پایان نامه با واژه های کلیدی 1/0T≤، مقادیرT، T≥TS

دانلود پایان نامه ارشد

ردنظر
1/0T≤
T≥TS

قاب نوع یک
قاب نوع دو
قاب نوع یک
قاب نوع دو
قابلیت استفاده ی بی وقفه
1
1
1
1
ایمنی جانی
3/1
1
1/1
1
آستانه ی فروریزش
5/1
1
2/1
1
(نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385(

دراین جدول قاب های نوع یک شامل سیستم های سازه ای هست که در آن ها بیش از30% بارجانبی توسط اعضایی حمل می شود که هنگام زلزله کاهش سختی و مقاومت دارند. قاب های خمشی معمولی، قاب های مهاربندی شده با محورهای متقارب، قاب های با اتصالات نیمه صلب، قاب های با مهاربندهای لاغر که فقط برای کشش طراحی شده اند، دیوارهای بنایی غیر مسلح و دیوارهای غیر شکل پذیر در برش از این نوع می باشند. سایر سیستم های سازه ای از نوع دو محسوب می شوند. برای مقادیرT بین 1/0 و TS مقدارC2 با استفاده از درونیابی خطی محاسبه می شود.
ضریب C3 برای سازه هایی که پس از تسلیم دارای سختی مثبت هستند (oα) برابر1و برای سازه هایی که پس از تسلیم دارای سختی منفی هستند (α(3-9) C3=1+(|α|〖[1-R]〗^1.5)/T_e در این رابطهS_a شتاب طیفی به ازای زمان تناوب اصلی مؤثر Te است و طبق آیین نامه طرح پل ها در برابر زلزله برابر است با:
S_a= AB (3-10)
B=1+ S(T_e⁄T_o) TO ≥ Te ≥0
(3-11) B=1+ S TS ≥ Te ≥TO
(1+S) 〖(T_e⁄T_o)〗^(2/3) B= TO ≤Te
مقدار A بر اساس آیین نامه طرح پل های راه و راه آهن در برابر زلزله مطابق جدول 3-5 بدست می آید.
جدول 3-5: شتاب مبنای طرح (A) در مناطق مختلف کشور.
منطقه
خطر نسبی پهنه
مقدار شتاب مبنای طرح (A)
1
خیلی زیاد
35/0
2
زیاد
3/0
3
متوسط
25/0
4
کم
2/0
(آیین نامه 2800)

3-3- روش بدست آوردن جابجایی تقاضا در ATC-40
روش بدست آوردن نقطه عملکرد در ATC-40 بر اساس روش طیف ظرفیت 1 است. در ATC-40 محل تقاطع منحنی طرفیت و طیف تقاضا در مختصات جابجایی طیفی – شتاب طیفی نقطه ی عملکرد2 نامیده می شود. در مختصات جابجایی طیفی – شتاب طیفی، جابجایی طیفی نقطه عملکرد سازه جابجایی تقاضا نامیده می شود. با استفاده از این جابجایی، مقدار تغییر مکان نقطه کنترلی بدست می آید و سطح عملکردی سازه مورد ارزیابی قرار می گیرد. در این روش ابتدا با استفاده از یک تحلیل استاتیکی غیر خطی منحنی ظرفیت (پوش اور) سازه بدست آورده می شود.
در این روش منحنی ظرفیت (پوش اور) و منحنی طیف پاسخ الاستیک با میرایی ٪5 با توجه به یک سری روابط به منحنی هایی بر اساس مختصات جابجایی طیفی(Sd) و شتاب طیفی (Sa) تبدیل می شوند. منحنی طیف پاسخ الاستیک (طیف تقاضا) در مختصات جابجایی طیفی- شتاب طیفی، منحنی طیف پاسخ الاستیک (طیف تقاضا) در فرمت ADRS و منحنی طیف ظرفیت (پوش آور) در مختصات جابجایی طیفی- شتاب طیفی، منحنی ظرفیت (پوش آور) در فرمت ADRS یا طیف ظرفیت نامیده می شود. به عنوان نمونه یک منحنی ظرفیت (شکل سمت راست) و یک منحنی طیف پاسخ الاستیک (شکل سمت چپ) با میرایی های متفاوت در فرمت ADRS، در شکل 3-1 نشان داده شده است.
ADRS خلاصه شده اصلاح Acceleration Displacement response spectrum، به معنی طیف پاسخ جابجایی شتاب است.

شکل 3-1: منحنی طیف ظرفیت و منحنی طیف تقاضا با میرایی های متفاوت در دستگاه مختصات جابجایی طیفی – شتاب طیفی (فرمت ADRS) (کریمی کنزق، 1388).

1- CSM (Capacity Spectrum Method)
2- Performance point

با توجه به اینکه هم اکنون هر دو منحنی در دستگاه مختصات جابجایی طیفی – شتاب طیفی قرار دارند می توان آنها را در یک دستگاه مختصات همراه با یکدیگر و بر حسب مختصاتSd و Saرسم کرد. به عنوان نمونه یک منحنی ظرفیت و یک منحنی طیف تقاضا با میرایی های متفاوت همراه با یکدیگر در دستگاه مختصات جابجایی طیفی – شتاب طیفی (فرمتADRS ) در شکل 3-2 نشان داده شده است.

شکل 3-2 : منحنی طیف ظرفیت و منحنی طیف تقاضا با میرایی های متفاوت در دستگاه مختصات جابجایی طیفی – شتاب طیفی (فرمت ADRS) (کریمی کنزق ،1388).

پس از رسم هر دو منحنی در یک دستگاه مختصات یک جابجایی طیفی برای سازه فرض می شود و بر اساس این جابجایی طیفی میرایی مؤثر سازه محاسبه می شود. با توجه به میرایی مؤثر محاسبه شده ضرایب کاهش طیفی بدست می آیند. با استفاده از ضرایب کاهش طیفی، طیف تقاضا در فرمت ADRS کاهش داده می شود تا منحنی طیف ظرفیت سازه را قطع کند. اگر درصد اختلاف جابجایی طیفی نقطه ی تقاطع بدست آمده با جابجایی طیفی فرض شده در حد مجاز قرار داشته باشد، این جابجایی طیفی همان جابجایی تقاضای سازه است. این بدان معناست که در حقیقت طیف تقاضای جدید که بر اساس ضرایب کاهش طیفی بدست آمده، همان طیف تقاضا با میرایی واقعی سازه است. ولی اگر درصد اختلاف جابجایی طیفی فرض شده و بدست آمده در محدوده مجاز قرار نداشته باشد، بدین معناست که ضرایب کاهش طیفی که بر اساس میرایی و میرایی که بر اساس جابجایی طیفی فرض شده محاسبه شده اند نیز صحیح نیستند، یا به عبارتی طیف تقاضای بدست آمده طیف تقاضای واقعی سازه نیست. این بدان معناست که میرایی محاسبه شده برای سازه برابر با میرایی واقعی سازه نیست. بنابراین باید یک جابجایی طیفی دیگر فرض گردد و روند فوق تکرار شود. همان طور که دیده می شود، روش بدست آوردن نقطه عملکرد سازه یا همان جابجایی تقاضا در روش ATC-40 بصورت تکراری و همراه با سعی و خطاست و برای رسیدن به نتیجه مطلوب باید چندین بار تکرار شود. البته باید توجه داشت که تمام روند توضیح داده شده به صورت اتوماتیک توسط برخی نرم افزارهای تخصصی انجام می شود و بعد از انجام یک تحلیل استاتیکی غیرخطی یا پوش آور برنامه طیف ظرفیت، طیف تقاضا و نقطه عملکرد سازه را محاسبه می کند و به صورت گرافیکی نمایش می دهد.
در ATC-40 سه روش برای بدست آوردن نقطه عملکرد معرفی شده است. در این پایان نامه روش A بصورت کامل توضیح داده می شود. این روش می تواند بصورت دستی یا با استفاده از برنامه های صفحه گسترده (مانندEXCEL) انجام شود. همچنین این روش پرکاربردترین روش در بین سه روش دیگر معرفی شده است و در تفسیر دستورالعمل بهسازی نیز به طور خلاصه آورده شده است.

3-3-1- روش طیف ظرفیت برای بدست آوردن نقطه عملکرد سازه بر اساس آیین نامه ی ATC-40
در قسمت قبل بصورت مختصر روش بدست آوردن نقطه ی عملکرد سازه بر اساس روش طیف ظرفیت توضیح داده شد. در این قسمت روش بدست آوردن نقطه ی عملکرد سازه بر اساس روش A شرح داده شده در ATC-40 مرحله به مرحله بصورت کاربردی توضیح داده می شود.
مرحله 1: منحنی طیف پاسخ الاستیک با میرایی٪5) ٪5 (Elastic Response Spectrum را با توجه به سایت محل احداث و سطح خطر مورد نیاز برای سازه ی مورد نظر بدست می آوریم. طیف پاسخ الاستیک در اکثر آیین نامه ها بر اساس شتاب طیفی – پریود است. یک نمونه طیف پاسخ الاستیک در شکل 3-3 نشان داده شده است.

شکل 3-3: منحنی طیف پاسخ الاستیک با میرایی ٪5 (کریمی کنزق، 1388).
مرحله 2: منحنی ظرفیت1 سازه با استفاده از یک تحلیل استاتیکی غیر خطی بدست می آید. در SAP2000 این منحنی بصورت اتوماتیک توسط برنامه با استفاده از یک آنالیز استاتیکی غیر خطی بدست آورده شده و Pushover Curve نامیده می شود. در شکل 3-4 یک نمونه منحنی پوش آور نشان داده شده است.

