تحقیق درمورد روشهای ارزیابی، ارزیابی کیفی، روش تحلیلی

دانلود پایان نامه ارشد

برشی تقریبا تمامی بار جانبی حاصل از زلزله را بر دوش دارند، پس سقوطشان به منزله انهدام قطعی ساختمان است. اما شکست دیوارهای عرضی معمولا با خسارات کمتری همراه است و بنابراین به هنگام تسلیح و تقویت ساختمان آجری، تاکید اصلی روی دیوارهای برشی است.

3-3-1 شکست دیوارهای برشی
هرگاه دیوار برشی تحت نیروهای جانبی قرار گیرند دو حالت شکست خواهند داشت: خمشی و برشی. معمولا پایههای پهن به حالت برشی و پایههای باریک به حالت خمشی میشکنند. این مطلب در شکلهای 3-1 الف و ب نشان داده شده است.

شکل 3-1 (الف) شکست خمشی (پایههای باریک) شکل 3-1 (ب) شکست برشی (پایههای پهن)

در عمل به هنگام زلزله دیوار تحت تاثیر نیروهای لختی ناشی از زلزله، متناوبا بر روی پنجه و پاشنه خم میشود و چنانچه نیروهای زلزله بر نیروهای مقاوم چیره شوند جابجایی از حد کشسان خارج میشود و دیوار شروع به واژگون شدن میکند. اما چون نیروهای زلزله طبیعتی آنی دارند این واژگونی لحظهای بیشتر طول نمیکشد و خیلی زود جهت نیروها عوض میشود و دیوار در جهت مقابل به حرکت در میآید و در هر بار چند میلیمتر تا چند سانتیمتر از محل پی جابجا شده، پس از لحظهای و به دنبال ضربهای محکم، در جهت دیگر خم میشود.این حرکتهای خمشی را تلو میگویند. حرکت تلو ذاتا بسیار خطرناک است و آثار زیاد بخش زیر را به دنبال دارد.
الف) ضربههای حاصل از تلو موجب خرد شدن پنجه و پاشنه دیوار شده، از عرض موثر پایه میکاهد و دیوار را بیش از پیش در برابر ضربههای بعدی بیدفاع میسازد.
ب) حرکت تلو با ضربههای شدیدی همراه است که نیروهای افقی بزرگی را ایجاد میکند زیرا اندازه حرکت حاصل (جرم دیوار بر سرعت) باید در زمان نسبتا کوتاهی صفر شود بنابراین نیروی افقی قابل ملاحظهای را به وجود میآورد. این نیرو میتواند به اندازهای بزرگ شود که شکستهای برشی ایجاد کند، آزمایشهای انجام شده بر روی دیوارهای برشی نشان میدهد که به فاصله کمی پس از آغاز تلو، پنجه و پاشنه شروع به خرد شدن کرده و شکستهای برشی پیدا میشود.
ج)حرکت تلو موجب سست شدن ساختمان و در نتیجه کاهش دوره تناوب میشود که به نوبه خود سبب افزایش شتاب پاسخ و یا نیروهای زلزله میشود، بنابراین از یک سو مقاومت ساختمان کم میشود و از سوی دیگر نیروهای زلزله افزایش مییابد و بیش از پیش ساختمان را در معرض انهدام قرار میدهد.
پس به طور خلاصه دیوارهای برشی به دو حالت میشکنند: خمشی و برشی. شکست خمشی با تلو خوردن دیوار همراه شده، پنجه و پاشنه آن در معرض خرد شدن قرار میگیرد. شکست برشی با ترکهای اریب همراه است و به سبب دو طرفه بودن نیروهای زلزله، این ترکها به صورت ضربدر ظاهر میشوند[1].

