بخشی از مقاله
ٌ- مقدمه
اندرکنش خاک و سازه از مهمترین مسائلی است که در طراحی لرزه ای مطرح می باشد و در سالهای اخیر توجه خاصی به این امر شده
است. در بسیاری از طراحی های معمول که بر اساس آئین نامه های موجود انجام می پذیرد فرض بر این است که پی صلب بوده و امکان
جدا شدن آن از روی خاک وجود ندارد، یکی ازنتایج این فرض حصول به ارزیابی دست پایینی از پریود نوسان سازه (در قیاس با پریود
واقعی آن) و در نتیجه تخمین دست بالایی از برش پایه می باشد اما این در حالی است که سختی خاک محدود بوده و امکان ایجاد حرکت گهوارهای در فونداسیون وجود دارد ]ٌ.[
هنگامی که لنگر واژگونی ناشی از نیروهای جانبی زلزله از لنگر مقاوم ناشی از بارهای ثقلی فراتر می رود موجب وقوع حرکت گهواره ای
میشود و این وضعیت تا زمانی که لنگر واژگونی از بار ثقلی، کمتر شود ادامه خواهد داشت. در ابتدای امر مهندسین برای ممانعت از وقوع
چنین امری، سعی در یکپارچه نمودن فونداسیون با زمین داشتند که خود هزینههای گزافی به بار میآورد. ولی تحلیلهای اخیر به خصوص
بررسیهای انجام شده برروی میز لرزه (Shake table) و پاسخ غیرخطی سازهها با فرض حرکت گهواره ای نشان داده است که نیازی به جلوگیری از این امر نیست، بلکه این پدیده خود باعث کاهش نیروهای اعمالی بر روی سازه و نیز کاهش تغییر شکل در سازه می شود. هم
اکنون استفاده از ایده حرکت گهواره ای بعنوان روشی برای کاهش عملکرد غیر خطی محتمل در سازه پلها، بعنوان یک روش بهینه مورد توجه قرارگرفته است.
با بررسی دلایل عملکرد خوب برخی سازه ها در زلزله شیلی در سال ًٌُّ،] Housnerٍ[ دریافت که حرکت گهواره ای دلیل چنین
عملکردی در سازههای به ظاهر ناپایدار، حین وقوع زلزله بوده است، لذا در راستای بررسی اثر حرکت گهواره ای در پاسخ سازه ها، وی
اولین بررسی تحلیلی را روی پاسخ یک بلوک صلب در حالت نوسان آزاد با حرکت گهواره ای انجام داد و با انتشار مقالات وی مطالعات
زیادی دراین زمینه انجام گرفت . سپس ] Meekَ[ پاسخ یک سیستم انعطاف پذیر با حرکت گهواره ای و اندرکنش را به صورت تجربی بررسی نمود. Yim و ] Chopraُ[ روشی ساده برای محاسبه برش پایه سیستم های چند درجه آزادی با حرکت گهواره ای و لحاظ اثر اندرکنش را مبتنی بر استفاده از طیف طراحی معمول (که بر اساس جدانشدن سازه از خاک میباشد ) با اصلاح پریود نوسان ومیرایی سازه برای درنظر گرفتن اثر حرکت گهوارهای ارائه نمودند. ] Gazetasِ[ نشان داد که با وجود اثرات کاهنده حرکت گهواره ای، در مواردی این حرکت منجر به تشدید پاسخ با نزدیک کردن پریود نوسان سازه به پریود غالب در محتوای فرکانسی زلزله شده و اثرات مخربی در پی
داشته است. از طرفی وی به این مسئله اشاره کرد که با کنار گذاشتن فرض معمول طراحی پی مبتنی بر غیر خطی نشدن خاک میتوان از
رفتار غیر خطی خاک برای کاهش بار زلزله روی سازه استفاده نمود . ] Azuhataّ[ به آزمایش توسط میز لرزه ای برای مقایسه پاسخ
لرزهای سیستمهای سازهای گهوارهای که صفحه زیر ستون تسلیم شونده دارند با سیستم های پای گیردار پرداخت . به علاوه وی روش سادهای برای پیش بینی برش پایه که در آن سیستم های صفحه زیر ستون تسلیم شونده شروع به حرکت گهواره ای میکنند با استفاده از
سیستم تک جرمی معادل ارائه کرد . این محقق نتیجه گرفت که سیستم های صفحه زیر ستون تسلیم شونده به طور اثر بخشی می توانند
پاسخ لرزهای سازه را کاهش دهند.