شکل 3-4: منحنی ظرفیت (پوش آور) (کریمی کنزق، 1388).
مرحله 3: منحنی طیف پاسخ الاستیک بر اساس شتاب طیفی – پریود و منحنی ظرفیت بر اساس برش پایه – تغییر مکان نقطه کنترل است. با توجه به این که نقطه ی عملکرد سازه از تلاقی این دو منحنی بدست می آید، بنابراین ابتدا باید این دو منحنی به یک سیستم مختصات یکسان برده شده و سپس مختصات نقطه ی تقاطع بدست آورده شود. این سیستم مختصات یکسان فرمت ADRS توضیح داده شده است.
مرحله 3-1: در این مرحله باید منحنی طیف پاسخ الاستیک2 به منحنی طیف تقاضا3 در فرمت ADRS تبدیل شود. منحنی طیف پاسخ الاستیک بر اساس پریود – شتاب طیفی و منحنی طیف تقاضا در فرمت ADRS بر اساس جابجایی طیفی – شتاب طیفی است. با توجه به اینکه منحنی طیف تقاضا بر اساس مختصات جابجایی طیفی – شتاب طیفی است. اصطلاحا گفته می شود که منحنی طیف پاسخ به فرمت ADRS در آمده است. باید توجه داشت بین اصطلاح طیف تقاضا و طیف پاسخ تفاوتی نیست و پس از اعمال ضرایب کاهش طیفی به طیف پاسخ (طیف تقاضا) کاهش یافته یا منحنی طیف پاسخ (طیف تقاضا) در فرمت ADRS می نامند. با استفاده از رابطه زیر هر نقطه از منحنی طیف پاسخ الاستیک با مختصات (Ti ,Sai) به نقطه ای از منحنی طیف تقاضا با مختصات (Sdi ,Sai) در فرمت ADRS تبدیل می شود.
-1Capacity (Pushover) Curve
-2Elastic Response Curve
-3Demand Spectrum Curve
Sdi = (T_i^2)/〖4π〗^2 Saig (3-12)
که در آن:
Sdi =جابجایی طیفی.
Sai =شتاب طیفی.
= Ti پریود.
برای تبدیل منحنی طیف پاسخ الاستیک به منحنی طیف تقاضا در فرمت ADRS ابتدا مختصات هر نقطه از منحنی طیف پاسخ با مختصات (Ti ,Sai) را بدست آورده، سپس با استفاده از رابطه ی معرفی شده هر نقطه از منحنی طیف پاسخ با مختصات (Ti ,Sai) به نقطه ای از منحنی طیف تقاضا در فرمت ADRS با مختصات (Sdi ,Sai) تبدیل می شود. در شکل 3-5 تبدیل منحنی طیف پاسخ الاستیک استاندارد به فرمت ADRS نشان داده شده است.

Elastic Response Spectrum (Standard Format) → Elastic Response Spectrum (ADRS Format)
(Ti , Sai) → (Sdi , Sai)
شکل 3-5: روند تبدیل طیف پاسخ استاندارد به فرمت ADRS (کریمی کنزق، 1388).

در منحنی طیف تقاضا یا منحنی طیف پاسخ در فرمت ADRS هر خط راست که از مرکز مختصات عبور می کند، متناظر با یک زمان تناوب ارتعاش ثابت است. همچنین با افزایش تغییر مکان، پریود طولانی تر می شود.
مرحله 4-2: در این مرحله بایستی منحنی ظرفیت به منحنی طیف ظرفیت1 در فرمت ADRS تبدیل شود. منحنی ظرفیت بر اساس جابجایی بام (درپل ها بالاترین نقطه پایه مرکزی 2) – برش پایه و منحنی طیف ظرفیت در فرمت ADRS بر اساس مختصات جابجایی طیفی- شتاب طیفی است. با توجه به اینکه منحنی طیف ظرفیت بر اساس مختصات جابجایی طیفی- شتاب طیفی است. اصطلاحا گفته می شود منحنی ظرفیت به فرمت ADRS در آمده است.
با استفاده از رابطه های زیر هر نقطه از منحنی ظرفیت پوش آور با مختصات (δi ,Vi) به نقطه ای از منحنی طیف ظرفیت با مختصات (Sdi,Sai) در فرمت ADRS تبدیل می شود.
Sai=(V_i⁄W)/a_i (3-13)
Sdi=∆_roof/(〖PF〗_1 ˟ φ_(1,roof) ) (3-14)
که در آن:
=Sai شتاب طیفی.
=Sdi جابجایی طیفی.
=Vi برش پایه.
=W وزن بار مرده ی سازه بعلاوه بارهای زنده ی محتمل.
= 〖α 〗_1 ضریب مشارکت مودال در مود اول.
= ∆_roof جابجایی تراز بام.
=PF_1 ضریب مشارکت مودال در مود اول.
= φ_(1,roof) دامنه مود اول در تراز بام.
در این روابط پارامترهای〖α 〗_1 و PF_1 برابرند با:
〖α 〗_1=⌊∑_(i=1)^N▒((w_i φ_i1))⁄g⌋/⌊∑_(i=1)^N▒w_i⁄g⌋⌊∑_(i=1)^N▒((w_i 〖φ_i1〗^2))⁄g⌋ (3-15)
PF_1=(∑_(i=1)^N▒((w_i φ_i1))⁄g)/(∑_(i=1)^N▒((w_i 〖φ_i1〗^2))⁄g) (3-16)
= φ_i1 دامنه مود اول در تراز iام.
= w_i⁄g جرم نسبت داده شده به تراز iام.
= N تراز N ام. این تراز بالاترین تراز سازه است.

-1Capacity Spectrum Curve
-2Top of the Center Pier
برای تبدیل منحنی ظرفیت به منحنی طیف ظرفیت ابتدا بایستی ضریب مشارکت مودال PF_1 و ضریب جرم مودال 〖α 〗_1 محاسبه شود. سپس با استفاده از رابطه های معرفی شده هر نقطه از منحنی ظرفیت با مختصات (δi ,Vi) به نقطه ای از منحنی طیف ظرفیت با مختصات (Sdi,Sai) تبدیل می شود. در شکل 3-6 تبدیل منحنی ظرفیت (پوش آور) به فرمت ADRS نشان داده شده است.

Capacity Spectrum Curve → Capacity (Pushover) Curve
(Sdi ,Sai) → (δi ,Vi)

شکل 3-6: روند تبدیل منحنی ظرفیت به فرمت ADRS(کریمی کنزق، 1388).

در منحنی طیف ظرفیت (پوش آور) در فرمت ADRS هر خط راست که از مرکز مختصات عبور می کند متناظر با یک ارتعاش ثابت است. همچنین با افزایش تغییر مکان، پریود طولانی تر می شود.
مرحله 4: منحنی طیف پاسخ و ظرفیت که اکنون هر دو به فرمت ADRS تبدیل شده و به ترتیب منحنی طیف ظرفیت و طیف تقاصا در فرمت ADRS نامیده می شوند، همراه با یکدیگر در یک دستگاه مختصات رسم می شوند. با توجه به اینکه هر دو منحنی به فرمت ADRS تبدیل شده و بر حسب Sd و Sa هستند می توانند همراه با یکدیگر در یک دستگاه مختصات رسم شوند. در شکل 3-7 منحنی طیف ظرفیت و طیف تقاضا همراه با یکدیگر در یک دستگاه مختصات ADRS نشان داده شده است.

شکل3-7: منحنی طیف ظرفیت و طیف پاسخ همراه با یکدیگر در فرمت ADRS (کریمی کنزق، 1388).

مرحله 5: روش بدست آوردن نقطه عملکرد سازه یک روند تکراری همراه با سعی و خطاست. در اولین سعی نقطه ای با مختصات (dpi , api) روی منحنی طیف ظرفیت در نظر گرفته می شود. حدس اولیه برای dpi می تواند به صورت تقریبی، برابر جابجایی معادل یا نقطه انتهایی طیف ظرفیت یا بر اساس یک قضاوت مهندسی تعیین شود. در شکل 3-8 روش بدست آوردن جابجایی معادل به صورت تقریبی از روی منحنی طیف ظرفیت و طیف تقاضا نشان داده شده است.

شکل 3-8: روش یافتن جابجایی معادل بصورت تقریبی از روی منحنی طیف ظرفیت و طیف تقاضا (کریمی کنزق، 1388).

باید توجه داشت که که در بعضی مراجع , dpi api و … با Sdpi و Sapi و … نشان داده شده است، این دو علامت گذاری با یکدیگر فرقی ندارد و حرف S تنها مخففSpectral است و نشان می دهد که مختصات مورد نظر بر حسب مختصات طیفی است.
مرحله 6: بایستی یک تقریب دو خطی از منحنی طیف ظرفیت تا نقطه عملکرد بدست آمده در مرحله قبل رسم شود. با استفاده از این منحنی دو خطی ابتدا میرائی مؤثر سازه تخمین زده شده و سپس ضرایب کاهش طیف تقاضا محاسبه می شوند. این تقریب دو خطی باید به صورتی ترسیم شود که سطح زیر منحنی طیف ظرفیت و نمایش دو خطی آن با هم برابر باشند. مقادیرdy و ay از مختصات نقطه شکست تقریب دو خطی بدست می آید. در شکل 3-9 منحنی طیف ظرفیت و تقریب دو خطی منحنی طیف ظرفیت 1 برای تعیین پارامترهای (dpi , api) و dy , ay)) نشان داده شده است.

شکل 3-9: تقریب دو خطی منحنی طیف ظرفیت (ATC-40, 1996).

در اکثر موارد یک منحنی ظرفیت (پوش آور) از پوش چندین منحنی ظرفیت (پوش آور) تشکیل می شود. در این موارد ممکن است منحنی طیف ظرفیت به صورت دندانه دار باشد تقریب دو خطی روی منحنی طیف ظرفیتی ساخته می شود که نقطه ی عملکرد سازه روی آن قرار گرفته است.

شکل 3-10: روش بدست آوردن نقطه ی عملکرد از روی منحنی طیف ظرفیت دندانه دار (ATC-40, 1996).

1-Bilinear Representation
به عنوان نمونه همانطور که در شکل 3-10 دیده می شود، منحنی طیف ظرفیت کلی بصورت دندانه دار بوده و از پوش سه منحنی طیف ظرفیت 1,2&3 Capacity spectrum تشکیل شده است. حال با توجه به اینکه نقطه عملکرد سازه مورد نظر روی طیف ظرفیت شماره 2 واقع شده است، تقریب دو خطی نیز روی منحنی طیف ظرفیت شماره 2 به گونه ای ساخته می شود که سطح زیر این تقریب دو خطی و منحنی طیف ظرفیت شماره 2 با یکدیگر برابر باشند.
مرحله 7: تغییر مکان های غیر الاستیک باعث افزایش میرایی و کاهش تقاضا می شوند. در روش طیف ظرفیت (CSM) آن قدر طیف تقاضا کاهش داده می شود تا نقطه تقاطعی با منحنی طیف ظرفیت پیدا شود. در این نقطه جابجایی بدست آمده بر اساس میرایی در نظر گرفته شده است. طیف تقاضا با استفاده از ضرایب کاهش طیفی SRA و SRV کاهش می دهد. SRA مقدار کاهش طیفی در محدوده ی شتاب ثابت طیف و SRV مقدار کاهش طیفی در محدوده ی سرعت ثابت طیف است. این ضرایب برابرند با:
SRA=1/B_s =(3.21-0.68 ln⁡〖(β_eff)〗)/2.12 ≥ Value in Table 8 -2 (ATC-40) (3-17)
SRV=1/B_L =(2.31-0.41 ln⁡〖(β_eff)〗)/1.65 ≥ Value in Table 8 -2 (ATC-40) . (3-18)
SRA و SRV باید حداقل برابر مقادیر جدول 3-6 باشند.

