تغيير، يک، سيستم، هاي، اين، مي

مودهاي بالاتر با ابهاماتي روبه‌رو بوده است. در سال 2004 چوپرا وگوئل براي رفع اين نقيصه روش MMPA ارائه کردند. در تمام اين تحليل‌ها به علت آنکه الگوي بارگذاري ثابت است و باتوجه به کاهش سختي در طي تحليل الگوي بار بهنگام نمي شود همچنان اين آناليز ها ازنتايج خوبي برخوردار نبود.
پس از چوپرا وگوئل با انجام مطالعات‌و بررسي‌ها در جهت رفع نواقص روش هاي قبلي، روشهايي ابداع شد که در هرمرحله با کاهش سختي ناشي از تسليم اعضاء بارگذاري بهنگام مي شود و در سالهاي اخير توسط آنتونيو و پينهو جديدترين روشهاي پوش‌آور تطبيقي APA که به صورت يک مدل تحليل فيبري (Fiber)تحت عنوان روشهاي FAPوDAPتوسعه يافته است. در ادامه پس از مروری بر آنالیز های لرزه ای مورد استفاده در آئین نامه ها به شرح کامل آنالیز استاتیکی غیر خطی خواهیم پرداخت.
1-2- مروری بر روشهای تحلیل لرزهای سازه ها
به منظور بررسی رفتار سازه در مقابل زلزله و همچنین طراحی لرزه‌ای، نیاز به تحلیل لرزه‌ای میباشد. انتخاب نوع تحلیل بستگی به عواملی همچون دقت مورد انتظار و توصیة آیین نامهها دارد. آنالیز لرزه‌ای سازهها به چهار روش استاتیکی و دینامیکیِ خطی و غیرخطی انجام می‌شود که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد.
1-2-1- تحلیل استاتیکی معادل
این روش از متداولترین شیوه‌های تحلیل لرزه‌ای است که در تمام آیین نامه‌های زلزله دنیا با اختلافاتی جزئی نسبت به یکدیگر از آن استفاده شده است. روش کار بدین گونه است که برش پایه طرح که درصدی از وزن سازه است و توسط ضریبی به نام ضریب زلزله بدست می آید، بر اساس یک الگوی بارگذاری مشخص در امتداد قائم سازه توزیع و به آن وارد میگردد. پس از این مرحله با استفاده از ترکیبات بارگذاری توصیه شده توسط آیین نامهها، تحلیل سازه با فرضیات و تئوری های حاکم بر رفتار ارتجاعی و خطی، انجام می گیرد و نیروهای داخلی اعضا استخراج و سپس طراحی صورت می پذیرد.
الگوی بارگذاری در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد 2800 ایران) به شکل مثلثی و برگرفته از شکل مود اول الاستیک سازه است. در استاندارد 2800 ایران، نیروی برشی پایه ، مطابق رابطه زیر در ارتفاع ساختمان توزیع می گردد:
(1-1)
در رابطه (1-1):
: نیروی جانبی در تراز طبقهام، : ارتفاع طبقهام از تر از پایه،: ارتفاع طبقهام از تراز پایه، : وزن موثر طبقهام، : وزن موثر طبقهام و نیروی جانبی اضافی در تراز سقف که بوسیله رابطه زیر تعیین می شود:
(1-2)
نیروی نباید بیشتر از در نظر گرفته شود و چنانچه برابر یا کوچکتر از ثانیه باشد، می توان آن را برابر صفر اختیار نمود.
1-2-2- تحلیل دینامیکی خطی
از دیگر روشهای تحلیل لرزه‌ای سازهها که به طور کاربردی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد، تحلیل دینامیکی خطی است که به دو روش طیفی و تاریخچه زمانی صورت می‌پذیرد.
1-2-2-1- تحلیل دینامیکی طیفی یا تحلیل مودال
در این روش نیز مانند تحلیل استاتیکی معادل، رفتار اعضای سازه در طی تحلیل سازه ارتجاعی فرض می‌گردد. مشخصات دینامیکی سازه که در طی تحلیل از آن استفاده می‌گردد، مانند زمان تناوب مود‌ها و اشکال مودی، بر رفتار ارتجاعی استوار است. در این روش ابتدا مشخصات دینامیکی سازه در هر مود محاسبه می‌گردد (که امروزه این کار بوسیله نرم‌افزارهای تخصصی انجام می گیرد)، سپس شتاب پاسخ هر مود با توجه به زمان تناوب آن بر اساس طیف پاسخ زلزله مورد نظر یا طیف طرح آیین نامه محاسبه و به دنبال آن هر گونه پاسخ لرزه‌ای سازه در آن مود مانند برش پایه، نیروی طبقات، تغییرمکان نسبی طبقات، نیروی اعضا و … طبق مشخصات دینامیکی آن مود بدست خواهد آمد. پس از آن با استفاده از روشهای آماری معتبر مانند جذر مجموع مربعات(SRSS) یا ترکیب مربعی کامل(CQC) پاسخ مودها با یکدیگر ترکیب و به این ترتیب پاسخ کلی حاصل می‌گردد.
