بخشی از مقاله
چکیده
برای تحلیل لرزه ای سازه های ویژه مانند نیروگاه ها، سد ها، ساختمان های بلند و ... نیاز به انجام تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی می باشد. برای انجام تحلیل تاریخچه زمانی نیاز به شتابنگاشت های قابل اعتماد و سازگار با خصوصیات ژئوتکنیکی منطقه مورد نظر می باشد. از یک طرف برای بسیاری از محل ها ممکن است شتابنگاشتی ثبت نشده باشد و یا تعداد شتابنگاشت های ثبت شده کافی نباشند. از طرف دیگر خصوصیات اصلی شتابنگاشت های حقیقی و ویژگی های زمین لرزه ی واقعی به یک سری عدم قطعیت های لرزه ای مانند بزرگی، فاصله کانونی، محتوای فرکانسی، مدت زمان، زمان موثر، فرکانس غالب وغیره، وابسته است. به همین دلیل از شتابنگاشت های مصنوعی مناسب، که به طور میانگین اطلاعات لرزه خیزی و ژئوتکنیکی محل احداث سازه را منعکس کند، باید استفاده شود. در این تحقیق روش های مختلف ایجاد رکوردهای مصنوعی زلزله جهت شبیه سازی تکان قوی زمین که در سال های اخیر توسط محققین مختلف ارائه شده است، معرفی و بررسی شده است.
کلید واژه ها: شتابنگاشت مصنوعی، تحلیل لرزه ای، محتوای فرکانسی، زمین لرزه، ارتعاشات تصادفی
-1 مقدمه
هنگامی که رکوردهای حرکت قوی زمین به اندازه کافی در دسترس نباشند، شبیه سازی حرکت های زلزله مورد استفاده قرار می گیرد رکورد های شبیه سازی شدهمعمولاً در مناطق خاص جغرافیایی که رکوردهای ثبت شده، با بزرگی های مختلف در فواصل گوناگون و پراکنده از هم می باشند، مورد استفاده قرار می گیرد. کاربرد دیگر شبیه سازی، هنگام ارائه داده های مصنوعی می باشد که با استفاده از تکمیل یا تغییر در حرکت های رکوردها انجام می شود. از مهمترین کاربردهای شبیه سازی در مهندسی زلزله می توان به بررسی حرکات زمین برای تحلیل لرزه ای و ژئوتکنیکی برای سازه های خاص در ساختگاه مورد مطالعه اشاره کرد. تهیه اطلاعات مصنوعی برای مناطق مختلف - مانند تغییرات بزرگای لرزه ای با توجه تغییرات فاصله برای مناطق جغرافیائی گوناگون - با داده های پراکنده به منظور تکمیل یا تغییر در حرکات ثبت شده و توسعه روابط کاهندگی یا طراحی بر اساس حرکات زمین نیز به کار برده می شود. در چند سال اخیر مطالعات زیادی روی شبیه سازی در جهان انجام شده است .
از اولین نمونه های کاربردی آن، شبیه سازی لرزه ای تاریخچه زمانی شتاب نزدیک گسل در پروژه فولادی SAC در سال 1997 توسط سامرویل و سیلوا [1] و تسهیل در تهیه و توسعه روابط کاهندگی شتاب طیفی برای مرکز و شرق ایالات متحده آمریکا توسط تورو و همکاران - [2] - 1997، اتکینسون و بور [3] - 1995 - ، فرانکل و همکاران - [4] - 1996 می باشد. حرکت زمین ناشی از زلزله، نتیجه ترکیب پیچیده سه بخش مختلف - تولید امواج، انتشار امواج و پاسخ ساختگاه - می باشد. انتشار امواج و کاهندگی های ناشی از آن بسیار مهم و بررسی و مدلسازی آن دشوار می باشد، به طوری که از اثرات آن نمی توان صرف نظر نمود. به عنوان مثال چنانچه در زلزله نورتریج از اثرات انتشار امواج صرف نظر شود، میزان شدت زلزله در حدود %10 افزایش می یابد.[5] ناهمگن بودن ساختمان داخل زمین، لایه ای بودن پوسته، وجود چین ها، گسل ها، موج های انعکاسی، شکست مرزی، موج های تبدیل یافته و فرایند پیچیده کاهندگی، بر روی تخمین ویژگی های تکان قوی زمین تأثیر می گذارند.