جدول 3-6: مقادیر حداقل مجاز SRA و SRV
نوع تیپ سازه
SRA
SRV
تیپ A
33/0
5/0
تیپB
44/0
56/0
تیپC
56/0
67/0
(ATC-40, 1996)

3-3-1-1- روش بدست آوردن β_eff در ATC-40 و FEMA 440
وقتی که سازه بر اثرتغییر مکان های ایجاد شده وارد محدوده ی غیر الاستیک می شود، پدیده ی میرایی یا همان استهلاک انرژی ورودی به سازه اتفاق می افتد. میرایی سازه در محدوده ی تغییر مکان های غیر الاستیک، ترکیبی از میرایی ویسکوز1 و میرایی هیسترتیک2 است. متداول ترین روش برای تعیین نسبت میرایی ویسکوز معادل تعیین اتلاف انرژی در چرخه های ارتعاش سیستم غیر الاستیک و سیستم خطی معادل آن است )کریمی کنزق، 1388(. میرایی هیسترتیک را می توان به میرایی ویسکوز معادل تبدیل کرد. کل میرایی مؤثر با استفاده از رابطه ی زیر که توسط چوپرا (نشریه 463، 1387) پیشنهاد شده است، تخمین زده می شود:
β_eff= 0.05 + k βo (3-19)
=β_eff میرایی ویسکوز مؤثر.
= βo میرایی هیسترتیک که نشان دهنده ی میرایی ویسکوز معادل سازه است.
=0.005 میرایی ویسکوز ذاتی سازه (فرض می شود که ثابت باشد.)
=k ضریب تصحیحی است که برای در نظر گرفتن خطا های وارد شده در تقریب نمایش دو خطی منحنی طیف ظرفیت در نظر گرفته می شود.
ضریب βo با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود:
βo=1/4π E_D/E_S = (0.637 (a_y d_pi-d_y a_pi))/(a_pi d_pi ) (3-20)
= ED انرژی مستهلک شده توسط میرایی در سیستم غیر الاستیک که با سطح محصور در منحنی هیسترزیس رفتار سازه برابر است. این سطح بصورت خط چین در شکل (3-11) نشان داده شده است.
ED = 4 (ay dpi – dy api ) . ) (3-21
ES = api dpi/2 …………. (3-22)

1- Viscous Damping
2- Hystertetic Damping

شکل 3-11: مفاهیم تصویری پارامترهای مؤثر در محاسبه ی β_eff (FEMA-440, 2005).

برای تعیین K ابتدا باید تیپ سازه از جدول 3-7 مشخص شود.

جدول 3-7: تعیین نوع سازه
طول مدت زلزله
سازه با جزئیات خوب
سازه با جزئیات متوسط
سازه با جزئیات نامعلوم یا بد
کوتاه
تیپ A
تیپ B
تیپ C
بلند
تیپ B
تیپ C
تیپ C
(1996ATC-40,).
بر اساس ATC40، سازه با جزئیات خوب سازه ای است که اعضای اصلی آن بر اساس نیاز های سیستم مقاوم باربر جانبی جدید ساخته شده است و مقدار کمی از مقاومت و سختی توسط اعضایی تامین می شود که نیازهای مورد نظر را تامین نمی کنند. سازه با جزئیات متوسط سازه ای است که اعضای اصلی آن ترکیبی از اعضای موجود و قدیمی است یا بهتر از متوسط سیستم های موجود است. سازه با جزئیات نامعلوم یا بد سازه ای است که اعضای اصلی آن نمی توانند یک سیستم مقاوم جانبی به حساب آیند و دارای رفتار هیسترزیس ضعیف و غیرقابل اطمینان اند.
در ستون طول مدت زلزله (Shaking Duration) تعیین می شود. این پارامتر میرایی مؤثر سیستم های سازه ای را تحت تاثیر قرار می گیرند. در اثر سیکل های متوالی زلزله، سیستم های سازه ای دچار تنزل شده و ظرفیت جذب انرژی (میرایی) کاهش می یابد. میرایی مؤثر در تعیین طیف پاسخ تقاضا بکار برده می شود.
برای سایت های نزدیک به مرکز زلزله انتظار می رود در یک زمان کوتاه زمین دارای تکان های بسیار شدید باشد. بنابراین هر چند که ممکن است طول مدت زمین لرزه طولانی باشد ولی تنها تعداد کمی سیکل دارای تکان های قوی بوده و در طیف پاسخ سایت منعکس می شود. برای تعیین میرایی مؤثر سایت های به مرکز زلزله فرض می شود که تکان های زمین از نوع کوتاه مدت است.
برای سایت های دور از مرکز زلزله انتظار می رود طول زمان تکان های زمین لرزه طولانی تر باشد. بنابراین طول مدت بیشتری از زمین لرزه در طیف پاسخ سایت منعکس می شود. برای تعیین میرایی مؤثر سایت های دور از مرکز زلزله در پهنه 3 (zone 3 بر اساس ATC-40) طول مدت زمین لرزه از نوع طولانی مدت فرض می شود، مگر اینکه مطالعات زمین شناسی وضعیت دیگری را نشان دهد. در پهنه 4 (zone 3 بر اساس ATC-40) برای سایت های دور از مرکز زلزله طول مدت زمین لرزه وابسته به بزرگی زلزله و مشخصات خاک است. برای تعیین میرایی مؤثر سایت های واقع در پهنه 4 باید طول پهنه تکان های زمین بلند فرض شوند مگراینکه مرکز زلزله حاکم در سطح خطر سایت دارای ممان ماکزیممی یا بزرگی6 M ≤ و مشخصات خاک از نوع سنگی یا خاک سفت باشد، یا اینکه مطالعات زمین شناسی وضعیت دیگری را نشان دهد.
نکته قابل توجه این است که در سایت ها با خاک نرم، طول مدت زمین لرزه باید از نوع طولانی مدت فرض شود، مگر اینکه مطالعات زمین شناسی وضعیت دیگری را نشان دهد)کریمی کنزق، 1388(.
حال با معلوم بودن تیپ سازه و مقدار βo می توان مقدار k رابر اساس جدول 3-8 بدست آورد.

جدول 3-8: تعیین ضریب اصلاح میرایی
نوع تیپ سازه
βo (درصد)
K

تیپ A
16.25≥
1

16.25<
1.13-(0.51(a_y d_pi-d_y a_pi))/(a_pi d_pi )
تیپB
25≥
0.67

25<
0.845 -(0.446(a_y d_pi-d_y a_pi))/(a_pi d_pi )
تیپC
برای تمامی مقادیر
0.33
(ATC-40,1996).

بعد از مشخص شدن β_eff با اعمال ضرایب کاهش طیفی منحنی طیف تقاضا با میرایی 5٪ به منحنی طیف تقاضا با میرایی بیش از 5٪ کاهش داده می شود. منحنی طیف تقاضای کاهش داده شده بایستی در همان مختصات رسم شود تا نقطه ی تقاطع جدید بدست آید. در شکل 3-23 تبدیل طیف تقاضا به طیف تقاضای کاهش داده شده بعد از اعمال ضرایب کاهش طیفی نشان داده شده است.

شکل 3-12: منحنی های طیف تقاضای کاهش یافته پس از اعمال ضرایب کاهش یافته در هر مرحله (ATC-40, 1996).

مرحله 8: بعد از ترسیم طیف تقاضای الاستیک با میرایی β_eff همراه با طیف ظرفیت نقطه ی تقاطع با مختصات a_pi 〖 و d〗_pi بدست می آید. در شکل 3-13 نقطه تقاطع منحنی طیف ظرفیت و طیف تقاضا (a_pi 〖 و d〗_pi) همراه با مختصات جابجایی طیفی فرض شده 〖 d〗_iنشان داده شده است.

شکل 3-13: مختصات نقطه ی طیفی فرض شده (〖 d〗_pi) و بدست آمده d_i در منحنی طیف ظرفیت (ATC-40, 1996).

بعد از بدست آمدن نقطه تقاطع باید همگرایی کنترل شود. برای این منظور باید درصد اختلاف جابجایی طیفی بدست آمده d_i محل (تقطع منحنی طیف ظرفیت و طیف تقاضا) با جابجایی طیفی فرض شده 〖 d〗_piکمتر از ٪5 باشد، یعنی 〖 ≤ 1.05 d〗_pi 〖 0.95 d〗_pi 〖 ≤d〗_i، در غیر این صورت باید به مرحله ی 9 مراجعه شود.
مرحله 9: اگر این اختلاف بیش از ٪5 باشد، باید یک نقطه دیگر با مختصات a_pi 〖 و d〗_pi در نظر گرفت و دوباره از مرحله 5 مراحل ذکر شده را تکرار کرد. انتخاب جدید نقاط a_pi 〖 و d〗_pi می تواند بر اساس جابجایی طیفی بدست آمده در مرحله 8 باشد، یعنی می توان جابجایی طیفی بدست آمده در این مرحله را برای جابجایی طیفی در سعی بعدی در نظر گرفت. همچنین می توان بر اساس یک قضاوت مهندسی یک جابجایی طیفی دیگر به عنوان جابجایی طیفی اولیه در نظر گرفت.
مرحله 10: اگر مختصه ی جابجایی طیفی نقطه ی تقاطع منحنی طیف ظرفیت و طیف تقاضا یعنی 〖 d〗_piدر محدوده ی مجاز قرار داشته باشد، در این صورت جابجایی طیفی 〖 d〗_piهمان نقطه عملکرد سازه یعنی d_Pخواهد بود. بنابراین d_P نشان دهنده ی ماکزیمم جابجایی سازه ای مورد انتظار برای تقاضای لرزه ای مورد انتظار است، یا به عبارتی می توان گفت در این نقطه ظرفیت با تقاضا برابر است.
در ادامه منحنی طیف پاسخ الاستیک و منحنی ظرفیت برای قاب 1 ترسیم شده است.

شکل 3-14: منحنی طیف پاسخ الاستیک قاب 1.

شکل 3-15: منحنی ظرفیت قاب 1 تحت زلزله منجیل (سطح خطر2).

شکل زیر نمودار عملکرد قاب 1 را که با نرم افزار EXCEL و با سعی و خطا ترسیم شده، آورده شده است.

شکل 3-16: نمودار عملکرد قاب 1 تحت زلزله منجیل (سطح خطر2).