1-2-2-2- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی
فرضیات این تحلیل نیز مانند تحلیل طیفی خطی بر اساس رفتار ارتجاعی اعضا و سازه استوار است. شیوه تحلیل بدین گونه است که پی سازه تحت اثر شتابنگاشت زلزله مورد نظر با به کارگیری روابط دینامیک سازه تحلیل می‌شود و پاسخهای سازه در هر گام زمانی ثبت می گردد و مجموعهای موسوم به تاریخچه پاسخ حاصل می گردد. در نهایت مهندس طراح بر اساس تاریخچه های پاسخ سازه در مقابل شتابنگاشتها و اتکا بر دانش و قضاوت مهندسی، در مورد چگونگی کاربرد پاسخ ها جهت طراحی سازه تصمیم خواهد گرفت.
خصوصیات شتابنگاشتهای انتخاب شده جهت تحلیل به شرح زیر است.
الف- حداقل باید سه زوج شتاب نگاشت انتخاب گردد که در این صورت حداکثر بازتاب در هر لحظه زمانی از این سه زوج به عنوان بازتاب نهایی تلقی می‌گردد. از هفت زوج شتابنگاشت نیز جهت تحلیل می‌توان استفاده کرد که در این حالت، بازتاب نهایی مورد نظر، میانگین بازتاب‌های بدست آمده خواهد بود.
ب- ساختگاههای شتابنگاشتها باید به لحاظ ویژگیهای زمین شناسی، تکتونیکی، لرزه شناسی و خصوصیات لایه‌های خاک با زمین محل ساختمان، تا حد امکان مشابهت داشته باشند.
ج- مدت زمان حرکت شدید زمین در شتابنگاشتها، حداقل برابر با 10 ثانیه یا سه برابر زمان تناوب اصلی سازه، هرکدام که بیشتر است باشد .
1-2-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی
در تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی رفتار سازه در حوزه غیرارتجاعی تحت شتابنگاشت زلزله مورد نظر بررسی می‌گردد. جهت حصول نتایج مطلوب لازم است مشخصات غیرخطی اجزا از قبیل مقاومت، سختی، میزان شکل‌پذیری و همچنین رفتار چرخه‌ای کامل آنها که در نرم افزار مدلسازی می‌گردد، با مشخصات رفتار واقعی آنها مطابقت داشته باشد. این مشخصات معمولاً بوسیله مدلهای ساخته شده در آزمایشگاهها تعیین می شوند . محاسبه تحلیلی پاسخ دینامیکی سازهها در حوزه غیرخطی، حتی اگر تغییرات زمانی تابع تحریک، تابع سادهای باشد، معمولاً امکان پذیر نیست، در نتیجه روش اصلی برای تحلیل سیستم های غیرخطی، روشهای عددی است که از آن جمله می توان به دو روش تفاضل مرکزی و روش نیومارک اشاره نمود. امروزه این کار به عهده رایانه هاست و اساس تحلیل در آنها به روشهای عددی استوار است. در این روش در هر گام زمانی از تحلیل، سختی سازه اصلاح می گردد و پاسخ سازه در آن گام بر اساس سختی اصلاح شده محاسبه می گردد که ثبت پاسخ ها در گامهای زمانی مربوطه منجر به تهیه تاریخچه پاسخ واقعی سازه خواهد شد .
لازم بذکر است که تحلیل سازه به روش تاریخچه زمانی غیرخطی تا حدودی مشکل و وقت گیر است، ضمن اینکه مدلسازی اعضای آن و از طرف دیگر بررسی نتایج تحلیل نیاز به تخصص کافی در این زمینه دارد. این روش معمولاً جهت کارهای تحقیقاتی و تحلیل سازههای خاص و حساس بکار می رود.
بکارگیری روشهای دینامیکی در تحلیل لرزه‌ای کلیه سازه ها مناسب و اختیاری است، اما بر اساس استاندارد 2800 ایران برای ساختمانهای منظم با ارتفاع بیش از 50 متر از تراز پایه و ساختمانهای نامنظم بیش از 5 طبقه و یا ارتفاع بیش از 18 متر اجباری است.
