بخشی از مقاله
خلاصه
عوامل مختلفی بر روی طیف حاصل از زلزله تاثیر دارد. از جمله این عوامل میتوان به نوع خاک منطقه، بزرگی زلزله، فاصله تا مرکز زلزله، نوع گسل، مدت زمان زلزله و میرایی اشاره کرد. این پروژه با هدف بررسی اثر خاک بر روی طیف زلزله انجام شده است. به همین منظور برای 3 زلزله در نقاط مختلف دنیا شتابنگاشتهای مختلفی از سایت دانشگاه برکلی گرفته شده است. سپس شتابنگاشتهای انتخابی همگی به عدد 1 مقیاس شده اند تا طیفها قابل مقایسه باشند.
طیف این شتابنگاشتها و خود رکورد زلزلهها در نرمافزار seismosignal ترسیم شده است. در نهایت نیز اثر خاک های مختلف بر روی طیف پاسخ زلزله بررسی شده است. لازم به ذکر است در انتخاب شتابنگاشت ها سعی شده که دیگر پارامترهای موثر حتیالامکان مشابه یکدیگر انتخاب شوند تا دقت نتایج تحقیق بیشتر شود. نتایج تحقیق نشان داد که در پریودهای پایین هر اندازه خاک سخت تر باشد دامنه طیف بیشتر است و در پریودهای بالاتر هرچه خاک نرم تر باشد دامنه طیف بیشتر است. همچنین هر اندازه خاک سخت تر باشد نمودار در پریودهای اولیه جمع تر است و مقدار بیشتری نیز دارد و در خاکهای نرمتر نمودار پخشتر است ولی اندازه کوچکتری دارد.
.1 مقدمه
انتقال بار اکثر سازههاتوسط پی، به طور مستقیم و یا غیر مستقیم، به خاک منتقل میشوند. در نتیجه رفتار این سازهها، بهخصوص در هنگام زلزله، متاثر از شرایط خاک زیر پی آنها بوده و خصوصیات خاک در انتقال امواج زلزله از سنگ بستر به سازه تاثیر بسیار مهمی در طراحی سازه دارد. تدقیق ساز و کار انتقال این امواج و در نتیجه تعیین و اعمال نیروی جانبی ناشی از زلزله به سازه در طراحی بهینه و ایمن آن بسیار حائز اهمیت است.
بسته به خصوصیات سازه و خاک، نوسانات منتشر شده ناشی از زلزله از سنگ بستر میتواند تشدید و یا تضعیف گردد. با توجه به مطالب فوق، در این مقاله سعی شده است تاثیر نوع خاک بر روی طیف زلزله برای 3 زلزله در نقاط مختلف دنیا بررسی و مقایسه شده است. در انتخاب شتابنگاشتها سعی شده که پارامترهای موثر دیگر حتیالامکان مشابه انتخاب گردند تا تاثیر جنس خاک بر روی طیف زلزله با دقت بیشتری انجام گردد.
طیف بازتاب یک شتابنگاشت نشاندهنده اثر عواملی چون شتاب حرکت زمین، محتوای فرکانسی و مدت دوام ارتعاشات زمین در ساختگاه است. نقش طیف ساختگاه در طراحی سازهها در برابر زلزله به خوبی شناخته شده است. بر اساس مطالعات و تحقیقات انجام یافته، ارتعاش شدید زمین ناشی از زلزله و تاثیر آن بر روی سازهها در هنگام زلزله - زلزله طرح - را میتوان به دو روش زیر در نظر گرفت:[1]
-1 طیف بازتاب طرح که از طیفهای بازتاب رکوردهای مختلف بدست میآید.
