پایان نامه ها

هاي، اي، براي، زلزله، لرزه، نامتقارن

ابعاد هندسی آن قابل محاسبه می باشد ودر نتیجه در خلال تعیین مقاومت اعضـا
در سازه هایی که ابعاد هندسی ال مانهاي باربر جانبی ثابت می مانند محل مرکز سختی ثابت بـاقی مـی
ماند. نحوه رفتار المانها با این فرض در شکل (a -1) نشان داده شده است مطالعات اخیر نشـان داده
است که این فرض در مورد بخش قابل توجهی از المانها که امروزه در ساخت سـاختمانها بکـار مـی
روند معتبر نمی باشد . در این سري از المانها که از آنها با المانهاي نوع D نام برده می شود بـا تغییـر
مقاومت ولی با فرض ثابت ماندن ابعاد، عملا تغییرمکان حدجاري شدن المان دچـار تغییـرات جزئـی
شده ولذا این سختی المان است که تابع میزان مقاومت وتغییرمکان حدجاري شدن می باشد. بنـابراین
در هنگام توزیع نیرو وتعیین مقاومت المانهاي باربرجانبی ، با تغییـر مرکـز مقا ومـت سـاختمان مرکـز
5
سختی المان نیزمتناسب با آن تغییرمی نماید. نحوه رفتار اینگونه المانها در شـکل (b -1) نشـان داده
شده است

شکل – (1-1) رفتار نیرو ـ تغییر مکان المانها
ساختمانهایی که با توجه به عملکرد هاي متفاوتی که در سطوح خطر محتمل از آنهـا انتظـار مـی
رود دچار درجات متفاوتی از رفتارهاي غیر خطی می گردند ممکن است بـراي آنهـا آرایـش مناسـب
مراکز سختی،مقاومت وجرم در هر سطح عملکرد متفاوت باشد. به عنوان نمونه زمانیکه سـاختمانی در
سطح خطرمشخص براي سطح عملکرد سـکونت بـی وقفـه طراحـی مـی گـردد، در ایـن صـورت از
ساختمان انتظار رفتارغیرخطی قابل توجهی نمی رود و می توان انتظار داشت که مناسب ترین آرایـش
مراکز مقاومت، سختی وجرم آرایشی است که در آن مرکز جرم برمرکز سختی منطبق گـردد. در حـالی
که احتمالا این آرایش براي ساختمانی که ازآن انتظار عملکرد ایمنی جانی می رود یعنی ساختمانی که
حین زلزله رفتار غیرخطی قابل ملاحظه از خود نشان میدهد مناسب نمی باشد. بطور کلی براي کنترل
عملکرد سازه، میزان خسارات وارده به ساختمان در حین زلزله محدود می گردد. براي این منظـور از
6
پارامترهاي خسارت مختلف که شرایط خسارات سازه اي وغیر سازه اي را نشان می دهند استفاده می
گرددمعمولا. براي کنترل خسارات سازه اي از تغییرشکل یا دوران پلاستیک، تغییرمکان نسبی طبقـات
ویا از شکل پذیري استفاده مـی شـود. بـراي کنتـرل میـزان خسـارات عناصـر غیـر سـازه اي نیـزاز
پارامترهایی نظیر تغییرمکان نسبی طبقات ویا شتاب طبقه استفاده می گردد. از جمله عوامل دیگري که
برآرایش مناسب مرکز جرم، سختی ومقاومت تاثیر می گذارد نوع پارامترمورد بررسـی مـی باشـد. بـه
عنوان نمونه آرایشی که می تواند میزان شکل پذیري در عضو بحرانـی را بهبـود بخشـد لزومـا سـبب
بهبود پارامتر تغییرمکان نسبی بین طبقات نمی گردد. رفتار پیچشی سازه ها معمولا بـه عوامـل متعـدد
وپارامترهاي متنوع که تابع مشخصات سازه است بستگی دارد. زمانیکه مسـاله در محـدوده غیرخطـی
مورد بررسی قرار می گیرد،تعداد پارامترهاي حاکم بر مساله افزایش می یابد. این مساله با توجـه بـه
محدودیتهاي محاسباتی در گذشته سبب شده تا اکثر مطالعات پیچشی انجام شده برروي مدلهاي ساده
انجام گیرند. این مدلها معمولا یک طبقه وبا المانهاي مقاوم برشی در یک جهت می باشند ومطالعـات
کمتري برروي مدلهاي چند طبقه یا مدلهاي با سیستم مقاوم در هر دو جهت وتحت اثر نگاشـتهاي دو
مولفه اي انجام گرفته است. واضح است که رفتارپیچشی سازه ممکن است اثرات مخربی را بـر رفتـار
سازه در حین زلزله هاي شدید داشته باشد. بـه دلیـل تعـداد زیـاد پارامترهـاي مـوثربر رفتـار پیچشـی
ساختمان هاي نامتقارن هنوز رفتار این نوع ساختمانها بـه طـور کامـل درك نشـده اسـت . هـر چنـد
مطالعات نسبتا وسیعی در زمینه رفتار غیرخطی ساختمانهاي یک طبقه نامتقارن صـورت گرفتـه اسـت
1]،[2 ولی هنوز نمی توان با اطمینان نتایج حاصل از این تحقیقات را به ساختمانهاي چندطبقه تعمیم
داد واز سوي دیگر مدلهاي عددي پیچیده ، روشی کاربردي براي تحقیق باشند.
