بخشی از مقاله
ٌ -مقدمه
این واقعیت غیرقابل انکار است که تحلیل دینامیکی غیرخطی دقیق ترین روش ارزیابی پاسخ سازههای در معرض تحریکات زلزله است ]ٌ,
ٍ[در. واقع هر نوع آنالیز استاتیکی همیشه ذاتاً از نارسایی هایی رنج می برند، ولی نکته ی کلیدی آنها در سادگی و صرف زمان کم بوده است ]َ, ُ.[ از اینرو، در دو دهه ی اخیر با پیشرفت مفهوم مهندسی زلزله بر اساس عملکرد 1، رویکردهایی برای تعریف شیوه های سادهتر
برای برآورد تقاضاهای لرزهای با یک سطح اطمینان مناسب برای سازهها ایجاد شده است ]ِ ، َ.[
در نتیجهی این پیشررفت ها روش تحلیل استاتیکی غیرخطی با لحاظ نمودن غیرخطی مصالح پیشنهاد شده است . گامهای اساسی برای
انجام یک روش تحلیل استاتیکی غیرخطی بدین صورت خواهد بود : (ٌ) انجام یک آنالیز پوشاور؛ (ٍ) تعریف یک سیستم یک درجه آزاد (SDOF) معادل بر اساس منحنی پوشاور بدست آمده از یک آنالیز پوش اور استاتیک؛ (َ) برآورد تقاضای جابجایی کلی ماکزیمم بر طبق یک طیف پاسخ طراحی انتخاب شده. (ُ) در نهایت، پارامترهای پاسخ، دریفت داخل طبقه و نیروها در هر عضو سازهای، میتواند از طریق منحنی پوشاور (یا منحنی ظرفیت) با دانستن تقاضای کلی سیستم ارزیابی شود ]ُ.[
پوشاور سنتی از اعمال یک الگوی بار جانبی افزایشی تک جهتهی از پیش تعیین شده تشکیل میشود که در سراسر تحلیل ثابت نگه داشته
شده است ]ٍ, ُ, ًٌ.[ این الگوی بار جانبی باید نیروهای مورد انتظار داخلی را در این ساختمان در طی یک زلزله تقریب بزند . با این حال، توزیع نیروی اینرسی، بدلیل تغییرات در سهم مودهای مختلف در محدوده ی الاستیک و همچنین انتشار تغییرشکل های غیرالاستیک
در این سیستم با شدت زلزله و زمان تغییر خواهد کرد. بنابراین برگزیدن یک الگوی بار ثابت، تقریبی بوده و پیشبینیهای با دقت قابل قبول تنها محدود به قابهای سازهای کم ارتفاع تا متوسط ارتفاع که در آنها تنها یک مود در رفتار سیستم غالب است، میشود ]ًٌ, ٌٌ.[
از آنجاکه این تحقیق بروی ارزیابی روش های پیشرفته تمرکز دارد و حجم مطالعات گذشته در این باب بسیار زیاد است، لذا تنها برخی از مهمترین روشهای موجود مورد بررسی قرار خواهد گرفت . در این مبحث روشهای الگوی بار متناسب با مود اول ارتعاش سازه (M1)،
الگوی بار مودال ] 2(MPA)ٌٍ, ٌَ[، الگوی بار بهنگام بر اساس نیرو ] 3(FAP)ٌُ[، و الگوی بار بهنگام بر اساس بر ش طبقات
] 4(SSM1)ًٌ [ مورد بررسی قرار گرفته اند. مدلهای سازهای فولادی مهاربندی شده با مهاربندهای کمانش تاب ّ-طبقه و ٌٍ- طبقه به عنوان مدلهای متوسط- ارتفاع و بلند مرتبه انتخاب شدند و تحت ْ زلزله سطح طراحی مورد ارزیابی قرار گرفتند.
