پایان نامه با موضوع ارزیابی عملکرد، عدم قطعیت، قابلیت اطمینان

دانلود پایان نامه ارشد

رفتار غیرخطی در هر دو منحنی در مقادیر متناظر DM و IM یکسان رخ می‌دهد.
در منحنی SPA پس از وارد شدن به حالت غیرخطی، نواحی با سختی مثبت وجود دارد در منحنی IDA متناظر با این قطعه ملاحظه می‌شود که قانون تغییر مکان مساوی (بر اساس این اصل تغییر مکان واقعی سازه ها با زمان تناوب مابین 6/0 تا 2 ثانیه با تغییر مکان سازه ای با زمان تناوب برابر ورفتار خطی، یکسان است) صادق است.
شیب منفی در منحنی SPA با یک ناحیه نرم شدگی در منحنی IDA متناظر است. چنانچه این نرم شدگی ادامه یابد و به خط صاف تبدیل گردد نشانگر ویرانی در سازه است (شکل 3- 6–الف). در صورت برخورد شیب منفی با شیب غیر منفی در منحنی SPA قطعه نرم شده در منحنی IDA با شیب مثبت پدید آمده که در آن نیز قانون تغییر مکان مساوی با شیب جدید صادق می‌باشد. نکته شایان توجه آن است که قسمت جدید دارای شیب کمتری نسبت به قسمت قبلی است.
در ادامه منحنی SPAافت مقاومت زیادی را نشان می‌دهد اما ناحیه صاف منحنی SPA قبل از ویرانی نشان از سخت شدگی مجدد دارد که این موضوع در منحنی IDA نیز دیده می‌شود و قانون “تغییر مکان برابر” ارضا می‌گردد و سختی کمتر از ناحیه الاستیک می‌شود.(شکل 3- 6- ب).

برآورد ظرفیت سازه‌ای و شرایط حدی بر اساس تحلیل IDA تک رکورده
سطوح عملکرد یا حالات حدی از اجزاء مهم در طراحی بر اساس عملکرد لرزه‌ای است و منحنی تحلیل دینامیکی افزایشی می‌تواند جهت تعیین آن‌ها به کار رود. برای این منظور به یک شیوه منطقی و فراگیر نیاز است، تا از طریق یک قانون به حالت حدی قابل قبول دست یافت.
در یک منحنی، نقاط متعددی ممکن است قانون حالت حدی را ارضا کنند و در پایان قسمت سخت‌شدگی امکان دارد احیای سازه‌ای رخ دهد. قوانین متعددی جهت تعیین حالت حدی به کار گرفته می‌شوند از آن جمله می‌توان به قانون پایه‌ای DM اشاره کرد.
شکل 3- 7 دو منحنی چند نیرویی را نمایش می‌دهد. در این شکل اگر باشد، آنگاه معیار خرابی از حد حالت مرزی می‌گذرد. این قبیل مقادیر CDM از طریق آزمایش، تئوری یا تجربه مهندسی بدست می‌آید که ممکن است جبری نباشد، اما یک توزیع احتمالی دارد.
قانون دیگر بر پایه IM می‌باشد. برای IM های تک نیرویی، چنین قانونی توسط یک حالت به صورت زیر توسعه داده می‌شود؛ اگر آنگاه معیار خرابی از مرز حالت حدی می‌گذرد (شکل 3- 7).

شکل 3- 7- قوانین پایه ای متفاوت در ساختمانی 3 طبقه با قاب ممان گیر و پریود 3/1 ثانیه [10].
تفاوت اصلی این روش با حالت قبل اختلاف در مقدار CIM است چرا که جداگانه و منحنی به منحنی انجام می‌شود.
برای مثال در FEMA350، روش شیب مماسی20% شیب اولیه در حقیقت، قانونی بر پایه IM است اما قانون θmax=10% قانون پایه‌ای DM به شمار می‌آید و در نهایت آخرین نقطه منحنی با شیب مماسی 20% شیب اولیه اگر دریفت زاویه ای کمتر از 10% باشد، به عنوان ظرفیت آستانه فروریزش تعریف می‌شود.