با توجه به پیشرفت علم مهندسی زلزله در سالهاي اخیـر، شـناخت فاکتورهـاي جدیـد طراحـی
ساختمانها نیاز به مطالعات بیشتري دارد.در این زمینه بیشـترین تاکیـد در گسـترش طراحـی براسـاس
عملکرد خواهد بود که شامل حرکات زمین ومطالعات جدید تجربی وتحلیلی در مورد شناخت رفتـار
اجزاي ساختمان می باشدمحققین براساس مطالعاتی که بر روي اثرات زمین لرزه هایی همچون زمین
لرزه 6.7 ریشتري نورتریج در ایالات متحده در سال 1994 وزلزله 7.1 ریشتري لوما پریتا وهمچنین
زمین لرزه کوبه ژاپن در سال 1995وموارد دیگر انجام داده اند. مشاهده کردند سازه هایی که بـا آیـین
7
نامه هاي متداول طراحی شده اند ، از لحاظ تامین امنیت وسلامت جانی ساکنین ، عملکرد خـوبی از
خود نشان داده اند، اما بدلیل گستردگی خرابیهاي ساختمانها ، زیانهاي اقتصادي ومالی زیـادي بـه بـار
آمد. این امر سبب شد تا نیاز شدید به دستورالعملها وآیین نامه هایی که قابلیـت کنتـرل کـردن میـزان
خسارات در زلزله هاي متوسط را دارا باشند احساس شود. در نتیجه مجموعه آیین نامه ها ودستورات
مبتنی بر طراحی براساس عملکرد ایجاد شدند که به عنوان نمونـه مـی تـوان از دسـتورالعملهاي- 40
ATC،FEMA 356 نام برد. [3]
امروزه اعتقاد بر این است که تنها در نظر گرفتن سطح عملکرد مصونیت جانی براي طـرح لـرزه
اي در نواحی فعال لرزه اي کافی نیست. در ضمن طرح لرزه اي را از نظرهاي دیگر، که همان هزینـه
هاي مرمت وزمان بازسازي کامل هستند باید مد نظر قرار داد. از این رو در چنـد سـال اخیـر تـلاش
وتحقیقات بسیاري توسط محققین صورت گرفته تا راهکارها و روشهایی بـراي ارزیـابی دقیـق تـر از
رفتار سازه ارائه گردد ودر واقع بتوان سازه اي طراحی کرد که در برابر زلزله مشـخص، رفتـار معینـی
داشته باشد.
عملکرد سازه ها در مقابل زمین لرزه وسطوح مختلف عملکرد در برابر زلزله ها بـا سـطح خطـر
معین مبانی اصلی روش طراحی بر اساس عملکرد می باشند. در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابـر
زلزله (استاندارد (2800،ضوابط ومقرراتی براي طراحی واجـراي سـاختمانها در برابراثرهـاي ناشـی از
زلزله ارائه شده است.» بطور کلی با رعایت این آیین نامه انتظـارمی رود بـا حفـظ ایسـتایی سـاختمان
درزلزله هاي شدید (زلزله طرح) تلفات جانی به حداقل برسـد ونیـز سـاختمان در برابـر زلزلـه هـاي
خفیف ومتوسط (زلزله سطح بهره برداري ) بدون وارد شدن آسیب عمده سـازه اي قـادر بـه مقاومـت
باشد«[19]
در استاندارد 2800 به منظور تحلیل وطراحی سازه براي اهداف تعریف شـده، از روشـهاي خطـی
والاستیک استفاده می گردد که در آن پارامتر اصلی پاسخی که معیار کنترل سـازه واجـزاء آن در نظـر
گرفته شده،نیرو می باشد و این در حالی است که سـازه در هنگـام وقـوع زمـین لـرزه از خـود رفتـار
غیرخطی نشان می دهد. آیین نامه براي در نظر گرفتن این رفتار سازه وهمچنین اثرات حرکات زمـین
8
بر سازه از ضریب کاهش نیرو که به عنوان ضریب اصلاح پاسخ یا ضـریب رفتـارR نامیـده مـی شـود
استفاده می کند.