سال ايل، شماره 1، زمستان 1393 ًُ
وشریه علمی - پژيهشی مهىدسی سازه ي ساخت اوجمه مهىدسی سازه ایران
در مطالعه حاضر به بررسی اثراندرکنش و حرکت گهواره ای بر روی رفتار غیر خطی سازه های فولادی مهاربندی شده همگرا و خمشی در
قابهای سه، پنج و هفت طبقه با استفاده از آ نالیز دینامیکی در دو حالت کف ستون صلب و کف ستون با حرکت گهواره ای و ایجاد
انعطافپذیری و اثر اندرکنش در آن پرداخته شده است.
ٍ- صحت سنجی
در این پژوهش به صحت سنجی نتایج یک مقاله در ارتباط با موضوع طرح شده پرداخته شده است و از درستی و دقت برنامه کامپیوتری
مورد استفاده که نرم افزار [ABAQUS 7] میباشد، اطمینان حاصل گردیده است که در این راستا یک ساختمان فولادی سه طبقه با
مقیاس 2 مدل واقعی که توسط [Midorikawa 6] مورد آزمایش قرارداده شده را توسط برنامه مدل سازی کرده و نتایج خروجی آن به
3
صورت زیر میباشد:
شکل (ٌ) مدل فیزیکی کف ستون تسلیم شونده جدول(ٌ) مقایسه مقادیر حداکثر تغییرمکان و بلندشدگی
حالت بلندشدگی تغییرمکان جانبی
ْ/ُ سانتیمتر ُ/ٍْ سانتیمتر
میزلرزان
ٌ/ٌٌ سانتیمتر َ/ٌَ سانتیمتر
مدل سازی
ٌٍدرصد َ/ٌَ درصد
اخلاف
َ- سازههای مورد مطالعه
مدلهای مورد مطالعه، قاب های َ بعدی سه، پنج و هفت طبقه ای هستند که دارای دو دهانه در جهت طولی (X) و یک دهانه در جهت عرضی((Y میباشند که مقدار دهانهها در جهت طولی ُ متر و در جهت عرضی َ متر میباشد. ارتفاع طبقات در طبقه اول َ/ٍ متر و در
دیگر طبقات ٍ/َ متر در نظر گرفته شده است. مقاطع مورد استفاده برای ستونها، تیرها و بادبندها به ترتیب BOX، IPE و UNP میباشد که به عنوان نمونه برای قاب پنج طبقه فولادی همگرا داریم:
سال ايل، شماره 1، زمستان 1393 ٌُ
وشریه علمی - پژيهشی مهىدسی سازه ي ساخت اوجمه مهىدسی سازه ایران
جدول (ٍ) مشخصات هندسی قاب پنج طبقه فولادی همگرا
طبقه تری ستون بادبند
1 IPE 270 Box 150x15 2UNP80
2 IPE 240 Box 150x15 2UNP80
3 IPE 240 Box 150x10 2UNP80
4 IPE 240 Box 150x10 2UNP80
5 IPE 220 Box 150x10 2UNP80
در انتهای هر ستون، کف ستون هایی مطابق شکل های (ٍ) و (َ) قرار گرفته است که برای ایجاد حرکت گهواره ای و بلندشدگی سازه،
دارای ُ بال به ضخامت ٌِ میلیمتر هستند که در انتهای این بال ها، ورقهایی با ضخامت ًُ میلیمتر قرار گرفته شده که نقش تکیه گاه را ایفاء میکند.
برای فولاد مورد استفاده در این مدل، از مدل دو خطی ایزوتروپیک1با معیار تسلیم y 240 N استفاده شده و فرض گردیده است که
mm 2
پس از رسیدن به نقطه تسلیم، منحنی تنش کرنش به صورت خطی ادامه یابد.
شکل (ٍ) مشخصات هندسی کف ستون تسلیم شونده شکل (َ) مدل اجزاء محدود کف ستون تسلیم شونده
ُ- مدل اجزاء محدود
آنالیز اجزا محدو د قابها با استفاده از نرم افزار [ABAQUS 7] بصورت سه بعدی انجام گردید، که به عنوان نمونه در شکل های ُ وِ
برای قابهای فولادی َ و ْ طبقه همگرا و خمشی نشان داده شده است.
در مدل سازی اجزاء سازه برای کف ستون و ستونهای طبقه اول از المان Shell و برای تیرها، بادبند ها و ستونهای دیگر طبقات از المان Wire استفاده شده است. در مدل سازی کف ستون مطابق شکل (َ) فرض شده است که انتهای بال ها به صورت گیردار است چراکه این
بالها به ورقهایی با ضخامت بالا متصل میشوند که نقش تکیهگاه را دارند.