3-3-2 شکست دیوارهای عرضی
دیوارهایی که بر جهت زلزله عمودند، به سبب نیروهای زلزله لختی افقی که بر اثر شتاب حاصل از زلزله، از جرم خود دیوار پدید میآیند، مانند دال تختی که بر چهار تکیه گاه قرار گرفته باشد (زمین، سقف، دو دیوار برشی عمود بر دیوار) تحت خمش قرار گرفته، خطوطی مشابه خطوط تسلیم در آنها پدید میآید، در صورتی که فاصله دیوارهای عمودی زیاد باشد، خمش عمدتا بین سقف و زمین انجام شده، ترکهای خمشی در امتداد افقی ظاهر میشوند. علاوه بر این چنانچه اتصال دیوار خمشی و دیوارهای متعامد خوب نباشد، در حین زلزله دیوارهای متماعد از هم جدا میشوند.

3-4 روش‌های ارزیابی کمی آسیب‌پذیری ساختمان‌های بنایی غیر مسلح
با توجه به تعداد نسبتا زیاد ساختمانهای بنایی در کشور که در فصول قبل مورد بررسی قرار گرفت و رفتار این سازه‌ها که در این فصل مورد بررسی قرار میگیرد و از آنجا که روشی قطعی برای ارزیابی‌آسیب‌پذیری آن‌ها وجود ندارد در این قسمت به بررسی پاره‌ای از این روش‌ها پرداخته می‌شود.
ارزیابی آسیبپذیری ساختمانهای موجود در واقع پیشبینی عملکرد این ساختمانها در زلزلههای آتی میباشد و امکان قضاوت مهندسی برای ساخت مجدد یا مقاومسازی ساختمانهای موجود را فراهم میآورد. این ارزیابی در دو مرحله کیفی و کمی انجام میشود. به این صورت که در مرحله کیفی با توجه به شرایط لرزه خیزی و براساس تجربیات زلزلههای گذشته اطلاعاتی از سیستم سازهای مانند: پی، عناصر لرزهبر، نوع سقف جمعآوری شده و براساس نتایج این مرحله، ارزیابی کمی با انجام آزمایش برای تعیین مقاومت مصالح سازهای و انجام تحلیل و کنترل معیارهای پذیرش انجام میشود. تاریخچه تحقیقات ارزیابی آسیبپذیری کمی در خصوص ساختمانهای بنایی غیرمسلح شامل تحقیقاتی است که به انجام آزمایش بر روی سازه موجود برای تکمیل اطلاعات لازم برای ارزیابی کمی میپردازند و همچنین تحقیقاتی که به مدلسازی و ایجاد روابط ریاضی برای انجام ارزیابی کمی منتهی شدهاند. تحقیقات نوع اول به ایجاد آزمایشهایی مانند آزمایش سرعت موج راسونیک و آزمایش سرعت مکانیکی[18]، آزمایش سختی سطحی[3]، آزمایش ضربه انعکاسی[20]، آزمایش ارتعاش اجباری[21]، در ساختمان-های بنایی منجر شده است. در مورد تحقیقات نوع دوم نیز می-توان به مطالعات ترنسک و شپار[22]، بر روی مقاومت کششی قطری دیوار در سال 1980، مطالعات ابرمز[23]، بر روی تنش فشاری و کششی در خمش حول محور قائم در سال 1992 و مطالعات لانگ و باخمن[24] در سال 2002 برای انجام تحلیل غیر خطی مبتنی بر تغییر شکل برای ساختمانهای بنایی اشاره کرد. به هر حال این تحقیقات منجر به ایجاد روشهایی برای ارزیابی آسیبپذیری لرزهای ساختمانهای بنایی غیرمسلح شدهاند که در ادامه به معرفی ساختار کلی سه روش دستورالعمل بهسازی لرزهای، روش ارزیابیFEMA وروش لانگ-باخمن، پرداخته میشود[10].

