بخشی از مقاله
خلاصه
استفاده از تحلیلهای استاتیکی غیرخطی به دلیل سرعت بالای انجام و سادگی تفسیر نتایج آنها نسبت به تحلیلهای دینامیکی غیرخطی سبب شده تا تحقیقات گسترده ای در این زمینه انجام گیرد. اما چون در تحلیل های پوش آور اثرات مؤلفه قائم زلزله که در سازه های واقع در نزدیک گسل این مؤلفه حائزاهمیت است، درنظر گرفته نمی شد، بنابراین در این تحقیق الگوهای بار جانبی افقی به همراه الگوهای بار در راستای قائم در تحلیل پوش آور به روی سازه قاب خمشی ویژه فولادی مدل SAC با تعداد طبقات 9 طبقه، تحت اثر هفت شتابنگاشت حوزه نزدیک قرار گرفت و دقت پاسخهای تغییرمکان طبقات، دریفت طبقات، تغییرات نیروی محوری طبقات، نیروی برشی طبقات، میزان لنگر طبقات و وضعیت لنگر و دوران مفاصل پلاستیک طبقات در هر یک از پاسخها بررسی شد. نتایج بیانگر آن است روش پوش آور همراه با الگوی بار قائم لرزه ای تخمین دقیق تری از پاسخ ها نسبت به روش های پوش آور تنها با الگوی بار جانبی، براورد می نماید.
.1 مقدمه - بیان مسئله -
امروزه کاربرد روش های غیرخطی تحلیل سازه در طراحی عملکردی سازه ها و بهسازی لرزه ای کاربرد فراوانی یافته و روش تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی یکی از دقیق ترین روش های تحلیل سازه است، امابه دلیل سختی پیچیدگی و زمان بر بودن آن، ترجیح داده می شود از روش های ساده تری برای انجام امور غیر تحقیقاتی بکار گرفته شود تا با کمترین میزان خطا در پاسخ ها به رفتار عملکردی سازه تحت حرکات زلزله دست یافت. به همین دلیل پژوهشگران زیادی در زمینه تحلیل غیرخطی به دنبال پیشنهاد و ارائه روش های ساده شده از جمله روش تحلیل استاتیکی غیرخطی یا همان پوش آور بودند. در این پژوهش به بررسی روش پوش آور N2 پرداخته شده است.
.2 اهداف و سؤالات پژوهش
به علت پیچیدگی و زمان بر بودن روشهای دقیق تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی استفاده از آنها در مهندسی حرفه ای و یا در آییننامه منطقی به نظر نمیرسد. از طرفی آنالیزهای خطی به علت عدم توانایی در تعیین رفتار واقعی سازه پس از تسلیم مناسب نیستند و انجام آنالیزهای غیرخطی برای مشخص ساختن شکلهای شکست سازه و فرو ریزش آن ضروری به نظر می رسد. از طرفی تاکنون روش پوش آور برای سازه ها به صورت الگوی بار جانبی که در ارتفاع سازه توزیع می شد، انجام می گرفت، اما در این مطالعه مقصود آن است که در راستای مؤلفه قائم زلزله نیز توزیع باری در نظر گرفته شود تا اثرات مؤلفه قائم زلزله که در سازه های واقع در نزدیک گسل، که این مؤلفه حائز اهمیت است، در تحلیل پوش آور لحاظ گردد. و در نهایت پاسخ های حاصل از روش پیشنهادی با پاسخ های تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی مقایسه گشته تا میزان کارایی و خطای روش بدست آید.
.3 مبانی نظری
روش تحلیل پوش آور به دو روش کلی، روش طیف ظرفیت و روش ضرایب تغییر مکان انجام می گیرد.
1-3 روش طیف ظرفیت
یک روش استاتیکی غیرخطی است که منحنی ظرفیت کل سازه را به صورت گرافیکی ارائه نموده و آن را با طیف پاسخ نیاز زلزله مقایسه میکند. در این روش با استفاده از نقاط منحنی طیف ظرفیت سازه و طیف پاسخ الاستیک کاهش یافته - طیف تقاضا - در فرمت طیف شتاب- جابجایی - - ADRS، جابجایی مورد تقاضای ناشی از زلزله مشخص می شود. در واقع طیف تقاضای غیرالاستیک از روی طیف الاستیک با میرایی بالا تخمین زده شده و به جای سیستم دو خطی از یک سیستم خطی معادل با سختی کاهش یافته و میرائی بالا نسبت به سیستم واقعی استفاده میشودمیرائی. ویسکوز معمولاً تابعی از شکل پذیری مورد تقاضا μ میباشد.
محل تقاطع طیف ظرفیت و طیف تقاضا نقطه عملکرد نامیده میشود، که مختصات این نقطه به ترتیب نشاندهندهی شتاب سازه ای و جابجایی مورد انتظار میباشد، از آنجایی که در تعیین مقدار تقاضا از طیف الاستیک معادل استفاده میشود، بنابراین جابجایی مورد تقاضا وابسته به سختی معادل و میرائی معادل میباشد. از طرفی دیگر هر دو این کمیتها وابسته به شکل پذیری مورد تقاضا است که آن هم به نوبه خود وابسته به جابجایی مورد تقاضا میباشد.
