بخشی از مقاله
چکیده
مدلسازی رفتارسازه تحت بارهای زلزله یکی از اهداف طراحی سازهها در مراحل اولیه میباشد. این مدلسازیها میتواند در زمان بهسازی و تعمیرسازهها نیز مورد استفاده قرار گیرد. در صورتی که بتوان ضعیف ترین نقاط یک سازه از نظر پایداری در برابر نیروهای وارده از جمله زلزله را شناسایی کرد، میتوان بهسازی لرزهای اقتصادی را انجام داد. هدف از اقتصادی بودن یک تعمیر رفع مشکل با کمترین هزینه است، اما در این روش عوامل هدایت کننده هزینه به سمت کمینه خود معیار طراحی و محدوده کننده حرکت میباشند.
در این تحقیق منظور از طراحی اقتصادی ، بهینه نمودن هزینه با یافتن حداقل تعمیرات در کل سازه میباشد. نقاطی از سازه که در اولویت مقاوم سازی قرار میگیرند شناسایی شده و با توجه به نوع بار وارده با فرض مناسب بودن مصالح به کار برده شده قبلی در سازه مقاوم سازی صورت میگیرد. ابتدا سازه به صورت مجدد مدلسازی میگردد و سپس بارگذاری با ضرایب جدید آیین نامهای در طراحی اعمال میشود. در این حالت بعضی از نقاط سازه در برنامههای مدلسازی SAP و یا ETABS محدوده مقاومتی اعضای سازه را در حالت ناپایدار در برابر بارهای وارده معرفی مینمایند. با توجه به اینکه هدف تعمیرات، به صورت اقتصادی میباشد، باید ابتدا تعمیر و تغییر اعضای سازه دسته بندی شود.
به همین منظور بارهای وارده به تدریج افزایش پیدا کرده و در این افزایش تدریجی اولین نقاطی که نیازمند تعمیرات میشوند مشخص میگردد. تغییری در محدوده بارهای مرده و زنده وارده بر سازه داده نمی شود. بلکه با افزایش بار جانبی نقاط بحرانی در بارگذاری زلزله مشخص شده و تقویت در ان نقاط به ترتیب صورت میگیرد. نتایج نشان میدهد، در این روش از تقویت سازهها در پایان نتایج متفاوتی با روشهای معمول در طراحی اولیه حاصل می گردد.
زمانی که با افزایش شدت بار جانبی عضوی از سازه نیازمند تقویت میشود و آن عضو به صورت مناسبی تقویت میگردد، دیگر روند رفتاری و تقسیم نیرو با توجه به تغییر سختی در سازه ثابت نبوده و نقاط بعدی که با افزایش شدت بار وارده نیاز به تقویت را نشان میدهند با حالات معمولی طراحی متفاوت می باشند. . در سازههای فلزی امکان تقویت اقتصادی با این روش بسیار بیشتر از ساز های بتنی است.
مقدمه
یکی از برنامههای مهم و در دست اقدام دولت از سال 1381 شمسی مطالعه و اجرای مقاوم سازی ساختمانهای دولتی، تأسیسات زیر بنایی و شریانهای حیاتی میباشد که شامل بیمارستان، مراکز آموزشی پلها و مراکز دفاعی تأسیسات نفتی و زیر بنایی و اطلاعرسانی است - سازمان مدیریت وبرنامه ریزی کشور،12، . - 1385 مراحل بهسازی لرزهای سازه شامل بررسی ویژگیهای ساختمان و جمع آوری اطلاعات اولیه، تعیین سطح بهسازی، روشهای تحلیل سازه، بهسازی سازههای فولادی و بتنی و بنایی و استفاده از سیستمهای جدید اتلاف انرژی در بخش سازه ساختمان است - معاونت برنامه ریزی ونظارت راهبردی رییس جمهور، 1385، مقدمه - . بخشی از ساختمانهای طراحی شده با استفاده از مباحث و آیین نامه زلزله ، هم اکنون و با توجه به آئین ناهم و مقررات جدید از پایداری نسبتاً کمتری در برابر بارهای جانبی برخوردار هستند. بهسازی لرزهای این ساختمانها اغلب با استفاده از میراگرها صورت میگیرد.
هر چند استفاده از این قبیل تکنیکهای جاذب انرژی نیز خود نیازمند تقویت بخش سازهای میباشد. این میزان تقویت به مقداری است که حداقل دامنه ارتعاش طبیعی سازه تأمین شود . - Harada and Akiyama,1998; Choi and Kim,2005 - در برخی از موارد استفاده از اعضای تقویت شده جدید نیز میتواند به سادگی موجب افزایش مقاومت سازه در برابر بارها جانبی گردد. در سازههای فلزی و خرپاها استفاده از بادبندها و دیواربرشیها میتواند بازتوانی سازه در تحمل بارهای جانبی را پوشش دهد - Badoux,1987; . - Miranda,1991;Perera et al,2004; نتایج نشان میدهد که استفاده از بادبندهای ضربدری X در سازههای فلزی بهسازی لرزهای را نسبت به سازههای بتنی با هزینه کمتر و شرایط مناسب تر مقاوم سازی میشوند .