3-4-1 روش ارزیابی دستورالعمل بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود
این فصل از دستورالعمل بهسازی لرزهای ایران[7] که به ساختمانهای بنایی غیر مسلح اختصاص دارد با روندی متفاوت از سایر فصول دستورالعمل که بر اساس طراحی بر پایه عملکرد
میباشند، به کنترل ضوابط تجربی و اجرایی پیوست آییننامه 2800 پرداخته است و تنها در مورد محاسبه مقاومت برشی ساختمان ارزیابی کمی به صورت کنترل دیوار نسبی مطابق نمودار شکل 3-2 انجام میشود. در این ارزیابی نیروی زلزله به صورت استاتیکی و با استفاده از رابطه ارائه شده برای سازه بنایی محاسبه شده و براساس آن بدون توزیع بین عناصر سازهای (دیوارها) مقدار برش در هر طبقه به دست میآید که مقدار آن باید از ظرفیت برشی طبقه کمتر باشد. لازم به ذکر است که این برآورد نیاز و ظرفیت منحصرا برای ساختمانهای تا حداکثر سه طبقه و سطح عملکرد ایمنی جانبی میباشد.

شکل 3-2 ساختار ارزیابی کمی فصل هفتم دستورالعمل بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود [7]

3-4-2 روش ارزیابی فصل هفتم دستورالعمل FEMA273 , FEMA356
در این دستورالعمل، ارزیابی کمی از ارزیابی کیفی جدا شده و مبنای کار در ارزیابی کمی طراحی براساس عملکرد میباشد که در آن نیاز لرزهای با روشهای خطی و غیرخطی به نحوی محاسبه میشود که تغییر شکلی معادل تغییر شکل واقعی در اثر زلزله در سازه ایجاد شود. با تعیین نیاز لرزهای برای محل سازه و سپس توزیع در طبقات در نهایت این نیرو به نسبت سختی اعضا باربر جانبی (دیوارها) بین آنها توزیع شده و با مقاومت هر عضو با توجه به مدهای رفتاری شکست به صورت کنترل شونده توسط تغییر شکل یا نیرو مقایسه میشود. این روند در نمودار شکل 3-3 آمده است[8]و [9].

شکل 3-3 ساختار ارزیابی در فصل هفتم FEMA273 , FEMA356 [8]و [9]

3-4-3 روشهای ارزیابی لانگ – باخمن
در این روش برای ساختمانهای بنایی، منحنی ظرفیت ساختمان (نیروی برشی بر حسب تغییر مکان سازه) از مجموع منحنی ظرفیت دیوارها در هر جهت حاصل شده و بر روی این منحنی درجات آسیبپذیری سازه (براساس EMS98 اروپا) [25] مطابق شکل 3-4 مشخص میشود. همچنین ساختمان به صورت سیستم یک درجه آزادی مدل شده و فرکانس آن در هر جهت تعیین میشود و با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی، تغییر مکان نهایی سازه براساس طیف طرح سازه حاصل میشود. با استفاده از این تغییر مکان و منحنی ظرفیت ساختمان مشخص میشود که سازه برای زلزله مورد نظر در چه سطحی از آسیبپذیری قرار دارد. [25] روند این روش در نمودار 3-5 و مراحل ترسیم منحنی ظرفیت برای این روش در شکل 3-6 مشاهده میشود.

شکل 3-4 درجات آسیبپذیری در روش لانگ باخمن

شکل 3-5 ساختار ارزیابی کمی در روش لانگ – باخمن

شکل 3-6 منحنی ظرفیت ساختمان در روش لانگ – باخمن

با وجود روشهای مختلف ارزیابی آسیبپذیری ساختمانهای بنایی، این روشها نتایج بسیار متفاوتی از هم به دست میدهند و به این ترتیب هنوز روشی محکم و قطعی در مورد ارزیابی آنها وجود ندارد به طوری که در جدول 3-1 خلاصهای از نتایج ارزیابی کمی ساختمان یک مدرسه با مصالح بنایی آمده است، ساختمان مورد مطالعه، یک مدرسه دو طبقه از نوع بنایی غیرمسلح کلافدار با پلان شکل 3-7 میباشد[10].

