تغییر، یک، سیستم، های، این، می

مودهای بالاتر با ابهاماتی روبه‌رو بوده است. در سال 2004 چوپرا وگوئل برای رفع این نقیصه روش MMPA ارائه کردند. در تمام این تحلیل‌ها به علت آنکه الگوی بارگذاری ثابت است و باتوجه به کاهش سختی در طی تحلیل الگوی بار بهنگام نمی شود همچنان این آنالیز ها ازنتایج خوبی برخوردار نبود.
پس از چوپرا وگوئل با انجام مطالعات‌و بررسی‌ها در جهت رفع نواقص روش های قبلی، روشهایی ابداع شد که در هرمرحله با کاهش سختی ناشی از تسلیم اعضاء بارگذاری بهنگام می شود و در سالهای اخیر توسط آنتونیو و پینهو جدیدترین روشهای پوش‌آور تطبیقی APA که به صورت یک مدل تحلیل فیبری (Fiber)تحت عنوان روشهای FAPوDAPتوسعه یافته 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 توصیه 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- تحلیل پوش آور مرسوم
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی
درسالهای اخیرتحلیل استاتیکی غیرخطی درمقایسه با تحلیل های دینامیکی غیرخطی موردتوجه بیشتری قرارگرفته است.علت این مسأله توانایی تحلیل های استاتیکی غیرخطی درمحاسبه پارامترهای سازهای بدون نیازبه مدلسازی و محاسبات پیچیده خاص تحلیل های دینامیکی غیرخطی است .
توضیح اینکه هرچند از روش های دینامیکی غیرخطی به دلیل درنظرگرفتن توأم اثرات دینامیکی نیرو و رفتارغیرخطی اعضابه عنوان کاملترین روش یاد می شود،امابه دلیل مشکلاتی ازقبیل پیچیدگی،پرهزینه بودن وهمچنین حساسیت زیاد نتایج آن به دقت مدل وفرضیات حرکت زمین،که عدم توجه به آنها باعث کاهش شدید دقت نتایج خواهدشد،باعث می شود به سختی بتوان از این روش برای مسائل کاربردی ومهندسی استفاده کرد.
عامل مهم دیگر یکه باعث تمایل بیشتر به استفاده ازروش تحلیل استاتیک غیرخطی شده است، توانایی این روش دردنبال کردن گام به گام رفتارسازه درطول عملکردغیرارتجاعی آن وتعقیب مکانیزم شکست دراعضاءمی باشد،که این مسأله درتحلیل دینامیکی غیرخطی به سادگی میسرنمیشود. البته باید توجه داشت که دربکارگیری این روش های ساده شده بایدعدم قطعیتهاراموردتوجه قرارداد تا بتوان روش مذکوررابه عنوان ابزاری در روش های طراحی براساس عملکردگنجاند.
این روش به نحو مناسبی در سالهای اخیر مورد توجه مهندسین و محققین قرار گرفته و به عنوان ابزاری مناسب جهت تحلیل و تخمین نیاز لرزه‌ای سازه ها در محدوده غیر خطی مورد استفاده قرار گرفته است. روش مذکور جای خود را در بین روشهای آنالیز غیر خطی به خوبی باز نموده تا جائیکه در سالهای گذشته آیین نامه ها مباحث آنرا در سرفصل های خود جای داده اند، تاکنون گزارشها و دستورالعمل های متعددی از جمله سری آیین نامه های FEMA، ATC و همچنین دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران در این زمینه منتشر شده اند .
1-3-2- اساس تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی
اساس کلی روش مذکور موسوم به آنالیز پوش آور مرسوم بدینگونه است که یک بار جانبی مطابق با الگوی بارگذاری ثابت و مشخصی به صورت فزاینده و گام به گام تا رسیدن به یک تغییر مکان از پیش تعیین شده به نام تغییر مکان هدف و یا فرو ریزش و خرابی نهایی سازه به آن اعمال می‌شود. سپس در آن تغییر مکان نیازهای لرزه‌ای سازه مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در شکل (1-1) مراحل اعمال بار جانبی به سازه و تغییر شکل آن از حالت ارتجاعی تا فروریزش نشان داده شده است .

