بخشی از مقاله
چکیده
ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای ساختمانهای موجود در واقع یک نوع پیش بینی خسارت دیدگی آنها در مقابل زلزله های احتمالی است. به منظور ارزیابی راهکارهای مناسب برای کاهش خطر پذیری لرزه ای، پیش بینی آسیب پذیری سازه های موجود بر اثر زلزله های احتمالی در آینده یکی از ضروری ترین اقدامات مهندسی میباشد. برمبنای تحقیقات انجام گرفته در سطح جهان روشهای بررسی میزان آسیب پذیری سازه ها را می توان به دو گروه روشهای کیفی و کمی طبقه بندی کرد. ارزیابی×آسیب×پذیری×کمی×سازه×ها بوسیله×منحنی×های×شکنندگی×صورت میگیرد؟ این منحنی ها سطوح محتمل خسارت را به ازاء ترازهای مختلف شدت زلزله نشان میدهند.
در ایران علیرغم آنکه یکی از متداول ترین نوع سیستم های سازه ای، به خصوص در مناطق روستایی و در شهرهای کوچک سیستم سازه ای با مصالح بنایی میباشد، مطالعات مربوط به ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای و تولید منحنی شکنندگی این سازه ها آنچنان که باید مورد توجه قرارنگرفته است. این موضوع با توجه به لرزه خیز بودن کشور حائز اهمیت میباشد .این نوع سازه ها معمولا در برابر زلزله دارای ضعف های عمده ای میباشند. شناخت این ضعف ها مقدمه ای بر انتخاب روشی مناسب برای مقاوم سازی آنها میباشد. همچنین در ضوابط آیین نامه ای به میزان آسیب پذیری کمی سازه های بنایی فاقد بازشو یا دارای بازشو اشاره ای نشده است، لذا در این پژوهش سعی میگردد تا با استفاده از منحنی های شکنندگی میزان آسیب پذیری لرزه ای برای میانقاب های بنایی با در نظر گرفتن ابعاد و موقعیت قرارگیری بازشو ارزیابی گردد.
واژههای کلیدی: ارزیابی آسیب پذیری، منحنی شکنندگی، میانقاب بنایی، تحلیل دینامیکی غیرخطی
-1 مقدمه
ساختمان های با مصالح بنایی از قدیمی ترین ساختمان های موجود در کشور است و ساخت آن ها همچنان در سطح قابل توجهی ادامه دارد. این ساختمان ها به دلیل سهولت تولید، اقتصادی بودن، خاصیت خوب عایق بودن و نما سازی در مناطق زیادی از کشور مورد استفاده قرار میگیرد. ساختمان های با مصالح بنایی در برابر بارهای ثقلی یا همان وزنی بسیار پایدار هستند ولی به علت وزن بسیار بالا و مصالح ترد و شکننده استفاده شده در آنها، در برابر بارهای جانبی که عمدتا به عنوان زلزله و باد شناخته میشوند، بسیار ضعیف هستند. سازه ها باید توانایی تحمل نیروهای ناشی از زلزله - در سطح عملکرد مورد نظر - را داشته باشند و در این تراز از زلزله تغییرمکان ها، دوران ها و همچنین میزان خرابی اجزای مختلف آن، در محدوده موردنظر ضوابط طراحی قرارگیرد. مهمترین پارامترهایی که بر رفتار سازه تحت اثر نیروهای ناشی از زلزله تاثیر میگذارند عبارتند از:
جرم، سختی، میرایی، پیکربندی و هندسه، مقاومت، شکل پذیری اجزای سازه و پارامترهای جنبش زمین. در ساختمانهای بنایی، عنصر اصلی باربر ثقلی و جانبی، دیوارهای برشی آجری می باشد، که بار سقف از طریق این دیوارها به پی منتقل میشود. دیوارهای ساخته شده از مصالح آجری و مانند آن - بلوک بتنی، سنگ، خشت - از مقاومت برشی قابل ملاحظه ای برخوردارند؛ اما رفتاری به شدت ترد و شکننده دارند و به محض رسیدن به مقاومت نهایی، تحلیل رفته و فرومی-ریزند. بنابراین ضعف اساسی ساختمانهای آجری در مقابل زلزله، کمبود مقاومت نیست، بلکه کمبود نرمی - شکل پذیری - است.[1] ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای ساختمانهای موجود در واقع یک نوع پیش بینی خسارت دیدگی آنها در مقابل زلزله های احتمالی است.
