پایان نامه با موضوع عدم قطعیت، ارزیابی عملکرد، مدل سازی

دانلود پایان نامه ارشد

مطالعه، با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های ذاتي و دانش در پاسخ سازه از روش‌های مختلف به دست آمده است و پتانسیل فروپاشي سازه ها از دو طريق احتمال وقوع فروپاشي كلي در سطوح خطر گسسته زلزله و برآورد احتمال فرا گذشت ساليانه ميانگين (MAF) فرو پاشي تعيين شده است؛ و در نهايت سطوح اطمينان سازه ها در اهداف عملكردي مورد نظر به وسيله رويكرد FEMA350 به دست آمده است.
کلید واژه ها: شکل‌پذیری، فروپاشي، دریفت، تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی، منحنی‌های آسیب پذیری، شاخص شدت

اهداف و روند تحقیق

فصل اول
« اهداف و روند تحقیق »

مقدمه
سالیان متمادی هدف آیین نامه‌ها و دستورالعمل‌های لرزه ای، معرفی سیستم‌های سازه ای با قابلیت مقاومت در برابر زلزله بدون ویرانی و یا آسیب‌های سازه‌ای عمده بود. برای رسیدن به این هدف یکی از اصول اساسی دست یافتن به مصالح و سیستم سازه ای شکل‌پذیر می‌باشد. منظور از شکل پذیر بودن سازه، قابلیت تحمل تغییر شکل‌های غیرخطی بزرگ، بدون هرگونه کاهش در مقاومت و یا ناپایداری و ویرانی می‌باشد؛ لذا انتظار می‌رود سیستم‌های سازه‌ای با شکل‌پذیری بالا قابلیت مقاومت در برابر تقاضایی بسیار بزرگ‌تر از حد الاستیک خود را داشته باشند.
از اوایل سال 1960، به لحاظ تصوری که از رفتار مناسب و شکل پذیر سیستم قاب خمشی در برابر بارهای جانبی می‌شد، با اقبال عمومی خیره کننده ای روبرو گردید و در اغلب سازه های فولادی بکار برده می‌شد و بسیاری از مهندسان بر این باور بودند که آسیب سازه‌ای عمده ای در هنگام زلزله متوجه قاب‌های خمشی فولادی نخواهد بود و در صورت بروز آسیب، این موضوع به خرابی در سطح اعضاء و اتصالات محدود خواهد ماند.
ضعف عمده قاب‌های خمشی فولادی در زلزله های سال 1994 نورثریچ1 و 1995 کوبه2 این تصور را به چالش کشید. بعد از زلزله مشاهده شد که تعدادی از ساختمان‌های قاب خمشی فولادی متحمل شکست ترد در اتصالات به ویژه در ناحیه جوش شده بال پایین تیر به ستون شده‌اند. دامنه خرابی‌ها بسیار فراگیر بود تا آنجا که ساختمان‌های 1 تا 26 طبقه، ساختمان‌های با عمر ساخت کوتاه و حتی در حال ساخت را شامل می‌شد. نکته قابل توجه این بود که اکثر ساختمان‌های آسیب دیده بر طبق ضوابط آیین نامه‌های معتبر قبل از این زلزله ها طراحی شده بودند و علاوه بر آن در مناطقی با سطح خطر زلزله متوسط قرار داشتند.
پیدایش این قبیل خرابی‌های وسیع و شکست‌های ترد غیر منتظره در اتصالات، منجر به تحقیقات و بررسی‌های بسیاری به منظور بهبود عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی گردید که از نتایج آن‌ها می‌توان به معرفی اتصالات جدیدتر و مقاوم‌تر در برابر بارهای لرزه‌ای اشاره کرد.
اما معرفی اتصالات جدید، تنها رویکرد در پیش گرفته برای جلوگیری از تکرار چنین حوادث تلخی نبود چرا که آسیب‌های سازه‌ای مشاهده شده بعد از زلزله های نورثریچ و کوبه، ضعف روش‌های طراحی و ارزیابی قاب‌های خمشی فولادی را هم آشکار نمود و بر ضرورت ارائه روش‌های جدید در طراحی و ارزیابی ساختمان‌ها با توجه به عملکرد مورد انتظار تاکید نمود. در این راستا فلسفه و مبنای آیین نامه ها مورد بازنگری و دگرگونی کلی قرار گرفت و منجر به پیدایش نسل جدیدی از دستورالعمل‌های طراحی بر اساس عملکرد گردید که در آن‌ها از روش طراحی بر اساس عملکرد3 استفاده شده است، که هدف اصلی آن‌ها – و اغلب تنها هدفشان- این است که مانع فروریزش کلی سازه شوند، اصلاحات قابل توجهی داشته‌اند، اما کاستی‌هایی نیز دارند: این دستورالعمل‌ها بر مبنای سطوح خطر و عملکردی مجزا می‌باشند و وضعیت کمّی عملکرد را برای خطر لرزه‌ای پیوسته مشخص نمی‌کنند. علاوه بر آن تایید کفایت عملکرد در سطح اجزا صورت می‌گیرد نه در سطح کل سیستم 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 در این دستورالعمل‌ها، تعیینی 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.
