بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این مطالعه به دست آوردن منحنیهای شکنندگی تحلیلی برای تعدادی از ساختمانهای موجود در شهر قزوین میباشد. برای این منظور 8 سازه فولادی مسکونی 3 الی 6 طبقه موجود، طراحیشده بین سال های 1389 تا 1394، دارای اتصالات ساده و سیستم بادبندی در دو جهت،در نرمافزار اپنسیس به صورت سه بعدی مدلسازی شدهاست. درصد دریفت بین طبقهای بیشینه به عنوان شاخص خرابی، شتاب طیفی در پریود اصلی سازه با میرائی 5%به عنوان معیار شدت و حالات حدی پیشنهادشده توسط دستورالعمل فیما 356 به کار رفتهاند.
از مجموعه رکورد دور از گسل معرفی شده در دستورالعمل فیما-پ 695 استفاده شدهاست. جهت محاسبه عدم قطعیتها نیز همین دستورالعمل بهکارگرفتهشدهاست.هم چنین به منظور تحلیل مدلها، از تحلیل دینامیکی افزاینده ناقص با = 2 وگام 0.2g استفاده شده است. تابع شکنندگی به صورت یک تابع توزیع تجمعی لوگنرمال تعریف شده و تخمین پارامترهای شکنندگی با استفاده از روش بیشینه احتمال صورت گرفتهاست. با توجه به منحنیهای به دست آمده ملاحظه میشود که به طور کلی با افزایش تعداد طبقات، میزان آسیبپذیری سازهها افزایش مییابد. هم چنین در تمامی مدلها، تمرکز رفتار غیرارتجاعی در طبقه اول سازه اتفاق افتاده است.
1. مقدمه
برآورد ریسک لرزه ای، تحلیل آسیبپذیری و تخمین خسارت، اولین گام ضروری در کاهش خطر لرزه ای سازه ها می باشد. به طور معمول در نتیجه زلزله ها، کشورهای در حال توسعه بسیار بیشتر از کشورهای پیشرفته متحمل خسارت می شوند. شرایط نامطلوب اجتماعیاقتصادی- معمولاً منجر به ساخت خانه هایی با شرایط ضعیف و نامطلوب گردیده که در برابر حوادث لرزه ای، آسیب پذیر می باشند. کشور ما ایران نیز از جمله کشورهای لرزهخیز میباشد.
شهر قزوین با وجود قرار گرفتن گسل های مهمی از جمله گسل های تالش، ماسوله، لاهیجان، رودبار، بونان، الموت، شمال قزوین، زنجان، سلطانیه، طالقان، آیپک، شمال تهران، کوشک نصرت، ایندس و مشا در اطراف آن و با توجه به زمین لرزههای بزرگی مثل بویین زهرا در سال 1341 و منجیل در سال 1369 که در طول تاریخ گذشته آن روی داده است و خسارات قابل توجهی که به بناهای آن وارد آمده است، از جمله شهرهای لرزه خیز کشور میباشد.لذا بررسی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان های موجود در آن از اهمیت به سزایی برخوردار است.
تحلیل آسیب پذیری، تخریب پذیری سازه ها تحت مقادیر مختلف شدت یا بزرگای زمین لرزه را آشکار می سازد. آسیب پذیری سازه ها تحت اثرات زمین لرزه، معمولاً بر حسب منحنی های شکنندگی و یا توابع خرابی بیان می شود.رویکردهای متعددی برای ساخت منحنی های شکنندگی لرزه ای وجود دارد. در جدول 1 خلاصه ای از انواع این روش ها به همراه ویژگی ها، محدودیت ها و نمونه ای از مراجع مرتبط آورده شده است.
مشخصات
- بر اساس بازبینی های پس از زلزله
- واقع بینانه ترین روش
- شدیداً وابسته به شرایط تکتونیک لرزه ای، زمین شناسی و ساخت
- داده های مشاهده شده ممکن است کم و یا شدیداً متمرکز در محدوده خرابی کم یا شدت کم زمین لرزه باشند.
- ممکن است مشمول خطاهایی در طبقه بندی خرابی ساختمان شود.
- ممکن است خرابی به دلیل چندین زلزله در ساختمان جمع شده باشد.
- اورسینی در سال 1999، اسپنس و همکاران در سال 1992، یامازاکی و مورائو در سال 1995، میاکوشی در سال 1997، باسز وکرمدجیان درسال 1998، یاماگوچی وهمکاران در سال 2000،موراوهمکاران درسال 2000،شینوزوکاوهمکاران درسال 2003،روزتووالناشای درسال 2003
- بر اساس نظر کارشناسان
- سادگی در به دست آوردن منحنی ها به گونه ای که شامل تمامی فاکتورها باشند
- قابلیت اطمینان منحنی ها به تجربه شخصی کارشناسان بستگی دارد.
