تحقیق درمورد دینامیکی

دانلود پایان نامه ارشد

که در زلزلههایی با بزرگی بیش از 5، احتمال انهدام روستاها وجود دارد. ساختمانهای شهری از مقاومت بیشتری برخوردارند. اما بدون شک در زلزلههایی با بزرگی بیش از 7 و در مناطق مرکزی زلزله شاهد انهدام بسیاری از این ساختمانهای آجری خواهیم بود[1]. تکرار این پدیده تلخ موجب پدید آمدن این گمان شده است که ساختمانهای آجری اصولا فاقد مقاومتند. از سوی دیگر پژوهشگران بسیاری بیتوجه به دلیل اصلی ناپایداری ساختمانهای آجری، دست به آزمایش برشی دیوارهای بنایی زدهاند و با مشاهده مقاومتهای نسبتا زیاد، رابطههایی را برای محاسبه دیوارهای برشی در مقابل نیروهای زلزله ارائه دادهاند، عدهای هم به یافتن مدلهای ریاضی برای مطالعه رفتار دینامیکی ساختمانهای آجری در مقابل زلزله پرداختند، غافل از اینکه نتایج این بررسیها هر چه باشد نمیتواند این واقعیت که ساختمانهای آجری غیر مسلح آسیبپذیرترین سازهها در مقابل زلزلهاند، را تغییر دهد. پس معضل ناپایداری را باید در ماهیت نیروهای زلزله و نحوه پاسخ ساختمانهای آجری به آن دانست.
3-7 ماهیت نیروهای زلزله[1]
با بررسی طیف پاسخ چند زلزله مخرب با شدت بیش از 7 ملاحظه می‌شود که شتاب‌هایی که در ابنیه ایجاد می‌شود در حدود شتاب ثقل و حتی بیش از آن است و برای ساختمانهای آجری با تناوب حدود 1/0 ثانیه، مثلا در زلزله طبس، شتاب پاسخ در حدود g1/1 است بنابراین نیروی زلزله برابر است با
(3-1)
V= جرم ساختمان × شتاب پاسخ = 1/1W
این نیرو از نیروهای آییننامه (در حدود w 1/0) به مراتب بیشتر است (w وزن ساختمان است). در واقع اغلب سازههایی که بر پایه آییننامه طراحی میشوند. مقاومتشان کمتر از مقاومتی است که زلزله طلب میکند. و بنابراین ناگزیرند تاوان این کمبود مقاومت را با تغییر شکل مومسان بپردازند. شرط لازم برای چنین تخفیفی در نیروهای زلزله، توانایی سازه برای تغییر مومسان است، در حالی که ساختمانهای آجری غیر مسلح چنین قابلیتی ندارند و سازه به محض رسیدن به حد مقاومت خود سست شده، در مقابل رانشهای بعدی مقاومت نشان نمیدهند، بنابراین چه بسا ساختمانی آجری که از ساختمانی فولادی با مشخصات هندسی تقریبا مشابه قویتر باشد اما ساختمان فلزی در مقابل زلزله بایستد و ساختمان آجری خراب شود. با توجه به اینکه در زلزلههای مخرب غالبا مقاومت طلب بیش از مقاومت سازه است، بنابراین نیروی ایجاد شده در هر سازه برابر مقاومت سازه است و بدین ترتیب نیروی زلزله واقعیت خارجی خود را از دست داده، تابعی از خواص هر سازه میشود و ایستایی لرزهای سازه صرفا بستگی به قابلیت سازه برای جابجاییهای متناوب مومسان دارد، هر چه مقاومت سازه کمتر باشد باید جابجایی بیشتری را پذیرا شود.

