دانلود تحقیق در مورد زمین لرزه، ارزیابی عملکرد، عدم قطعیت

دانلود پایان نامه ارشد

زمین لرزههای متناظر با حداکثر زلزله محتمل ( Maximum Considered Earthquake [MCE] )قرار میگیرند. ابهامات و مسائل حل نشده در خصوص برقراری مستقیم هدف عملکردی اول علت انتخاب هدف معادل فوق است. به طور کلی محاسبه دقیق احتمال مرگ و میر و آسیبهای تهدید کننده حیات افراد در یک سازه به علت وجود عدم قطعیتهای مختلف از جمله عدم قطعیت در نرخ تلفات به ازای سطح فرو ریزش مفروض یا به علت تنوع در ساخت و سازهها و کاربرد آنها امری فوقالعاده دشوار میباشد، لذا در این روش به جای تعریف کمّی حفظ ایمنی جانی افراد نسبت به تعریف کمّی ایمنی سازهها در مقابل فروریزش اقدام شده است.[12]

3-2-1. انتخاب زمین لرزه سطح حداکثر زلزله محتمل(MCE)و طیف بازتاب شتاب
همانطور که در گزارش FEMA 450 اشاره شده است: اگر سازهای تحت تأثیر زمین لرزهای 1.5 برابر زمین لرزه سطح طراحیاش قرار گیرد،(زمین لرزه سطح حداکثر زلزله محتمل(MCE)) مورد انتظار است که سازه احتمال فروریزش کمی (در حدود 10% الی 20%) داشته باشد.[13] طیف بازتاب متناظر با حداکثر زلزله محتمل طیفی است که مقادیر شتاب آن 1.5 برابر مقادیر شتاب طیف بازتاب طراحی ارائه شده در آییننامه باشد، بدین ترتیب با استفاده از ضرایب لرزهای ارائه شده در آییننامههای ساختمانی ابتدا طیفهای بازتاب طراحی برای مناطق لرزهای مختلف به دست آمده و سپس با 1.5 برابر نمودن این طیف، طیف بازتاب متناطر با حداکثر زلزله محتمل حاصل خواهد شد. طیف بازتاب حداکثر زلزله محتمل طبق روش FEMA P695 که جهت ارزیابی عملکرد برای سازههای طراحی شده مطابق آییننامه ASCE/SEI 7-05 مورد استفاده قرار میگیرد، در شکل (3-1) ارائه شده است.[12]

شکل 3-1 طیفهای بازتاب شتاب حداکثر زلزله (MCE) در آییننامه ASCE/SEI 7-05 [14]

3-2-2. سازگاری روش با تعاریف ضرایب عملکرد لرزهای در آییننامههای فعلی
جهت ارزیابی عملکرد سازهها از ضرایب لرزهای ارائه شده در آیین نامه ASCE/SEI 7-05 استفاده میشوند و مفاهیم آنالیز استاتیکی غیرخطی (پوشاور) مورد استفاده در روش نیز منطبق بر الزامات پیشنهادی NEHRP (FEMA 450) میباشد.[1] شکلهای (3-2) و (3-3) جهت نمایش و تبیین ضرایب عملکرد لرزهای و نحوه بهرهگیری از آنها در توسعه روش ارزیابی عملکرد FEMA P695 ارائه شدهاند. توجه شود که این ضرایب، در هر دو شکل مزبور نسبتهای بیبعدی از کمیتهای نیرو، تغییر مکان و شتاب میباشند.

شکل 3-2 نمایش ضرایب عملکرد لرزهای مطابق با تعریف ارائه شدهدر الزامات پیشنهادی (FEMA NEHREP [4]2004-b)