-2 طیف طراحی الاستیک بدست آمده با متوسطگیری از 4 شتابنگاشت
مطالعاتی که محققان انجام دادهاند، نشان میدهد که عوامل مختلفی بر روی شکل طیفهای بازتاب موثر است. عمده این موارد به شرح زیر میباشند:[1]
-1 مشخصات خاک محل ساختگاه
-2 بزرگی زلزله و پارامترهای حرکت زمین شامل شتاب، سرعت و تغییر مکان حداکثر زمین
-3 فاصله کانون زلزله تا ساختگاه و نوع طبقهبندی خاک زمین در مسیر عبور امواج زلزله تا ساختگاه -4 ویژگیها و مکانیزمهای منشا زلزله و مدت زمان ارتعاش زمین در هنگام زلزله بنابراین طیفی که در برگیرنده کلیه عوامل فوق باشد میتواند یک طیف واقعی طرح باشد. برای محاسبه یک سازه در برابر زلزله روشهای متفاوتی وجود دارد که انتخاب هر یک از این روشها بستگی به شرایط و مقتضیات دارد. متداولترین این روشها غبارتند از تحلیل استاتیکی معادل، مدی و دینامیکی .[2] یکی از این روشها استفاده از طیف بازتاب زلزله ساختمان می باشد.[3] در روش شبه استاتیکی نیروی زلزله را میتوان از رابطه ساده زیر تعیین کرد:[2]
×شتاب طیف × وزن سازه= نیروی زلزله به این ترتیب میتوان با استفاده از طیف شتاب هر زلزله مورد نظر، نیروی وارد به سازه را حساب کرد. نوع خاک محل از جمله عواملی است که تاثیر بسزایی بر مقادیر طیفی دارد. در زمینه طبقهبندی خاک روشهای مختلفی وجود دارد که از جمله آنها میتوان روش زمینشناسی منطقه، روش سرعت، روش SPT، روش میکروترمور - Microtremore - و روش شکل طیف پاسخ را برشمرد.[3]
هاوزنر اولین کسی بود که در اواخر دهه 50 طیف طرح زلزله را ارائه کرد. طیفهای طرح هاوزنر برای شتاب، سرعت و جابجایی در شکل 1 نشان داده شده است. این طیفها برای تحلیل و طراحی در حوزه ارتجاعی مناسب است در حالیکه بیشتر سازهها در زلزله وارد حوزه غیر ارتجاعی میشوند. همچنین این طیفها بر مبنای ستاب زمین 0.2g همپایه شده و برای شتاب زمین معین A باید بر 0.2g تقسیم شوند. در اواخر دهه 60 میلادی، نیومارک و هال پس از بررسی طیف سهگانه تعداد زیادی شتابنگاشت به این نتیجه رسیدند که در نمودار سهگانه طیف پاسخ زلزله چند ناحیه مشخص وجود دارد که میتوان این نتیجهگیریها را در شکل 2 برای زلزله السنترو مشاهده نمود :[2]
-1 در فرکانسهای بالا، شتاب پاسخ با شتاب زمین برابر است - ضریب بازتاب واحد - .
-2 در محدوده فرکانسی حدود 2 الی 8 هرتز شتاب پاسخ تقریبا ثابت است.
-3 در محدوده 0/2 الی 2 هرتز سرعت تقریبا ثابت است.
-4 در محدوده کمتر از 0/2 هرتز، جابجایی تقریبا ثابت است.
-5 در فرکانسهای خیلی پایین جابجایی سازه با زمین یکسان است.
در طیفهای اولیه هاوزنر و نیومارک اثر جنس زمین در نظر گرفته نشده بود. محققان دیگری مانند سید نشان دادند که محتوای فرکانسی شتابنگاشت ثبت شده روی بستر سنگی با آنچه بر روی آبرفت ثبت میشود تفاوت قابل ملاحظهای دارد. نتایج تحقیقات سید و همکاران در شکلهای 3 و 4 نشان داده شده است. به طور کلی میتوان نتیجه گرفت اثر نرم شدن جنس زمین به صورت کاهش ضریب تشدید شتاب در فرکانسهای بالا و افزایش آن در فرکانسهای پایین نمایان میشود. مطالعات محرز نیز نتایج مشابهی را نشان داد .[2] بیژن محرز مانند نیومارک طیف طرح مشابهی را ارائه داد. ضرایب تشدید محرز علاوه بر استهلاک، به جنس زمین نیز بستگی دارد. محرز طیف پاسخ را به سه ناحیه شتاب 2 - الی 8 هرتز - ، سرعت 0/2 - الی - 2 و جابجایی - کمتر از 0/2 هرتز - تقسیم کرد.
نمونهای از طیف محرز برای استهلاک %5 و زمینهای مختلف در شکل 5 نشان داده شده است .[2] در استاندارد طراحی لرزهای سازههای - NEHRP - 1994 با استفاده از نتایج بدست آمده از مطالعات نیومارک و همکاران - 1973 - ، بلوم و همکاران - 1973 - ، سید و همکاران - 1976 - و محرز - 1976 - منحنیهای شکل 6 بدست آمد.[4]آییننامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله - استاندارد2800 ایران - نیز با استفاده از این نتایج در جدیدترین ویرایش خود - ویرایش 3، - 1382 طیفهای طرح را برای انواع خاکها و شدت خطر نسبی مطابق با شکلهای 7 و 8 ارائه داده است. طبقه بندی نوع زمین بر اساس این آییننامه نیز در جدول 1 آمده است.[5] جدول 1 انواع زمینها را معرفی میکند.