نقطه عملکرد برای قاب 1 طبق نمودار فوق 2/3 سانتی متر از تلاقی دو منحنی طیف تقاضا و طیف ظرفیت بدست آمد، در فصول بعدی این مقدار با تغییر مکان حداکثر متناظر تحت دینامیکی رکورد زلزله منجیل مقایسه می شود. اگر تغییر مکان متناظر بزرگتر از 2/3 سانتی متر باشد سازه نیاز به بهسازی خواهد داشت.
3-4- رفتار اعضای سازه
رفتار اجزاي سازه با توجه به نوع تلاش داخلي آن ها و منحني نيرو- تغييرشكل حاصل به صورت كنترل شونده توسط تغيير شكل و يا كنترل شونده توسط نيرو مي باشد. منحني نيرو – تغيير شكل مطابق شکل های 3-17 تا 3-19 می تواند بیان گر رفتار شکل پذیر، نيمه شكل پذير يا ترد باشد. در رفتار شکل پذير، منحني نيرو – تغييرشكل مطابق شكل 3-17 دارای چهار قسمت است. در قسمت اول (شاخه ی OA) رفتار ارتجاعی خطی است. در قسمت دوم (شاخه ی AB) رفتار خمیری کامل یا خمیری با امکان سخت شدگی است. در قسمت سوم ( شاخه ی BC) مقاومت به شدت کاهش می یابد اما به طور کلی از بین نمی رود ودر قسمت چهارم (شاخه ی CD) رفتار مجدد اً خميري اما نرم شونده است. براي آن كه اعضاي اصلي، كنترل شونده توسط تغيير شكل محسوب شوند بايد نسبت تغيير شكل متناظر با آستانه ي كاهش مقاومت به تغييرشكل حد خطي (e/g در شکل 3-17) بزرگتر از 2 باشد، اما اعضاي غير اصلي كه رفتاري مطابق شكل 3-18 دارند با هر نسبت از e/g کنترل شونده توسط تغییر شکل محسوب می شوند.
شکل3-17: منحنی رفتار عضو شکل پذیر (نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385).

در رفتار نيمه شكل پذير منحني نيرو – تغيير شكل مطابق شكل 3-16 داراي سه قسمت است. در قسمت اول (شاخه ی OA) رفتار ارتجاعي خطي است و در قسمت دوم (شاخه ی AB) رفتار خمیری کامل یا خمیری با امكان سخت شدگي است. در قسمت سوم (شاخه ی BC) مقاومت به شدت كاهش يافته و به صفر مي رسد. براي آن كه اعضاي اصلي يا غير اصلي با رفتار فوق، كنترل شونده توسط تغيير شكل محسوب شوند، بايد تغيير شكل نظير آستانه ي كاهش مقاومت بيش از دو برابر تغيير شكل حد خطي يا به عبارت ديگر2 ≤ e/g باشد.

شکل 3-18: منحنی رفتار عضو نیمه شکل پذیر (نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385).

در رفتار ترد، منحني نيرو- تغييرشكل مطابق شكل 3-19 داراي يك قسمت ارتجاعي خطي است كه پس از آن مقاومت به شدت كاهش يافته و به صفر مي رسد. اعضاي اصلي و غيراصلي با رفتاري مطابق شكل3-19 كنترل شونده توسط نيرو محسوب مي شوند.

شکل 3-19: منحنی رفتار عضو شکننده (نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385).

3-5- مقاومت مصالح
مشخصات مصالح به دو گروه کرانه ی پایین مقاومت مصالح1 و مقاومت مورد انتظار مصالح2 تقسیم می شود. اگر مقاومت اعضا با حرف Q نشان داده شود، مقاومت بدست آمده از مشخصات کرانه ی پایین مقاومت مصالح با QCL و مقاومت بدست آمده از مشخصات مقاومت مورد انتظار با QCE نمایش داده می شود (FEMA-440, 2005).
1- Lower-Bound Strength
2- Expected Strength

کرانه ی پایین مقاومت برابر متوسط منهای یک انحراف معیار مقادیر مقاومت اسمی یا درج شده در مدارک نیز می تواند برابر کرانه پایین مقاومت اختیار گردد.
مقاومت مورد انتظار مصالح برابر متوسط مقادیر حاصل از آزمایش تعریف می شود. برای محاسبه ی این مقاومت می توان از ضرب مقادیر کرانه ی پایین مقاومت مصالح در یک سری ضرایب معرفی شده استفاده کرد.
در شکل 3-20 مقادیر مقاومت مورد انتظار، مقاومت اسمی و مقاومت طراحی در منحنی لنگر- دوران نشان داده شده است.

شکل 3-20: مقاومت مورد انتظار، اسمی و طراحی درنمودار لنگر- دوران (کریمی کنزق، 1388).

3-5-1- روش بدست آوردن کرانه ی پایین مقاومت مصالح و مقاومت مورد انتظار مصالح در طراحی
برای بدست آوردن مقاومت اعضای کنترل شونده توسط نیرو باید از مشخصات کرانه ی پایین مقاومت مصالح (QCL) استفاده کرد. با توجه به اینکه می توان مشخصات کرانه ی پایین مقاومت مصالح را برابر مقادیر آورده شده در نقشه های اجرایی سازه در نظر گرفت، بنابراین برای بدست آوردن مقاومت اعضای کنترل شونده توسط نیرو می توان از Fy و f_c^´ آورده شده در نقشه های اجرایی استفاده کرد. همچنین هنگامی که سازه ای از ابتدا بر اساس عملکرد طراحی می شود برای اعضای کنترل شونده توسط نیرو مقادیر Fy و f_c^´برابر مقادیر فرض شده در طراحی در نظر گرفته می شوند (کریمی کنزق، 1388).
برای بدست آوردن مقادیر اعضای کنترل شونده توسط تغییر شکل باید از مشخصات مقاومت مورد انتظار مصالح (QCE) استفاده کرد. با توجه به اینکه می توان مشخصات مقاومت مورد انتظار در بتن و میلگرد را برابر حاصلضرب مقادیر آورده شده در نقشه های اجرایی سازه در ضرایب آورده شده در جدول 3-9 و 3-10 در نظر گرفت، بنابراین برای بدست آوردن مقاومت اعضای کنترل شونده توسط تغییر شکل می توان از حاصلضرب Fy و f_c^´آورده شده در نقشه های اجرایی در ضرایب آورده شده در این جدول استفاده کرد. همچنین هنگامی که سازه ای از ابتدا بر اساس عملکرد طراحی می شود برای اعضای کنترل شونده توسط تغییر شکل مقادیر Fy و f_c^´برابر مقادیر فرض شده در طراحی در ضرایب آورده شده در این جدول در نظر گرفته می شوند (ATC-40, 1996).
بر اساس FEMA-356 مقاومت فشاری مورد انتظار بتن و مقاومت تسلیم کششی مورد انتظار میلگرد با استفاده از جدول 3-9 بدست می آید.

جدول3-9: ضرایب تبدیل کرانه ی پایین مقاومت به مقاومت مورد انتظار

مشخصات مصالح
ضریب
مقاومت فشاری مشخصه ی بتن
5/1
تنش کششی و تسلیم میلگرد
25/1
تنش تسلیم دیگر مصالح فولادی بکار رفته جهت اتصال قطعات
5/1
(FEMA-356, 2000).

بنابراین در المان های بتنی کنترل شونده توسط تغییر شکل، مشخصات مصالح مورد انتظار بر اساس FEMA-356 برابر است با:
(3-23) ………. Concrete-Element {█(〖(f_c^´)〗_CE=1.5f_c^´ @〖(F_y)〗_CE=F_ye=1.25F_y )┤
بر اساس دستورالعمل بهسازی مقاومت فشاری مورد انتظار بتن و مقاومت تسلیم کششی مورد انتظار میلگرد با استفاده از جدول 3-10 بدست می آید.

جدول 3-10: ضرایب تبدیل کرانه ی پایین مقاومت به مقاومت مورد انتظار
مشخصات مصالح
ضریب
مقاومت فشاری مشخصه ی بتن
25/1
تنش کششی و تسلیم میلگرد
15/1
تنش تسلیم دیگر مصالح فولادی بکار رفته جهت اتصال قطعات (مثل میل مهار)
25/1
(نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385).

بنابراین در المان های بتنی کنترل شونده توسط تغییر شکل، مشخصات مصالح مورد انتظار بر اساس دستورالعمل بهسازی برابر است با:
Concrete-Element {█(〖(f_c^´)〗_CE=1.25f_c^´ @〖(F_y)〗_CE=F_ye=1.15F_(y ) )┤ …………………………… (3-24)
بر اساس FEMA-356 و دستورالعمل بهسازی در المان های فولادی کنترل شونده توسط تغییر شکل، مشخصات مصالح مورد انتظار برابر است با:
Steel-Element {█(〖(F_y)〗_CE=F_ye=1.1 F_y @〖(F_u)〗_CE=F_ue=1.1F_(u ) )┤ (3-25)

3-6- ضریب آگاهی1
درجه اعتبار نتایج حاصل از اطلاعات جمع آوری شده از سازه ی موجود، توسط ضریب آگاهی (k) در روابط محاسبه ی ظرفیت هر یک از اجزای سازه اعمال می گردد.
همانطور که با توجه به جدول 3-11 دیده می شود، سطح اطلاعات2 به سه قسمت کلی شامل حداقل(Minimum)، معمولی (Usual) و جامع (Comprehensive) تقسیم شده است.
در دستورالعمل بهسازی ضریب آگاهی، k، با توجه به جدول 3-12 تعیین می گردد.

Knowledge Factor
Level of Knowledge
جدول3-11: تعیین ضریب k بر اساس

ملاحظات
سطح اطلاعات

حداقل
معمولی
جامع

BSO یا پایین تر
BSO یا پایین تر
ERO
ERO
نوع تحلیل
استاتیکی یا دینامیکی خطی
همه
همه
همه
آزمایش
بدون انجام آزمایش
آزمایش در حد معمولی
آزمایش در حد معمولی
آزمایش در حد جامع
نقشه ها
نقشه های طراحی
یا معادل
نقشه های طراحی
یا معادل
نقشه های طراحی
یا معادل
نقشه های سازه ای
یا معادل
ارزیابی شرایط
بازدید چشمی
بازدید جامع
بازدید چشمی
بازدید جامع
بازدید چشمی
بازدید جامع
بازدید چشمی
بازدید جامع
مشخصات مصالح
از نقشه ها یا مقادیر پیش فرض
از مقادیر پیش فرض
از نقشه ها و آزمایشها
از آزمایشهای در حد معمولی
از نقشه ها و آزمایشها
از آزمایشهای در حد معمولی
از مدارک و آزمایشها
از آزمایشهای جامع
ضریب آگاهی(k)
75/0
75/0
1
1
75/0
75/0
1
1
(FEMA-356, 2000).