ارزیابی احتمالاتی عملکرد لرزه ای

فصل چهارم
« ارزیابی احتمالاتی عملکرد لرزه‌ای »

مقدمه
در این فصل پس از ترسیم چشم انداز کلی مهندسی زلزله بر اساس عملکرد، جایگاه تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای در آن مشخص می‌شود و در ادامه روش‌های مختلف ارزیابی عملکرد مورد بررسی قرار گرفته و دلایل انتخاب روش تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM در این پایان نامه تشریح می‌شود و پس از پرداختن به مقوله عدم قطعیت‌های موثر در تعیین تقاضای لرزه ای، نحوه مدل کردن آن‌ها با استفاده از روش احتمالاتی کلاسیک نشان داده شده و سعی شده فرضیات، اصول و چارچوب کلی روش تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM، که مبنا و اساس روش‌ها و رویکرد های مختلف در این زمینه می‌باشند، مشخص شود و در آخر به یکی از جامع‌ترین این رویکرد ها یعنی رویکرد FEMA350 برای محاسبه سطوح اطمینان از عملکرد سازه های قاب خمشی فولادی – که چارچوب مناسبی جهت برخورد با سه دسته عدم قطعیات کلیدی موجود در حرکات زمین، پاسخ سازه و ظرفیت سازه را فراهم می‌کند- به طور مفصل پرداخته می‌شود.