3-8 عملکرد ساختمانهای آجری غیر مسلح در مقابل زلزله[1]
با توجه به مباحث مطروحه ضعف اساسی ساختمانهای آجری در مقابل زلزله کمبود مقاومت نیست بلکه کمبود نرمی (شکلپذیری) است. میزان خسارت سازههای نرم تا حدودی تابع بزرگی زلزله است و در مورد سازه‌های نرم در زلزلهای بسیار مخرب با شدت بیش از 7، در ناحیه مرکزی زلزله بیشترین آسیب مشاهده میشود و از مرکز که دور میشویم به تدریج از شدت آسیب کاسته میشود در حالی که در مورد ساختمانهای آجری چنین نیست و از منطقهای که ساختمانها کاملا فرو ریخته است ناگهان به منطقهای با ساختمانهای نسبتا سرپا میرسیم. رفتار یک ساختمان آجری غیر مسلح را در مقابل زلزله میتوان به صورت زیر خلاصه کرد.
الف) شدت زلزله از مقاومت سازه کمتر است و در این صورت سازه سختی اولیه خود را حفظ کرده، ضریب بازتاب کم میباشد و نیروی زلزله برای جرم ساختمان ضرب در شتاب زلزله است. این نیرو برای ایجاد ترک و در هم‌شکستن سازه کافی نیست و بنابراین ساختمان از زلزله آسیبی نمی‌بیند.
ب) شدت زلزله در لحظات واپسین آن از حد مقاومت سازه فراتر میرود و ترکها و خرد شدگیها آغاز میشود، سختی کم شده، تناوب زیاد میشود و در نتیجه ضریب بازتاب افزایش مییابد و سبب بالا رفتن نیروی زلزله میشود. اما چون این تحولات در لحظههای واپسین اتفاق میافتد و زلزله ادامه نمییابد، سازه پایدار میماند و در پایان زلزله فقط مقداری ترک و خرد شدگی ملاحظه خواهد شد.
ج) شدت زلزله در همان لحظههای آغازین از حد مقاومت سازه فراتر میرود و در نتیجه کاهش سختی و افزایش ضریب بازتاب، سازه در معرض نیروهای بزرگتری قرار میگیرد به گونهای که خیلی زود در هم میشکند و با خاک یکسان میشود.
مراحل سه گانه فوق از یک سو تابع بزرگی زلزلهاند و معمولا در زلزلههای با بزرگی بیش از 6 حالت (ج) اتفاق میافتد و غالبا در نواحی مرکزی ساختمانهای آجری غیر مسلح با خاک یکسان میشوند و از سوی دیگر با توجه به میرایی امواج زلزله، ساختمانهای آجری بر حسب فاصلهشان از مرکز زلزله، میتوانند مطابق یکی از حالتهای بالا عمل کنند.
به طور کلی با نگاهی به تاریخچه زلزلههای کشور مشخص میشود که خانههای روستایی که در ناحیه مرکزی زلزلههایی با شدت متوسط قرار گرفته باشند در معرض خطر ترک خوردن و فرو ریختن هستند. البته ساختمانهای آجری شهری که با ملات سیمان چیده شده باشند مقاومت بیشتری دارند و ممکن است مقاومت بیشتری از خود نشان دهند، اما برای اغلب ساختمانهای آجری غیر مسلح تحمل زلزلههای نسبتا شدید، امکانپذیر نیست و این قبیل ساختمانها بر اثر این زلزلهها فرو میریزند.