در شکل (3-2) ضرایب عملکرد ارزیابی با استفاده از پاسخ غیر خطی کل (منحنی پوشآور) مربوط به یک سیستم مقاوم لرزهای، تعریف شدهاند. در شکل (3-2) کمیتهای نشان داده شده به شرح زیر میباشند:
VE: نیروی حداکثری که پس از آن رفتار سیستم وارد حوضه غیرخطی میشود.
Vmax: حداکثر نیروی برشی وارده به سیستم
V: سطح نیروی برشیای که سازه برای آن طراحی میشود.
R: ضریب رفتار سازه
(3-1) R= V_E/V
Ω_0: ضریب اضافه مقاومت
(3-2) Ω_0=V_Max/V
Eδ: سطح دریافت بام سیستم مقاوم لرزهای به ازای نیروی برش پایه طراحی (V)
δ: دریفت تسلیم سازه
Cd: ضریب بزرگنمایی پاسخ
(3-3) C_(d=) δ/δ_E R
شکل (3-3) جهت نمایش نحوه تعریف ضرایب عملکرد لرزهای در روش پیشنهادی و نیز مشخص نمودن ارتباط این ضرایب با این لرزه سطح حداکثر زلزله محتمل (MCE) که قرار است مبنای ارزیابی عملکرد سازهها باشد، ارائه شده است.

شکل 3-3 نمایش ضرایب عملکرد لرزهای مطابق با تعریف ارائه شدهدر FEMA P695 .[12]

در شکل (3-3) به جای رسم منحنی پوشاور نیرو-تغییر مکان جانبی یک سیستم سازهای (شکل 3-2) نمودار تبدیل یافته آن در دستگاه مختصات طیفی ترسیم گشته است. تبدیل دستگاه مختصات منحنی پوشاور از حالت نیرو-تغییر مکان به حالت شتاب طیفی-جابجایی طیفی مبتنی بر این فرض است که تمامی وزن لرزهای موثر سازه، در مود اول سازه با پریود (T) شرکت داشته باشد. بدین ترتیب مطابق با رابطه (3-4) میتوان نسبت به تبدیل مختصات اقدام نمود که نتیجه این تبدیل شکل (3-3) خواهد شد.[12]
(3-4) V = CsW
SMT: شتاب طیفی متناظر با زمین لرزه سطح حداکثر زلزله محتمل (MCE) در پریود مود اول ارتعاش سازه.
SMax: این کمیت معرف حداکثر مقاومت یک سیستم کاملاً تسلیم شده است که نسبت به وزن لرزهای موثر سازه (W) نرمال شده باشد.
(3-5) C_S=S_D1/(T R/I)
(3-6) S_D1=2/3 〖SD〗_MS
(3-7) S_max=V_max/W
میدانیم شتاب طیفی متناظر با حداکثر زلزله محتمل 1.5 برابر شتاب طیفی متناظر با زلزله سطح طراحی میباشد. لذا واضح است که در این منحنی برای محاسبه ضریب رفتار سازه (R) خواهیم داشت.
(3-8) 1.5R= S_MT/C_s
طبق شکل (2-2) ضریب اضافه مقاومت ساختمان برابر است با Smax (که نسبت به وزن لرزهای W نرمال شده باشد) به ضریب زلزله Cs :
(3-9) Ω=S_max/C_s
توجه شود که مقدار ضریب اضافه مقاومت، مقداری است کـه مبتنی بر روش ارزیابی عملکرد برای سازههای مختلف محاسبه میشود و مقدار آن با ضریب اضافه مقاومت آییننامهای، متفاوت است. در واقع به ازای سازههای مختلفی که در قالب یک سیستم سازهای طراحی میشوند، مقادیر مختلفی برای اضافه مقاومت محاسباتی آنها به دست خواهد آمد و لذا با بررسی مقادیر مختلف اضافه مقاومت محاسباتی به دست آمده برای یک سیستم سازهای است که در نهایت یک مقدار مشخص به عنوان اضافه مقاومت آییننامهای سیستم مورد نظر جهت طراحی لرزهای آن سیستم انتخاب میشود.[12]
همانطور که در شکل (3-3) نشان داده شده است، نسبت تغییر مکان طیفی در سطح حداکثر زلزله محتمل SDMT به تغییر مکان طیفی متناظر با ضریب زلزله طراحی، 1.5 برابر ضریب بزرگنمایی تغییر مکان در نظر گرفته شده است.
(3-10) 1.5C_d= SD_MT/((SD_MT⁄1.5R) )
لذا برای محاسبه ضریب بزرگنمایی تغییر مکان خواهیم داشت:
(3-11) Cd = R
البته بهرهگیری از رابطه فوق در محاسبه ضریب Cd وقتی صحیح است که نسبت میرایی سیستم سازهای تقریباً با نسبت میرایی اسمیای باشد که در استخراج طیف بازتاب طراحی (5%) استفاده میشود. لذا برای سازههای با نسبت میرایی بزرگتر (یا کوچکتر) از 5%، مقادیر تغییر مکان کمتر (یا بیشتر) از سازههای با میرایی 5% خواهد شد. در این حالت میبایست مقادیر ضریب بزرگنمایی تغییر مکان را بر حسب نسبتی از ضریب رفتار سازه محاسبه نمود.[12]

