بخشی از مقاله
چکیده
پس از زلزلههای ، بسیاری از سازههای مدرن دچار تخریب کلی یا آسیب دیدگی جدی شدند که پس از تحقیقات فراوان قسمت عمده خرابیهای ناشی از این دو زلزله به اثرات زلزلههای میدان نزدیک - Near-Field - نسبت داده شد. از اینرو تحقیقات بعدی در جهت شناسایی بهتر اینگونه زلزله قرار گرفت. در این راستا در تحقیق حاضر اثرات زلزلههایحوزه نزدیک بر توزیع نیروهای داخلی در قابهای خمشی فولادی مورد بررسی قرار میگیرد. سازههای مورد بررسی سه سازه ۴ و ۸ و ۲۱ طبقه بوده که ابتدا تحت پالس ساده با پریودهای مختلف و سپس تحت نگاشت زلزلههای واقعی قرار گرفته و توزیع نسبت نیاز به ظرفیت در ارتفاع سازه مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج این بررسی حاکی از آن است که مقدار وتوزیع نیروهای داخلی سازه حساسیت زیادی به نسبت پریود طبیعی سازه به پریود پالس حرکت زمین دارد.
۱-مقدمه
حوزه نزدیک به نواحی گفته میشود که فاصله کمی - مثلاﹰ کمتر از km ۵۱ - نسبت به کانون زلزله داشته باشند. از مهمترین خصوصیات زلزلههای این حوزه میتوان به نکات زیر اشاره کرد :
• در اکثر زلزلههای حوزه نزدیک حداکثر شتاب زمین - - PGA از g۱ و حداکثر سرعت زمین - PGV - از m/s ۵/۱ و حداکثر جابجایی زمین - PGD - از m ۱ بزرگتر میباشد]۱.[
• نگاشتهای این زلزلهها خصوصاﹰ زمانی که تحت اثر جهتپذیری پیش رونده - Forward Directivity - قرار گیرند - جهت پذیری پیش رونده زمانی اتفاق میافتد که جهت حرکت جبهه گسیختگی به سمت سایت مورد نظر باشد - دارای پالسهای پریود بلند با دامنههای قوی میباشند که اکثراﹰ در ابتدای نگاشت زلزله دیده میشود ]۲.[
• به علت وجود چنین پالسهای مشخص در نگاشت این زلزلهها پاسخ سازه از حرکت مدگونه - Mode-Like - که در آن یک یا چند مد تعیین کننده پاسخ نهایی سازهاند خارج شده و به صورت موج گونه - Wave-Like - در میآید که در این حالت پاسخ سازه توسط جمع اثرات امواج گذرنده از سازه تعیین میشود]۳.[ همچنین به علت وارد آمدن مقادیر زیادی انرﮊی به سازه توسط این پالسها در ابتدای نگاشت در مدتی کوتاه، توزیع رفتار غیرخطی سازه دگرگون میشود به این نحو که به جای توسعه رفتار غیرخطی و مفاصل پلاستیک در ارتفاع سازه انرﮊی زلزله در اولین مفاصل ایجاد شده جذب می گردد و گستردگی و توسعه رفتار غیرخطی مشاهده نمیشود ]۴.[
تحقیقات جدیدتر ]۴ و۵[ نشان دادهاند که میزان و توزیع نیازهای سازه اعم از تغییر مکان، مقاومت، شکلپذیری و غیره به نسبت پریود طبیعی سازه - Tn - به پریود پالس قوی موجود در رکورد زلزله میدان نزدیک - Tp - بستگی دارد. به عنوان مثال مقدار برش پایه و توزیع آن در ارتفاع سازه به پارامتر Tn/Tp بستگی دارد ولی آئیننامههای کنونی از جمله UBC- یا IBC به نحو مقتضی اثرات این پارامتر اساسی را در پاسخ نهایی سازه وارد نکرده اند.
در این تحقیق وابستگی نیازهای نیرویی - از جمله لنگر خمشی و نیروی برشی - در ارتفاع سازه به تغییرات پریود پالس ورودی مورد بررسی قرار میگیرد. در این راستا یکبار از پالس ساده به عنوان نمایندهای از رکورد زلزله میدان نزدیک و در ادامه از رکورد واقعی زمین لرزههای میدان نزدیک استفاده شده است. همچنین جهت درک این مطلب که نیاز عضو تا چه اندازه با ظرفیت موجود آن تناسب دارد نسبت نیاز عضو به ظرفیت عضو - Demand Over Capacity Ratio, DCR - محاسبه شده و تغییرات آن در طول تیرها و ارتفاع ستونهای قاب خمشی بررسی میگردد.
۲- انتخاب مدل و پالس ورودی
جهت بررسی کنونی از سه سازه ۴ و ۸ و ۲۱ طبقه استفاده شده که مشخصات این سازهها در جدول - ۱ - آورده شده است. در یک سازه مشخص تمام مقاطع تیرها یکسان و تمام مقاطع ستونها نیز یکسان انتخاب شده که اثرات تغییر مقطع اعضاﺀ در محاسبات خللی وارد نکند. پس از طراحی کامپیوتری سازهها جهت استفاده این مدلها در برنامه Ansys و توصیف اثر انتشار امواج نیاز به بررسی تعداد مناسب المانها بود که جهت این امر در سازه ۴ طبقه نتایج نیروهای داخلی سه حالت المانبندی ۱ و ۵ و ۰۱ المانی با نتایج حاصل از ماتریس سختی دینامیکی - جواب دقیق - مقایسه شده که در نهایت استفاده از ۰۱ المان در طول تیرها و ستونها مورد تایید قرار گرفت.
به علت وجود پالسهای مشخص و قوی در رکورد زلزلههای حوزه نزدیک و از آنجائیکه قسمت اعظم پاسخ سازه ناشی از چنین پالسهایی میباشد، طبق تحقیقات اخیر ]۶[ میتوان از یک پالس ساده بعنوان نمایندهای از کل رکورد زلزله استفاده نمود؛ جهت استفاده از چنین پالسی در بررسی توزیع نسبتDCRهای خمشی و برشی به علت شباهت پالسهای موجود در نگاشت زلزلههای حوزه نزدیک به یک تابع کسینوسی از چنین تابعی در توصیف پالس حرکت زمین استفاده شد که شکل پالس و تابع استفاده شده در شکل ۱ آورده شده است.