3-9 مقاومت جانبی دیوار برشی غیر مسلح
دیوار برشی ساخته شده از مصالح آجری و مانند آن (بلوک بتنی، سنگ، خشت) از مقاومت برشی قابل ملاحظهای برخوردار است اما متاسفانه رفتاری به شدت ترد و شکننده دارد و به محض رسیدن به مقاومت نهایی، تحلیل میرود و فرو میریزد و به همین دلیل برای مناطق شدیدا لرزه خیز سیستم مناسبی نیست. این نوع دیوار دارای دو حالت شکست اصلی است.شکست خمش و شکست برشی، دیواری که نسبت بعدی (ارتفاع به طول) کوچکی دارد بقدر کافی پهن بوده و امکان شکست خمشی در آن کم است، بالعکس در دیوار باریک بیشتر حالت شکست خمشی غالب است. با توجه به تردی و شکنندگی دیوار غیر مسلح، و عملکرد بسیار ضعیف در زلزلههای مخرب گذشته، بکار گیری آن به تنهایی به عنوان عنصر لرزه بر اصلا توصیه نمیشود.
یکی از ویژگیهای دیوارهای آجری غیر مسلح آن است که تحت شتاب پی، مادام که به حد آستانه نرسیدهاند آثار تخریبی چندانی در آنها ظاهر نمیشود اما به محض عبور از حد آستانه، دیوار شروع به یک حرکت چرخشی حول محور عمود بر دیوار بنام حرکت تلو میکند و این حرکت به نوبه خود موجب پیدایش تنشهای خرد کنندهای در پنجه دیوار میشود که نهایتا به خرابی دیوار
میانجامد[1]. پریستلی[3] برای مقابله با این حالت استفاده از صفحات فولادی در پنجه دیوار، موسوم به قید پنجه را پیشنهاد کرده است. نمونهای از تبعات این رفتار در زلزله واقعی این است که در خارج از یک شعاع آستانه از مرکز زلزله، ساختمانهای آجری غیر مسلح بدون هیچ خرابی عمدهای پایدار میمانند اما به محض ورود به داخل این محدوده شاهد خرابی بیحد این نوع ساختمان
میباشیم[1].
هندری[27] مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه اندازهگیری و محاسبه مقاومت جانبی دیوارهای آجری داشته است. این مرور نشان میدهد که اکثر محققان برای برآورد مقاومت برشی دیوار از رابطه کولن (کولمب) استفاده نمودهاند.
(3-2)
مقاومت برشی دیوار آجری
H = A∙τ_f
(3-3)
تنش برشی شکست
τ_f=τ_0+〖μσ〗_n
A سطح مقطع دیوار، τ_0 تنش چسبندگی ملات، μ ضریب اصطکاک و σ_n تنش قائم در دیوار ناشی از وزن دیوار و سربار است. مقادیر τ_0 و μ برای برخی از انواع متداول ملات براساس تحقیقات آزمایشگاهی سینها و هندری [28]، چینوا [29] پیپر [2] و شنایدر [30] در جدول 3-2 ارائه شده است.
جدول 3-2 ضرایب مقاومت برشی دیوارهای آجری

مقاومت خمشی دیوارهای غیر مسلح براساس لنگر نیروهای وزنی و سربار و با اغماض مقاومت کششی ملات عمود بر سطح بندهای افقی، با توجه به شکل 3-8 چنین برآورد میگردد:

شکل 3-8 دیاگرام آزاد دیوار

(3-4)
مقاومت خمشی دیوار
H=(L∙(w_1+w_2 ))/2h
بدین ترتیب میتوان دیوار برشی را محاسبه نمود و با نیروی ارتجاعی زلزله مقایسه نمود. در صورتی که نیروی ارتجاعی زلزله از مجموع مقاومت دیوارهای برشی بیشتر شود ساختمان در معرض خطر و تخریب قرار خواهد داشت و باید تقویت گردد.

3-10 تقویت لرزهای ساختمانهای بنایی
تقویت یک ساختمان بنایی به دو صورت امکان پذیر است.
1- افزایش مقاومت به کمک افزایش مقدار دیوارهای برشی و افزایش مقاومت جانبی آنها
2- افزایش نرمی (شکلپذیری) ساختمان به کمک تسلیح عناصر لرزه بر و سایر اقدامات مشابه
باید دانست که معمولا استراتژی اول پرهزینه، غیر عملی و غیر ضروری است و در عوض استراتژی دوم بخاطر استفاده از ظرفیت نرمی سازه و کاهش نیروی طلب مناسبتر و عملیتر
میباشد. [31]
برای تقویت ساختمانهای بنایی در برابر زلزله روشهای مختلفی وجود دارد. در این قسمت مقدماتی از روش تسلیح و کلافبندی آمده است، اما از آنجا که روش تسلیح برای بهسازی غیر عملی است فقط به آن اشاره شده و روش کلافبندی را که در این پایاننامه از آن استفاده شده است به طور مفصلتر مورد بررسی قرار میدهیم، از مزایای روش کلافبندی میتوان به افزایش شکلپذیری ساختمان، افزایش انسجام سازه و از همه مهمتر ایجاد خط دوم دفاعی اشاره کرد.

