بخشی از مقاله
چکیده
یکی از تأثیرات مهم زلزلههاي نزدیک گسل، متمرکز نمودن خرابی در تعداد محدودي از طبقات و المانهاي سازهاي، فراتر از حد انتظار میباشد بنابراین پیشبینی نحوهي توزیع پارامترهاي کمی پاسخ زلزله در ارتفاع سازه میتواند به تخمین قدرت تخریبی زلزلههاي نزدیک گسل کمک کند. در حوزه نزدیک گسل، اثرات جهت پذیري پیشرونده باعث ایجاد نگاشتهاي پالسی شکل پریود بلند با مدت زمان مؤثر کوتاه و دامنه بزرگ در تاریخچه زمانی سرعت حرکت زمین میشود که این مسئله باعث تحمیل نیاز بیشتر مقاومتی و شکلپذیري به سازه در جهت عمود بر خط گسل میشود. همچنین افزایش نسبت پریود پالس حرکت زمین به پریود طبیعی سازه و نیز افزایش نسبت شتاب زمین به مقاومت تسلیم سازه ، موجب افزایش پاسخ غیرخطی و خسارات وارده به سازه میشود و تمرکز تغییر شکلها در طبقات پایین ساختمان موجب اعمال اثر P- در طبقات پایین میشود. این گردآوري با استفاده از تحلیلهاي استاتیکی و دینامیکی غیرخطی بر روي سازههاي قاب خمشی فولادي با تعداد طبقات مختلف به بررسی توزیع تغییر مکان نسبی در ارتفاع ساختمان پرداخته است . اگرچه اثرات جهت پذیري و پریود پالس تأثیر بسزایی در توزیع تغییر مکانهاي نسبی طبقات و آسیبپذیري سازه دارد اما توزیع تغییرمکان نسبی طبقاتدر ارتفاع عمدتاً به سیستم سازهاي هم وابسته است. در واقع ترکیبی از دو عاملT1 / T P صلبیت نسبی سازه نسبت به پالس و R میزان ورود سازه به ناحیه غیرخطی باعث فروریزش و خرابی سازههاست.
واژههاي کلیدي: قاب خمشی فولادي، توزیع تغییر مکان نسبی، زلزله حوزه نزدیک، تحلیل غیرخطی، جهت پذیري پیشرونده
1 مقدمه
زلزلههاي حوزه نزدیک داراي ویژگیهاي مشخصی هستند که آنها را از زمینلرزههاي حوزه دور متمایز میکند. زلزلههاي حوزه نزدیک داراي شتاب بالاتر و محتوي فرکانسی محدودتري در مقادیر فرکانسی بالاتر نسبت به زمینلرزههاي حوزه دور میباشند . نگاشتهاي این زلزله،هاخصوصاً زمانی که تحت اثر جهت پذیري پیشرونده قرارمی گیرند، داراي پالسهاي پریود بلند با دامنههاي قوي میباشند که اکثراً در ابتداي رکورد زلزله دیده میشود. بروز پالس در ابتداي رکورد نشانگر آزاد شدن یک انرژي جنبشی قابل توجه در مدت زمان کوتاه، ناشی از شکست گسل میباشد. بعد از زلزله 1966 پارك فیلد کالیفرنیا1و زلزله 1971 پاکویما 2 در سانفرناندو ، عبارت نزدیک گسل توسط بولت3 در سال 1975 عنوان شد اما پس از زلزلههاي 1992 لندرز4 ، زلزله 1994 نورث ریج 5 ، زلزله1995 کوبه6 ژاپن و زلزله 1999 چی چی7 تایوان ، اهمیت این موضوع براي مهندسین عمران دوچندان شد.
اینگونه زلزلهها که در نزدیکی یک گسل فعال رخ میدهد، داراي نگاشتهاي پالسی با پریود پالس بلند و داراي یک یا چند اوج سرعت - Peak velocitie - میباشند3]و .[4 درحوزه نزدیک به گسل مؤلفه افقی عمود بر گسل بیشترین اثر را در پاسخ سازهها دارد و اثر این مؤلفه غالب بر مؤلفه افقی موازي با گسل و مؤلفه قائم به سطح زمین میباشد. اثرات جهت پذیري پیشرونده - Forward directivity - باعث ایجاد ارتعاشات افقی زمین در جهت عمود بر امتداد گسل بهصورت ضربه افقی بزرگی میشود که بهصورت قابلملاحظهاي بزرگتر ازمولفه افقی موازي با گسل است. اثر جهت پذیري پیشرونده با کوچکتر شدن زاویه بین گسل و ساختگاه و بزرگتر شدن سطح شکست بین ساختگاه و گسل بزرگتر میشود .اینگونه پالسها باعث افزایش نیازهاي تغییرمکان غیر ارتجاعی - نیازهاي شکلپذیري - در سازه میشوند بطوریکه در نزدیک گسل میتوانند پاسخهاي بزرگ و شکلپذیري زیادي را به سازه اعمال کنند .از آنجایی که در حوزه نزدیک مؤلفه افقی عمود بر گسل غالب است لذا جهتگیري سازههایی که در محدوده نزدیک به گسل واقعشدهاند اهمیت دارد .