3-2-3. تعریف ایمنی سازهها در قالب نسبت محدوده فرو ریزش
در این روش زمین لرزه سطح فرو ریزش یک سیستم سازهای عبارت است از شدت زلزلهای که منجر به فروریزش میانه سیستم مقاوم لرزهای شود، در واقع فرو ریزش میانه برای یک سیستم وقتی رخ میدهد که نیمی از سازههای طراحی شده با آن سیستم تحت تاثیر زمین لرزه سطح فروریزش دچار فروریزش شده باشند و توجه شود که فروریزش میانه برای یک سازه نیز تحت تأثیر شدت زلزلهای رخ میدهد که نیمی از رکوردهای زلزله دسته رکورد انتخابی جهت ارزیابی عملکرد، تا آن شدت زلزله منجر به فروریزش سازه شده باشند؛ لذا در راستای ارزیابی عملکرد یک سیستم مقاوم لرزهای، ابتدا زمین لرزه سطح فروریزش سازههای انتخابی جهت پوشش فضای طراحی آن سیستم محاسبه میشوند و سپس میانه مقادیر شدت زمین لرزه سطح فروریزش سازهها به عنوان شدت زمین لرزه سطح فروریزش سیستم مقاوم لرزهای انتخاب میشود.[12]
طبق تعریف، نسبت محدود فرو ریزش (Collapse Margin Ratio (CMR)) عبارت است از نسبت شتاب طیفی با میرایی 5% زمین لرزه سطح فروریزش S ̂_CT (یا جابجایی طیفی متناظر SDMT) به شتاب طیفی با میرایی 5% زمین لرزه سطح حداکثر زلزله ممکن (SMT) (یا جابجایی طیفی متناظر SDMT) در پریود مود اول ارتعاش سیستم مقاوم لرزهای مورد نظر، که از رابطه زیر بدست میآید:
(3-12) CMR= S ̂_CT/SD_MT =SD_CT/SD_MT
به بیان دیگر نسبت محدوده فرو ریزش میزان افزایشی است که لازم است بر شتاب طیفی زمین لرزه حداکثر زلزله ممکن در پریود مود اول ارتعاش سازه اعمال شود تا احتمال فروریزش سازه به 50% برسد.[12]

3-2-4. تعریف کمّی از طریق شبیهسازی غیرخطی
ضرایب عملکرد لرزهای سیستمهای سازهای مختلف از طریق شبیهسازی پاسخ غیرخطی این سیستمها تحت تأثیر یک سری رکورد مشخص و ارزیابی احتمالاتی خطر فرو ریزش آنها صورت میپذیرد. سپس جهت ارزیابی عملکرد صحیح، شبیهسازی مناسب و رفتار غیر خطی واقعی سیستمهای سازهای نقش اساسی خواهد داشت و در این راستا دستیابی به اطلاعات دقیق مربوط به هر سیستم سازهای برای پیشبینی مطمئن پاسخ غیرخطی سازهها ضروری میباشد، که اطلاعات اساسی مورد نیاز عبارتند از :[12]
– کاربردی مورد انتظار برای سازه
– خصوصیات فیزیکی و رفتاری سیستم سازهای
– پیکربندی هندسی سازه
– در صورت که سیستم سازهای جدید باشد، میبایست شباهتها و تفاوتهای آن با سیستمهای متداول آییننامهای مشخص شود.
– نحوه رفتار مورد انتظار سازه تحت تأثیر زلزله
در راستای معرفی دقیق و کامل کاربردهای یک سیستم ساختمانی بهتر است از خطوط راهنمای زیر استفاده شود:[12]
– پیکربندی افقی و قائم سازه (نوع قاب سازهای، دهانهها، ارتفاع طبقات، کل ارتفاع سازه و …)
– سیستمهای باربری قائم در نظر گرفته شده در ترکیب با سیستم مقاوم لرزهای سازه
– مشخصات هندسی سیستم مقاوم لرزهای سازه
– الگوها و روشهای طراحی و ساخت سازه