در نتیجه تمامی کمیتها در ارتباط با یکدیگر هستند و جهت تعیین نقطه عملکرد یک روش تکراری مورد نیاز است. این مسئله از این حقیقت ناشی میشود که در اصل ظرفیت سازه ای و تقاضای لرزه ای تحمیل شده از سوی زلزله متقابلاً در ارتباط با یکدیگر میباشند. شیوه انجام فرآیند به این ترتیب میباشد که در ابتدا مقدار جابجایی هدف فرض میشود. بر اساس این مقدار فرضی پریود الاستیک معادل و میرائی ویسکوز معادل سیستم یک درجه آزادی خطی تعیین میشود. برای پریود معادل تعیین شده از روی طیف الاستیک با میرائی معادل مقدار جدید جابجایی هدف تعیین میشود این فرآیند تا همگرا شدن مقدار جابجایی هدف ادامه پیدا میکند.
روش طیف ظرفیت یک فرآیند تکراری و زمان بر میباشد و بعضی از مواقع همگرا نمیشود. مشکل دیگر این روش مربوط به تنوع روابط موجود در ادبیات فنی در مورد ارتباط بین میرائی و شکل پذیری سیستم میباشد به طوری که متناظر با یک مقدار مشخصی از شکل پذیری، محدوده وسیعی از مقادیر میرائی معادل طبق روابط متنوع موجود حاصل میشود.
برای استفاده از روش طیف میبایست منحنی ظرفیت سازه را که منحنی نیرو-تغییر مکان میباشد به طیف ظرفیت در مختصات ADRS - شتاب طیفی در برابر تغییر مکان طیفی - تبدیل کرد، به منظور تبدیل طیف پاسخ به طیف نیاز میتوان از تقسیم برش پایه بر جرم موثر برای بدست آمدن Sa و نیز از تقسیم تغییر مکان بر حاصلضرب جرم موثر در مؤلفه مود در طبقه بام استفاده نمود. منحنی دو خطی طیف ظرفیت برای تخمین میرایی مؤثر و محاسبه ضرایب کاهش طیف نیاز لازم میباشد.
ساخت منحنی دو خطی به تعریف عملکردی امتحانی نیاز دارد. اگر طیف پاسخ کاهش یافته با منحنی ظرفیت در این نقطه تلاقی کند، این نقطه، نقطه عملکردی بشمار میآید، روش تقریبی تغییرمکان برابر برای تخمین میتواند استفاده شود. زمانی که زلزله سازه را به محدوده رفتار غیرالاستیک وارد میکند، میرائی بوجود میآید، این میرائی ترکیبی از میرائی ویسکوالاستیک که به صورت ذاتی در سازه وجود دارد و میرائی چرخهای میباشد. با اعمال ضرایب کاهش بدست آمده در طیف پاسخ الاستیک با میرائی %5 طیف نیاز به دست میآید، حال اگر جابجایی نقطه تلاقی طیف نیاز کاهش یافته با طیف ظرفیت در حدود %5 با اولین نقطه امتحانی عملکردی تفاوت داشته باشد این نقطه به عنوان نقطه عملکردی انتخاب میشود اگر این نقطه در محدوده مجاز نباشد یک نقطه جدید انتخاب شده و مراحل قبل تکرار میشود.
2-3 روش ضرایب تغییر مکان
روش ضرایب تغییر مکان یک روش مستقیم عددی برای محاسبه تغییر مکان نیاز میباشد. در این روش نیازی به تبدیل منحنی ظرفیت به مختصات طیفی نیست. دستور العمل FEMA-356 بر این روش توصیه کرده است.
دراین روش با استفاده از یک سری ضرایب، تغییر مکان هدف بدست میآید. تفاوتهای جزئی بین این روش و روش طیف ظرفیت وجود دارد که برای مثال در این روش تغییر مکان هدف بجای نقطه عملکردی بکار میرود. این روش پاسخ الاستیک خطی سیستم یک درجه آزادی معادل را با ضرب در یکسری ضرایب C0 تا C3 برای تخمین ماکزیمم جابجایی کل اصلاح میکند، که به آن جابجایی هدف گویند. این روش برای ساختمانهای منظم که دارای اثرات پیچش و اثرات مود های بالاتر نیستند، کاربرد دارد.
.4 مروری بر پیشینه تحقیق
سابقه استفاده از روشهای تحلیل استاتیکی غیر خطی در مهندسی زلزله به کارهای سرن و گولکسان بر میگردد که جهت بررسی رفتار یک سازه چند درجه آزادی استفاده از سازه معادل یا جانشین را به صورت یک سیستم یک درجه آزادی پیشنهاد دادند.
در سال 1975 فریمن و همکاران یک روش ارزیابی سریع برای ساختمانها ارائه دادند که میتوان به عنوان پایه و اساس روش طیف ظرفیت کنونی - csm - در نظر گرفت
در سال 1981سعیدی و سزن - Saiidi & Sozen - استفاده از تحلیل دینامیکی غیر خطی سیستم های یک درجه آزادی معادل را پیشنهاد کردند
