بخشی از مقاله
خلاصه
هنگامی که در مورد زمین لرزه صحبت می شود بیش تر به میزان پریود سازه و شکل پذیری سیستم مقاوم جانبی سازه در برابر زلزله پرداخته می شود و اثرات رفتار خاک زیرین سازه بر پاسخ لرزه ای آن کمتر مد نظر قرار می گیرد. در تحلیل سازها معمولاً اثرات اندرکنش خاک- سازه نادیده گرفته می شود که این امر می تواند باعث عدم ارضای برخی از ضوابط آیین نامه های طراحی گردد.
لذا در این مطالعه تاثیر عامل مذکور بر قابلیت اعتماد لرزه ای ساختمان های فولادی با سیستم مقاوم جانبی دیوار برشی بتنی مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی اندرکنش خاک - سازه - چهار نوع خاک مورد نظر استاندارد 2800 ایران و همچنین حالت تکیه گاه صلب - بر روی ساختمان های مذکور، سازه و خاک زیر سازه با روش المان محدود با هم مدلسازی می شود.
در بررسی قابلیت اعتماد لرزه ای این ساختمان ها از ابزار تحلیل دینامیکی فزاینده - - IDA استفاده می شود. نتایج نشان می دهد که در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک-سازه در ساختمان های میان مرتبه و خصوصا ساختمان های بلند مرتبه باعث کاهش بسیار زیاد در قابلیت سطح اطمینان و افزایش احتمال تجاوز سالیانه از سطوح عملکرد استفاده بی وقفه - - IO و آستانه فرو ریزش - CP - مطابق آیین نامهFEMA350 می گردد.
به طور متوسط هر ساله تعداد زیادی از مردم به سبب زلزله به وقوع پیوسته در جهان، جان خود را از دست می دهند .[1] با توجه به این موضوع، ارزیابی لرزه ای ساختمان های موجود با هر نوع سیستم مقاوم جانبی مورد تحقیق محققین زیادی بوده است. با پیشرفت کامپیوترها، در ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای سازه ها به جای کاربرد تحلیل استاتیکی غیرخطی از ابزار قدرتمند تحلیل دینامیکی فزاینده غیرخطی استفاده می شود. از جمله تحقیقات انجام گرفته در زمینه تحلیل دینامیکی فزاینده - - IDA می توان به تحقیق انجام شده توسط برترو 2 اشاره نمود. در این تحقیق با استفاده از تحلیل دینامیکی افزاینده - IDA - ، منحنی مربوط به پاسخ در برابر شدت زلزله بدست می آید
در تحلیل سازها معمولاً اثرات اندرکنش خاک- سازه نادیده گرفته می شود این امر اغلب باعث عدم ارضای برخی از ضوابط آیین نامه های طراحی می گردد. اندرکنش خاک - سازه برای سازه های سنگین و سخت با پی های عمیق و یا سازه هایی که سیستم باربر جانبی آن ها باعث سختی پی شده است، بسیار حائز اهمیت می باشد .
پاسخ لرزه ای یک سازه با فرض شالوده صلب مورد ارزیابی قرار می گیرد. اما در واقعیت، طی وقوع یک زمین لرزه خاک زیرین سازه متحمل تغییر شکل های ناشی از شالوده سازه می باشد. لذا پاسخ دینامیکی سازه متأثر از رفتار خاک زیرین آن خواهد بود. بنابراین در طی وقوع یک زمین لرزه، بدلیل ملاحظات فوق، ایده اندرکنش خاک-سازه مطرح شد 2]و .[3 تحقیقی در خصوص موضوع تحلیل اندرکنش خاک- سازه با استفاده از مدل سازی خاک و سازه با هم به روش اجزا محدود توسط گش3و ویلسون4 انجام گردید.
در این تحقیق دریافتند که اگر فاصله مرکز سازه تا مرزهای مدل اجزا محدود خاک بین 3 تا 4 برابر شعاع پی در جهت افقی و بین 2 تا 3 برابر شعاع پی در جهت قائم باشد تاثیر امواج انعکاسی ناچیز خواهد بود.[7] مجتبی حسینی و عبداالله قوامی مطالعه ای تحت عنوان اندرکنش خاک و سازه های بتنی با قاب خمشی ویژه و دیوار برشی در ساختگاه های با خاک نوع III و IV بر روی سه ساختمان 10، 20 و30 طبقه انجام دادند
مدل سازی سازهای که بر روی بستری از خاک واقع شده با فرض اتصال صلب ستونها به زمین و صرفنظر از اثرات اندرکنش خاک- سازه در بعضی از سازه ها می تواند باعث عدم تطابق پاسخ لرزهای مدل با پاسخ واقعی سازه گردد.
در این مطالعه تأثیر این اثرات بر رفتار لرزهای ساختمانهای فولادی با دیوار برشی بتنی با استفاده از روش IDA پرداخته می شود. این روش دقیقترین روش تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی است که به دلیل ماهیت دینامیکی بودن آن بر روش تحلیل استاتیکی غیرخطی برتری دارد.