ٍ -الگوریتمهای پوشاور
همچنانکه توسط کوناث ] 5ٌِ[ توصیف شد، عبارت تحلیل پوشاور یک تغییر جدید در روش تحلیل فروریزش کلاسیک توصیف می کند، که بموجب آن یک حل تکراری- افزایشی از معادلات تعادل استاتیکی برای بدست آوردن پاسخ یک سازه در معرض الگوی بار جانبی
1- Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE) 2- Modal Pushover Analysis 3-Force-based Adaptive Pushover 4-Story Shear-M1 5- Kunnath
سال ايل، شماره 1، زمستان 1393 ٍَ
وشریه علمی - پژيهشی مهىدسی سازه ي ساخت اوجمه مهىدسی سازه ایران
افزایشی یک جهته انجام خواهد شد. در این رفتار، هر نقطه از منحنی ظرفیت برش پایه در مقابل جابجایی حالتی از تنش موثر و معادل از
یک سازه را نشان میدهد، به عبارت دیگر حالتی از تغییرشکل که تناظری مستقیم از بردار بار خارجی اعمال شده را ارائه میدهد.
اما الگوی بارگذاری جانبی چگونه باید تعیین شود؟ آیین نامههای طراحی و بهسازی لرزهای موجود روشهای سادهای با الگوهای بارگذاری
ثابت پیشنهاد دادند. محققان بسیاری عملکرد استفاده از این نوع الگوهای بارگذاری را ارزیابی کردند و محدودیتهای هرکدام را برشمردند. از میان آنها مافی و النشای ]1ٌّ[، و گوپتا و کوناس ] 2ٌْ[، دریافتند که توزیع نیروها در محدوده ی الاستیک با یک شکل مثلثی یا ذوزنقه ای
انطباق بهتری با نتایج تحلیل دینامیکی ایجاد کرده و در تغییرشکلهای بزرگ، پس از آنکه سازه متحمل خسارات قابل ملاحظهای شد (در یک
تراز طبقه خاص)، پوشهای دینامیکی نزدیک به حلهای بدست آمده از توزیع یکنواخت نیرو خواهد بود.
پس از آن ایده ی روشهای مودال غیر بهنگام ( NAM4) 3 مطرح شد. این روشها سعی به بهبود عملکرد روش های استاتیک با تمرکز بر
تعریف الگوی بار جانبی اعمال شده تحت اثرات مودهای بالاتر با لحاظ کردن ترکیبی از مودهای مختلف نموده اند. از میان این روش ها،
عموماً یک بردار بار جذر ریشه مجموع مربعات (SRSS)5 در کارهای عملی همچون پروژه ATC-55 در نظر گرفته شده است. این بردار بار جانبی به عنوان بردار توزیع برش داخل طبقه متناظر با ترکیب SRSS از برش طبقات، بدست آمده از توزیع نیروهای مودال مختلف
تعریف شده است. چنان که در ]6FEMA-440ُ[ نشان داده شده است، با این حال این رویکرد منجر به پیشرفت های قابل قبولی نسبت به دیگر بردارهای بار غیرمودال غیربهنگام (NANM7) نشده و تلاشهای محاسباتی بزرگتری میطلبد (برای مثال بردار مود اول) ]ٌٌ.[ روش تحلیل پوشاور مودال (MPA) توسط چوپرا و گوئل8 پیشنهاد شده است ]ٌٍ, ٌَ.[ در این روش، تحلیلهای پوش اور در هر مود به صورت مستقل، با استفاده از پروفیلهای بار جانبی نمایشگر پاسخ مورد انتظار در هریک از مودها انجام شدهاند. منحنی پوشاور مرتبط با هر تحلیل پوش اور مودال به عنوان منحنی پاسخ یک سیستم SDOF دوخطی ایدهآلشده و به منظور تعریف پاسخ کلی سیستم مقادیر پاسخ با استفاده از روش SRSS یا CQC9 با یکدیگر ترکیب شده اند. رویکردهای کنونی پیشرفت های بیشتری شامل اثرات P- تحت بارهای ثقلی در تحلیل پوش اور برای تمام مودها و محاسبه دوران مفصل پلاستیک مستقیما از مقادیر دریفت کلی طبقه را در بر گرفته است ]ٌَ.[
روشهای چند-مودی فوق، پیشرفت قابل توجهی در مقایسه با تحلیل های پوشاور سنتی که آنها صراحتا پاسخ های مربوط به مودهای بیشتری را همراه با تأثیرات زمین لرزه درنظر میگیرند، به ارمغان آوردند. با این وجود، هیچ یک از توزیع بارهای ثابت، تغییر در مشارکت
مودال و نیز بازتوزیع نیروهای اینرسی بدلیل تسلیم را وارد محاسبات نمی کنند. برای غلبه بر این محدودیت ها، روشهای بهنگام، که
بموجب آن شکل بردار بار بمنظور انع کاس خصوصیات دینامیکی واقعی سیستم در هر گام از تحلیل بروز شده (به عبارت دیگر حالت
سختی) به عنوان یک روش جایگزین معرفی شدند.