- Bartera and Giacchetti,2003 - آنالیز دادهها نیز نشان میدهد که بادبندها به صورت مناسب تری تغییرات بار جانبی را جذب مینمایند و بادبندهای جاذب انرژی در اقتصادی ترین حالات از روشهای بهسازی لرزهای هستند . - Canales etal,1992;Downs et al,1991 - در این بررسی با توجه به اثر افزایش سختی جانبی بر تقسیم نیرو و نیاز به شناسایی اعضای سازهای در محدوده بحرانی تحت بار جانبی، بیشتر مدلسازیها بر پایه سیستم قاب خمشی میباشد. البته این قبیل روشها برای دیوار برشی و بادبند نیز مناسب است اما اثر اقتصادی این روش از بهسازی لرزهای در سیستم های قاب خمشی قابل مشاهدهتر است.
مدلسازی
در این بررسی سازه فولادی یا بتنی ساختمانهای ساخته شده با استفاده از نرم افزار ETABS مدلسازی شدند. در این مدلسازی با استفاده از نقشهها و دادههای قبلی طراحی مدل کامپیوتری که مبتنی بر جانمایی و مشخصات مقاطع و مصالح به کار رفته بود شبیه سازی شد.
مصالح و مقاطع
با توجه به اینکه این مدلسازی بر پایه هدف تعمیر و بهسازی لرزهای ساختمان میباشد مشخصات واقعی مصالح و اندازهها با توجه به نقشه اجرایی و با بازدید محلی تهیه گردید. در بخش اجرایی پروژه مصالح بتنی با استفاده از آزمایشات غیر مخرب، چکش اشمیت و التراسونیک کنترل گردیدند. بخش های فولادی سازه نیز با برداشتن پوشش کنترل گردید. در صورتی که درصد موارد کنترلی که در حدود 10 درصد نقاط سازه بود اختلافی مشاهده نمیشد، درستی نقشهها مورد تأیید قرار گرفته و سازه برای تقویت و بهسازی مدلسازی شد.
بارگذاری جانبی
در این مدلسازی پیش فرضهای زیر در بارگذاری مد نظر قرار گرفت که این فرضیات نقش موثری در اقتصادی بودن روش تعمیر و بهسازی دارند.
· بارهای مرده و زنده برای سازه در حالت بدون تغییر در مقدار ضریب فرض گردید.
· بارهای جانبی و زلزله به صورت متغیر و با قابلیت افزایش مقدار پله به پله در هر مرحله از کنترل فرض شد.
· ضریب بارهای زنده و مرده مطابق با آیین نامه های جدید بوده و روش LRFD مبنای تغییرات ضرایب بار بود.
· بار جانبی تعریف شده در بارگذاری دارای ضریبی در درون ترکیب بارها است.
در این حالت برای مدل نمودن اثر افزایش بار جانبی، ترکیب بار به چند ترکیب بار کوچکتر تقسیم شده و در هر کدام بارگذاری جانبی با یک ضریب معرفی شد. ضریب هر ترکیب بار، در هر مرحله به صورت پلهای - در هر ترکیب بارگذاری به صورت مجزا - دارای مقدار %5 افزایش میباشد. در این حالت بار جانبی وارده در ترکیب بارها به گونهای رفتار مینماید که شدت تأثیر بار جانبی مبنا درترکیب باتغییر ترکیب بارگذاری افزایش %5 دارد. در این حالت هر ترکیب از بارگذاری اثر افزایشی بار جانبی را بر روی اعضا نشان میدهد. در واقع رفتار سازه را با دقت افزایش بار جانبی به میزان %5 کنترل مینماید. در صورتی که در اولین بارگذاری عضوی در محدوده بحرانی قرار گیرد آن عضو تقویت و یا افزایش مقطع داده شده و کنترل افزایش بار جانبی ادامه مییابد تا اعضای ضعیفتر بعدی نیز مشخص گردند.
میزان تقویت اعضا
تفاوت اصلی در این روش با روشهای معمول که مجموعهای از اعضا را در محدوده بحرانی قرار میدهد در میزان تقویت اعضا است. میزان تقویت اعضا مشخص کننده اقتصادی بودن طرح بهسازی میباشد. اساس این تغییرات با توجه به میزان اثر تغییر در مشخصات مقطع بر سختی سازه میباشد. درواقع با تغییر مشخصات یک عضو که در محدوده بحرانی قرار دارد، مقدار و نسبت سختی تغییر پیدا کرده و با این تغییرات میزان نیروی وارده بر سایر اعضای سازه نیز تغییر مینماید. در این حالت است که عضوی که در محدوده بحرانی قرار میگیرد تغییر کرده و عضو بعدی نیازمند به تقویت مشخص میگردد.
مثال سازه ای
در یک مثال فرضی یک ساختمان چهار طبقه با شش دهانه در راستای محور X و هشت دهانه در راستای محور Y به عنوان یک فروشگاه مدلسازی میشود. ارتفاع طبقات و مشخصات هندسی سازه در شکل 1 مشخص شده است. برای مشخص شدن تأثیر بیشتر تغییرات بار جانبی بر رفتار مصالح، سازه به صورت قاب خمشی برای تحمل بار جانبی طراحی شده است .