جدول 3-12: تعیین ضریب k
هدف بهسازی
مطلوب یا پایین تر
ویژه
سطح اطلاعات
حداقل
متعارف
متعارف
جامع
نوع تحلیل
تحلیل خطی
هر نوع تحلیل
هر نوع تحلیل
هر نوع تحلیل
ضریب آگاهی k
75/0
1
75/0
1
(نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385).

بر اساس این جدول در تحلیل های خطی، اطلاعاتی در سطح حداقل برای هدف بهسازی مطلوب و پایین تر، مجاز است. اما در تحلیل های غیر خطی، اطلاعات باید در سطح متعارف یا جامع انجام گیرد.
با توجه به تعداد پارامترها و توضیحات آورده شده در مورد ضریب آگاهی، به نظر می رسد این ضریب با دقت بیشتری در FEMA-356 نسبت به دستورالعمل بهسازی تعیین می شود.

3-7- کاربرد ضریب آگاهی در بهسازی و طراحی بر اساس عملکرد
در طراحی اعضای کنترل شونده توسط نیرو ظرفیت عضو در این ضریب ضرب می شود. بنابراین هر چه آگاهی و اطلاعات نسبت به وضعیت سازه بیشتر باشد،‌می توان ضریب آگاهی را نزدیکتر به یک انتخاب کرد و بنابراین ظرفیت عضو را نزدیکتر به ظرفیت بدست آمده از محاسبات در نظر گرفت. با توجه به جدول 3-13 دیده می شود چنان چه ضریب آگاهی نسبت به اعضای موجود برابر یک نباشد، در اعضای کنترل شونده توسط تغییر شکل، ظرفیت تغییر شکل عضو و در اعضای کنترل شونده توسط نیرو، کرانه ی پایین مقاومت عضو به اندازه ی k کاهش می یابد. در ارزیابی ظرفیت ها فاکتورهای کاهش ظرفیت (∅) باید برابر یک فرض شود.

جدول 3-13: کاربرد ضریب آگاهی k در محاسبه ی ظرفیت اعضای کنترل شونده توسط نیرو و تغییر شکل در تحلیل های غیر خطی
پارامتر
کنترل شونده توسط تغییر شکل
کنترل شونده توسط نیرو
ظرفیت تغییر شکل اجزای موجود
حد تغییر شکل ×k
——
ظرفیت تغییر شکل اجزای جدید
حد تغییر شکل
——
ظرفیت باربری اجزای موجود
——
QCL× k
ظرفیت باربری اجزای موجود
——
QCL
(نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385).

3-8- معیارهای پذیرش برای روش های غیر خطی
در اعضای اصلی و غیر اصلی که کنترل شونده توسط تغییر شکل هستند نباید تغییر شکل های حاصل از تحلیل غیر خطی بیش از ظرفیت آنها باشد. برای این منظور ظرفیت تغییر شکل اعضا باید با در نظر گرفتن کلیه ی تلاشهایی که همزمان بر عضو وارد می شود، بر اساس جداول 5 و 6، FEMA-356 و دستورالعمل بهسازی برآورد شود. در این حالت برش پایه ی نظیر تغییر مکان هدف (Vt) نباید کمتر از ٪80 برش تسلیم مؤثر سازه (Vy) باشد.
در اعضای کنترل شونده توسط تغییر شکل، تلاشهای اعضای اصلی و غیر اصلی بر اساس سطح عملکرد مورد نظر برای سازه، باید توسط معیار پذیرش اعضای غیر اصلی کنترل شود. بعبارت دیگر معیار پذیرش برای اعضای اصلی و غیر اصلی یکسان است. اما در صورتی که از روش ساده شده ی تحلیل استاتیکی غیر خطی استفاده شده باشد به دلیل ساده سازی در تحلیل، معیار پذیرش برای اعضای اصلی سازه محدود تر است. به همین دلیل تلاش های این اعضا بر اساس سطح عملکرد مورد نظر برای سازه، باید توسط معیار پذیرش اعضای اصلی پذیرفته شوند. در شکل 3-21 معیار های پذیرش اعضای (P) و غیر اصلی (S) با توجه به سطوح عملکرد در منحنی نیرو- تغییر شکل نشان داده شده است.

شکل 3-21: معیار های پذیرش برای اعضای اصلی (P=Primary)‌و اعضای غیر اصلی (S=Secondary) (نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385).

روش استاتیکی غیر خطی می تواند کامل یا ساده باشد (کریمی کنزق، 1388).
در روش کامل، اعضای اصلی و غیر اصلی در مدل وارد می شوند و رفتار غیر خطی آنها تا حد امکان نزدیک به واقعیت انتخاب می شود. همچنین آثار کاهندگی (در منحنی نیرو- تغییر شکل، تغییر شکل های فراتر از نقطه ی C) به نحوی وارد محاسبات می شود. هنگام استفاده از این روش، معیار های پذیرش بر اساس معیارهای پذیرش اعضای غیراصلی در نظر گرفته می شود.
در روش ساده شده، فقط اعضای اصلی مدل می شوند. رفتار غیر خطی اعضای اصلی توسط مدل دو خطی شبیه سازی می شود و از آثار کاهندگی (در منحنی نیرو – تغییر شکل، تغییر شکل های فراتر از نقطه ی C) صرف نظر می شود. از این روش معیارهای پذیرش اعضای اصلی در نظر گرفته می شود. چنان چه تعداد کمی از اعضای اصلی توسط این معیار پذیرفته نشوند، می توان آنها را دسته ی اعضای غیر اصلی فرض کرد و از مدل خارج ساخت.
در اعضای کنترل شونده توسط نیرو در اعضای اصلی و غیر اصلی کنترل شونده توسط نیرو باید نیروهای طراحی کوچکتر از کرانه ی پایین مقاومت اعضا با در نظر گرفتن کلیه ی تلاش هایی که همزمان بر عضو وارد می شوند باشد.

3-9- معیارهای پذیرش برای سازه های بتن آرمه بر اساس دستورالعمل بهسازی و FEMA-356
با توجه به اینکه پل مورد بررسی که در فصل پنجم معرفی خواهد شد، دارای پایه های بتنی هستند، و بیشتر جذب نیروهای لرزه ای توسط پایه های و کوله ها صورت می گیرد و مفاصل پلاستیک اکثرا در پایه های پل تشکیل می شود، بنابراین در این قسمت معیارهای پذیرش برای اعضای بتن آرمه بر اساس دستورالعمل بهسازی آورده شده است. دردستورالعمل بهسازی و FEMA-356 نمودار بار جابجایی بر اساس شکل 3-22 در نظر گرفته می شود.
شکل 3-22: نمودار بار- جابجایی در المان های بتنی (FEMA-356, 2000).

3-9-1- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس FEMA-356
بر اساس FEMA-356 مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح باید مطابق آیین نامه ی ACI-318 با ∅=1، 〖F_y=F〗_ye و 〖=(f_c^´)〗_CE f_c^´ بدست آورده شود، مگر اینکه روش دیگری ذکر شده باشد.

3-9-2- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس دستورالعمل بهسازی
بر اساس دستورالعمل بهسازی مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح باید مطابق آیین نامه ی آبا با ∅=1، 〖F_y=F〗_ye و 〖=(f_c^´)〗_CE f_c^´ بدست آورده شود، مگر اینکه روش دیگری ذکر شده باشد.
در ادامه جداولی که بیشترین کاربرد را دارند آورده شده است.

جدول3-14: پارامترهاي مدل سازي و معيارهاي پذيرش براي روش هاي غيرخطي – تيرهاي بتن مسلح

شرایط
پارامترهاي مدلسازي1
معيارهاي پذيرش1

زاويه ي دوران
خميري، راديان
نسبت
مقاومت
باقيمانده
زاويه ي دوران خميري، راديان

سطح عملكرد

IO
نوع عضو

اصلي
غير اصلي

a
b
c

LS
CP
LS
CP
الف – تيرهايي كه با خمش كنترل مي شوند2

P/(A_g f_c )

آرماتور عرضی3

V/(b_w d√(f_c ))=(2V_ )/V_c 4

0/0≥
C
3 ≥
025/0
05/0
2/0
01/0
02/0
025/0
02/0
05/0
0/0≥
C
6 ≤
02/0
04/0
2/0
005/0
01/0
02/0
02/0
04/0
5/0≤
C
3 ≥
02/0
03/0
2/0
005/0
01/0
02/0
02/0
03/0
5/0≤
C
6 ≤
015/0
02/0
2/0
005/0
005/0
015/0
015/0
02/0
0/0≥
NC
3 ≥
02/0
03/0
2/0
005/0
01/0
02/0
02/0
03/0
0/0≥
NC
6 ≤
01/0
015/0
2/0
015/0
005/0
01/0
01/0
015/0
5/0≤
NC
3 ≥
01/0
015/0
2/0
005/0
01/0
01/0
01/0
015/0
5/0≤
NC
6 ≤
005/0
01/0
2/0
015/0
005/0
005/0
005/0
01/0
ب- تيرهايي كه با برش كنترل می شوند 2
d⁄2≥ فاصله ي خاموت ها
003/0
02/0
2/0
0015/0
002/0
003/0
01/0
02/0
d⁄2< فاصله ي خاموت ها
003/0
01/0
2/0
0015/0
002/0
003/0
005/0
01/0
ج- تيرهايي كه توسط طول گيرايي يا وصله كنترل مي شوند 2
d⁄2≥ فاصله ي خاموت ها
003/0
02/0
0/0
0015/0
002/0
003/0
01/0
02/0
d⁄2< فاصله ي خاموت ها
003/0
02/0
0/0
0015/0
002/0
003/0
005/0
01/0
د- تيرهايي كه توسط طول گيرايي در اتصال تير – ستون كنترل مي شوند2

015/0
03/0
2/0
01/0
01/0
015/0
02/0
03/0
)نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385(.
1- در صورت نياز مي توان از دورن يابي خطي بين مقادير داده شده در جدول استفاده كرد.
2- در صورتيكه براي يك عضو بيش از يك مورد از موارد(الف)، (ب)، (ج) و(د) صادق باشد، از كمترين مقدار داده شده در اين موارد در جدول بايد استفاده كرد.
3- عبارات «C» و «NC» بيانگر واجد شرايط (Conforming) و فاقد شرایط (Nonconforming) بودن عضو از لحاظ آرماتور عرضي مي باشد. اگر در محدوده ي مفصل خمشي خميري در عضو فاصله ي تنگ ها از هم كم تر يا مساوي با d/3 باشد و علاوه بر اين براي اعضا با نياز شكل پذيري متوسط و زياد، مقاومت تامين شده توسط تنگ ها (V_s) لااقل برابر با 3/4 برش طراحي باشد در صورت عضو واجد شرايط (C) مي باشد. در غير اين صورت عضو فاقد شرايط (NC) فرض مي شود.
4- در این رابطه نیرو بر حسب نیوتن و طول بر حسب میلی متر است.