مهندسی زلزله بر مبنای عملکرد (PBEE)19
مهندسی زلزله بر مبنای عملکرد تمام موارد طراحی، ارزیابی، ساخت، کنترل کارکرد و نگهداری از سازه های مهندسی را در بر می‌گیرد. منظور از سازه های مهندسی، سازه‌هایی است که عملکرد آن تحت بارهای حدی و معمول، پاسخگوی نیازها و اهداف مالکین، استفاده کنندگان و جامعه باشد. این روش ادعا می‌کند که می‌توان عملکرد سازه های مهندسی را به صورت کمّی پیش بینی و ارزیابی نمود تا به همراه کارفرما به درک ملموس‌تری از ایمنی جانی و هزینه های ساخت، دست یابیم.
مهندسی زلزله بر مبنای عملکرد یک هدف مطلوب است و تا تکمیل آن مسیری طولانی در پیش روی است. علاوه بر موانع قانونی و حرفه ای که در این راه وجود دارد، در مورد توانایی این روش در تحقق وعده داده شده نیز، پرسش‌های زیادی مطرح است. پیش بینی تقاضای لرزه‌ای و ظرفیت با اطمینان کامل، حتی در قالب احتمالاتی غیر ممکن است. با این حال دلیلی که سبب شده مهندسی زلزله بر مبنای عملکرد در کانون تحقیقات قرار گیرد، این است که سازه‌هایی بهتر و اقتصادی‌تر طراحی و ساخته شود. عبارت‌های بهتر و اقتصادی‌تر بودن نسبی هستند و به وضعیت فعلی ارتباط پیدا می‌کنند. بدون تعریف یک هدف جدید و آرمان‌گرایانه، بهبود قابل توجهی در وضعیت فعلی حاصل نخواهد شد هرچند در نهایت ممکن است هرگز به طور کامل به آن هدف نرسیم، اما اگر هدف به خوبی تعریف شده باشد، در راه رسیدن به آن پیشرفت‌های قابل توجهی حاصل خواهد شد. مهندسی زلزله بر مبنای عملکرد بهترین هدف موجود است و باید بر آن متمرکز شد.
در مهندسی زلزله به دلایل مختلف، تغییرات عمده ای در حال شکل گیری است. افزایش سطح آگاهی‌ها درباره مشخصات زلزله، حرکت زمین و پاسخ سازه بدون شک از جمله این دلایل هستند. تجربه زلزله های اخیر در آمریکا و ژاپن، که نشان داد خسارات مالی می‌تواند بسیار فراتر از حد انتظار باشد، نیز به این تغییرات سرعت داد. اما مهم‌ترین دلیل، درک این واقعیت است که آیین نامه های فعلی نمی‌توانند پاسخگوی اصول ابتدایی و کاملاً عقلانی زیر باشند: الف) تمایل طراح به توضیح منطقی قوانین. ب) تمایل مالک به قضاوت صحیح در مورد هزینه و سود ناشی از مصونیت در مقابل زلزله. ج) نیاز جامعه به تصمیم گیری آگاهانه علیرغم عدم قطعیت زیاد در تقاضا و همچنین ظرفیت لرزه‌ای در سازه های موجود و جدید]8[.
در حال حاضر روش طراحی بر مبنای عملکرد20 اساس دستورالعمل‌های نظیر ((1996) ATC-40، (1997)FEMA-273 و (1995) Vision 2000 است. مطابق ضوابط این دستورالعمل‌ها، سازه باید به نحوی طراحی شود که بتواند اهداف عملکردی معینی را تحت زلزله های خفیف با پتانسیل تخریب اندک و زلزله های شدید با پتانسیل تخریب بالا- که ممکن است در طول عمر مفید سازه روی دهند- تأمین نماید.
دستورالعمل‌های فعلی، که در آن‌ها از روش طراحی بر اساس عملکرد استفاده شده است، بر مبنای سطوح خطر و سطوح عملکردی مجزا و ارزیابی تعینی پاسخ سازه تدوین شده‌اند. هرچند این دستورالعمل‌ها در مقایسه با آیین نامه های فعلی که هدف اصلی آن‌ها – و اغلب تنها هدفشان- این است که مانع فروریزش کلی سازه شوند، اصلاحات قابل توجهی داشته‌اند اما کاستی‌هایی نیز دارند: الف) آن‌ها وضعیت کمّی عملکرد را برای یک خطر لرزه‌ای پیوسته مشخص نمی‌کنند. ب) آن‌ها نمی‌توانند بین درجات مختلف آسیب که بین سطوح خطر مجزا قرار می‌گیرند، تمیز قائل شوند. پ) آن‌ها نمی‌توانند یک مبنای کمّی فراهم کنند که مالکین و سرمایه گذاران بتوانند بر اساس آن مزایای یک سطح عملکردی را با دیگری مقایسه کنند. ت) آن‌ها نمی‌توانند قالبی را پیشنهاد کنند که به کمک آن بتوان خطرات لرزه‌ای را با سایر انواع خطرها که برای مالکین و سرمایه گذاران ملموس‌ترند، مقایسه، ارزیابی و ترکیب نمود. علاوه بر آن تایید کفایت عملکرد در سطح اجزا صورت می‌گیرد نه در سطح سیستم کلی و در نتیجه یک تراز عملکردی خاص در صورتی که معیار پذیرش تنها در یک جزء واحد رد شود، ارضا نخواهد شد و در نهایت اینکه ارزیابی عملکرد تعینی است (به استثنای تعیین طیف خطر یکنواخت) و امکان بررسی صریح عوامل عدم قطعیت (ذاتی و دانش) که باید در ارزیابی عملکرد بر مبنای قابلیت اطمینان بررسی شوند، وجود ندارد.
به منظور حرکت به سوی رفع کاستی‌های فوق‌الذکر در روش طراحی بر اساس عملکرد، مرکز تحقیقات مهندسی زلزله منطقه پاسیفیک (PEER21) چندین سال است که تلاش می‌کند روش‌ها، داده ها و ابزارهای مورد نیاز برای ارزیابی جامع عملکرد لرزه‌ای ساختمان‌ها و پل‌ها را فراهم نماید. در این روش‌ها به منظور تصمیم گیری بهتر درباره خطرات زلزله، از متغیرهای تصمیم گیری استفاده می‌شود. متغیرهای تصمیم گیری متغیرهایی هستند که تعیین مقدار آن‌ها با توجه به عدم قطعیت‌های مهم، توصیف و مدیریت خطرات اجتماعی و اقتصادی ناشی از خسارت‌های مستقیم، تعطیلی، فرو ریزش و ایمنی جانی را ممکن می‌سازد ]8[ .