برای رفع کاستی‌های فوق‌الذکر، در روش‌های طراحی بر اساس عملکرد، تحقیقات با هدف توسعه مهندسی زلزله بر اساس عملکرد (PBEE)4 در حال انجام است تا روشی جامع جهت جایگزینی نسل اول روش‌های مهندسی زلزله که در بالا به آن‌ها اشاره شد، پیشنهاد شود. چشم انداز این روش توسط مؤسسه 5PEER در قالب چارچوب زیر ترسیم شده است[8]:
λ(DV)=∭▒〖GdGdGdλ(IM)
*(کلیه پارامتر های معادله فوق در فصل 4 بخش 4 به طور کامل شرح داده خواهد شد)
اهداف نهایی در این چهار چوب تخمین احتمالاتی خسارت، هزینه ها و مدت زمان توقف کاربری می‌باشند. معادله بالا یک ساختار کلی برای هماهنگ سازی و ترکیب تحقیقات متنوع تحلیل خطر لرزه ای، مهندسی زلزله و تحلیل ریسک است و بدین وسیله، مسئله ابتدا به چهار جزء پایه ای تحلیل خطر، پیش بینی تقاضا، مدل سازی حالت‌های آسیب و گسیختگی و تخمین خسارت از طریق معرفی سه متغیر میانی، 6IM ،7EDP و 8DM تفکیک می‌شود و سپس این اجزا مجدداً از طریق انتگرال گیری روی تمام سطوح متغیرهای میانی به هم مرتبط می‌شوند.
هدف این پایان نامه و یا تحقیقات مشابه یعنی ارزیابی عملکرد با استفاده از تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM، جزیی از چشم انداز جامع و کلی پیشنهادی برای ارزیابی اهداف عملکردی توسط PEER است که می‌تواند در چارچوب زیر تعریف شود:
λ(C)=∬▒〖GdGDλ(IM)〗
*(کلیه پارامتر های معادله فوق در فصل 4 بخش 4 به طور کامل شرح داده خواهد شد)
آگاهی از میزان تقاضای لرزه‌ای در یک سیستم سازه ای یکی از اجزای مهم ارزیابی عملکرد لرزه‌ای است که به شدت تحت تأثیر عدم قطعیت‌ها در حرکات زمین و پاسخ سازه است و تنها راه در نظر گرفتن این عدم قطعیت‌ها مدل کردن دقیق آن‌ها با توجه به تئوری‌های آمار و احتمالات است. در تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM، برای سادگی در برخورد با مسئله عدم قطعیت‌ها، با استفاده از یک پارامتر واسطه IM، هر یک از عدم قطعیت‌های موجود در حرکت زمین و پاسخ سازه به صورت جداگانه مدل می‌شود و یا به عبارت دیگر، با توجه به کفایت پارامتر واسطه فرض می‌شود که این عدم قطعیت‌ها از هم مستقل باشند. بدین ترتیب مسئله به دو ریز مسئله مجزای تحلیل خطر لرزه‌ای و تعیین توزیع تقاضای لرزه‌ای به وسیله تحلیل غیر خطی سازه تبدیل می‌شود و سپس نتایج نهایی با هم ترکیب می‌شود .
برای محاسبه توزیع تقاضا و ظرفیت لرزه ای، یکی از جدیدترین روش‌ها، روش تحلیل دینامیکی غیر خطی افزایشی (IDA)9 می‌باشد که توانایی پوشش تقاضای لرزه‌ای سازه ای از حالت الاستیک تا ناپایداری کلی را دارا است. در این روش از مفهوم دیرینه مقیاس کردن رکورد ها اما به صورت هدفمند استفاده شده و مدل سازه را تحت یک یا چند رکورد در سطوح متفاوت شدت حرکات زمین قرار می‌دهند.
از آنجا که یکی از اهداف ارزیابی بر اساس عملکرد، درک صحیح از رفتار غیرخطی سازه در سطوح عملکرد نزدیک به فروپاشی سازه می‌باشد، در این راستا ایجاد مدل‌های هیسترزیس که بتواند تمام پدیده های تأثیر گذار روی تعیین تقاضای لرزه‌ای تا فروپاشی سازه را در برگیرد، یکی از چالش‌های ارزیابی بر اساس عملکرد به حساب می‌آید و مدل‌هایی که زوال سختی و مقاومت در بار سیکلی را لحاظ می‌کنند در مدل سازی رفتار غیرخطی سازه از اهمیت فوق‌العاده ای برخوردار می‌باشند که از جدیدترین این مدل‌ها می‌توان به مدل اصلاح شده‌ی ایبارا- کراوینکلر (2008) ‌[20] اشاره کرد.
نتایج تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM می‌تواند به دو صورت بیان شود که یکی از آن‌ها منحنی‌های آسیب پذیری احتمال وقوع ظرفیت یا حالت حدی بوده و دیگری برآورد احتمال میانگین فراگذشت سالیانه حالت حدی می‌باشد که در میان انواع مختلف حالت حدی، فروپاشی کلی سازه از اهمیت بیشتری برخوردار می‌باشد و در تحقیقات بیشتری مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این نتایج، روش جامعی تحت عنوان رویکرد FEMA350 [5] در زمینه تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای برای محاسبه سطوح اطمینان از عملکرد سازه های قاب خمشی فولادی ارائه شده که چارچوب مناسبی جهت برخورد با سه دسته عدم قطعیت کلیدی، یعنی عدم قطعیات موجود در حرکت زمین، پاسخ سازه و ظرفیت سازه را فراهم می‌کند و اثرات این عدم قطعیات را بر دو پارامتر بنیادی تقاضا و ظرفیت بیان می‌کند.

بیان مسئله و اهداف تحقیق:
همان‌طور که اشاره شد هدف ما ارزیابی عملکرد قاب‌های خمشی فولادی ویژه با استفاده از تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای بر مبنای پارامتر IM، با تمرکز بر مدل کردن عدم قطعیت‌های پاسخ سازه می‌باشد و مدل کردن عدم قطعیت‌های موجود در حرکت زمین و تحلیل خطر لرزه‌ای جزء اهداف این پایان نامه نمی‌باشند.
در این راستا قاب‌های خمشی ویژه فولادی سه، نه و بیست طبقه مطابق نشریه FEMA 355C [6] در نظر گرفته شده، سپس رفتار غیر خطی اعضای فولادی با استفاده از مدل جدید اصلاح شده‌ی ایبارا- کراوینکلر (2008) ‌[20] در نرم افزار Opensees مدل سازی شده است و با انتخاب شتاب نگاشت‌های مناسب حوزه نزدیک، تحلیل دینامیکی غیر خطی افزایشی روی سازه های مورد مطالعه انجام شده است و منحنی‌های IDAبر حسب دو پارامتر تقاضای بیشینه نسبت تغییر مکان بام (MRDR) و بیشینه نسبت تغییر مکان نسبی میان طبقه ای (MIDR) و پارامتر شاخص شدت شتاب طیفی با میرایی پنج درصد در مود اول به دست آمده است . سپس منحنی‌های IDA به دست آمده خلاصه سازی شده و مقادیر سه صدک آماری 16، 50 و 84 درصد با پردازش آماری بر روی محور تقاضا برای هر کدام از سازه ها به دست آمده است که امکان قضاوت بهتر نسبت به کلیات تحلیل و همچنین مقایسه‌ی بین دو EDP استفاده شده را میسر می‌کند و در نهایت ظرفیت یا حالات حدی سازه ها در سطوح عملکرد متداول از این نمودارها به دست آمده است.
در ادامه منحنی‌های آسیب پذیری، مربوط به فرو پاشی کلی سازه های مورد مطالعه، با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های ذاتی و دانش در پاسخ سازه از روش‌های مختلف به دست آمده و سپس با استفاده از منحنی‌های تحلیل خطر لرزه‌ای موجود برای سازه های مورد مطالعه، پتانسیل فروپاشی سازه ها از دو طریق منحنی‌های آسیب پذیری فرو پاشی کلی و برآورد احتمال میانگین فراگذشت سالیانه فرو پاشی تعیین شده است.

فصول تشکیل دهنده‌ی پایان‌نامه
همان‌گونه که گفته شد هدف از این تحقیق، تحلیل احتمالاتی تقاضای لرزه‌ای در قاب‌های خمشی فولادی می‌باشد که سعی شده در هشت فصل به این مهم دست یابیم.
در فصل دوم ابتدا به بررسی رفتار کلی سیستم مورد مطالعه در این پایان نامه یعنی سیستم قاب خمشی می‌پردازیم و پس از نگاهی مختصر بر تعاریف و مفاهیم کلی، به فلسفه روابط آیین نامه ای در این سیستم‌ها اشاره می‌شود و از آنجا که مهم‌ترین موضوع در بحث قاب‌های خمشی، اتصالات آن‌ها می‌باشد در ادامه پس از معرفی اتصالات از پیش تأیید شده در قاب‌های خمشی به عوامل مؤثر بر عملکرد اتصالات و به تبع آن در قاب‌های خمشی پرداخته می‌شود تا با شناخت کامل و کافی به انتخاب و طراحی مناسب از سازه های هدف دست یافت.
فصل سوم به کلیات و مفاهیم پایه‌ی تحلیل دینامیکی افزایشی، که توزیع تقاضا و ظرفیت در سطوح مشخص IM را به دست می‌دهد، و همچنین مزایا و ضرورت استفاده از آن می‌پردازد و در ادامه به نحوه خلاصه سازی ،استخراج نتایج و برآورد ظرفیت سازه ای و شرایط حدی از منحنی‌های IDA به دست آمده، اشاره می‌شود .
در فصل چهارم پس از ترسیم چشم انداز کلی مهندسی زلزله بر اساس عملکرد، روندی که در گزارش FEMA350 ارائه شده است، توصیف می‌گردد. در فصل پنجم به نحوه مدل سازی رفتار غیر خطی قاب‌های خمشی پرداخته شده و پس از مروری مختصر بر روند مرسوم مدل سازی بدون در نظر گرفتن زوال سختی و مقاومت سیکلی در تحقیقات گذشته‌ی تعیین تقاضای لرزه ای، مدل جامع ایبارا- کراوینکلر که زوال سختی و مقاومت را به خوبی لحاظ می‌کند، شرح داده شد

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با موضوع عدم قطعیت، دینامیکی، آسیب پذیری Next Entries پایان نامه با موضوع ظرفیت تحمل، زمین لرزه، مدل سازی