از کاربردهاي ضریب رفتار R در این آیـین نامـه مـی تـوان تعیـین بـرش پایـه طراحـی، کنتـرل
تغییرمکان نسبی طبقات، محاسبه بیشترین تغییرمکان غیر الاستیک مورد انتظـار بـر مبنـاي تغییرمکـان
الاستیک ناشی از نیروهاي طراحی وهمچنین محاسبه نیروهاي واقعی اجزایی از سازه که عامل کنتـرل
طراحی در آنها نیرو می باشد نام برد . اما می دانیم که ضریب رفتار Rبه عوامل متعدد وپیچیده زیادي
بستگی دارد وهمچنین معیار نیرو نمی تواند عملکرد واقعی سازه واجـزاي آنهـا ویـا میـزان خسـارت
وآسیب وارده را در حالت غیرخطی نشان دهد.
حال این سوال مطرح می شود که آیا اهداف عملکر دي پیش بینـی شـده در اسـتاندارد 2800 بـا
توجه به سطوح خطر زمین لرزه ارائه شده در آن، براي ساختمانهایی که براسـاس ضـوابط ایـن آیـین
نامه طراحی می شود تامین می گردد؟
در ایــن تحقیــق تــلاش مــی گــردد بــا اســتفاده از اصــول مهندســی زلزلــه بــر اســاس ســطح
عملکرد،وضعیت سطوح عملکردي ساختمانهاي نامتقارن که داراي مهاربند واگرا هسـتند ، تحـت اثـر
سطح خطر زمین لرزه نوع یک تعیین گردد.
(2-1 تاریخچه
در دهه هاي اولیه قرن بیستم واژه هاي مقاومت و عملکرد هم معنی متصور می شدند واز حـدود
25 سال پیش بود که تفاوت این دو واژه مشخص گردید ومشاهده شد که افزایش مقاومـت لزومـا بـه
معناي ایمنی بیشتر وخرابی کمتر نیست. محققین نشان دادند که توزیع مقاومت در اجزاء سـازه،معیـار
با اهمیت تري از کل مقاومت سازه می باشد . به عنوان مثال نشان داده شد که تشکیل مفاصل خمیري
در محل اتصال تیر به ستون برروي تیر، مناسب تر از تشکیل آنها بـر روي سـتون اسـت (تیرضـعیف
وستون قوي)
دستاوردهایی از این دست را می توان آغاز عصر طراحـی براسـاس عملکـرد نامیـد .[9] مفـاهیم
طراحی بر اساس عملکرد در ایالات متحده گسترش پیدا کـرده وبصـورت گسـترده اي پایـه واسـاس
9
پروژه هاي آینده را تشکیل می دهد . بخصوص مطالبی که در قالب FEMA-356 جمع آوري شـده
است وشامل سطوح عملکرد تخریب کامل،مصونیت جانی، استقرار فوري پس از زلزله می باشد.[9]
در نیوزلنــد دســتورالعمل ) NZNSEE راهنمــاي ریســک لــرزه اي ســاختمان) معیــار ریســک
،معیارهاي عملکرد لرزه اي وبطور ضمنی اهداف عملکردي را در بر دارد . بااین وجود این اهداف بـه
جاي ادامه یافتن سرویس دهی ساختمان بعد از زلزله، بطـور انحصـاري مربـوط بـه مصـونیت جـانی
وجلوگیري از ویرانی کامل هستند. [10]
تعــداد زیــادي از محققــین در طــول ســالیان گذشــته بــر روي ایــن موضــوع کــار کــرده انــد.
از جمله ایـن محققـین [11] Potuan Chen مـیبا شـند کـه تحقیقـاتی بـرروي طراحـی براسـاس
عملکردCollins R .,Kevin لرزه اي ساختمانهاي فـولادي نامتقـارن بااسـتفاده ازتحلیلهـاي اسـتاتیکی
ودینامیکی غیرخطی انجام داده اند. آنها با تعریف یک سیستم یک درجـه آزاد معـادل، رفتـار لـرزه اي
یک ساختمان نامتقارن دو طبقه را مو رد ارزیابی قرار دادند وبه این نتیجه رسیدند کـه اثـر نـوع خـاك
وسطح خطر زلزله بیش از پیچش در طراحی موثر است والبته ذکـر کردنـد کـه ایـن تحقیقـات کـافی
نیست وباید ساختمانهایی با طبقات وپیچیدگی هاي بیشتر مورد ارزیـابی قـرا ر گیرنـد . از محققـین
دیگري که بر روي این موضوع کار کرده اند می توان به [3] Ahmed Ghobarah اشاره کـرد
که ذکر می کند هدف طراحی در آیین نامه هاي رایج ایمنی جانی است یعنی در زلزله هاي کوچک و
متوسط، آسیب محدود ودر زلزله هاي بزرگ ، جلوگیري از فروریزش مد نظر است . ولی میزان قابل
اعتماد بودن طراحی ،براي رسیدن به آن اهداف مشخص نیست وپیش بینی می کند که طراحـی لـرزه
اي در آینده باید مبتنی بر معیارهاي عملکردي مشخص باشد، که سطوح خطـر مختلـف را نیـز در بـر
گیرد که البته این امر بستگی مستقیم دارد به تعریف دقیق از اهداف عملکـرد ، روش یکسـان در مـدل
کردن حرکات زمین، ارزیابی دقیق ظرفیت اعضاء، تعیین دقیق معیارهاي عملکرد وارتباط دادن آنها بـه
پارامترهاي پاسخ مانند : تنش،کرنش،جابجایی وشتاب.
در تحقیقــی دیگــر [12] کــه G.H.Brameld ,D.P.Thambiratnam,M.N.Bugeja بــر
روي اثر خروج از مرکزیت سختی ومقاومت بر پاسخ غیرخطی ساختمانهاي نامتقارن انجام داده اند بـا
ارائه یک مدل تحلیلی که پارامترهاي کلیدي و ویژگیهاي دینامیکی سازه هاي واقعی را منظور می کند
10
به این نتیجه رسیده اند که خروج از مرکزیت مقاومت بیشـتر از خـروج از مرکزیـت سـختی بـرروي
پاسخ غیرخطی ساختمان نامتقارن اثر می گذارد.
[13]A.S.Moghadam. نیــز بــا مطالعــه بــر روي یــک ســاختمان بتنــی هفــت طبقــه
نامتقارنTso.k.w به این نتیجه رسیده اند که در ساختمانهاي نامتقارن که اثر پیچش در آنها مهم اسـت
بجاي استفاده از آنالیز پوش آور سه بعدي می توان ابتدا با استفاده از تحلیل دینامیکی خطی سه بعدي
،چندین تغییرمکان هدف که هر کدام مربوط به یکی از قابهاي بـاربر جـانبی اسـت را تعیـین کـرده و
سپس براي هر کدام از این قابها به تنهایی تحلیل پوش آور دوبعـدي انجـام داد. دقـت ایـن روش در
تخمین پاسخهاي لرزه اي ساختمان بسیار بالاست وحتی درسمت سخت ساختمان دقـت بیشـتري را
نسبت به آنالیز پوش آور سه بعدي دارا می باشد.
بطورکلی مفاهیم طراحی براساس عملکرد در دستورالعملهاي FEMA-356 وA TC-40معرفـی
شده اند این اسناد ومدارك بهترین جزئیات تجربی را جهت شناخت ومقاوم سازي سـاختمانها در بـر
دارند.
(3-1 اصول وپایه هاي نظري پژوهش
براي سالیان متمادي روش استاتیکی جهت تحلیل وطراحی سازه هاي متداول مورد اسـتفاده قـرار
گرفته است. در این روش نیروي جانبی ناشی از حرکت پایه که معمولا به عنوان نیروي جانبی زلزلـه
شناخته می شود به صورت ضریبی از وزن سازه معرفی مـی گـردد. در روش تحلیـل خطـی حـداکثر
نیروي محتمل زلزله با توجه به نوع زمین وخطر نسـبی زلزلـه در منطقـه مـورد نظـر توسـط ضـریب
رفتار((R کاهش داده شده و فرض می گردد که سازه نیروي مورد نظر را با رفتار خطی خـود تحمـل
خواهد کرد.
مقدار ضریب رفتار که تابع پارامترهایی چون شکل پـذیري سازه،اضـافه مقاومـت سـازه ودرجـه
نامعینی سازه است ،براي کلیه سازه ها با سیستم سازه اي یکسان ،مقداري ثابـت در نظـر گرفتـه مـی
شود. اما تحقیقات نشان می دهد مقدار ضریب رفتار براي سازه هایی با سیستم سـازه اي یکسـان امـا
متفاوت در پیکر بندي وارتفاع ،متفاوت می باشـد. عـلاوه بروجـود پـارامتر سـوال برانگیـز ضـریب
11
رفتار،روش خطی قادر به ارائه هیچ گونه اطلاعاتی در مورد رفتار سازه در حوزه غیـر ارتجـاعی نمـی
باشد.
ازمیان کلیه روشهاي موجود براي تحلیل سازه هـا ،روش تحلیـل غیرخطـی دینـامیکی بـه عنـوان
بهترین ودقیق ترین روش شناخته شده است. پیچیدگی هاي خاص این روش که مستلزم صرف زمان
وهزینه هاي قابل توجهی بوده ونیاز به یک نرم افزار مناسب دارد تا بتوانـد رفتـار غیرخطـی را

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

دیدگاهتان را بنویسید

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