بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به ارزیابی عملکرد لرزه ای ساختمان های بتن مسلح پرداخته می شود.وسعی برآن است تا روش تحلیل استاتیکی غیر خطی - - pushover معرفی و بررسی گردد.روشهای متعددی همچون,AMC, ASCM, UBPA, MPA N2 برای انجام تحلیل استاتیکی غیر خطی معرفی و ارائه شده است.از این میان روش N2انتخاب ومورد بررسی قرار گرفته و همچنین نقاط ضعف و قوت و عیوب روش فوق بر پایه اخرین تحقیقات محققین ارائه شده است .سپس توسعه این روش براساس تحقیقات صورت گرفته بیان شده ودر نهایت به ارایه پیشنهادات و نتایج پرداخته خواهد شد.
-1مقدمه
در سالهای اخیر چالشهای زیادی در طراحی سازهها به ویژه طراحی در برابر بارهای ناشی از زلزله ایجاد شده است. روش های طراحی در اکثر آیین نامه های فعلی براساس معیار مقاومت می باشد و این در حالی است که تحقیقات اخیر نشانگر آن می باشد که طراحی سازه ها براساس مقاومت نمی تواند ایمنی سازه را ارضا کرده و رفتار سازه نامطلوب غیرقابل پیش بینی می گردد. به عبارت دیگر، محققین دریافتند که افزایش مقاومت با افزایش ایمنی همراه نیست و این مطلب فلسفه طراحی براساس مقاومت را به کلی نقض می نماید.
به همین دلیل محققین بر آن شدند تا روشی ارائه نمایند تا متضمن ایمنی سازه به خصوص در طول بارگذاری لرزه ای باشد. بنابراین روش طراحی با توجه به معیار رفتار سازه جایگزین طراحی براساس معیار مقاومت گردید. طراحی براساس رفتار سازه بدان مفهوم می باشد که در یک ساختمان علاوه بر مقدار مقاومت، نحوه توزیع مقاومت در اجزای سازه ای نیز مهم می باشد. طراحی براساس عملکرد نامی است که محققین برای این روش اختصاص داده اند و روش تحلیل استاتیکی غیرخطی یکی از ابزارهای قوی در طراحی سازه براساس عملکرد می باشد.
-2اهمیت موضوع
تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی یک ابزار قدرتمند برای مطالعه پاسخ لرزهای سازهها به شمار میرود. در واقع رفتار واقعی سازه طی این تحلیل مورد بررسی قرار گرفته میشود. اما دارای پیچیدگی و مشکلاتی میباشد که از آن میان میتوان به حساسیت شدید تحلیل به شتابنگاشتهای انتخابی، نیاز به انجام فیلتراسیون دادهها، زمانبری تحلیل، پردازش خروجیها توسط کارشناس و غیره اشاره کرد.
به این علت که آنالیز دینامیکی غیرخطی سازههای ساختمانی برای اغلب کاربردهای عملی امکان-پذیر نیست محققین متعددی سعی دارند تا روشهای آنالیز مناسبتری را در جهت نیل به یک تعادل منطقی میان دقت نتایج و کاربردی بودن روشها برای استفادههای طراحی توسعه دهند.بسیاری از این تلاشها منجر به این توصیه گردیده است که ویژگیهای اصلی رفتار لرزهای با انجام یک تحلیل استاتیکی غیرخطی تحت بارهای یکنواختی که در حال افزایش هستند - آنالیز پوشآور - به دست میآید.
روش آنالیز استاتیکی غیرخطی یک انتخاب ساده برای تخمین ظرفیت مقاومت در محدوده پس از الاستیک میباشد. این روش شامل اعمال یک الگوی بار از پیش تعیین شده است که در ارتفاع ساختمان توزیع میشود و مرتباً افزایش مییابد تا اینکه تغییرمکان در یک نقطه کنترل مشخص که عمودتاً مرکز جرم بام در نظر گرفته میشود، به یک مقدار هدف بسته به عملکرد مورد انتظار از سازه دست یابد. امروزه استفاده از روشهای تحلیل استاتیکی غیرخطی در تخمین عملکرد سازهها در هنگام زلزله بسیار مورد توجه قرار گرفته است. دلیل این امر نیز سادگی روش، صرفهجویی در وقت و هزینه و تخمین قابل قبول آنها در تعیین پاسخ لرزهای در مقایسه با روشهای تحلیل دینامیکی غیرخطی میباشد.