با توجه به مسائل فوق و مشکل بودن این روش از تحلیل لرزه‌ای، محققین بدنبال روشی بوده اند که ضمن دارا بودن سرعت و دقت لازم در تحلیل، عملاً از سادگی نیز برخوردار باشد. حاصل تحقیقات، ارائه روش تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوشآور) در چند دهه گذشته و روند تکاملی آن در سالهای اخیر بوده است. در ادامه به این موضوع پرداخته می‌شود.
1-3- تحليل پوش آور مرسوم
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی
درسالهاي اخيرتحليل استاتيكي غيرخطي درمقايسه با تحليل هاي ديناميكي غيرخطي موردتوجه بيشتري قرارگرفته است.علت اين مسأله توانايي تحليل هاي استاتيكي غيرخطي درمحاسبه پارامترهاي سازهاي بدون نيازبه مدلسازي و محاسبات پيچيده خاص تحليل هاي ديناميكي غيرخطي است .
توضيح اينكه هرچند از روش هاي ديناميكي غيرخطي به دليل درنظرگرفتن توأم اثرات ديناميكي نيرو و رفتارغيرخطي اعضابه عنوان كاملترين روش ياد مي شود،امابه دليل مشكلاتي ازقبيل پيچيدگي،پرهزينه بودن وهمچنين حساسيت زياد نتايج آن به دقت مدل وفرضيات حركت زمين،كه عدم توجه به آنها باعث كاهش شديد دقت نتايج خواهدشد،باعث مي شود به سختي بتوان از اين روش براي مسائل كاربردي ومهندسي استفاده كرد.
عامل مهم ديگر يكه باعث تمايل بيشتر به استفاده ازروش تحليل استاتيك غيرخطي شده است، توانايي اين روش دردنبال كردن گام به گام رفتارسازه درطول عملكردغيرارتجاعي آن وتعقيب مكانيزم شكست دراعضاءمي باشد،كه اين مسأله درتحليل ديناميكي غيرخطي به سادگي ميسرنميشود. البته بايد توجه داشت كه دربكارگيري اين روش هاي ساده شده بايدعدم قطعيتهاراموردتوجه قرارداد تا بتوان روش مذكوررابه عنوان ابزاري در روش هاي طراحي براساس عملكردگنجاند.
اين روش به نحو مناسبي در سالهاي اخير مورد توجه مهندسين و محققين قرار گرفته و به عنوان ابزاري مناسب جهت تحليل و تخمين نياز لرزه‌اي سازه ها در محدوده غير خطي مورد استفاده قرار گرفته است. روش مذکور جاي خود را در بين روشهاي آناليز غير خطي به خوبي باز نموده تا جائيکه در سالهاي گذشته آيين نامه ها مباحث آنرا در سرفصل هاي خود جاي داده اند، تاکنون گزارشها و دستورالعمل هاي متعددي از جمله سري آيين نامه هاي FEMA، ATC و همچنين دستورالعمل بهسازي لرزه اي ايران در اين زمينه منتشر شده اند .
1-3-2- اساس تحليل استاتيکي فزاينده غير خطي
اساس کلي روش مذکور موسوم به آناليز پوش آور مرسوم بدينگونه است که يک بار جانبي مطابق با الگوي بارگذاري ثابت و مشخصي به صورت فزاينده و گام به گام تا رسيدن به يک تغيير مکان از پيش تعيين شده به نام تغيير مکان هدف و يا فرو ريزش و خرابي نهايي سازه به آن اعمال مي‌شود. سپس در آن تغيير مکان نيازهاي لرزه‌اي سازه مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. در شکل (1-1) مراحل اعمال بار جانبي به سازه و تغيير شکل آن از حالت ارتجاعي تا فروريزش نشان داده شده است .

شکل (1-1): مراحل اعمال بار جانبي به سازه، از ايجاد تغييرشکلهاي ارتجاعي تا آستانه فرو ريزش در آناليز پوش آور
در اين روش رفتار يک سيستم چند درجه آزاد از طريق يک سيستم يک درجه آزاد معادل مورد مطالعه قرار مي گيرد. سيستم يک درجه آزاد معادل نماينده يک سيستم چند درجه آزادي در يک مود مشخص است که داراي خصوصيات مشابهي از جمله پريود و رفتار خطي و يا غير خطي اجزاء مي‌باشد. اين مفهوم در مهندسي زلزله جايگاه و کاربرد ويژه اي دارد که مي توان به تهيه طيف پاسخ زلزله بوسيله آن اشاره نمود.
