بخشی از مقاله
چکیده
ضعف روش طراحی لرزه اي آیین نامه ها در عدم لحاظ عوامل مهمی همچون پتانسیل آسیب به سازه و مشخصات حرکات قوي لرزه ایمنجر به عملکرد نامناسب سازه ها تحت زلزله هاي مخرب گذشته گردیده است. از اینرو دیدگاه طراحی لرزه اي به سمت روش هاي غیر خطی بر پایه مفاهیم عملکردي سوق داده شده است.
در سالهاي اخیر روشهایی بر پایه دیدگاه جابجایی به منظور بررسی بهتر عملکرد سازه ها ارائه شده است که از آن جمله می توان به روش ضرایب بر اساس پیشاستاندارد - FEMA356 - 2000 و روش طیف ظرفیت مبتنی بر مدرك بررسی لرزهاي ساختمانهاي بتنی - ATC40 - 1996، روش آنالیز استاتیکی غیرخطی مودي - MPA - که توسط چوپرا در سال 2000 ارائه شد،اشاره کرد.
دقت این روشها در تخمین تغییر مکان هدف سازه متاثر از نوع تحریک لرزه اي می باشد که بیان کننده ضعف آنها می باشد. در تمامی روشهاي فوق از طیف شتاب رکورد بعنوان نماینده طلب لرزه اي در سیستم ADRSجهت تعیین تغییر مکان هدف سازه استفاده می شود. در این تحقیق به منظور در نظر گرفتن اثر نوع تحریک لرزه اي روشی بر مبناي مفهوم سرعت معرفی می شود.
در این روش از طیف سرعت رکورد زلزله بعنوان نماینده طلب لرزه اي در سیستم VDRS جهت تخمین تغییر مکان نهایی سازهها استفاده می شود،. از دو قاب خمشی فولادي سه و ده طبقه تحت دو رکورد با خصوصیات نزدیک و دور از گسل جهت بررسی دقت روش معرفی شده استفاده می شود. از آنالیز تاریخچه زمانی بعنوان معیار سنجش دقت نتایج استفاده شده است. در نهایت دقت نتایج حاصل از این روش با روشهاي بر پایه دیدگاه جابجایی و دیدگاه انرژي مقایسه شده است. بررسی ها بیانگر افزایش دقت روش معرفی شده در تعیین تغییر مکان هدف سازه ها نسبت به روشهاي فعلی می باشد.
مقدمه
براساس نوع نگرشی که به حرکت لرزه ايزمین می توان داشت، روشهاي طراحی لرزهاي سازهها متفاوت میگردند. در حال حاضر دیدگاه طراحی لرزه اي آیین نامه ها برپایه نگرش نیرو به حرکت لرزه اي زمین می باشند ولی ضعف این روش در لحاظ نکردن عوامل مهمی همچون پتانسیل آسیب به سازه، مدت دوام حرکات قوي منجر به عملکرد نامناسب سازه ها شده و دیدگاه طراحی لرزه اي را به سمت روش هاي غیرخطی بر پایه مفاهیم عملکردي سوق داده است .
بر این اساس در سالهاي اخیر روشهایی بر پایه جابجایی به منظور بررسی بهتر عملکرد سازه ها ارائه شده است که از آن جمله می توان به روش هاي بر اساس پیشاستاندارد - FEMA356 - 2000 و مدرك بررسی لرزهاي ساختمانهاي بتنی-ATC40 - 1996 - ، روش آنالیز استاتیکی غیرخطی مودي - MPA - که توسط چوپرا در سال 2000 ارائه شد،اشاره کرد. ضعف موجود در این روشها منجر به قوت گرفتن دیدگاهها و روشهاي دیگري مانند دیدگاه انرژي شده است. اساسی ترین ضعف این روش ها وابسته بودن دقت آنها به نوع تحریک لرزه اي می باشد به گونه اي که عدم دقت این روشها تحت تحریکات نزدیک گسل مشهود می باشد.
از مشخصات بارز این نوع تحریکات می توان به سرعت بسیار بالاي آنها اشاره کرد. نادیده گرفته شدن این مشخصه در روشهاي موجود منجر به دقت پایین این روش ها شده است. بنظر میرسد با توجه به نقش تاثیر گذار سرعت رکورددر دقت نتایج مربوط به روش هاي عملکردي، بکارگیریمفهوم سرعت رکورد در تخمین عملکرد سازه ها منجر به نتایج با دقت مناسب شود. در این مطالعه به بررسی این مشخصه به منظور لحاظ کردن تاثیر آن در تخمین نقطه عملکرد سازه پرداخته می شود . سپس به ارائه روشی بر پایه مفهوم سرعت به منظور تخمین نقطه عملکردي سازه - تغییر مکان هدف - در دستگاه مختصات طیفی سرعت- تغییر مکان - VDRS - پرداخته می شود.
