بخشی از مقاله
خلاصه
در آیین نامه های طراحی سازه های فولادی معمولا سه روش استاتیکی معادل، تحلیل طیفی و تحلیل تاریخچه زمانی پیشنهاد شده است که از این بین روش سوم روشی بسیار دقیق اما بسیاز زمان بر می باشد. از آنجا که روش تحلیل تاریخچه زمانی معمول، نیازمند صرف زمان زیاد برای همپایه نمودن شتابنگاشت ها و تعداد تحلیل های فراوان است، از این رو در این تحقیق به بررسی سازه ها به روش زمان دوام - - ET که نقش اساسی در کاهش تعداد تحلیل های لازم دارد و بر پایه تحلیل تاریخچه زمانی ایجاد شده است؛ پرداخته می شود.
در واقع روش زمان دوام روش نوینی است که با حداقل تعداد آنالیز تاریخچه زمانی ارایه شده است. در روش زمان دوام توابع شتاب افزاینده که طیف خطی و غیرخطی از آن ها متناسب با طیف میانگین زلزله واقعی می باشند و به صورت یکنواخت با زمان افزایش می یابند، ایجاد می گردند.
در این تحقیق سه قاب خمشی فولادی ویژه 5، 10 و 15 طبقه به روش زمان دوام با نرم افزار آباکوس مورد طراحی لرزه ای قرار می گیرند و نتایج لازم از نرم افزار استخراج می شود و در نهایت بر روی نتابج حاصل و عملکرد رفتار سازه ها بحث و نتیجه گیری می شود. نتایج نشان دخنده دقت قابل قبول این روش با توجه به سرعت انجام تحلیل می باشد.
.1 مقدمه
با توجه به اینکه روش زمان دوام روشی نوین بوده جا دارد در این حوزه تحقیقات گسترده تری صورت گرفته شود تا در کنار محاسن شناخته شده این روش، محدودیت ها و ایرادات این روش نیز شناخته شود تا بتوان در آینده این روش را در آیین نامه ها به طور کامل تر استفاده نمود.
آستانه زمانی که سازه از حالات حدی دلخواه - مثلا دریفت مجاز - فراتر رود، " زمان دوام" آن سازه می باشد. آیین نامه های مورد استفاده در این تحقیق، مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان و همچنین ویرایش چهارم استاندارد 2800 می باشد.
والامنش واستکانچی در سال 1385 به ارزیابی روش زمان دوام در تحلیل قابهای فولادی دو بعدی غیر یکنواخت در مقایسه با روش استاتیکی پرداختند و برای این منظور کاربرد روش دوام زمان را در تحلیل قابهای خمشی فولادی غیر یکنواخت در جرم و سختی که طبق آیین نامه 2800 در ناحیه مرزی بین سازه های منظم و نامنظم قرار گرفته اند، مورد ارزیابی قرار دادند.
ضیائی و استکانچی در سال 1388 به تحلیل لرزه ای قابهای بتنی با دیوارهای برشی تقویت شده بوسیله FRPبا روش زمان دوام پرداختند.
پورریحانی و رنجبران در سال 1392 به بررسی دیوار برشی فلزی در سازه های بتنی به روش زمان دوام پرداختند. میرفرهادی و همکاران در سال 1394 مقاله ای با عنوان مقدمه ای بر طراحی لرزه ای براساس ارزش سازه های بتنی با استفاده از تحلیل زمان دوام ارائه نمودند.
ولی پورکلوری و استکانچی در سال 1395 به ارزیابی عملکرد شاخص های شدت زلزله در تخمین پاسخ لرزه ای سازه ها با استفاده از روش زمان دوام پرداختند.
-2 روش زمان دوام
روش زمان دوام یک روش جدید تحلیل لرزه ای می باشد که در آن سازه تحت اثر یک تحریک دینامیکی فزاینده که شدت آن به تدریج در طول زمان افزایش پیدا می کند قرار داده میشود. پاسخ سازه در طول زمان بررسی شده و با توجه به پاسخ متناظر با سطوح مختلف شدت تحریک، نقاط قوت و ضعف و عملکرد سازه ارزیابی می گردد.
مفهوم روش زمان دوام را می توان به خوبی با استفاده از یک آزمایش فرضی توضیح داد. فرض می کنیم سه سازه مختلف با خصوصیات نامشخص بر روی میز لرزان قرار داده شده باشند. حال فرض می کنیم که میز لرزان تحت ارتعاش تصادفی که شدت آن به تدریج افزایش پیدا می کند قرار داده شود
در شروع آزمایش تا هنگامی که دامنه ارتعاشات کم است هر سه سازه پایدار خواهند بود. حال فرض کنیم با گذشت زمان و افزایش شدت تحریک ابتدا سازه شماره یک، سپس سازه شماره 3 و در نهایت سازه شماره 2 تخریب شوند.