جدول3-15: پارامترهاي مدل سازي و معيارهاي پذيرش براي روش هاي غيرخطي– ستون هاي بتن مسلح

شرایط
پارامترهاي مدلسازي1
معيارهاي پذيرش1

زاويه ي دوران
خميري، راديان
نسبت
مقاومت
باقيمانده
زاويه ي دوران خميري، راديان

سطح عملكرد

IO
نوع عضو

اصلي
غير اصلي

a
b
c

LS
CP
LS
CP
الف – ستون هايي كه با خمش كنترل مي شوند2

P/(A_g f_c )

آرماتور عرضی3

V/(b_w d√(f_c ))=(2〖V 〗_ )/V_c 4

1/0≥
C
3 ≥
02/0
03/0
2/0
005/0
015/0
02/0
02/0
03/0
1/0≥
C
6 ≤
016/0
024/0
2/0
005/0
012/0
016/0
016/0
024/0
4/0≤
C
3 ≥
015/0
025/0
2/0
003/0
012/0
015/0
018/0
025/0
4/0≤
C
6 ≤
012/0
02/0
2/0
005/0
01/0
012/0
013/0
02/0
1/0≥
NC
3 ≥
006/0
015/0
2/0
5/0
005/0
006/0
01/0
015/0
1/0≥
NC
6 ≤
005/0
012/0
2/0
005/0
004/0
005/0
008/0
012/0
4/0≤
NC
3 ≥
003/0
01/0
2/0
02/0
002/0
003/0
006/0
01/0
4/0≤
NC
6 ≤
002/0
008/0
2/0
002/0
002/0
002/0
005/0
008/0
ب- ستون هايي كه با برش كنترل می شوند2و, 5
تمام حالات4
—-
—-
—-
—-
—-
—-
003/0
004/0
ج- ستون هايي كه توسط طول گيرايي يا وصله كنترل مي شوند 2و 5
d⁄2≥ فاصله ي تنگ ها
01/0
02/0
4/0
005/0
005/0
01/0
01/0
02/0
d⁄2< فاصله ي تنگ ها
0/0
01/0
0/0
0/0
0/0
0/0
005/0
01/0
د- ستون هايي كه نیروی محوری آن ها از 0.7 P_o متجاوز است2و 5
در تمام طول ستون تنگ ها، واجد شرایط هستند
015/0
025/0
02/0
0/0
005/0
01/0
01/0
02/0
بقیه ی حالات
0/0
0/0
0/0
0/0
0/0
0/0
0/0
0/0
)نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385(.
در صورت نياز مي توان از دورن يابي خطي بين مقادير داده شده در جدول استفاده كرد.
در صورتيكه براي يك عضو بيش از يك مورد از موارد(الف)، (ب)، (ج) و(د) صادق باشد، از كمترين مقدار داده شده در اين موارد در جدول بايد استفاده كرد.
عبارات «C» و «NC» بيانگر واجد شرايط (Conforming) و فاقد شرایط (Nonconforming) بودن عضو از لحاظ آرماتور عرضي مي باشد. اگر در محدوده ي مفصل خمشي خميري در عضو فاصله ي تنگ ها از هم كم تر يا مساوي با d/3 باشد و علاوه بر اين براي اعضا با نياز شكل پذيري متوسط و زياد، مقاومت تامين شده توسط تنگ ها (V_s) لااقل برابر با 3/4 برش طراحي باشد در صورت عضو واجد شرايط (C) مي باشد. در غير اين صورت عضو فاقد شرايط (NC) فرض مي شود.
در مورد ستونهايي كه با برش كنترل م يشوند، معيارهاي پذيرش مطابق ضوابط بند)6-4-1-2-4-2) می باشد.
در صورتي مي توان از مقادير داده شده در جدول در اين مورد استفاده كرد كه از تنگ در ستون به عنوان آرماتور عرضي استفاده شده باشد . در غير اين صورت پارامتر پاسخ، كنترل شونده توسط نيرو فرض می شود.
در این رابطه نیرو بر حسب نیوتن و طول بر حسب میلی متر است.

جدول3-16: پارامترهاي مدل سازي و معيار پذيرش روش هاي غيرخطي – اتصالات تير – ستون بتن مسلح

شرایط
پارامترهاي مدلسازي1
معيارهاي پذيرش1

زاويه ي دوران
خميري، راديان
نسبت
مقاومت
باقيمانده
زاويه ي دوران خميري، راديان

سطح عملكرد

IO
نوع عضو

اصلي
غير اصلي

a
b
c

LS
CP
LS
CP
الف – اتصالات داخلی2و 4

P/(A_g f_c )

آرماتور عرضی3

V/V_c 2

1/0≥
C
2/1≥
015/0
03/0
2/0
0/0
0/0
0/0
02/0
03/0
1/0≥
C
5/1≤
015/0
03/0
2/0
0/0
0/0
0/0
015/0
02/0
4/0≤
C
2/1≥
015/0
025/0
2/0
0/0
0/0
0/0
015/0
025/0
4/0≤
C
5/1≤
015/0
02/0
2/0
0/0
0/0
0/0
015/0
02/0
1/0≥
NC
2/1≥
015/0
02/0
2/0
0/0
0/0
0/0
015/0
02/0
1/0≥
NC
5/1≤
015/0
015/0
2/0
0/0
0/0
0/0
01/0
015/0
4/0≤
NC
2/1≥
015/0
015/0
2/0
0/0
0/0
0/0
01/0
015/0
4/0≤
NC
5/1≤
015/0
015/0
2/0
0/0
0/0
0/0
01/0
015/0
ب- اتصالات دیگر2 و 4

P/(A_g f_c )

آرماتور عرضی3

V/V_c 2

1/0≥
C
2/1≥
01/0
02/0
02/0
0/0
0/0
0/0
015/0
02/0
1/0≥
C
5/1≤
01/0
015/0
02/0
0/0
0/0
0/0
01/0
015/0
4/0≤
C
2/1≥
01/0
02/0
02/0
0/0
0/0
0/0
015/0
02/0
4/0≤
C
5/1≤
01/0
015/0
02/0
0/0
0/0
0/0
01/0
015/0
1/0≥
NC
2/1≥
005/0
01/0
02/0
0/0
0/0
0/0
0075/0
01/0
1/0≥
NC
5/1≤
005/0
01/0
02/0
0/0
0/0
0/0
0075/0
01/0
4/0≤
NC
2/1≥
0/0
0/0
—-
0/0
0/0
0/0
005/0
0075/0
4/0≤
NC
5/1≤
0/0
0/0
—-
0/0
0/0
0/0
005/0
0075/0
)نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385.(
در صورت نياز مي توان از دورن يابي خطي بين مقادير داده شده در جدول استفاده كرد.
Vنیروی برشی طراحی و V_n مقاومت برشي اتصال م يباشند. نيروي برشي طراحي و مقاومت برشي بايد طبق ضوابط بند(6-4-1-2-3) محاسبه شوند
عبارات «C» و «NC» بيانگر واجد شرايط (Conforming) و فاقد شرایط (Nonconforming) بودن عضو از لحاظ آرماتور عرضي مي باشد. اگر در محدوده ي مفصل خمشي خميري در عضو فاصله ي تنگ ها از هم كم تر يا مساوي با d/3 باشد و علاوه بر اين براي اعضا با نياز شكل پذيري متوسط و زياد، مقاومت تامين شده توسط تنگ ها (V_s) لااقل برابر با 3/4 برش طراحي باشد در صورت عضو واجد شرايط (C) مي باشد. در غير اين صورت عضو فاقد شرايط (NC) فرض مي شود.
در مورد ستونهايي كه با برش كنترل مي شوند، معيارهاي پذيرش مطابق ضوابط بند)6-4-1-2-4-2) می باشد.
P نیروی محوري طراحي براي ستون واقع در بالاي اتصال وA_(g ) سطح مقطع كل اتصال مي باشد.

فصل چهارم
معرفی سازه مورد مطالعه و تحلیل آن

4-1- مقدمه
در فرایند تحلیل لرزه ای مدل پل ها، برای بیان ریاضی هندسه و خصوصیات رفتار سازه اصلی پل از مدل سازی های مختلفی استفاده می شود. نحوه مدل سازی بستگی به میزان دقت و جزئیات مورد نظر دارد.
در صورت نیاز باید اندرکنش قطعات مختلف با یکدیگر مشخص گردد. این مدل سازی می تواند از یک جرم متمرکز و ستون تنها بوده تا یک پل مدل شده با استفاده از ابزار اجزاء محدود و المان های سه بعدی.
4-2- معرفی سازه مورد مطالعه
با توجه به اینکه در طراحی تعداد زیادی از پل های موجود، آثار تخریبی زمین لرزه در نظر گرفته نشده است و یا اینکه دانش طراحی لرزه ای، به خصوص در مرحله طراحی، در زمان ساخت این پل ها ناکافی بوده است، بروز خسارت وسیع در پل های موجود بر اثر وقوع یک زلزله نسبتا شدید دور از انتظار نخواهد بود. بهسازی لرزه ای پل های موجود را می توان از جمله اقدامات بسیار مؤثر در کاهش هزینه ها و تلفات ناشی از زلزله در نظر گرفت. مقاوم سازی لرزه ای شامل دو گام اساسی، بررسی رفتار لرزه ای سازه های موجود و سپس بررسی روش های ارتقاء رفتار لرزه ای می باشد. این بررسی ها علاوه بر کاربردشان در مقاوم سازی لرزه ای سازه های موجود، با مشخص کردن نقاط ضعف این سازه ها، وسیله مؤثری در جهت افزایش طراحی لرزه ای و بهبود کیفیت طراحی و اجرای سازه های جدید فراهم می آورند.
در راستای این هدف پلی با ابعاد واقعی که در استان گیلان شهرستان رودسر واقع شده انتخاب و قاب های آن تحت تحلیل قرار گرفت، که در ادامه مشخصات این پل ذکر شده است.
4-2-1- مشخصات مصالح و پل مورد مطالعه
مقاطع بکار رفته در این پل بصورت زیر است:

شکل 4-1: نمای عمومی پل مورد مطالعه

شکل4-2: مقطع عرضی پل.