شکل 3-7 پلان سازهای ساختمان مدرسه
خلاصه نتایج ارزیابی کمی آسیبپذیری لرزهای سازه بنایی مورد مطالعه با استفاده از سه روش ذکر شده در بندهای قبل، در جدول 3-1 مشاهده میشود که براساس آن نوعی عدم مطابقت بین نتایج حاصل از روشهای آییننامههای مختلف وجود دارد.

جدول 3-1 مقایسه نتایج حاصل از ارزیابی ساختمان یک مدرسه
دستورالعمل بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود ایران
جهت شمالی – جنوبی: ظرفیت برشی در دو طبقه کافی است.
جهت شرقی – غربی: ظرفیت برشی در دو طبقه ناکافی است.
روش FEMA356
(سطح عملکرد ایمنی جانبی)
جهت شمالی – جنوبی: ظرفیت برشی در دیوارهای طبقه همکف کافی اما در طبقه اول در تمام دیوارها کمبود مقاومت وجود دارد.
جهت شرقی – غربی: در هر دو طبقه در تمامی دیوارها به شدت کمبود مقاومت وجود دارد.
روش لانگ – باخمن
ساختمان برای هر دو جهت در درجه آسیبپذیری 3 قرار دارد که این به معنای آسیب متوسط به اعضای سازهای و آسیب زیاد به اعضای غیر سازهای است.

3-5 استفاده از روش قاب معادل در ارزیابی ساختمانهای مصالح بنایی
در این میان در مقالات و تحقیقات انجام شده اخیر سعی شده است یک روش مناسب در ارزیابی ساختمانهای بنایی ارائه شود، یکی از معروفترین این روشها روش قاب معادل است. روش قاب معادل به عنوان یک روش تحلیلی ساده و کاربردی جهت ارزیابی لرزهای ساختمانهای با مصالح بنایی مطرح بوده است. روش قاب معادل بر پایه مطابقت سازه با یک قاب معادل فضایی و بر مبنای قوانین ساده تعادل در اجزای ساختمانی میباشد. در این روش با معادلسازی دیوارای سازهای با المانهای تیر و ستون و تعریف پارامترهای مربوط به آن، تحلیل استاتیکی غیر خطی برای ساختمان انجام میگیرد. و به این ترتیب میتوان از این روش در برآورد کمی این ساختمانها در برابر زلزله بهره جست[26].
3-6 دلیل بنیادی ناپایداری لرزهای ساختمانهای آجری غیر مسلح در برابر زلزله[1]
در چند صفحه قبل سعی شده است پارهای از روشهای ارزیابی ساختمانهای بنایی بررسی گردد و بعضا شاهد برخی تناقضات در نتایج حاصل از این ارزیابیها میباشیم. با توجه به آمار و ارقام آسیبهای جانی و مالی ناشی از خسارات این ساختمانها و تجربیات زلزلههای گذشته که در فصل قبل نشان داده شد، متوجه میشویم که ماهیت ساختمانهای بنایی به گونهای است که در مقابل بارهای لرزهای به شدت آسیبپذیرند و این در حالی است که برخی روشهای ممکن است نتایجی بر خلاف این را نشان دهد. در ادامه سعی شده است دلیل اصلی ناپایداری ساختمانهای بنایی تشریح گردد.
تجربههای گذشته نشان داده است که ساختمانهای آجری، خشتی و سنگی غیر مسلح به راحتی در زلزلههای مخرب و نیمهمخرب فرو میریزند، به گونهای که ساختمانهای روستایی حتی در زلزلههای متوسط یا نسبتا ضعیف خسارت میبینند. تاریخچه زلزلههای کشور گواه آن است

پایان نامه
Previous Entries تحقیق درمورد محیط زیست، تاریخ ایران، سازمان اداری Next Entries تحقیق درمورد دینامیکی