3-2-5. مبانی تعیین الزامات طراحی
الزامات آییننامهای اطلاعات اساسی را که جهت طراحی جزئیات سازهای، آنالیز رفتار مورد انتظار سیستمها و در نهایت ارزیابی عملکرد سیستمها و قضاوت در خصوص قابل پذیرش بودن این عملکرد، مورد نیاز است برایمان مشخص مینمایند. علاوه بر این در تعیین مدلهای نمونهای برای هر سیستم سازهای، بیشترین سهم و تاثیر را الزامات آییننامهای مربوط به طراحی آن سیستم دارد چرا که این الزامات آییننامهای هستند که مرزهای مجاز مربوط به هر سیستم سازهای و در نتیجه فضای طراحی آن را مشخص میکنند.در راستای تعیین الزامات طراحی بهتر است موارد زیر در نظر قرار گیرند:[12]
– سازه لازم است هم در جهت افقی و هم در جهت قائم دارای سیستمهای باربر با مقاومت، سختی و ظرفیت اتلاف انرژی کافی جهت مقابله با زمین لرزه سطح طراحی باشد.
– زمین لرزههای سطح طراحی میتوانند با زمین لرزه طراحی باشد.
– زمین لرزههای سطح طراحی میتوانند در هر جهت دلخواه بر سازه وارد شوند.
– بررسی کفایت سیستمهای سازهای که از طریق ساخت مدلهای ریاضی مناسب و ارزیابی مقاومت و سختی آن تحت تأثیر زمین لرزه سطح طراحی، صورت میپذیرد.
لازم است با توجه به مقادیر تنش و تغییر شکل مجاز عنوان شده در آییننامههای ساختمانی، مجاز بودن مقادیر تنش و تغییر شکل موجود در سازهها تحت ترکیب بارهای طراحی مورد ارزیابی قرار گیرد. مطابق با روش پیشنهادی ارزیابی عملکرد FEMA P695 بهتر است نحوه تعیین تجربی مشخصات مصالح مبتنی بر الگوهای آزمایش مشخص شده در استانداردهای ASTM باشد. مشخصات مورد نظر برای مصالح شامل موارد زیر میباشند:[12]
– مشخصات تنش و کرنش کششی، فشاری و برشی مصالح
– مشخصات اصطکاکی مصالحی که ممکن است نسبت به هم بلغزند.
– مشخصات ناحیه تماس دو مصالح مختلف
سایر مواردی که در تعیین الزامات طراحی میبایست به طور صریح برای هریک از سیستمهای سازهای مد نظر قرار گیرند، به شرح زیر میباشند:
– معیارهای طراحی توام با اضافه مقاومت
– مسائل مربوط به پیکربندی سازهها
– الزامات مربوط به سختی و مقاومت
– پریود اساسی سازه

3-2-6. توسعه مدلهای نمونهای برای پوشش فضای طراحی سیستمهای سازهای
جهت تشخیص خصوصیات رفتاری سازه تحت اثر زلزلههای شدید از ابزاری سیستماتیک بنام مدلهای نمونهای شاخص در روش ارزیابی عملکرد FEMA P695 استفاده میکنیم که تأثیر زیادی برعملکرد فروریزشی سیستمهای مقاوم لرزهای دارد، به کمک ویژگیها و خصوصیات عملکردی سازه، مجموعهای از پیکربندیهای ساختمانی تحت عنوان پیکربندیهای مدل نمونهای شاخص (Index archetype configuration) را که مجموعه آنها، تمامی پیکربندیهای مجاز یک سیستم سازهای، تحت عنوان فضای طراحی مدل

پایان نامه
Previous Entries دانلود تحقیق در مورد دینامیکی، مدل سازی، ارزیابی عملکرد Next Entries دانلود تحقیق در مورد ارزیابی عملکرد، نوع کاربری، توسعه مدل