3-10-1 روش تسلیح دیوارهای آجری
برای مقابله با حالتهای شکست خمشی و برشی در دیوار میتوان از میلگردهای قائم و افقی استفاده کرد. در این صورت، از ترکیب فولاد و دیوارهای سازهای عضوی پدید میآید که خواصش مشابه سازههای مرکب مانند بتن مسلح است. میلگردهای افقی در داخل درزهای افقی قرار میگیرند و از این رو، عملا قطر آن نمیتواند از 10 تا 12 میلیمتر بیشتر باشد. میلگرد قائم باید به داخل کلاف افقی زیرین دیوار قلاب شود تا بتواند لنگر خمشی ناشی از نیروی زلزله را به داخل پی هدایت نموده و از وقوع شکست خمشی جلوگیری نماید. شکل 3-9 برخی روشهای اجرایی و در شکل 3-10 نحوه عملکرد دیوارهای آجری مسلح را نشان میدهد.

شکل 3-9 برخی روشهای اجرایی دیوارهای آجری مسلح

الف. میلگرد قائم مانع از شکست خمشی است
ب. میلگرد افقی مانع از شکست برشی است
شکل 3-10 نحوه عملکرد دیوارهای آجری مسلح
3-10-2 روش کلاف بندی دیوار آجری[1]
وجود دیوار آجری در داخل قاب فولادی یا بتنی عملا از جابجایی قاب در صفحه خود جلوگیری کرده و در نتیجه بخشی از نیروی جانبی وارد بر قاب به میانقاب منتقل میگردد. مشاهدات، تجربیات گذشته و تحقیقات گسترده نظری و آزمایشگاهی نشان داده است که مقاومت و سختی این قابها به مراتب بیش از قاب لخت (بدون میانقاب) است. گزارشهای جامعی از تحقیقات انجام گرفته از سالهای 1948 تا 1990 در این زمینه صورت گرفته [32] موید این مطلب است که اندرکنش قاب و میانقاب تاثیر غیر قابل اغماضی بر رفتار سازه دارد. به طور کلی میتوان گفت که اندر کنش قاب با میانقاب موجب افزایش سختی و مقاومت از یک سو و افزایش نرمی (شکلپذیری) میانقاب از سوی دیگر میشود و در نتیجه خواص لرزهای را به طور چشمگیری بهبود میبخشد. براساس این رفتار اندر کنشی این قابها را مرکب میخوانیم.
بنابر مطالب گفته شده در مورد تعداد زیاد ساختمانهای بنایی و وسعت خرابیهای آنها در زلزلههای گذشته و همچنین رفتار خاص ساختمانهای بنایی در بازههای لرزهای ضرورت امر تقویت این ساختمانها بیش از پیش مسجل میشود. یکی از روشهایی که برای تقویت ساختمانهای غیر مسلح پیشنهاد شده است، ایجاد خط دوم دفاعی است تا هنگامی که ساختمان در معرض زلزله قرار گرفت و آغاز به فرو ریختن کرد بتواند بر این خط دفاع تکیه کند و کاملا فرو نریزد و بدین وسیله جان ساکنان محفوظ بماند به طوری که با تعبیه شناژهای قائم قویتر از حداقل آییننامهای و اجرای شناژهای افقی (نبشی کشی) در محلهای مناسب برای ایجاد خط دوم دفاعی، ضمن کمک به

پایان نامه
Previous Entries تحقیق درمورد روشهای ارزیابی، ارزیابی کیفی، روش تحلیلی Next Entries تحقیق درمورد تاثیر کاهنده، دینامیکی