روش‌های مختلف ارزیابی عملکرد
زلزله خطری است با احتمال وقوع کم، اهمیت زیاد و عدم قطعیت بالا و با توجه به ماهیت تصادفی زلزله ها و عدم قطعیت‌های فراوانی که در ارزیابی عملکرد لرزه‌ای سازه ها وجود دارد، تخمین زلزله های آینده و عملکرد سازه در برابر آن فقط از طریق روش‌های احتمالاتی امکان پذیر است. مطابق دستورالعمل‌های جدید و مطالعات انجام شده توسط کرنل و کراوینکلر22 در سال 2000 میلادی همچنین موئهل و دئیرلئین23 در سال 2004 میلادی در مرکز تحقیقات مهندسی زلزله منطقه پاسیفیک (PEER)، ارزیابی عملکرد سازه ای را می‌توان مانند خطر لرزه‌ای به صورت میانگین فراوانی سالیانه (MAF)24 فرا گذشت از سطح مشخصی از پارامتر هدف بیان نمود.
هدف نهایی در ارزیابی عملکرد لرزه‌ای سازه های موجود یا طرح سازه های جدید می‌تواند تعیین معیار تصمیم گیری نظیر میانگین خسارت سالیانه (اقتصادی یا جانی) و یا میانگین فراوانی سالیانه یک حالت حدی مشخص نظیر فروپاشی ناشی از ناپایداری کلی سازه باشد.
این ارزیابی‌ها معمولاً بر اساس انجام تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی خواهد بود که ورودی مورد نیاز برای انجام این تحلیل توسط لرزه شناسان فراهم می‌شود. مراحلی که زلزله شناسان بدین منظور انجام می‌دهند عبارت است از:
(1) تحلیل خطر لرزه‌ای احتمالاتی (PSHA)25
(2) تعیین طیف خطر یکنواخت (UHS) 26برای یک یا چند تراز میانگین فراوانی سالیانه (یا احتمال سالیانه)
(3) تعیین n شتاب نگاشت متناسب با هر تراز برای استفاده در تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی. معمولاً لرزه نگاشت‌ها به نحوی انتخاب می‌شوند که بزرگا، فاصله و سایر پارامترهای لرزه‌ای آن‌ها مشابه خطر غالب در محل باشد. این انتخاب که از طریق مطالعه اجزای خطر انجام می‌شود، ممکن است رکوردهای سازگار با طیف خطر یکنواخت (UHS) از موارد ثبت شده یا از فرم‌های مختلف شتاب نگاشت‌های مصنوعی باشند. سپس مهندس زلزله برای هر مجموعه n تایی از شتاب نگاشت‌های مناسب و متناظر با فراوانی سالیانه p، تحلیل تاریخچه زمانی انجام می‌دهد و خروجی‌های مورد نظر را به دست می‌آورد. به عنوان مثال اگر بخواهیم پارامتری مانند حداکثر نسبت تغییر مکان نسبی میان طبقه ای (MIDR)27 را بررسی نماییم، در صورتیکه میانگین این پارامتر در نتیجه تحلیل با n رکورد در یک قاب خمشی از 7 درصد فراتر رود، ممکن است نتیجه گرفته شود که فراوانی سالیانه فروپاشی قاب حدود P‌ است، اما این نحوه نتیجه گیری برای بیان صریح و دقیق کافی نیست]11[.
لذا در ارزیابی لرزه‌ای بر مبنای عملکرد28 لازم است که مهندس به صورت مستقیم تایید نماید که فراوانی سالیانه یک حالت حدی از یک مقدار توصیه شده یا مقرر کمتر باشد (حالت حدی با C نمایش داده می‌شود و می‌تواند نظیر گسیختگی کلی سازه یا خسارت اقتصادی بزرگ‌تر از 10% هزینه ساخت، برای آن در نظر گرفته شود). در حالت کلی‌تر، حتی می‌توان فراوانی سالیانه چند حالت حدی (λ_c) را نیز به دست آورد. موضوع تخمینλ_c، که هدف ارزیابی

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با موضوع دینامیکی، یکسان سازی، مدل ریاضی Next Entries پایان نامه با موضوع ارزیابی عملکرد، آسیب پذیری، عدم قطعیت