بخشی از مقاله
کلید واژهها: استاندارد 2800، دستورالعمل بهسازي لرزهاي، ضریب رفتار، تحلیل دینامیکی غیر خطی
چکیده
روشی براي اصلاح طراحی سازههاي مقاوم به زلزله طبق استاندارد 2800 طوریکه تأمین رفتار موردنظر آنها طبق تحلیل دقیق دینامیکی غیرخطی و دستورالعمل بهسازي لرزه اي ممکن باشد ارائه میگردد. در این روش، به سادگی مقادیر ضریب رفتار طوري اصلاح میشود که میانگین واکنش غیرخطی ساختمان طراحی شده، سطح عملکرد ایمنی جانی را در همه اعضا برآورده سازد. ساختمانهاي 2 تا 10 طبقه قاب خمشی در نظر گرفته شده و طراحی آنها طبق ویرایش چهارم استاندارد 2800 انجام میگردد. سپس این ساختمانها به صورت غیر خطی در نرم افزار Opensees مدل سازي شده و تحت یک مجموعه10 تایی از رکوردهاي مقیاس شده مورد تحلیل دینامیکی غیرخطی قرار داده میشوند . در نتیجه تحلیل، سازه با استفاده از دستورالعمل بهسازي لرزهاي ارزیابی میگردد. با توجه به پاسخگو نبودن برخی از اعضاي طراحسازهی مجدداً با ضریب رفتار کوچکتر تکرار میشود تا پس از چند بار تکرار نتیجه مطلوب حاصل گردد. یک روال تحلیلی بر مبناي اصول تحلیل غیر خطی نیز براي تخمین ضریب رفتار بدون نیاز به تکرار چندباره محاسبات ارائه میگردد. در نهایت مقادیر ضرایب رفتار اصلاح شده براي قابهاي خمشی پیشنهاد میشود.
مقدمه
دستورالعمل بهسازي لرزه اي - دستورالعمل بهسازي لرزه اي، - 1392 براي اولین بار در کشور ضوابط تحلیل و ارزیابی دینامیکی غیرخطی را ارائه کرد که دقیقترین روش تحلیلی، در صورت استفاده از شتاب نگاشتهاي مناسب، به شمار میرود. از سوي دیگر، طراحی ساختمانهاي جدید در کشور از سال 1367، مقارن با انتشار اولین ویرایش آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله - استاندارد 2800، - 1393، طبق این استاندارد انجام میگیرد. از زمان انتشار دستورالعمل همواره این سؤال مطرح بوده است که آیا بین دستورالعمل و استاندارد 2800 هماهنگی وجود دارد؟ به عبارت دیگر، ساختمان هایی که طبق استاندارد طراحی شدهاند آیا طبق دستورالعمل، که مبناي رسمی ارزیابی طراحی ساختمانهاست، جوابگو خواهند بود؟
اصولاً طراحان سازه از دو معیار مقاومت و سختی در طراحی استفاده مینمایند به طوریکه ابتدا نیروهاي داخلی طراحی سازه از تحلیل آن به دست آمده و معیار مقاومت با انتخاب مقاطع مناسب تأمین میگردد. سپس تغییر مکان نسبی طبقات براي کنترل غیر مستقیم ظرفیت شکل پذیري سازه کنترل شده و در صورت نیاز طراحی اعضا اصلاح میشود. در مقاله حاضر، روشی براي اصلاح مرحله اصلی طراحی - معیار مقاومت - بر اساس اصلاح ضریب رفتار آیین نامهاي که در استاندارد 2800 ارائه شده است، ارائه میگردد. در این روش با بسط روابطی ساده، مبتنی بر اصول تحلیل غیرخطی، ضریب رفتار لازم براي تأمین سطح عملکرد موردنظر به سادگی تخمین زده میشود . سپس نتیجه این تخمین با انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی تطبیق میگردد و در نهایت ضرایب رفتار اصلاح شده براي کاربردهاي آئین نامهاي و طراحی حاصل میشود.
سازه هاي مورد بررسی
براي محاسبه ضرایب رفتار مناسب تعدادي ساختمان فولادي با قاب خمشی متوسط در نظر گرفته میشود. این ساختمانها 5 عدد با تعداد طبقات 2، 4، 6، 8 و 10 طبقه، سه دهانه در هر سمت، با طول هر دهانه مساوي 5 متر، ارتفاع کف تا کف 3 متر، کاربري مسکونی، و واقع بر زمین نوع II در منطقه با خطر نسبی خیلی زیاد در نظر گرفته میشوند. ضریب رفتار در تراز نهایی طبق ویرایش - 4 - استاندارد 2800 ، برابر 5 میباشد. پس از طراحی این ساختمانها طبق مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان با استفاده از مقطع IPE براي تیرها و مقطع جعبهاي براي ستونها، مقاطع اعضاي ساختمانها به صورت ذکر شده در جدول - 1 - بدست میآید.