با توجه به مطالعات انجام شده در دو دهه اخیر، یافته های جدیدی در این زمینه به عنوان ابزار مناسب برای شناخت مشکلات ، معایب و آسیب پذیری سازه های موجود در مقابل نیروهای زلزله ارائه گردیده است. یکی از ابزارهای قدرتمند جهت ارزیابی آسیب پذیری کمی سازه ها منحنی های شکنندگی میباشد. رسم و تولید منحنی های شکنندگی از سازه های تاسیسات هسته ای آغاز شده است. در ابتدا منحنی های شکنندگی برای نیروگاههای هسته ای ترسیم گردید. به منظور ترسیم این منحنی ها از عوامل شکنندگی نظیر فشار آب، مقاومت بتن، جابجایی و تنش ایجاد شده در پوسته های مخازن بر اساس سطوح مختلفPGA صورت گرفت[2] میتوان گفت که بعد از زمین لرزه نورتریج توجه بیشتری به تخمین میزان خسارت سازه ها معطوف گردید بنحویکه برای سازه های شهر ممفیس و برای تغییر مکان بین طبقه ای در سطوح مختلف PGA منحنی های شکنندگی ترسیم گردیدند. [3][2]
در ژاپن نیز محققین با استفاده از توابع خسارت و بر اساس PGV منحنی های شکنندگی را برای سازه های فولادی، بتنی شهر کوبه ترسیم نمودند .در این مطالعه محققین به این نتیجه رسیدند که سازه های بتن مسلح دارای کمترین شکنندگی و سازه های فولادی دارای بیشترین شکنندگی می باشند [2]. برخی محققین روش تولید منحنی های شکنندگی با استفاده از روش طیف ظرفیت ارائه نمودند[2] منحنی های شکنندگی به عنوان راهکاری جهت مقاوم سازی سازه های استانبول مورد استفاده قرار گرفت. به منظور طرح مقاوم سازی از مدل های مختلفی همچون بادبندی و دیوار برشی بهره گرفتند .در این تحقیق روش دینامیکی غیر خطی برای تحلیل های لرزه ای استفاده گردید و منحنی های شکنندگی برای تغییر مکان بین طبقه ای در سطوح مختلف PGA ترسیم گردید [4]. کرنل و همکاران[5]روش منحنی شکنندگی و آنالیز دینامیکی افزاینده - IDA - را بسط و گسترش دادند .
برای قابهای خمشی فولادی متوسط و بلند مرتبه منحنی های شکنندگی با استفاده از تحلیل های دینامیکی غیر خطی محاسبه و مقایسه گردید. [6] سروقدمقدم و عظیمی نژاد [7] منحنی های شکنندگی برای سازه های بتن مسلح دارای دیوار برشی را برای توزیع مقاومت و سختی مختلف بر اساس تغییر مکان طبقه ای در سطوح مختلف PGA ترسیم نمودند . حسینی و مجد [2] برای موقعیت مختلف بادبندها در سازه های فولادی و بر اساس تغییر شکل پلاستیک محوری و تغییر مکان طبقه ای منحنی های شکنندگی را ترسیم نمودند . سلطانی محمدی و همکاران [8] اقدام به تهیه و ترسیم منحنی های شکنندگی برای تجهیزات نگهدارنده سازه های نیروگاهی نمودند. با توجه به متداول بودن سازه های بنایی در کشور و ابهامات در مورد این سازه ها لزوم بررسی منحنی های شکنندگی در سطوح مختلف عملکردی احساس میشود. در این مقاله سعی میگردد بر اساس مدلسازی نوین سازه های بنایی و رفتار غیر خطی این سازه ها، منحنی های شکنندگی تهیه و مقایسه گردد.
-2 معرفی مدل های مورد بررسی
در این تحقیق به منظور تعیین میزان خسارت وارده در شدت های مختلف زمین لرزه، منحنی شکنندگی برای میانقاب های پر شده با مصالح بنایی به ارتفاع 1,61 و طول دهنه 2 متر برای حالت های بدون بازشو و با وجود بازشو هایی به ابعاد 0,6*0,5و 0,8*0,8، تولید شده اند. تولید این منحنی ها از طریق انجام 216 تحلیل دینامیکی غیرخطی برای هر قاب با اعمال شتابنگاشت هایی با شدت ها و محتویات فرکانسی مختلف، به کارگیری توابع آماری و احتمالاتی و بهره گیری از شاخص شکست تغییرمکان بین طبقه ای میسر شد.
-1-2 قاب میانپر بدون بازشو
مدل سازی میانقاب به صورت دو بعدی انجام شده است . آنالیز استاتیکی نیز با استفاده از روند تحلیل استاتیکی کنترل شونده توسط تغییرمکان ارائه شده در [9] OpenSees انجام گردید. معرفی مقاطع تیر و ستون به نرم افزار OpenSees به صورت Fiber Section ،و مصالح بتن و فولاد برای بتن مسلح Concrete02 و Steel02 تعریف شده است. المان های تیر و ستون به صورت غیرخطی - - NonLinear Beam-Column Element و میانقاب مصالح بنایی با چهار دستک - Elastic - Beam Column Element و فنر برشی معادل - Zero-Length Element - و بوسیله مصالح چرخه ای - Hysteretic - Material جایگزین گردید.
-2-2 قاب میانپر دارای بازشو
مدل سازی میانقاب بنایی دارای بازشو به صورت دو بعدی انجام شده است. در این حالت میانقاب مصالح بنایی، به صورت pier در دو طرف بازشو و حد فاصل بازشو و ستون قاب و spandrel در بالا و پایین بازشو و حدفاصل لبه بازشو تا تیر قاب مدل گردید.