ارتباط اصلي بين اين دو سيستم در آناليز استاتيکي غير خطي بوسيله ضريب مشارکت مودي، مود اصلي سيستم چند درجه آزاد، ايجاد مي گردد. اين ضريب از رابطه (1-3) قابل محاسبه است.
(1-3)
که و به ترتيب بردار شکل مود اصلي و بردار جرم سيستم چند درجه آزاد مي‌باشند.
حال با داشتن ضريب انتقال و نتايج تحليل پوش آور سيستم چند درجه آزاد و بکارگيري رابطه (1-4) مشخصه هاي نيرو- تغيير شکل سيستم يک درجه آزاد تعيين مي‌گردند.
(1-4)
در روابط فوقو به ترتيب تغيير مکان (بام) و برش پايه نظير آن در سيستم چند درجه آزادي می باشند.
بدين ترتيب منحني ظرفيت سيستم يک درجه آزاد معادل قابل ترسيم است.
اگر چه اين روش از تئوري قوي برخوردار نيست اما مطالعات پژوهشگران نشان داده است که اگر مود اصلي در رفتار سازه حاکم باشد در نظر گرفتن ضريب انتقال به صورت ثابت در مقابل تغييرات کوچک تا متوسط بردار شکل هنوز مي تواند تخمين خوبي جهت تبديل سيستم چند درجه آزاد به يک درجه آزاد باشد.
حداکثر تغيير مکان سيستم يک درجه آزاد معادل، که در معرض حرکات زمين ناشي از زلزله قرار گرفته است را مي توان بوسيله طيف هاي ارتجاعي، غير ارتجاعي و يا آناليز تاريخچه زماني بدست آورد. پس از تعيين تغییر مکان در سيستم يک درجه آزاد، حداکثر تغيير مکان سيستم چند درجه آزاد با استفاده از رابطه (1-4) تخمين زده خواهد شد.
لازم به توضيح است که تخمين و محاسبه تغيير مکان حداکثر يک سيستم يک درجه آزاد در مقابل حرکات زمين، موسوم به تغيير مکان هدف از طريق طيف پاسخ و يا آناليز تاريخچه زماني گستردهاي همچون تحليل طيف ظرفيت را در بر مي‌گيرد.
1-3-3- مزايا و نتايج قابل حصول از آناليز پوش آور
با توجه به اينکه اين روش از تحليل، رفتار سازه را در حالت غير ارتجاعي نيز بررسي مي کند بسياري از خصوصيات رفتاري سازه که در روشهاي خطي قابل دستيابي و مشاهده نيست و از نظر پنهان مي‌ماند را هر چند همراه خطا و داراي تقريب، نمايان مي کند با چنين اطلاعاتي دقت و ميزان صحت تصميم گيري مهندس و يا محقق جهت اقدامات بعدي افزايش مي يابد از جمله موارد کلي استفاده از نتايج تحليل پوش آور مي توان به تهيه منحني ظرفيت سازه (برش پايه در مقابل تغيير مکان بام) در مقابل بار جانبي اعمال شده تخمين تغيير مکان نسبي طبقات، برآورد ميزان چرخش مفاصل پلاستيک ايجاد شده، تخمين تغيير مکان جانبي سازه و هرگونه پاسخ سازه نسبت به حرکات زمين و بار جانبي که جهت بررسي رفتار لرزه اي سازه بدان نياز داريم اشاره نمود.
نتايج قابل مشاهده و دريافت از آناليز استاتيکي غير خطي که توسط کراوينکلر و سنويراتنا (1988) ارائه شده به قرار زير است .
1- برآورد نيروهاي واقعي در اعضاي ترد و غير شکل پذير از قبيل نيروي محوري در ستونها و لنگر ايجاد شده در اتصالات تير به ستون و برش در اعضاي کوتاه که رفتار برشي در آنها حاکم است.
2- تخمين تغيير شکل مورد نياز اجزاء سازه که جهت اتلاف انرژي ناشي از زلزله بايد در ناحيه غير ارتجاعي تحمل نمايند.
3- اثرات کاهش مقاومت اجزاي خاص بر پايداري سازه.
4- تعيين محل هاي بحراني در سازه مانند مکانهايي که دچار تغيير شکل هاي زياد مي شوند.
5- تعيين نامنظمي هاي در پلان يا ارتفاع که باعث تغيير در مشخصات ديناميکي سازه در ناحيه غير ارتجاعي مي گردند.
6- تخمين تغيير مکانهاي داخلي طبقات با در نظر گيري ناپيوستگي سختي و مقاومت (مانند طبقه نرم) و جلوگير

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *