هاي، لرزه، شکنندگی، زلزله، اي، كه

2 پیشنهادها………………………………………………………………………………………………………………………..95
منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………..97
ضمیمه…………………………………………………………………………………………………………………………………..104

فصل اول
کلیات تحقیق
1-1 مقدمه
انسان از آغاز خلقت همواره با موضوع بلاياي طبيعي مواجه بوده و تلاش نموده است تا اين حوادث و سوانح طبيعت را مديريت و كنترل نمايد و زندگي خود را از اين خطرات، ايمن و محفوظ دارد. از ميان بلاياي طبيعي، زلزله از ويژگيهاي خاصي برخوردار بوده و در قرن گذشته با توجه به عوامل زير اهميت بيشتري به مديريت بحران زلزله داده شده است:
افزايش تعداد شهر ها در نقاط مختلف كه بسياري در مناطق فعال لرزه خيز واقعند.
گسترش و توسعه شهرها به گونهاي كه گسلهاي زيادي در داخل شهرها قرار گرفتهاند.
افزايش تراكم جمعيت شهرها كه باعث افزايش تعداد قربانيان زلزله گرديده است.
افزايش كمي و كيفي تأسيسات و امكانات مختلف شهري، كه باعث افزايش سرمایهگذاري انسان در شهرها و گسترش خسارات مالي ناشي از زلزله شده است.
پيشرفت دانش لرزه شناسي و مهندسي زلزله، كه بشر را قادر به ثبت اطلاعات زلزله هاي گذشته و تجزيه و تحليل هر چه دقيقتر آنها نموده است.
ايران از نظر لرزه خيزي در منطقهي فعال جهان قرار دارد و به گواهي اطلاعات حاصل از مستندات علمي و مشاهدات قرن بيستم از خطر پذيرترين مناطق جهان در اثر زمين لرزه هاي پرقدرت محسوب میشود. در سال هاي اخير به طور متوسط هر پنج سال يك زمين لرزه با صدمات جاني و مالي بسيار بالا در نقطه اي از كشور رخ داده است و در حال حاضر ايران در صدر كشور هايي است كه وقوع زلزله در آن با تلفات جاني بالا همراه است.
گرچه جلوگيري كامل از خسارات ناشي از زلزله هاي شديد بسيار دشوار و حتی غیر ممکن است، ليكن با افزايش سطح اطلاعات در رابطه با لرزه خيزي كشور و مطالعه دقيق وضعيت آسيب پذيري ساختمان ها، تأسیسات زیربنایی و شریان های حیاتی و ايمن سازي و مقاوم سازي صحيح و اصولي آنها، مي توان تا حد مطلوب تلفات و خسارات ناشي از زلزله هاي آتي را كاهش داد.
امروزه یکی از راه های بررسی آسیب پذیری ساختمان های موجود، استفاده از منحنی های شکنندگی می باشد که این منحنی ها می توانند کاربرد های فراوانی قبل و بعد از زلزله داشته باشند.
1-2 شرح مسئله
خطر لرزه اي بیانگر پتانسیل خسارت ایجاد شده در سازه ناشی از وقوع زلزله است. خسارت یا شکست در سیستم سازه اي، بصورت عدم حفظ عملکرد مطلوب آن در هنگام وقوع زلزله تعریف میشود ( Nielson، 2005 ).
به منظور تحلیل شکست از دیدگاه مهندسی در یک سیستم سازهای، بایستی آستانه ی رخداد شکست با استفاده از پارامتر های ریاضی به صورت کمی بیان شود. یکی از پارامتر هاي مهم در برآورد خسارت سازه اي بزرگی و شدت زمین لرزه میباشد. از جمله پارامتر هایی که در تحلیل شکنندگی بعنوان معیار بزرگی و شدت جنبش هاي لرزه اي زمین در نظر گرفته میشود، میتوان از بیشینه شتاب زمین (PGA)، بیشینه سرعت زمین (PGV)، بیشینه تغییر مکان زمین (PGD)، شتاب طیفی (Sa)، سرعت طیفی (Sv)، تغییر مکان طیفی (Sd) و شدت مرکالی نام برد( شهسوار، 1381).
در برآورد خطر لرزه اي سازه پارامتر هایی نظیر شکل پذیري تغییر مکانی، شکل پذیري انحنایی، تغییر مکان مطلق عضو، انرژي هیسترتیک جذب شده توسط المان و …. براي تعیین حالات خسارت مورد استفاده قرار میگیرد. در تحلیل آسیب پذیري یک سیستم، به دنبال جمع آوري و پردازش داده هاي پاسخ سازه تحت اعمال جنبش شدید زمین هستیم. به منظور پردازش آماري رفتار سازه هاي مختلف، با استفاده از تئوري احتمالات می توان ارتباط بین شدت زلزله و آسیب پذیري سازه ها را در قالبی آماري مورد بررسی قرارداد. بررسی این ارتباط از دو دیدگاه حائز اهمیت است:
با در دست داشتن ارتباط آماري بین شدت زلزله و گسترده آسیب سازه ها می توان پیامد هاي رخداد زلزله هاي آینده را پیش بینی نمود.
با شناخت بیشتر نقص هاي موجود در طراحی سازه ها، امکان بهبود بیشتر آییننامه هاي لرزه اي فراهم شده و در نهایت باعث افزایش ایمنی سازه ها میگردد (Nielson، 2005).
یکی از ابزارهاي کلیدي در ارزیابی خطرپذیری لرزه اي که امروزه استفاده از آن رواج یافته است، منحنی شکنندگی است. منحنی شکنندگی، احتمال فراگذشت آسیب سازه از یک سطح آسیب مشخص را براي چندین سطح خطر از جنبش هاي لرزه اي زمین بیان میکند. این منحنی کاربردهاي فراوانی قبل و بعد از وقوع زلزله دارد، بطوریکه ضمن ارزیابی آسیب پذیری لرزهاي در مواردي دیگر از جمله تعیین اولویت ها در مقاوم سازي سازه ها و همچنین برنامه ریزي مدیریت بحران مورد استفاده قرار میگیرد.
1-3 اهداف و ضرورت تحقیق
امروزه ارزیابی عملکرد ساختمان ها در برابر زلزله، به یکی از بحث های رایج در بین محققین تبدیل شده است. با توجه به اینکه در طراحی تعداد زیادی از ساختمان های موجود اثرات تخریبی زمین لرزه در نظر گرفته نشده است و یا اینکه دانش طراحی لرزه ای در حین ساخت آنها ناکافی بوده است، بروز خسارات وسیع در سازه های موجود بر اثر وقوع یک زمینلرزهی نسبتاً شدید دور از انتظار نخواهد بود ( رهگذر و همکاران، 1387 ).
همان طور که بیان شد منحنی شکست تابعی است که تجاوز خرابی سازه را از یک معیار تعیین شده، در مقابل افزایش شدت زمین لرزه تعیین می کند و از این رو یکی از راه های بررسی میزان خرابی سازهها است.
با توجه به اینکه کشور ما یکی از مناطق لرزه خیز است، و نیز با توجه به اینکه اکثر سازه های موجود با ضوابط لرزه ای ساخته نشدهاند، آسیب پذیری لرزه ای سازه های موجود، به ویژه تیپی از سازهها که بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند، لازم و ضروری به نظر میرسد.
1-4 روش اجراي طرح و مدل های مورد بررسی
در این پژوهش سعی خواهیم کرد آسیب پذیری لرزه ای یکی از تیپ های ساختمانی رایج در سطح کشور، یعنی سازه های فولادی دارای سیستم قاب خمشی ویژه با تعداد طبقات تعداد طبقات 5، 8 و 12 را بررسی کنیم و برای این سازهها منحنی شکنندگی تولید خواهیم کرد.
برای رسیدن به اهداف این پایاننامه، مدلها بصورت دوبعدي درنرمافزار opensees مدل سازی شده و تحت اثر 10 رکورد زلزله که هر یک از این رکوردها از مقدار 0.1g تا 1.5g مقیاس شدهاند، تحت تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی قرار میگیرند. سپس مقادیر نیاز و ظرفیت در مؤلفه هاي سازه مقایسه و مؤلفه Drift در ارائه شکنندگی در تعیین آسیب پذیري بررسی خواهد شد و سپس با اعمال تکنیکهاي آماري لازم بر روي داده ها، منحنی هاي شکنندگی برای هریک از مدل ها تولید خواهد شد.
1-5 ساختار پایاننامه
پایان نامهی حاضر در 5 فصل تهیه شده است. در فصل اول اطلاعاتی کلی در خصوص پایان نامه، اهداف آن و روش تحقیق ارائه شده است. در فصل دوم در مورد انواع منحنی شکست و روش های تهیهی آن و نیز در مورد اطلاعات و داده های مورد نیاز برای تهیهی منحنی شکست توضیحاتی ارائه شده است. دستور العمل HAZUS نیز به صورت مختصر دراین فصل معرفی شده است. و همچنین مروری بر تعدادی از پژوهشهای انجام شده در زمینهی منحنی شکست برای سازه ها در این فصل انجام شده است. در فصل سوم مطالعاتی در مورد قاب های مقاوم خمشی فولادی انجام شده است.
مطالعات عددی در مورد مدل ها و روش این پایان نامه در فصل چهارم آمده است که در آن فرضیات و مراحل کامل روش های مورد استفاده برای رسیدن به نتیجهی مورد نظر ارائه شدهاند. منحنی های شکست تولید شده نیز در همین فصل نمایش داده شدهاند. نهایتاً فصل پنجم به نتیجه گیری و ارائهی پیشنهادات برای تحقیقات آتی اختصاص یافته است.
فصل دوم
منحنی های شکنندگی
2-1 منحنیهاي شکنندگی لرزهاي
منحنی شکنندگی، احتمال خرابی متناظر با یک حالت خرابی معین را در چندین سطح از جنبش هاي لرزه اي زمین بیان میکند. در واقع منحنی شکنندگی، نسبت بین شدت زمین لرزه و سطح خرابی لرزه اي محتمل را توصیف میکند. جهت تعیین دقیق چنین نسبتی انتخاب صحیح شدت زلزله در منطقه ی سازهي تحت بررسی مهم میباشد. از شاخص هایی که شدت زلزله را بطور مناسب جهت تحلیل شکنندگی معرفی مینمایند میتوان از بیشینه شتاب زمین PGA، بیشینه سرعت زمین PGV، بیشینه تغییر مکان زمین PGDنام برد. این منحنی ها را میتوان از تحلیل رگرسیون منطقی اطلاعات خرابی واقعی یا شبیه سازي شده و یا روشهاي حل عددي بدست آورد.
با توجه به اینکه آسیب پذیری لرزه ای زمانی رخ میدهد که احتمال فراگذشت سازه از سطح خرابی تعریف شده وجود داشته باشد، گسیختگی زمانی رخ میدهد که سازهی موجود نتواند شرایط لازم برای سطح عملکرد تعریف شده را ارضا کند.
استفاده از منحنی شکست برای ارزیابی رفتار سازه ها و خطر ناشی از زلزله، در دو دهه ی اخیر به طور گسترده ای توسط جامعهی علمی مورد استفاده قرار گرفته است. روش منحنی شکست یک امتیاز مهم دارد و آن امتیاز، این است که آسیب پذیری سازه و مؤلفههای آن را با یک روش ساده نشان میدهد و اجازه میدهد که سطح خرابی مورد انتظار برای شدت زلزلهی معین را تخمین بزنیم ( مارانو ،2009).
روش های مختلفی برای تهیهی منحنی شکست وجود دارد که مهم ترین آنها به شرح زیر است:
روش تجربی یا آزمایشگاهی
روش قضاوت مهندسی
روش تحلیلی
روش ترکیبی که توضیحات مربوط به هر روش در ادامه آمده است.
2-1-1 منحنی های شکنندگی تجربی
منحنیهای شکنندگی بر اساس مشاهدات اطلاعات مربوط به آسیب های سازه ای به دست آمده از زلزله های گذشته به دست میآید. این منحنیها انواع مختلف سازه را مشخص نمی کنند. یعنی تأثیر پارامتر های مکانیکی ساختمان، عملکرد ساختمان ( استاتیکی یا دینامیکی )، تغییرات ورودی (حوزه ی فرکانسی ) و … در نظر گرفته نمی شود. بنابراین این روش برای تعیین سطح خرابی یک سیستم خاص مناسب نمیباشد.
منحنیهاي شکنندگی تجربی، اغلب همراه با کمبود داده میباشند و فقط قابل استفاده در مناطق محدود هستند ولی از آنجایی که منحنی هاي شکنندگی تجربی برگرفته از مشاهدات خسارت هاي ناشی از زلزلههاي واقعی روي سازه هستند، نقش اجتناب ناپذیري در مطالعه روي منحنی هاي شکنندگی ایفا میکنند. منحنی هاي شکنندگی تجربی در صورت تعیین براساس داده هاي خرابی به تعداد کافی میتوانند به عنوان معیار در برآورد صحت منحنی هاي شکنندگی تحلیلی و آن دسته از منحنی هاي آزمایشگاهی که فقط تحت شرایط آزمایشگاهی ایجاد میشوند، مورد استفاده قرار داده شوند ( نیلسن، 2005 ).
منحنی های شکنندگی تجربی دارای محدودیت های زیر میباشند:
محدودیت اول این است که دست یابی به تعداد کافی از یک سازهی خاص که در یک سطح خرابی قرار میگیرند، بسیار سخت و حتی غیر ممکن است. این محدودیت، موردي است که رسیدن به نتایج آماري دقیق را مشکل میکند( شینوزوکا ، 1998 ). از این رو باید تعداد کافی از سازه هایی که تحت یک حالت خرابی واقع میشوند در دسترس باشند. بنابراین اعتبار این نوع منحنی هاي شکنندگی کاهش مییابد.
محدودیت دوم وابستگی نتایج به ثبت شدت هاي زمین لرزه میباشد ( باسوز و کیرمدجان، 1999 )
محدودیت سوم، مغایرت نظرات بازرسین در اختصاص سطوح خرابی است ( باسوز و کیرمدجان، 1999 ).
از این رو عدم قطعیت هاي زیادي در منحنی هاي شکنندگی تجربی وجود دارد و استفاده از این روش در مناطقی که تجربهی تعداد زلزلههای کافی را نداشته باشند قابل قبول نیست.
2-1-2 منحنیهای شکنندگی بر اساس قضاوت مهندسی
این منحنی ها بر اساس قضاوت و تجربه ی متخصصین مربوطه، در مورد سازهی مورد مطالعه تهیه می شوند و عدم قطعیت زیادی دارند. یکی از مهم ترین عدم قطعیت ها ناشی از قضاوت مهندسی است که به تجربیات و تعداد متخصصین وابسته است و دیگری به تعداد تیپ های سازه های مورد بررسی بستگی دارد. این عدم قطعیت ها تأثیر زیادی در پاسخ ها دارند، اما امکان کمی کردن آنها وجود ندارد ( نیلسن، 2005 ).
2-1-3 منحنیهای شکنندگی تحلیلی
هنگامی که اطلاعات خرابی واقعی کافی دربارهی مدل مورد مطالعه و داده های زمینلرزه در دسترس نباشند، منحنی های شکنندگی تحلیلی جهت ارزیابی عملکرد سازه ها مورد استفاده قرار میگیرند ( نیلسن، 2005).
منحنی شکست تحلیلی با استفاده از شبیه سازی عددی یا تحلیل تصادفی سازه های قرار گرفته در معرض رکورد های مصنوعی به دست میآید. با این روش میتوان آسیب پذیری انواع مختلف سازه ها را بدون داشتن تجربهی زمین لرزهی زیاد ارزیابی کرد ( یامازاکی، 2003).
بدلیل اینکه حالات خرابی با ظرفیت سازهاي ( Capacity, C ) و پارامتر شدت زلزله با نیاز سازهاي ( Demand, D ) مرتبط است، شکنندگی یا احتمال شکست از رابطه 2-1 توصیف میشود. این رابطه احتمال فزونی نیاز لرزهای از ظرفیت سازه را نشان میدهد.
Pf = [ DC ] ≥ 1 (2-1)
به طور کلی این احتمال به عنوان توزیع احتمال نرمال یا لوگ نرمال مدل میشود که تناسب خوبی نیز با داده هاي گذشته نشان داده است( ون و همکاران، 2003 ). به علاوه هنگامی که نیاز و ظرفیت سازهاي به طرز مناسبی از توزیع نرمال یا لگاریتم نرمال پیروي کنند، با استفاده از قاعده حد مرکزي میتوان گفت که عملکرد مرکب، توزیع لگاریتم نرمال خواهد داشت ( کوتگودا و روسو، 1997 ).
بنابراین منحنی شکنندگی را میتوان به صورت تابع توزیع تجمعی لگاریتمی نرمال مطابق رابطهی زیر نشان داد ( ملچرز، 2001 ).
Pf = Ф (ln SdScβd2+ βc2 ) (2-2)
که در این رابطه، Sc

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

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