روش های تخمین تکان قوی زمین با توجه به ویژگی های آن به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند. نخستین روش با استفاده از تخمین شدت زمین لرزه و سپس تخمین تکان قوی زمین با استفاده از تبدیل شدت می باشد. در روش دوم از روابط کاهندگی برای تخمین تکان قوی زمین استفاده می شود. در این روش حداکثر شتاب بر حسب توابعی از فاصله، بزرگا، مکانیزم لرزه ای و شرایط ایستگاه بدست می آید. در بررسی مربوط به سازه های نزدیک گسل، به علت کمبود داده های لرزه ای این روش کاربرد چندانی ندارد، همچنین این روش بر اساس داده های زمین شناسی و زمین ساختی در منطقه ای خاص بدست می آید که برای مناطق با ویژگی های مختلف دیگر مطمئن نمی باشد. در روش سوم، روند زمانی تکان قوی زمین با استفاده از روش های تئوری شبیه سازی می شود. در این تحقیق حرکات زمین در نزدیک گسل بر اساس محیط لرزه ای بررسی و روش های اخیر شبیه سازی تکان قوی زمین که نتیجه آن تولید شتابنگاشت های مصنوعی می باشد معرفی شده است.
-2 بررسی حرکات زمین نزدیک گسل بر اساس محیط لرزه ای
برای سازه های واقع شده در فاصله 15 کیلومتری از محل گسیختگی گسل، اغلب تخریب طی سیکل اول و دوم به علت تغییر شکل شدید غیر الاستیک اتفاق می افتد که همزمان با دامنه بزرگ سرعت ضربه می باشد. به علت این حرکت های شدید اعمالی به سازه، اطلاعات مربوط به شتاب نگاشت ها برای تحلیل تاریخچه زمانی سازه های واقع در مناطق حوزه نزدیک گسل در موارد عملی بسیار کاربرد دارد. به علت ثبت داده های کمی از حرکات زمین در این حوزه توسط شتاب نگاشت ها، ضروری است که از مولدهایی جهت شبیه سازی زلزله های نزدیک گسل استفاده گردد. برای سازه های با زمان تناوب کوتاه، میزان جا به جایی در این مدل ها ناچیز بوده که به علت ضعف در بازه تولید فرکانس های بالای حرکت زمین است. از روابط تجربی می توان جهت پیش بینی مقادیر مناسب برای پارامترهای مدل در یک محیط لرزه ای داده شده - بزرگا، فاصله، مکانیزم گسلش زلزله وشرایط خاک محل - با استفاده از انجام تحلیل برازش در یک سری از رکوردهای زلزله های نزدیک گسل در گسل نرمال استفاده نمود. بخش فرکانس های بالا در رکوردهای شبیه سازی شده، توسط روابط کاهندگی موجود برای پاسخ طیفی جهت کالیبره کردن پارامترهای تصادفی مدل استفاده می شوند.
به منظور ارزیابی مولدهای شبیه ساز مناسب، یک سری تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی بر روی سیستم های یک درجه آزادی خطی و غیر خطی با استفاده از نمونه های رکوردهای حرکت زمین و نمونه هائی از حرکات زمین شبیه سازی شده، انجام می شود. سرانجام می توان گفت که میانگین نمونه های شبیه سازی شده و پاسخ های رکوردها در T >1.5 s بر هم منطبق می باشند. همچنین در T<1.5 s بیش از %20 مشاهدات بر هم منطبق نمی باشند.[6]
در شکل 1 حرکت زمین مصنوعی تولید شده با فرض شرایط مستقیم محل نشان داده شده است. سرعت ضربه ها در این حرکات مصنوعی زمین از رابطه 1 بدست می آید. Vp و Tp به ترتیب نشان دهنده ی دامنه و زمان تناوب سرعت ضربه، t0 نشان دهنده زمان شروع ضربه، پارامتر شکل است که نشان دهنده رشد و زوال سرعت ضربه و tp= t0+0.55 Tp نشان دهنده زمان حداکثر سرعت ضربه است.تولید کردن شبیه ساز غیرالاستیک برای زلزله های نزدیک گسل در گسل نرمال، نیازمند مدلی برای an - t - است که به مدل سرعت ضربه اضافه گردد . محتوای فرکانس بالای حرکت زمین در یک زلزله در نتیجه تغییرات تصادفی در سرعت گسیختگی و شیب دامنه بوجود می آید. از آنجائی که این جزئیات غیر قابل پیش بینی و تصادفی هستند، روش های تعیینی آنها را ترکیبی از مدل منبع کرده و زلزله مصنوعی آنها را پیچیده تر می کند. این مدل را می توان به فرم کلی در رابطه 5 ارائه کرد. این رابطه جهت شبیه سازی محتوای فرکانسی بالا با فرکانس موج k استفاده می شود.