دستگاه مختصات طیفی سرعت – تغییر مکان RS - ح - V
جهت تخمین نقطه نهایی عملکرد سازه که تغییر مکان هدف سازه نامیده میشود، به اطلاعاتیمرتیط به ظرفیت سازه و طلب لرزه اي در دستگاه مختصات مشخص که به دیدگاه لرزه اي بر میگردد، نیاز می باشد. با داشتن تخمین مناسبی از موارد فوق که به خصوصیات لرزه اي رکورد و سازه اي مربوط می باشد و ترسیم منحنی هاي معرف مشخصات فوق در دستگاه مختصات واحد، می توان به نقطه نهایی سازه رسید. همانطور که اشاره شد دستگاه مختصات مورد بررسی در این تحقیق، دستگاه مختصات طیفی سرعت- تغییر مکان - VDRS - می باشد.این دستگاه براساس نتایج سیستم یکدرجه آزادي معادل سازه اصلی می باشد که در ادامه به نحوه محاسبه و ترسیم منحنی هاي معرف مشخصات لرزه اي و سازه اي در دستگاه مختصات فوق می پردازیم.
منحنی طلب لرزه اي در دستگاه مختصات سرعت-تغییر مکان - RSح - V
ارتباط میان مقادیر طیف سرعتω و جابجایی رکورد مربوط به سیستم یکدرجه آزادي بصورت رابطه - 1 - می باشد. در این رابطه Sv مقادیر مربوط به طیف شبه سرعت می باشد و فرکانس سازه یکدرجه معادل سازه اصلی می باشد.
با استفاده از این رابطه می توان منحنی طلب لرزه اي در دستگاه VDRS را رسم نمود. این منحنی بصورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل:1 منحنی طلب لرزه اي در دستگاه VDRS
منحنی ظرفیت سازه در دستگاه مختصات سرعت-تغییر مکان RS - ح - V
به منظور دستیابی به منحنی ظرفیت سازه در دستگاه VDRS ابتدا به چگونگی معادل کردن سازه اصلی به سیستم یکدرجه آزادي میپردازیم. معادله حرکت سیستم چند درجه آزادي بصورت رابطه - - 2 نوشته می شود:
در این معادله u بردار جابجایی طبقات،c، m و k بترتیب ماتریس جرم ، میرایی و سختی سازه می باشند.{1} بردار واحد و - ug - t شتاب افقی وارد به سازه می باشد. با فرض u=∑φiYi و با توجه به قانون تعامد مد ها معادله فوق به معادله حرکت سیستم یکدرجه آزادي مطابق رابطه - 3 - تبدیل می شود. با توجه به معادله جدید و حل آن می توان رابطه میان تغییر مکان سازه یکدرجه آزادي و ماکزیمم تغییر مکان سیستم چند درجه آزادي را بدست آورد:
در نهایت می توان رابطه میان تغییر مکان پشت بام سازه را با ماکزیمم تغییر مکان سازه یکدرجه معادل بصورت رابطه - 4 - بیان نمود.
در این رابطه Гnضریب مشارکت مودn ام می باشد. رابطه میان برش پایه سازه اصلی و سیستم یکدرجه آزادي بصورت زیر نوشته می شود:
در نهایت براي سیستم یکدرجه آزادي با رفتار الاستیک و جرم واحد رابطه میان تغییرمکان و سرعت معادل سرعت طیفی را می توان بصورت رابطه - 6 - نوشت:
با توجه به رابطه فوق می توان منحنی ظرفیت سازه یکدرجه آزادي معادل با رفتار الاستیک را در دستگاه VDRS بصورت خطی با شیب ωn رسم کرد.
حال با ترسیم منحنی هاي معرف طلب لرزه اي و ظرفیت سازه در دستگاه VDRS مطابق شکل2،نقطه قطع این دو منحنی بیانگر ماکزیمم تغییر مکان سیستم یکدرجه آزادي معادل با رفتار الاستیک می باشد. شکل 3 این روند را براي سیستم یکدرجه آزادي معادل قاب سه طبقه تحت رکورد Parkfield نشان می دهد.
جهت محاسبه نقطه نهایی سازه با رفتار الاستو پلاستیک ابتدا منحنی برش – تغییر مکان سازه یکدرجه آزادي را از منحنی برش – تغییرمکان سازه اصلی که از تحلیل استاتیکی غیر خطی بدست می آید را مطابق روابط - 4 - و - 5 - محاسبه میکنیم. شکل4این منحنی را براي سازه یکدرجه آزادي معادل نشان میدهد . با توجه به رابطه - 6 - مقدار برش تسلیم سیستم یکدرجه آزادي را می توان در مختصات دستگاه سرعت طیفی بدست آورد.