-3 روش های تحلیل استاتیکی غیرخطی
به طور کلی روشهای تحلیل استاتیکی استاتیکی غیرخطی براساس نوع الگوی بارگذاری جانبی و تعیین تغییر مکان هدف طبقه بندی می شوند. الگوهای بارگذاری به دو دسته تقسیم می شوند: - 1 الگوی بارگذاری غیرمتغیر و - 2 الگوی بار جانبی متغیر. در الگوی غیرمتغیر دو فرضیه اساسی در نظر گرفته می شود: - 1 مود اول حاکم بر رفتار سازه می باشد و - 2 مشخصات دینامیکی مانند اشکال مودی، پریود سازه و ... بعد از تسلیم سازه بدون تغییر باقی می مانند. با در نظر گرفتن فرایض مذکور، تقریب های زیادی وارد تحلیل می شود و بدین جهت محققین الگوی بار متغیر را ارائه کرده اند. در این الگوی بار، مشخصات دینامیکی سازه در طی تحلیل تغییر کرده و به روز می شود - استاندارد . - 2800
مدارکی از قبیلASCE41 ، FEMA356، ATC-40از تحلیل استاتیکی غیرخطی بهره برده اند. روش آنالیز استاتیکی در این مدارک بر پایه روش طیف ظرفیت قرار دارد و روش های خاصی را برای ساختمان های نامنظم در پلان ارائه نمی دهند. نتایج تحقیقات دانشمندان مختلف نشان داده است که روش های مرسوم آنالیز استاتیکی غیرخطی در مواردی دارای تقریب های فراوانی هستند که نتایج به دست آمده از این روش ها را از واقعیت دور می کند. بنابراین عدم قطعیت مناسب منجر گردیده است که تلاش های فراوانی در جهت ارتقاء صحت نتایج این روش ها صورت پذیرد.
اولین مطالعات بر روی سازه های نامنظم و آنالیز اساتیکی غیرخطی سه بعدی بر روی این سازه ها به اواسط دهه ی 1990 بازمی گردد، با آغاز از سال 1997 محققین متعددی آنالیز استاتیکی غیرخطی را به ساختمان های نامنظم توسعه دادند. با اعمال یک توزیع بار نیروهای جانبی، مشابه آن چه بر مرکز جرم در روش های استاندارد استاتیکی غیرخطی انجام می گیرد، یک تحلیل استاتیکی غیرخطی تقریبی توسط Kilar و Fajfar ارائه گردید.
هم چنین روش دیگری نیز توسط Moghadamو TSO ارائه شد که شامل دو مرحله می باشد. - 1 - آنالیز دینامیکی خطی طیفی سه بعدی برای تعیین تغییرمکان بام و توزیع نیروهای جانبی در ارتفاع برای هر یک از المان های مقاوم - قاب ها، دیوارها و ... - و - 2 - آنالیز استاتیکی غیرخطی قابی 2 - بعدی - برای هریک از المان های مقاوم . - Moghadam and TSO, 1998 - پس از آن روش های توسعه یافته - - Fajfar et al, 2005 و - Chopra and Goel, 2004 - MPA جزء معدود روش هایی هستند که برای تحلیل سازه های نامتقارن در پلان توسعه یافته اند.
اخراًی تلاش هایی نیز برای توسعه روش طیف ظرفیت در سازه های نامنظم انجام گرفته است، این تلاش ها منجر گردید که روش طیف ظرفیت به هنگام شونده معرفی گردد . - Casarotti and Pinho, 2007 - روش های پراکنده دیگری نیز برای سازه های نامنظم پیشنهاد گردیدهکه عمدتاً نتوانستند تخمین های مناسبی ارائه نمایند. مقایسه های کم میان نتایج آنالیز استاتیکی غیرخطی و روش های دقیق موفقیت محدود روش های تقریبی برای ارزیابی لرزه ای ساختمان های نامنظم را نشان می دهد. هم اکنون مهندسین حرفه ای بر پایه قضاوت مهندسی خود، روش هایی را که برای قاب های صفحه ای ایجاد شده اند به کار می برند که به نظر می رسد صحیح نیستند.
-4 معرفی و ارزیابی روش N2
-1-4 مقدمه
ایجاد تغییرات در روشهای طراحی لرزهای به کار رفته در آییننامهها به صورت محسوسی مورد نیاز است. انجمن مهندسین سازه به تازگی یک نسل جدید از روشهای بهسازی که مفاهیم طراحی براساس عملکرد را در نظر میگیرد را ایجاد کردهاند. میدانیم که کنترل خرابی در هنگام طراحی بایستی به طور واضح در نظر گرفته شود. و این اهم نیز با مطرح شدن برخی روشهای تحلیل غیرخطی در مبانی طراحی لرزهای، قابل حصول میباشد. به نظر میرسد مناسبترین رویکرد ترکیب یک تحلیل استاتیکی غیرخطی - Pushover - با روش طیف پاسخ میباشد.
مثالهایی از یک چنین رویکردی، روش طیف ظرفیت در ATC40 و روش استاتیکی غیرخطی به کار رفته در FEMA273 میباشد. مورد آخر با عنوان روش ضرایب جابجایی در ATC40 به عنان روش جایگزین آورده شده است. نمونه دیگر از این رویکرد، روش N2 میباشد که در آن N معرف تحلیل غیرخطی - Nonlinear - و 2 معرف مدلهای دو بعدی به کار رفته میباشد. این روش توسط دانشگاه Ljubljana معرفی شده است. ایده اولیه این روش از Q-model که توسط Saiidi&Suzen ارائه شده، به دست آمده است. روش N2 در واقع نوع دیگری از روش طیف ظرفیت براساس طیف غیرالاستیک میباشد.