با انجام این آزمایش ساده میتوان اینطور نتیجه گرفت که سازه شماره 1 که نسبت به تحریک دینامیکی اعمال شده کمترین زمان دوام را داشته، ضعیف ترین عملکرد و سازه شماره 2 که مدت طولانی تری دوام آورده، بهترین عملکرد را دارد. در صورتی که تحریک دینامیکی اعمال شده تناظر مناسبی با تحریک های دینامیکی ناشی از زلزله داشته باشد، میتوان انتظار داشت که سازه 2 قابلیت تحمل زلزله های شدید تری را نسبت به سازه شماره 1 داشته باشد. به عبارت دیگر با انجام چنین آزمایشی میتوان تخمینی از عملکرد لرزه ای گزینه های مختلف بدست آورد. در روش زمان دوام از مفاهیم ساده فوق به برای توسعه یک ابزار تحلیلی کاربردی استفاده می شود.
شکل :1 آزمایش فرضی قابها تحت ارتعاش اتفاقی افزاینده
در روش زمان دوام سازه تحت یک تحریک دینامیکی فزاینده قرار می گیرد و حد اکثر مقدار پارامتر های پاسخ نسبت به زمان - حد اکثر قدر مطلق پاسخ از شروع تا زمان مورد نظر - تعیین میگردد. این پارامتر های پاسخ بسته به نیاز ممکن است شامل یک یا مجموعه ای از معیارهای عملکرد که در ارزیابی و طراحی مورد استفاده قرار میگیرند باشند. پارامتر های ساده ای از قبیل ساده تغییر مکان ها، نیرو ها، تنش ها ویا پاسخهای غیر خطی از قبیل دوران پلاستیک و یا شاخصهای پیچیده تر خرابی میتوانند با توجه به مسئله مورد استفاده قرار گیرند. با توجه به کاربرد پارامتر های پاسخ متنوع در تفسیر نتایج، عنوان شاخص خرابی در حالت کلی برای اشاره به آنها مورد استفاده قرار می گیرد. منظور از این شاخص خرابی در بسیاری از موارد پارامتر های ساده ای از قبیل نسبت تنش و یا نسبت تغییر مکان موجود به مجاز خواهد بود.
در شکل 2 مفهوم نتایج حاصل از تحلیل زمان دوام بطور شماتیک نشان داده شده است. بطور مثال در صورتی که حد نهایی شاخص خرابی نرمال شده مورد نظر را واحد در نظر بگیریم، میتوان مشاهده نمود که قاب شماره 3 پس از گذشت مدت طولانی تری به حد نهایی نرسیده، یا به عبارت دیگر دوام آورده، بنا بر این تحمل شدت تحریک بالاتری را دارد و قاب شماره 1 در شدت پایین تری به حد خرابی میرسد.
شکل :2 نمودار پاسخ سازه تحت شتابنگاشت افزاینده
از نمودار شکل 2 زمان دوام سازه شماره 1 برابر 5/2 ثانیه، سازه 2 حدود 10/5 ثانیه و سازه 3 بیش از 20 ثانیه بدست می آید. حال با فرض اینکه شتابنگاشت کالیبره گردیده و شدت تحریک حاصل از آن در زمان مشخصی، مثلا ثانیه دهم در این مثال، متناظر با شدت زلزله طرح باشد، میتوان نسبت به ارزیابی سازه های مورد نظر اقدام نمود. در این مثال سازه 1 قبل از زمان مورد نیاز - ثانیه دهم - به حد خرابی می رسد در نتیجه این سازه معیار طراحی مورد نظر را برآورده ننموده و ضعیف می باشد. اما سازه شماره 2 پس از زمان مبنا به حد مجاز خرابی می رسد و بنابراین حداقل استقامت مورد نیاز را دارا بوده و استاندارد می باشد. از طرف دیگر سازه شماره 3 که در زمانی بسیار بیشتر از حداقل مورد نیاز به مقدار خرابی می رسد، قویتر از استاندارد است.
-2-1 توابع تحریک زمان دوام
کاربرد عملی روش زمان دوام منوط به تولید توابع تحریک فزاینده ای است که نتایج حاصل از تحلیل با استفاده از آنها منجر به تخمین قابل قبولی از آثار ناشی از زلزله در سازه گردد. برای این منظور در توابع تحریک زمان دوام از مفهوم طیف پاسخ می توان به نحو موثر استفاده نمود. این توابع با استفاده از روشهای بهینه سازی عددی طوری طراحی شده اند که طیف پاسخ شتاب حاصل از آنها تا هر زمان مشخص طبق رابطه زیر متناسب با طیف شتاب طرح مورد نظر باشد