شکل 4-3: مقطع ستون و سر ستون پایه های p1 و p6.

شکل 4-4: مقطع ستون و سر ستون پایه های p2 تا p5.

وزن شاه تیر و روسازه به عنوان بار مرده به قاب ها اعمال شده است.

جدول 4-1: مشخصات بتن و فولاد.
مشخصات
مصالح
Posson´s ratio=0.2 f´_c=245 kg⁄cm^2
Concrete
Posson´s ratio=0.3 f_y=3000 kg⁄cm^2
Steel

جدول4-2: مقادیرتنش فروپاشی CFRP
shear
compression
Tension
compression
Tension
τ_(12 )(Mpa)
σ_22 (Mpa)
σ_22 (Mpa)
σ_11 (Mpa)
σ_11 (Mpa)
68
-246
40
-1500
1500
CFRP
(فاضلی پور، محیا، 1390).

جدول 4-3 :ویژگی هاي مکانیکی ورق هاي CFRP
Thickness (cm)
G23 (Gpa)
G13 (Gpa)
G12 (Gpa)
12ν
E2 (Gpa)
E1 (Gpa)
Density
(kg/m3)

0.05
3.24
7.17
7.17
0.28
10.3
181
1.6
CFRP
(فاضلی پور، محیا، 1390).

در شکل 4-5 قاب 1 و 2 پل که در ABAQUS مدل شده است آورده شده است.

شکل 4-5: قاب1 و قاب 2، مدل شده در ABAQUS.

ستون ها در قسمت پایین به شالوده گیردار هستند و از انعطاف پذیری شالوده صرف نظر شده است.

4-3- بارگذاری
4-3-1- بار زنده
بار روسازی پل شامل روسازی و ملحقات آن و شاه تیرها بصورت بار مرده به محل نئوپرن ها اعمال می شود. طبق نشریه 139 (آیین نامه بارگذاری پل ها، 1379) بار های بهره برداری شامل سه نوع بار فرضی هستند که اثر آنها معادل اثر بارهای واقعی مؤثر بر اجزای پل است که شامل بارهای زیر می باشند:
بار نوع اول: بار یک کامیون به وزن 400 کیلونیوتن در هر خط عبور، که 3 متر جلو و 3 متر عقب آن خالی است،‌در بقیه طول خط عبور بار یکنواختی به میزان 15 کیلو نیوتن بر متر طول قرار داده می شود.
بار نوع دوم: این بار معادل 80 کیلو نیوتن است که سطح اثر آن مربعی به ابعاد 30 سانتی متر فرض می شود و موقعیت آن در محدوده سواره رو متغیر است.
بار نوع سوم: اثر دو نوع بار نظامی به شرح زیر:
الف) بار تانک: بار یک تانک به میزان 700 کیلو نیوتن که در امتداد عرض پل تنها یک تانک، و در امتداد طول حداقل فاصله وسط تا وسط هر دو تانک متوالی 30 متر منظور می شود.
ب) بار تریلی تانک بر: بار یک تریلی دارای 6 محور و به وزن 900 کیلو نیوتن، که در عرض پل تنها یک تریلی و در طول پل حداقل فاصله بین چرخ های دو وسیله متوالی 12 متر در نظر گرفته می شود.
پس از اعمال این بارها به مدل پل تحت بررسی و تحلیل دستی آنها، بار نوع اول بحرانی ترین بار شناخته شده و به عنوان بار زنده انتخاب می شود. در شکل 4-6 نحوه استقرار این بار بر روی عرشه پل نشان داده شده است.

شکل 4-6: نحوه استقرار بار نوع اول بر روی عرشه پل (آیین نامه بارگذاری پل ها، 1379).

بر اساس آیین نامه آشتو نیازی به ملحوظ کردن اثر همزمان بار های زنده و زلزله نمی باشد، ولی مطابق آیین نامه طرح پل های راه و راه آهن در برابر زلزله، در محاسبه نیروی افقی زلزله در صورتی که مقدار بار زنده کمتر از نصف بار مرده عرشه باشد، بار زنده منظور نمی گردد. در غیر این صورت، دو سوم مجموع بار مرده و زنده عرشه در محاسبات منظور می شود. متعاقب آن در بند دیگری تصریح می نماید که در محاسبه نیروی افقی زلزله، در پل های شهری، اعم از راه و راه آهن، حداقل نصف بار زنده منظور می شود. با توجه به مندرجات آیین نامه مذکور و نتایج بدست آمده از تحلیل اولیه بارهای بهره برداری، 50 ٪ بار نوع اول برای محاسبات در مطالعات لرزه ای پل مورد بررسی، بکار گرفته شده، و در محل نئوپرن ها اعمال گردید.

4-3-2- اثر جریان آب
نیروی حاصل از جریان آب روی پایه ها از رابطه زیر محاسبه می شود:
P=〖512KV〗^2 (4-1)
در رابطه فوق P فشار بر حسب پاسکال و Vسرعت بر حسب متر بر ثانیه است. K ضریب ثابت مربوط به شکل پایه هاست که برای پایه های مستطیلی 3/2، برای پایه های استوانه ای 2/3 و برای پایه های زاویه دار 1/2 در نظر گرفته می شود.

4-3-3- فشار جانبی خاک
فشار جانبی خاک از رابطه زیر محاسبه می شود:
P=K_a γ h (4-2)
در حالت بدون زلزله با K_a=0.33 ودر حالت وجود زلزله با K_a=0.4 محاسبه می شود در عمل K_a با توجه به نوع خاک پشت پایه و اصول مکانیک خاک تعیین می گردد، γ وزن مخصوص خاک مساوی ton/m^3 1.9 فرض می شود، و h ارتفاعی است که پایه با خاک در تماس است.

شکل 4-7: فشار جانبی خاک.

4-3-4- اثر باد
در حالت کلی اثر باد به عواملی چون موقعیت جغرافیایی، ارتفاع منطقه از سطح دریا، وضعیت توپوگرافی محل و مشخصات هندسی پل بستگی دارد.

4-3-4-1- روش محاسبه
در شرایط متعارف برای تخمین فشار باد بر پل ها می توان فرض ساده کننده زیر را در نظر گرفت:
امتداد باد افقی است و شدت آن روی سطح بادگیر، در دوران بهره برداری، بدون بار ترافیک معادل 2/5 کیلونیوتن بر متر مربع خواهد بود. نیروی باد بر مرکز ثقل سطح بادگیر اعمال می شود. بار باد در دو امتداد طولی و عرضی بطور جداگانه اثر می کند، و ترکیب اثر دو امتداد لازم نیست.
سطح بادگیرعرشه پل و وسایل نقلیه در امتداد عرضی، سطح نمای قائم آنها در امتداد محور طولی پل است و در امتداد طولی نصف همین مقدار در نظر کرفته می شود. در مورد پل های با عرشه متشکل از تیر مشبک، مساحت واقعی محاسبه شده برای تیر مشبک، در ضریب 5/1 ضرب می شود. در صورتی که جان پناه روی سطح پل اجرا شود، سطح بارگیر آن مشابه سطح عرشه و در صورت تعبیه نرده، سطح بارگیر مشابه تیرهای مشبک محاسبه می شود. ارتفاع سطح بارگیر وسایل نقلیه به میزان 2 متر در سراسر طول پل منظور می شود.
در موارد خاص نظیر پل های معلق و ترکه ای یا پل های باریک با دهانه بزرگ که در آنها نیروی ثقلی و اینرسی محدود است و نیز در روش های ویژه اجرایی یا شرایط خاص منطقه ای به لحاظ بادخیز بودن، انجام محاسبات آئرودینامیکی با فرض امتدادهای مختلف برای مسیر باد، بنا به نظر مهندس طراح، ضروری است.
سطح بادگیر پایه ها در امتداد عرضی، سطح نمای قائم آنها در امتداد محور طولی پل، و در امتداد طولی بزرگترین سطح نمای قائم (سطح واقعی پایه) در نظر گرفته می شود.
تبصره: در صورتی که زاویه مسیر باد مشخص باشد بار باد بر روی پل در امتداد واقعی در نظر گرفته می شود.

4-3-5- اهداف عملکردی
دلیل اصلی تعیین اهداف عملکردی در سازه ها تبیین روش های بهسازی برای آنهاست. اساسا قبل از هر عملیات بهسازی می بایست نوع عملکرد آنها در هنگام زلزله تعیین شود. سطوح عملکرد در سازه ها بر اساس پیش بینی خسارات وارده به اجزای اصلی و غیر اصلی و همچنین میزان تغییر مکان جانبی گذرا و ماندگار هنگام زلزله تعیین می شوند. البته قابل ذکر است که به دلیل متعددی از جمله:
عدم اطلاع دقیق از هندسه سازه
عدم اطلاع صحیح از ابعاد اجزای سازه
عدم شناخت دقیق مصالح بکار رفته
اطلاع ناقص از منطقه احداث سازه
غیر قابل پیش بینی بودن پدیده زلزله
مدل سازی و تحلیل به روش های ساده شده
رسیدن به سطح عملکردی مورد نظر تضمین نمی گردد.
سطوح عملکردی معرفی شده در FEMA-356 برای ساختما ن ها به شرح زیر است:
الف) سطح عملکرد 1- قابلیت استفاده بی وقفه
ب) سطح عملکرد 3- ایمنی جانبی
ج) سطح عملکرد 5- آستانه فروریزش
که معادل سطح عملکردی (Immediate occupancy)IO، LS(Life safty)،SS(Structural Stability ) در آیین نامه ATC-40 می باشد، سطح عملکرد آستانه فروریزش در FEMA-356 تحت عنوان CP(Collapse preventation) معرفی شده است.
سطح عملکرد در پل ها نیز در آیین نامه های مختلف به گونه های مختلفی تعریف شده اند. به عنوان مثال در Vision 2000 (کریمی کنزق، 1388) سطوح عملکرد به 4 دسته تقسیم شده اند:
عملکرد بدون وقفه 1
عملکرد با صدمات کم2
عملکرد ایمنی جانی 3
عملکرد نزدیک به فروپاشی4
سعیدی و همکارانش در تعیین تراز عملکردی پل ها سه سطح عملکرد به شرح زیر پیشنهاد کرده اند: (کریمی کنزق، 1388)
عملکرد بدون وقفه در جریان ترافیک
عملکرد با صدمات کم و ناچیز
عملکرد نزدیک به فروپاشی
از آنجایی که اکثر پل ها در ایران بخصوص در شهر های بزرگ بصورت سری هستند و در صورت خرابی یکی از آنها کل شاهراه دچار قطع ارتباط خواهد شد، و طبق تفسیر دستورالعمل بهسازی برای سازه های پر اهمیت هنگام زلزله عملکرد بهتری نسبت به سازه های عادی دیگر در نظر گرفته می شود، زیرا در این گونه سازه ها لازم است خدمات رسانی پس از زلزله بدون وقفه انجام شود.