مدلسازي غیر خطی ساختمان ها
پس از طراحی ساختمانها، لازم است به منظور ارزیابی غیرخطی این سازهها به طور مناسبی مدل سازي شوند. براي مدل سازي و تحلیل دینامیکی غیرخطی سازهها در این تحقیق از نرمافزار OpenSEES استفاده میشود . - OpenSEES, 2014 - در این نرمافزار براي مدل سازي غیرخطی اعضا میتوان از روشهاي مختلفی استفاده نمود. متداولترین روش مورد استفاده که در عین حال براي ارزیابی طبق دستورالعمل بهسازي هم مناسبت بیشتري دارد، تعریف مفاصل خمیري متمرکز در دو انتهاي اعضاست . در این روش فرض میشود رفتار غیرخطی به صورت خمشی و متمرکز در انتهاي عضو روي میدهد. قانون رفتاري غیرخطی این مفصل به صورت منحنی M است که در شکل - 1 - نشان داده شده است.
در شکل 1، نقطه B نظیر تسلیم و Cنظیر کاهش مقاومت شدید آن به دلیل ناپایداریهاي موضوعی و نهایتاً نقطه E نقطه انهدام عضو میباشد که محل هر یک با پارامترهاي b , a و c در شکل مشخص شده است. منحنی رفتاري شکل 1 در واقع پوش حلقههاي هیسترزیس M است که با توجه به تقارن مقاطع اعضا، در نواحی 1 و3 مثلثاتی - مربوط به لنگرهاي مثبت و منفی - یکسان میباشد با این فرض، میتوان از شکل 1 در تحلیلهاي رفت و برگشتی این تحقیق نیز استفاده نمود.
زلزلههاي منتخب
استفاده از شتاب نگاشتهاي مناسب به منظور به حداقل رساندن پراکندگی پاسخهاي دینامیکی سازه بین زلزلههاي مختلف از اهم ضروریات یک تحلیل دینامیکی غیرخطی میباشد. در این تحقیق، از بانک اطلاعاتی - PEER,2014 - PEER NGA، استفاده میگردد. این منبع، یکی از کاملترین و به روزترین بانکهاي اطلاعاتی زلزلهها در دنیاست که توسط دانشگاه برکلی در کالیفرنیا اداره میگردد. با رجوع به این بانک، رکوردهاي زلزله این تحقیق با مشخصات زیر انتخاب میشود: 375 V S 750 m / s , 20 R 50 km ,5 M 7 - خاك نوع . - II در این مرحله 48 رکورد زلزله با مشخصات فوق در بانک اطلاعاتی یافت میشود. سپس با استفاده از روش طیف میانگین شرطی - CMS - - Baker, 2011 - ، براي هر ساختمان 10 رکورد با مشخصات مناسب براي تحلیل دینامیکی غیرخطی همان ساختمان از بین 48 رکورد فوق انتخاب میگردد.
به طور خلاصه، در روش CMS، با توجه به اینکه هیچ زلزلهاي به تنهایی نمیتواند تمام محدودة طیف طرح را پوشش دهد، یک طیف هدف ساخته شودمی که اولاً در یک پریود خاص مقدار آن با طیف طرحکیی است؛ و ثانیاً در زمان تناوبهاي دیگر احتمال فراگذشت کما بیش یکسانی داشته و اغلب در زیر طیف طرح قرار میگیرد. پس از ساخته شدن طیف هدف یا CMS، طیف پاسخ زلزله موردنظر در محدودة 0.2T تا 1.5T با طیف CMS مقایسه شده و زلزلههاي با شباهت بیشتر به CMS انتخاب میگردند. T زمان تناوب اصلی ساختمان موردنظر است. در این روش میزان تطابق طیف پاسخ هر زلزله با طیف میانگین شرطی بررسی می گردد. به طور عددي، میزان تطابق با پارامترهاي ضریب مجموع مربعات خطاها - SSE - و ضریب مقیاس - SF - تعیین می شود که از روابط - 1 - و - 2 - بدست می آیند.
در رابطه فوق - SaCMS - T j و - Sa - T j به ترتیب شتابهاي طیفی در طیف میانگین شرطی و رکورد مورد نظر در زمان تناوب T j هستند. به این ترتیب هر چه SSE به صفر و SF به یک نزدیکتر باشد، رکورد مربوطه مناسبتر خواهد بود - بهنام فر و همکاران، . - 1392 زلزلههاي منتخب براي هر ساختمان باید طوري مقیاس شوند که طیف میانگین آنها در محدودة 0.2T تا 1.5T پایینتر از طیف طرح قرار نگیرد 10 . - ASCE-7, 2010 - زلزله منتخب براي هر ساختمان در جدول 2 ذکر شدهاند.