- ATC-13 در سال 1985
- پالو آلتو و بوگوتادر سال 1997، کاردونا و یامین در سال 1997 ، کینگ و همکاران در سال 1997
- روش تخمین خسارت زلزله HAZUS
- بر اساس توزیع خرابی شبیه سازی شده به دست آمده از تحلیل
- کاهش خطا و افزایش قابلیت اطمینان تخمین آسیب پذیری برای سازه های مختلف
- نیاز به تلاش محاسباتی زیاد و محدودیت های موجود در مدل سازی
- تأثیر انتخاب روش تحلیل، ایده آل سازی، خطر لرزه ای و مدل های خرابی بر منحنی های به دست آمده و در نتیجه پراکندگی های زیاد در نتایج برآورد ریسک لرزه ای
- مسلم و همکاران در سال 1997، کریسانتوپولوس در سال 2000، دومووا-یووانوسکا در سال 2000، رینهورن و همکاران در سال 2001، وون و الناشای در سال 2010
- جبران کم بون داده های مشاهده شده، انتزاعی بودن داده های بر اساس قضاوت و محدودیت های مدلسازی در روش های تحلیلی
- اصلاح روابط تحلیلی و یا بر اساس قضاوت با استفاده از داده های مشاهده ای و نتایج آزمایشگاهی
- نیاز به درنظرگرفتن چندین منبع اطلاعاتی برای تعیین دقیق قابلیت اطمینان منحنی شکنندگی
- کاپوسو همکاران در سال 1995
هدف از این مطالعه ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای و به صورت جزئی تر به دست آوردن منحنی های شکنندگی برای تعدادی از ساختمان های موجود در شهر قزوین می باشد. انتخاب نوع سیستم سازه ای، نوع کاربری، تعداد طبقات، سال طراحی و نوع سیستم باربر جانبی بر اساس اطلاعات اخذ شده از سازمان های آمار و فناوری اطلاعات و هم چنین نظام مهندسی استان قزوین صورت گرفته است. لذا نتایج این مطالعه می تواند به جهت به کارگیری آمارهای واقعی ثبت شده در سازمان های استان، حائز اهمیت بوده و به صورت کاربردی مورد استفاده بخش های برنامه ریزی عمرانی شهر قزوین قرار گیرد.
با توجه به اطلاعات آماری به دست آمده از سازمان های مذکور، مطالعه ساختمان های فولادی مسکونی دارای اتصالات ساده و سیستم مهاربندی در دو جهت دارای تعداد طبقات 3 الی 6 در دستور کار قرار گرفته است.[2] قابهای دارای مهاربند هممرکز، سیستم سازهای متداول برای مقاومت در برابر بارهای لرزهای میباشند. این قابها محدوده وسیعی از سطوح عملکردی را تجربه میکنند و میتوانند به خوبی سختی و مقاومت جانبی کافی برای کنترل دریفت در طی زمینلرزههای متداول و متوسط را تأمین نمایند.
در طی زمینلرزههای بزرگ، اعضای مهاربندی ممکن است در معرض تغییرشکلهای محوری بزرگ و در نتیجه آن تغییرشکلهای شدید ناشی از کمانشی موضعی یا کلی و تسلیم کششی قرارگیرند. این رفتار غیرالاستیک این امکان را برای چنین قابهایی فراهم میآورد که بتوانند تقاضاهای دریفت بزرگ و رفت و برگشتی را تحمل نمایند. در نهایت، خرابی در یکی از اجزاء رخ خواهدداد. مطالعات آزمایشگاهی نشان میدهد که تغییرشکلهای کمانش موضعی که معمولاً در مرکز مهاربند اتفاق میافتد، نهایتاً منجر به پارگی آن مهاربند میگردد .[3]
در این مطالعه 8 نمونه از این ساختمان ها در نرمافزاراپنسیس [4] مدل سازی و تحلیل شده اند.هم چنین سعی شده است که مدل های تحلیلی به کارگرفته شده برای مدلسازی سازه ها، تا حد امکان رفتار واقعی سیستم های سازه ای مورد بررسی و مودهای خرابی ممکن را درنظرگرفته و کل محدوده رفتاری سازه مورد بررسی را دربرگیرند. در این زمینه می توان به مدلسازی سه بعدی و تحلیل دینامیکی غیرخطی تمامی سازه های مورد مطالعه اشاره کرد. مدل سازی پدیده کمانش خارج از صفحه در مهاربندها نیز نمونه دیگری از درنظرگرفتن رفتارهای غیرخطی پیچیده می باشد.