2 خصوصیات زلزلههاي نزدیک گسل
زلزلههاي نزدیک گسل داراي PGV/PGA ، SV ، Ei و TS بیشتر و PGD/PGV کمتري ، نسبت به زلزلههاي دور از گسل میباشند . هنگامی که سازه در معرض حرکات نزدیک گسل قرار میگیرد، نیاز سازه افزایش مییابد. توزیع ارتفاعی پارامترهایی از سازه نظیر تغییر مکان طبقات، تغییر مکان نسبی ، سرعت نسبی و شتاب مطلق طبقات نشان میدهد که، مقادیر این پارامترها در حوزه نزدیک بیشتر است . یکی از معیارهاي انتخاب زلزلههاي نزدیک گسل میتواند فاصله باشد، اما بهعنوان تنها معیار انتخاب نمیتواند مقبول باشد و باید در کنار آن از نگاشتهاي سرعت و جابجایی، طیف پاسخ و طیف دامنه فوریه حوزه نزدیک استفاده نمود.
با بررسی تأثیر پارامترهاي مؤثر حوزه نزدیک در پاسخ سازهها، مشخص شد که هر چقدر نسبت PGV/PGA ، SV ، Ei و یا TS بیشتر ، یا نسبت PGD/PGV کمتر باشد ، پاسخ سازه افزایش مییابد . باتوجه به مشخصههاي زلزلههاي نزدیک گسل، میتوان نتیجه گرفت در حوزه نزدیک پاسخ سازه بیشتر از حوزه دور است . همچنین زلزلههاي حوزه نزدیک که پالسهاي موجود در آنها از شدت بیشتري برخوردار است - PGV آنها بیشتر است - و یا مدت زمان پالس آنها بزرگتر است - نسبت T/T P آنها کمتر است - پاسخ سازه را بیشتر افزایش میدهند، لذا با این وجود سازههایی که به منبع لرزه زا نزدیکتر هستند، شکلپذیري بیشتري باید داشته باشند تا بتوانند از پاسخ سازه بکاهند 1]و.[6
3 ضرایب اصلاح دریفت قابهاي خمشی فولادي تحت رکوردهاي نزدیک گسل
در این قسمت اهمیت محتواي فرکانسی زلزله و ویژگیهاي سازه و همچنین سطح شکلپذیري روي تقاضاي دریفت طبقات بررسی میشود. تحلیل دینامیکی فزاینده گستردهاي روي قابهاي خمشی با تعداد طبقات ، شدت بارگذاري و نیازهاي عملکردي متفاوت و چهار سطح عامل رفتاري انجام میشود . پارامترهاي مهمی که بر دریفت کلی سازه تأثیر گذارند پریود اساسی و پریود میانگین است. علاوه بر این دو ، نرخ سختی طبقات و فاکتور مشارکت مود اول به طور مستقیم هرچند اندك بر روي حداکثر دریفت طبقات تأثیرگذار است. بر مبناي ارزیابی پارامتري مدلهاي رگرسیون به منظور پیشبینی دریفت کلی و نسبی طبقات استفاده میشود. پیشبینی تقاضاي دریفت نقش مهمی در ارزیابی لرزهاي و طراحی مناسب و آسیبهاي سازهاي و غیر سازهاي دارد.[6] یکی از ویژگیهاي مهم سازه در محاسبه دریفت کلی نسبتT1 / Tm است. براي این منظور ابتدا پارامترهاي δmod و θmod در فرمولهاي - 1 - و - 2 - معرفی میشود: [7] δmod ضریب اصلاح دریفت کلی ، θmod ضریب اصلاح حداکثر دریفت ، ∆1,roof جابجایی تسلیم اولین سقف ، θ1,max دریفت نسبی تسلیم اولین طبقه ، ∆max حداکثر جابجایی سقف ، θmax حداکثر دریفت نسبی طبقات و q فاکتور رفتاري سازه میباشد. در رابطه بالا Ci ضریب دامنه فوریه مربوط به فرکانس fi به دست آمده از یک تبدیل فوریه FFT براي فرکانس میان 0/25 تا 20 هرتز و ∆f کوچکتر از 0/05 هرتز میباشد.
1-3 جزئیات مدلسازي:
شکل - 1 - پلان و تراز ارتفاعی سازهاي مدل شده را نشان میدهد که داراي دهانههاي به عرض 6 متر و ارتفاع طبقه اول 4/5 متر و طبقات دیگر 3/5 متر است. بار زنده طبقات و بام به ترتیب 2 و 1 کیلو نیوتن بر مترمربع و بار مرده طبقات و بام به ترتیب 5/75 و 4/75 کیلو نیوتن بر مترمربع است. مقاطع فولادي استفاده شده براي ستونها HE و تیرها IPE میباشد. 39 قاب خمشی با تعداد طبقات 3 ، 5 و 7 طبقه در نرمافزار المان محدود opensees مدل شدهاند.[7] با توجه به شکل - 2 - در نسبت کوچک T1 / Tm پریود اساسی نزدیک به پریود میانگین Tm - رکورد زمین - است که منجر به δmod نسبتاً بلندتر میشود. با دلیل مشابه با افزایش δmod و q مقدار T1 / Tm در محدوده کوچک قرار میگیرد. در مقدار T1 / Tm متوسط مقدار T1 از Tm بیشتر است که تأثیر ناچیزي روي δmod دارد. در T1 / Tm بزرگ با افزایش T1 / Tm مقدار δmod افزایش مییابد. بهعبارتدیگر ، میزان تغییرات ضریب اصلاح دریفت کلی در T1 / Tm هاي کوچک بسیار حساس و تأثیرپذیر میباشد7]و.[9 بااستفاده از فرمولهاي - 4 - و - 5 - رگرسیون میتوان ضریب اصلاح دریفت کلی را پیشبینی کرد. فاکتورهاي این رگرسیون در جدول - -4 - 2 آورده شده است.[7]