در این تحقیق ساختمانهای سه طبقه - - SW-3 ، نه طبقه - - SW-9 و پانزده طبقه - - SW-15 با در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک - سازه توسط برنامه Opensees تحت 14 شتاب نگاشت متفاوت تحلیل شده و حداکثر جابجایی نسبی بین طبقه ای با توجه به انواع خاک - مطابق با استاندارد - 2800 برای هر شتاب نگاشت بدست می آید. در نهایت پس از استخراج حداکثر جابجایی نسبی بین طبقات و انجام محاسبات آماری بر روی این نتایج، سطح اطمینان و احتمال تجاوز سالیانه از سطح عملکرد مورد نظر محاسبه و منحنی های شکنندگی مربوط به آن با توجه به اندرکنش خاک - سازه ترسیم می شوند.
.2 تحلیل دینامیکی غیرخطی فزاینده - - IDA
تحلیل دینامیکی فزاینده - IDA - ، شامل تعداد زیادی تحلیل دینامیکی غیر خطی تحت اثر شتاب نگاشت های زلزله است. در این روش ابتدا یک رکورد شتاب نگاشت زمین لرزه که با خصوصیات محل قرارگیری سازه سازگار است انتخاب شده و سازه ی مورد نظر تحت اثر این زمین لرزه، مورد تحلیل دینامیکی قرار می گیرد و حداکثر پاسخ سازه تحت این تحریک - که می تواند هر یک از پارامترهای تقاضای مهندسی مثل تغییر مکان - دیریفت - ، دوران مفاصل پلاستیک، برش پایه و... باشد - ثبت می شود.
سپس با اعمال یک ضریب مقیاس در رکورد اولیه، رکورد جدیدی به دست می آید که دارای شدت بیشتری - به نسبت فاکتور مقیاس - نسبت به رکورد اولیه است و مجددا با انجام تحلیل دینامیکی برای سازه تحت این رکورد جدید، حداکثر پاسخ سازه بدست می آید، این فرآیند تکرار می شود و هربار ضرایب مقیاس بزرگتر می گردد - یعنی شدت زلزله بیشتر می شود - تا اینکه سازه ی مورد نظر دچار فروریزش شود.
این شتاب نگاشت ها به گونه ای به صورت افزایشی مقیاس می شوند که بتوانند محدوده رفتار خطی و در نهایت فروریزش را تحت پوشش قرار دهند. هدف اصلی این روش به دست آوردن پاسخ های سازه برای مقادیر مختلف شدت زلزله می باشد و سپس نمودار حداکثر شتاب هر رکورد برحسب حداکثر پارامتر تقاضای مهندسی ترسیم می شود که نمودار IDA نام دارد. نتایج این تحلیل در واقع به شکل مجموعه ای از منحنی های IDA ارائه می گردد.
در تحلیل IDA کمیتهای مختلفی برای بیان شدت شتابنگاشت - - IM انتخابی پیشنهاد شده است که در این تحقیق شتاب طیفی در مود غالب ارتعاشی سازه با در نظر گرفتن نسبت میرایی 5 درصد - - Sa - Tœ , =5% - با توجه به اینکه پراکندگی نتایج به کمترین حد خود میرسد، بطوریکه فقط تعداد کمی از رکوردهای حرکت زمین برای ارائه برآورد ظرفیت و تقاضای ظرفیت موردنیاز است، به عنوان شدت شتاب نگاشت در نظر گرفته شده است. همچنین برای بیان شدت خرابی یا تغییرپذیری شرایط سازه - - DM می توان از شدت خرابی های متفاوت استفاده نمود. از آنجا که ماکزیمم تغییر مکان نسبی طبقه با ناپایداری دینامیکی کلی سازه و حالات حدی عملکردی مورد نظر در ارتباط است و دید خوبی از مقدار دوران گرهها و فروریزش کلی و موضعی اجزاء سازهای در اختیار ما قرار میدهد، لذا در این مطالعه به عنوان شدت خرابی انتخاب می گردد.
پس از انتخاب و اصلاح شتابنگاشتها و انجام تحلیل دینامیکی فزاینده - IDA - بر اساس هر یک از آن ها، یک دسته منحنیIDA حاصل میشود که در صورت انتخاب DM و IM یکسان میتوان تمامی منحنیها را در یک دستگاه ترسیم کرد . در این حالت حجم زیادی از اطلاعات برای سازه با توجه به زلزلههای اعمالی به آن به وجود میآید. علاوه بر این به دلیل وجود دامنه وسیعی از پاسخهای مدل سازهای در مقابل زلزلههای مورد استفاده، خلاصه کردن اطلاعات ضروری به نظر میرسد. از آنجا که این منحنیها به صورت ذاتی و طبیعی ماهیت تصادفی دارند، برای بررسی آنها و تعیین پاسخ سازه در هر سطحی از تقاضا، باید از روشهای احتمالاتی استفاده نمود.