شکل (1-1): مراحل اعمال بار جانبی به سازه، از ایجاد تغییرشکلهای ارتجاعی تا آستانه فرو ریزش در آنالیز پوش آور
در این روش رفتار یک سیستم چند درجه آزاد از طریق یک سیستم یک درجه آزاد معادل مورد مطالعه قرار می گیرد. سیستم یک درجه آزاد معادل نماینده یک سیستم چند درجه آزادی در یک مود مشخص است که دارای خصوصیات مشابهی از جمله پریود و رفتار خطی و یا غیر خطی اجزاء می‌باشد. این مفهوم در مهندسی زلزله جایگاه و کاربرد ویژه ای دارد که می توان به تهیه طیف پاسخ زلزله بوسیله آن اشاره نمود.
ارتباط اصلی بین این دو سیستم در آنالیز استاتیکی غیر خطی بوسیله ضریب مشارکت مودی، مود اصلی سیستم چند درجه آزاد، ایجاد می گردد. این ضریب از رابطه (1-3) قابل محاسبه است.
(1-3)
که و به ترتیب بردار شکل مود اصلی و بردار جرم سیستم چند درجه آزاد می‌باشند.
حال با داشتن ضریب انتقال و نتایج تحلیل پوش آور سیستم چند درجه آزاد و بکارگیری رابطه (1-4) مشخصه های نیرو- تغییر شکل سیستم یک درجه آزاد تعیین می‌گردند.
(1-4)
در روابط فوقو به ترتیب تغییر مکان (بام) و برش پایه نظیر آن در سیستم چند درجه آزادی می باشند.
بدین ترتیب منحنی ظرفیت سیستم یک درجه آزاد معادل قابل ترسیم است.
اگر چه این روش از تئوری قوی برخوردار نیست اما مطالعات پژوهشگران نشان داده است که اگر مود اصلی در رفتار سازه حاکم باشد در نظر گرفتن ضریب انتقال به صورت ثابت در مقابل تغییرات کوچک تا متوسط بردار شکل هنوز می تواند تخمین خوبی جهت تبدیل سیستم چند درجه آزاد به یک درجه آزاد باشد.
حداکثر تغییر مکان سیستم یک درجه آزاد معادل، که در معرض حرکات زمین ناشی از زلزله قرار گرفته است را می توان بوسیله طیف های ارتجاعی، غیر ارتجاعی و یا آنالیز تاریخچه زمانی بدست آورد. پس از تعیین تغییر مکان در سیستم یک درجه آزاد، حداکثر تغییر مکان سیستم چند درجه آزاد با استفاده از رابطه (1-4) تخمین زده خواهد شد.
لازم به توضیح است که تخمین و محاسبه تغییر مکان حداکثر یک سیستم یک درجه آزاد در مقابل حرکات زمین، موسوم به تغییر مکان هدف از طریق طیف پاسخ و یا آنالیز تاریخچه زمانی گستردهای همچون تحلیل طیف ظرفیت را در بر می‌گیرد.
1-3-3- مزایا و نتایج قابل حصول از آنالیز پوش آور
با توجه به اینکه این روش از تحلیل، رفتار سازه را در حالت غیر ارتجاعی نیز بررسی می کند بسیاری از خصوصیات رفتاری سازه که در روشهای خطی قابل دستیابی و مشاهده نیست و از نظر پنهان می‌ماند را هر چند همراه خطا و دارای تقریب، نمایان می کند با چنین اطلاعاتی دقت و میزان صحت تصمیم گیری مهندس و یا محقق جهت اقدامات بعدی افزایش می یابد از جمله موارد کلی استفاده از نتایج تحلیل پوش آور می توان به تهیه منحنی ظرفیت سازه (برش پایه در مقابل تغییر مکان بام) در مقابل بار جانبی اعمال شده تخمین تغییر مکان نسبی طبقات، برآورد میزان چرخش مفاصل پلاستیک ایجاد شده، تخمین تغییر مکان جانبی سازه و هرگونه پاسخ سازه نسبت به حرکات زمین و بار جانبی که جهت بررسی رفتار لرزه ای سازه بدان نیاز داریم اشاره نمود.
نتایج قابل مشاهده و دریافت از آنالیز استاتیکی غیر خطی که توسط کراوینکلر و سنویراتنا (1988) ارائه شده به قرار زیر است .
1- برآورد نیروهای واقعی در اعضای ترد و غیر شکل پذیر از قبیل نیروی محوری در ستونها و لنگر ایجاد شده در اتصالات تیر به ستون و برش در اعضای کوتاه که رفتار برشی در آنها حاکم است.
2- تخمین تغییر شکل مورد نیاز اجزاء سازه که جهت اتلاف انرژی ناشی از زلزله باید در ناحیه غیر ارتجاعی تحمل نمایند.
3- اثرات کاهش مقاومت اجزای خاص بر پایداری سازه.
4- تعیین محل های بحرانی در سازه مانند مکانهایی که دچار تغییر شکل های زیاد می شوند.
5- تعیین نامنظمی های در پلان یا ارتفاع که باعث تغییر در مشخصات دینامیکی سازه در ناحیه غیر ارتجاعی می گردند.
6- تخمین تغییر مکانهای داخلی طبقات با در نظر گیری ناپیوستگی سختی و مقاومت (مانند طبقه نرم) و جلوگیر

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

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