.2 شاخص های خرابی لرزه ای، حالات حدی، معیارهای شدت لرزه ای و انتخاب شتابنگاشت ها
شاخص های خرابی را می توان از دیدگاههای مختلف دسته بندی کرد. اگر معیار در طبقه بندی شاخصهای خرابی، محل ایجاد خرابی باشد، شاخص ها به زیر مجموعه های محلی، سطح میانی و یا کلی دسته بندی می شوند. شاخص های خرابی محلی شامل شاخص های غیر تجمعی بر مبنای تغییرشکل، شاخص های تجمعی بر اساس انرژی و شاخص های ترکیبی می باشند. شاخصهای خرابی را میتوان هم چنین به دو گروه سازهای و غیرسازهای تقسیم بندی کرد.[4]در این مطالعه از جابجایی نسبی طبقات یا نسبت دریفت بین طبقه ای بیشینه به عنوان شاخص خرابی استفاده شده است. این شاخص نمونه ای از شاخص های محلی غیرتجمعی می باشد که در مطالعات بسیاری مورد استفاده قرار گرفته است.
تعیین واقعبینانه و جامع حالات حدی و در نتیجه آن شناسایی سطوح عملکرد، از گامهای مهم در ساخت منحنیهای شکنندگی میباشد. در این مطالعه از حالات حدی پیشنهاد شده توسط دستورالعمل فیما [6] 356 استفاده شده است. درصد دریفت متناظر با حالات حدی IO، LSو CPبرای قاب های فولادی مهاربندی شده در این آیین نامه به ترتیب برابر با 0/5، 1/5 و 2 میباشد. یک گام اساسی هنگام تحلیل آسیب پذیری لرزه ای سیستم های مختلف، ایجاد ارتباط میان خطر لرزه ای و خرابی وارد به سیستم تحت بررسی می باشد.
به منظور یک تحلیل دقیق و مؤثر، این ارتباطات می بایست به اندازه کافی قوی باشند. مشخصه های زمین لرزه ها که بر عملکرد لرزه ای و انسجام سازه ها تأثیرمی گذارند عبارتند از شدت، محتوای فرکانسی و دیرش زمین لرزه .[7] در یک دیدگاه کلی، مناسب است که معیارهای شدت به دو دسته کیفی و کمی طبقه بندی شوند. پارامترهای کمی می توانند به صورت پارامترهای مقدار بیشینه، پارامترهای انرژی و پارامترهای طیفی تقسیم بندی شوند.
یک معیار شدت طیفی که در بسیاری از مطالعات بهکارگرفتهشدهاست، شتاب طیفی در پریود اصلی یک سازه با نسبت میرائی %5 است که با Sa - T1,5% - نشان داده میشود. مطالعات متعددی نشان دادهاند که برای پاسخ دریفت بهعنوان معیار خرابی، Sa - T1,5% - نسبت به PGAکارآمدتر است. هم چنین با توجه به مدل های تحلیلی موجود در این مطالعه - دارای تعداد طبقات کمتر از - 8 که در دسته ساختمان های بلند با پریودهای طولانی قرار نمی گیرند، معیار شدت Sa - T1,5% - معیاری کارآمد و کارا می باشد.
از جمله مهمترین مسائل در تحلیلهای سازهای دینامیکی، انتخاب رکوردهای زلزله و تعداد آنها برای بهدستآوردن نتایج با دقت مطلوب است. در این مطالعه از مجموعه رکورد دور از گسل معرفی شده در دستورالعمل فیما-پ[8] 695 استفاده شده است. این رکوردها از پایگاه اطلاعاتی [8]PEERاستخراج شدهاند. مجموعه رکورد دور از گسل معرفی شده در دستورالعمل فیما-پ 695 شامل 22 جفت مؤلفه افقی زمینلرزه از سایتهای واقع در فاصلهای برابر یا بیش از 10 کیلومتر از محل گسلش میباشد..[8]
در دستورالعمل فیما-پ 695 در جداول A-4A، A-4Bو A-4C به ترتیب خلاصه ای از داده های زلزله و ایستگاه ثبت رکورد ، خلاصه ای از داده های سایت و منبع و خلاصه ای از اطلاعات پایگاه داده ای PEER NGA و پارامترهای زمین لرزه های ثبت شده برای مجموعه رکورد دور از گسل آورده شده است. خلاصه ای از مهم ترین اطلاعات مربوط به رکوردهای به کاررفته در این مطالعه در جدول 2 آورده شده است.
