - 2800 نزدیک به صفر بوده و این احتمال برای سازه 9 طبقه برابر 14 درصد میباشد.
کلمات کلیدی: ارزیابی لرزهای، ساختمانهای بتن مسلح، قاب خمشی متوسط، منحنیهای شکنندگی
1.مقدمه
منحنی شکنندگی یکی از ابزارهای کلیدی در ارزیابی خطر لرزهای است که امروزه استفاده از آن بسیار رواج یافته و در سطح جهان به طور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرد. منحنی شکنندگی، احتمال فراگذشت آسیب سازه از یک سطح آسیب مشخص را برای چندین سطح از جنبشهای لرزهای زمین بیان میکند. این منحنی کاربردهای فراوانی قبل و بعد از وقوع زلزله دارد. به طوری که ضمن ارزیابی خطر لرزهای، در مواردی دیگر از جمله مقایسه میزان آسیبپذیری ساختمانهای مختلف، برآورد آسیبپذیری زیرساختهای شهری و همچنین برنامهریزی مدیریت بحران مورد استفاده قرار میگیرد. علاوه بر این، منحنیهای شکنندگی در مؤسسات مدیریت دولتی و ادارات بیمه که کار برآورد میزان خسارت بعد از زلزله را به عهده دارند نیز قابل استفادهاند .[1]
تعیین آسیبپذیری لرزهای ساختمانها با استفاده از منحنیهای شکنندگی که شدت آسیبپذیری ساختمانها را در برابر زلزله نشان میدهند، متداول میباشد. در این منحنیها میزان آسیبپذیری به صورت احتمالاتی و در قالب تابعی از پارامترها نظیر شدت زلزله و احتمال وقوع آن بیان میشود. یکی از اهداف اصلی این توابع آسیبپذیری، این است که با مقادیر کمی و منطقی میتوان مقایسهای بین میزان آسیبپذیری ساختمانهای مختلف ارائه نمود. این منحنیها برای انواع سازهها قابل ارائه میباشند و روشهای متنوعی برای تولید آنها به کار میرود که به نحوه به حساب آوردن عدم قطعیتهابستگی دارد. این عدم قطعیتها ممکن است از تجارب میدانی، مطالعات آزمایشگاهی و یا شبیهسازی عددی بدست آید .[2] در این مطالعه از روش شبیهسازی عددی استفاده شده است.
2.ساختمانهای مورد مطالعه
ساختمانهای مورد مطالعه در این تحقیق، ساختمانهای متداول بتن مسلح در مناطق مختلف شهر تهران میباشند. این ساختمانها 4، 7 و 9 طبقه بوده و از نظر سیستم سازهای، قاب خمشی با شکلپذیری متوسط هستند. برای انتخاب ساختمانهای نماینده، بعد از برداشتهای میدانی از شهر تهران و بررسی نقشههای موجود در مناطق مختلف این شهر، سه نمونه قاب به عنوان میانگین نمونههای موجود که میتوانند نماینده خوبی برای ساختمانهای مذکور باشند، انتخاب شد. در جدول 1 فرضیات در نظر گرفته شده برای تحلیل خطی و طراحی ساختمانهای نمونه ارائه شده است. مقادیر این جدول بر اساس ویرایش سوم استاندارد [3] 2800 بدست آمدهاند.
به منظور ارزیابی لرزهای ساختمانهای مذکور، مدلهایی از آنها در نرمافزار اجزاء محدود [4] Zeus-NL تهیه شد. با توجه به این که ساختمانهای مورد مطالعه تقریباً در پلان منظم هستند، قابها به صورت دوبعدی مدل شدند. پس از مدلسازی و بارگذاری ثقلی قابهای مورد بررسی، شتابنگاشتهای مقیاس شده، به مدلها اعمال شده و پس از انجام تحلیل دینامیکی افزایشی 1 - IDA - برای هر مدل تحت هر یک از شتابنگاشتها، مقدار نسبت دریفت بیشینه متناظر با هر PGA بدست آمد و با معیارهای تعریف شده توسط دستورالعمل [5] HAZUS - شامل چهار سطح آسیب جزئی، متوسط، گسترده و کلی - مقایسه شد. سپس احتمال وقوع هر یک از این حالات خرابی در هر مقدار PGA ، برای هر یک از مدلها محاسبه شد و منحنیهای شکنندگی برای هر مدل تهیه شد.
3. خصوصیات مصالح مدلها
مهمترین بخش مدلسازی یک سازه در تحلیل دینامیکی، رفتار غیرخطی مصالح میباشد. در این تحقیق، مفاصل پلاستیک در کلیه تیرها و ستونها از نوع مفصل فیبری در نظر گرفته شده که در آن رفتار غیرخطی، روی مصالح تعریف شده است. در این تحقیق، برای مدلسازی رفتار غیرخطی مصالح بتنی از مدل Mander و همکاران [6] استفاده شده است. این مدل میتواند به منظور شبیهسازی رفتار محصورشده بتن - بتن هسته - و رفتار محصورنشده آن - بتن پوشش - برای مقاطع عرضی بتنمسلح مورد استفاده قرار گیرد. در مدل Mander و همکاران، حداکثر فشار عرضی تولید شده توسط میلگردهای محصورکننده به عنوان فشار محصورکنندگی ثابت در نظر گرفته میشود. این عامل به صورت ضریب ثابت محصورشدگی > 1 در نظر گرفته میشود.
ضریب محصورشدگی K به عنوان نسبت مقاومت بتن محصورشده ˊ به مقاومت بتن ساده ˊ بیان میشود. این مدل میتواند برای شبیهسازی پاسخ بتن تحت بارهای یکنواخت و زلزله استفاده گردد. شکل 1 این مدل را به صورت شماتیک نشان میدهد.مشخصات فولاد و بتن مصرفی برای مدلسازی قابها، در جدول 2 آمده است. لازم به ذکر است مقادیر جدول مذکور از نقشههای اجرایی ساختمانهای مورد مطالعه بدست آمدهاند.با توجه به تحقیقات انجام گرفته، اثر متغیر بودن خصوصیات مصالح نسبت به عدم قطعیت در خصوصیات زلزله در منحنیهای شکنندگی ناچیز میباشد، بنابراین در این تحقیق از اثر عدم قطعیت در مصالح صرفنظر شده و مقادیر مربوط به خصوصیات مصالح به صورت قطعی برابر مقادیر مذکور در بالا استفاده شده است.
4.انتخاب رکوردها
در تحلیل شکنندگی، انتخاب رکوردهای مناسب زلزله که در برگیرنده خصوصیات لرزهای ممکن منطقه باشد، امری مهم است. با توجه به توصیه Shome و [7] Cornell تعداد ده تا بیست رکورد زلزله دقت قابل قبولی را برای برآورد تقاضای آسیب فراهم میکند. در این تحقیق تعداد 12 رکورد از زلزلههای نقاط مختلف جهان انتخاب شده است. این رکوردها همگی از سایت Peer.berkeley.edu استخراج شدهاند. جدول 3 فهرست زلزلههای انتخابی را نشان میدهد.