ٍ-ٌ- روشهای بهنگام10
شیوههای غیرمودال غیربهنگام و نیز روشهای NAM حتی اگر بهبودهایی نسبت به روشهای سابق ارائه میدهند، از نظر تئوری قوی نیستند، زیرا آنها هر تغییری در خصوصیات لرزه ای سازه تحت ورود به ناحیه غیرارتجاعی را صرفنظر می کنند؛ حال آنکه بسیاری از سازه ها تحت
1- Mwafy and Elnashai 2- Gupta and Kunnath 3- Non-Adaptive Modal Procedures 4- Non -Adaptiveand Modal
5- Square Root of the Sum of the Squares 6- Federal Emergency Management Agency 7- Non-Adaptive and Non-Modal 8- Chopra and Goel 9- Complete Quadratic Combination 10- Adaptive Procedures
سال ايل، شماره 1، زمستان 1393 ٍُ
وشریه علمی - پژيهشی مهىدسی سازه ي ساخت اوجمه مهىدسی سازه ایران
زلزلههای سطح طراحی نیز وارد محدوده ی غیرخطی شده و رفتار بسیار متفاوتی از حالت خطی به نمایش می گذارند. دلیل اصلی عملکرد
ضعیف روشهای پوش اور سنتی، در واقع نشأت گرفته از این واقعیت است که آنها اثرات مربوط به خسارت تجمعی، که با افزایش در
تغییرشکلهای اعمالشده به سازه (که بر پاسخ گام بعد اثر گذار می باشد) را وارد محاسبات خود نمی کنند. کرنشهای تجمعی مصالح
موجب کاهش سختی شده که در ادامه باعث افزایش در پریود ارتعاش می شود، که پس از آن به شکل طیف پاسخ (یا به محتوای فرکانسی رکورد ورودی) وابسته خواهد بود . این امر می تواند تغییرات قابل ملاحظه ای بر ویژگی های پاسخ سازه ها ایجاد نماید (چنانکه بصورت
واضح در شکل (ٌ) نشان داده شده است ). کراوینکلر و سنویراتنا 1 (ٌَُُ) ]ٌ[ مطالب فوق را در یک جمله خلاصه کردند : الگوهای بار
ثابت در تحلیل پوش اور چه بر اساس یک مود و چه با لحاظ کردن مودهای بالاتر محدود هستند؛ بدلیل اینکه هیچ توزیع ثابتی قادر به نمایش پاسخ دینامیکی سیستم در سراسر محدوده ی تغییرشکل نخواهد بود . بنابراین، مقاومت سازه و ماتریس سختی در هر پله از تابع
بارگذاری بروز میشود. پیشرفت حل تا (ٌ) یک مرحلهی عملکرد از پیش تعیین شده برسد، (ٍ) فروریزش سازه شکل گیرد یا (َ) برنامه
نتواند همگرا شود، ادامه مییابد.
شکل (ٌ): پریودهای ارتعاش برای یک ساختمان ُ-طبقه تحت افزایش تراز تغییرشکل]َ[
بر این اساس و با توجه به تاکید تمامی آیین نامههای روز دنیا به تأثیر محدوده های غیرارتجاعی به عنوان مهمترین قسمت رفتار سازه برای استهلاک انرژی زلزله، رویکردهای پوش اور نیز همگام با پیشرفت های مربوط به درک رفتارهای غیرارتجاعی به سمت اعمال این خصوصیات در تحلیلهای خود شدند . حاصل این تلاش ها تا کنون با عنوان روش های تحلیل پوش اور بهنگام در مجموعه تحلیل های غیرخطی استاتیکی بوده است، که بموجب آن بردار بارگذاری (جابجایی و یا نیرو ) چنانکه به صورت شماتیک در شکل (ٍ) نمایش داده شده است، در هر گام از تحلیل بروز شده و پیشرفت زوال سختی سازه با ورود به محدودهی غیرارتجاعی منعکس گردیده است.