Fully Opearational
Opearational
Life Safe
Near Collapse
برای رسیدن به این هدف باید عملکرد بهتری برای سازه در نظر گرفت. حال با توجه به اینکه پل مورد بررسی در این پایان نامه، طبق آیین نامه طرح پل های راه و راه آهن در برابر زلزله، جزء پل های با اهمیت زیاد محسوب می شوند، بنابراین بایستی برای سطوح بهسازی بالاتری مثل سطوح بهسازی مطلوب یا ویژه بررسی شوند. در نتیجه سطح بهسازی مطلوب برای ارزیابی لرزه ای این سازه برگزیده شده است.
بر اساس تفسیر دستورالعمل بهسازی، در بهسازی مطلوب دو سطح عملکرد برای سازه ها در نظر گرفته می شود، برای زلزله ((سطح خطر-1)) باید سطح عملکرد ایمنی جانی تامین گردد و در زلزله شدید ((سطح خطر-2)) سازه فرو نریزد (سطح عملکرد آستانه فرو ریزش).
زلزله سطح خطر -1 در استاندارد 2800 ایران ((زلزله طرح)) (DEB) نامیده می شود. این سطح خطر زلزله در FEMA-356، (BSE-1) Basic Safety Earthquake 1 نام دارد. زلزله سطح خطر -2 به عنوان بیشینه زلزله محتمل (MPE) نامیده می شود. این سطح خطر در FEMA-356، (BSE-2) Basic Safety Earthquake 2 نام دارد. جنبش های زمین در زلزله MPE تقریبا 25/1 تا 5/1 برابر زلزله DEB است (FEMA-356, 2000). بنابراین در این پایان نامه نیز از طیف طرح آیین نامه پل های راه و راه آهن در برابر زلزله که همان طیف طرح آیین نامه 2800 می باشد، استفاده شده است. که برای زلزله سطح خطر-1 شتاب مبنای طرح بر اساس پهنه بندی موجود در آیین نامه مذکور بدست آمده، و در زلزله سطح خطر-2 شتاب مبنای طرح استفاده شده در زلزله سطح خطر-1 با ضریب 5/1 بکار برده شده است.

4-3-6- بارهای جانبی
بارهای جانبی باید به صورت الگوی بار از پیش تعیین شده ای که بیانگر نحوه غالب ترین توزیع نیروی اینرسی جانبی در حین زمین لرزه می باشد، به سازه اعمال شود.
به دلیل ویژگی خاص سازه پل و ناچیز بودن وزن پایه ها در مقابل وزن عرشه، می توان فرض کرد که تمام جرم سازه در بالا متمرکز شده است. به همین دلیل چه توزیع مثلثی یا یکنواخت استفاده شود نتیجه یکسانی بدست خواهد آمد (ATC-40, 1996). از آنجایی که پل های مورد مطالعه همگی ضوابط منظم بودن مطلق آیین نامه را دارا هستند، لذا فرض شده است که تمامی نیروهای جانبی زلزله به عرشه پل وارد می شود.

4-3-7- اثرP-∆
از آنجایی که تغییر شکل های زیاد هر سازه ای باعث گسیختگی، ایجاد اشکال در عملکرد اعضای ثانویه و آثارP-∆ می شود، معمولا مقدار این تغییر شکل ها به اندازه خاصی محدود می شود. متاسفانه در این مورد برای پل ها در هیچ آیین نامه ای مقدار خاصی پیشنهاد نشده است. هنگامی که یک پل در حالت تغییر مکان جانبی تحت اثر یک بار قائم قرار می گیرد، اثرP-∆ به سبب وجود بار قائم (P) و تغییر مکان (∆) باعث پیدایش تغییر مکان جانبی اضافی در کنار تغییر مکان حاصل از بار جانبی اضافی در کنارتغییر مکان حاصل از بار جانبی تنها می شود. معمولا اثر لنگر P-∆ با استفاده از ضریب پایداری (θ) که بصورت نسبت لنگر P-∆به لنگر حاصل از با جانبی تعریف می گردد، ارزیابی می شود (ATC-32-1, 1996).
θ=P∆⁄(VhC_d ) (4-3 )
در رابطه (4-3)، W کل وزن اعمال شده به عرشه، ∆ تغییر مکان، V برش ناشی از زلزله، h ارتفاع پایه از روی پی و C_d ضریب تقویت بدست آمده از رابطه C_d=1⁄μ می باشد. طبق آیین نامه ATC-32-1 اگر θ<0.1 باشد اثرP-∆ نادیده گرفته می شود. اگرθ>0.1 باشد آیین نامه الزام می کند که محاسبات دقیق صورت گیرد و یا بجای استفاده از برش (V) در محاسبات لنگر واژگونی و تغییر شکل، از برشی به مقدارV⁄((1-θ)) استفاده شود.
با توجه به مطالعات عنوان شده در بالا در تمامی محاسبات این مطالعه، اثر P-∆ لحاظ شده است.

4-3-8-1- ترکیبات بار ثقلی
ترکیبات بار ثقلی برای دو حالت، حد پایین بارهای ثقلی و حد بالای بارهای ثقلی بصورت زیر می باشند:
Q_GH=1.1[Q_D+Q_SI ]+1.1Q_L حد بالا
(4-4)
Q_GH=0.9[Q_D+Q_SI ] حد پایین
که Q_d بارهای مرده، Q_SI بارهای ناشی از روسازی و Q_L بارهای زنده هستند. در محاسبات این پل از مقادیر حد پایین صرف نظر شده است.

4-3-8-2- ترکیبات بار جانبی
بر اساس FEMA-356 و دستورالعمل بهسازی ترکیبات بار جانبی (Q_E) باید یک بار در ادامه ترکیب حد بالای بار ثقلی معرفی شود. بنابراین فرم کلی ترکیبات معرفی شده به شکل زیر می باشد.
Q_U=Q_G+Q_E (4-5)
بر اساس FEMA-356 و دستورالعمل بهسازی بایستی دو نوع الگوی بار جانبی در ترکیبات بار در نظر گرفت، نمونه ای از آنها که توسط دستورالعمل بهسازی تاکید شده است به شرح زیرند:
توزیع بار جانبی مشابه روش استاتیکی معادل (یکنواخت)
توزیع توزیع بر اساس مد اصلی ارتعاش

4-3-8-2-1- روش بار یکنواخت
روش بار یکنواخت براي حرکات زلزله در دو جهت طولی و عرضی استفاده می شود. این روش جهت تخمین اثرات بارهاي زلزله پل هاي منظم که عمدتاً در مد اصلی ارتعاش پاسخ می دهند، مناسب است. علیرغم اینکه تغییر مکان ها و نیروي اعضا در این روش با دقت کافی محاسبه می گردند ولی نیروي برشی در کوله ها معمولاً بیشتر تخمین زده می شود. مراحل انجام محاسبه به شرح ذیل اختیار می شود:
گام اول: تغییر مکان هاي استاتیکی V_s (X) در اثر بار فرضی یکنواخت P_O طبق شکل های 1و2 محاسبه می شود. بار یکنواختW(X) در سراسر پل تأثیر داده می شود. واحد آن نیرو بر طول می باشد که آن را می توان برابر با یک در نظر گرفت.
گام دوم: سختی جانبی پلK و وزن کل W از روابط زیر بدست می آید:
K=(P_o L)/V_(s max) (4-6)
W=∫▒w(x)dx (4-7)
L: طول کل پل
:V_(s max)بیشینه V_s (x) بر حسب واحد طول
W(x): وزن واحد طول که شامل بار مرده عرشه، ملحقات آن و قسمت هاي مؤثر بارمرده زیرسازه و بار زنده می باشد.
گام سوم: زمان تناوب پل (T)، با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود:
T=2π√(W/gK) (4-8)
گام چهارم: نیروي زلزله استاتیکی معادل P_eاز رابطه زیر محاسبه می گردد:
P_e=CW/L (4-9)
:C ضریب زلزله که از روش تحلیل استاتیکی معادل به دست می آید.
:P_e بار زلزله یکنواخت در واحد طول پل که جهت حصول مد اولیه ارتعاش پل اعمال می شود.

شکل 4-8: عرشه پل که تحت تاثیر بارگذاري طولی و عرضی قرار دارد (آیین نامه بارگذاری پل ها، 1379).

4-3-8-2-2- روش توزیع بر اساس مد اصلی ارتعاش
این روش تحلیل طیفی براي حرکات زلزله در دو جهت طولی و عرضی استفاده می شود.
گام اول: تغییرمکانهاي استاتیکی V_s (x) را با فرض بار یکنواخت P_o طبق شکل 1 محاسبه و در تمام طول پل تأثیر داده می شود. واحد آن، نیرو بر واحد طول می باشد که می تواند برابر با یک اختیار شود. جابجایی استاتیکی V_s (x) همان واحد طول را دارد.
گام دوم: پارامترهای α و β وγ با استفاده از روابط زیر محاسبه می شود:
α=∫▒〖V_s (x)dx〗 (4-10)
β=∫▒〖W(x)V_s (x)dx〗 (4-11)
γ=∫▒〖W(x)〖V_s (x)〗^2 dx〗 (4-12)
:W(x) بار مرده واحد طول پل شامل عرشه و زیرسازه در مقطع x (واحد نیرو بر واحد طول).
واحد پارامترهاي α و β و γ به ترتیب بر حسب مربع واحد طول، واحد طول در واحد نیرو و مربع واحد طول در واحد نیرو می باشد.
گام سوم: زمان تناوب اصلی پل (T) با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود:
T=2π√(γ/(P_o gα)) (4-13)
گام چهارم: بار استاتیکی معادل زلزله P_e (X)از رابطه زیر محاسبه می شود:
P_e (X)=βC/γ W(X) V_s (X) (4-14)
C: ضریب زلزله که طبق روش زیر بدست می آید:
C = ABI/R(4-15)
پارامترهای این ضریب در بند2-4-2 آیین نامه طرح پل هاي راه و راه آهن در برابر زلزله (کد463) تشریح شده است.
:P_e (X) توزیع نیروي معادل استاتیکی وارد بر پل در مقطع X برحسب واحد نیرو بر واحد طول
گام پنجم: نیروي P_e (X) مطابق با شکل 2 بر پل تأثیر داده شود و نیروي اعضاء و تغییر مکان ها به واسطه آن تعیین می گردد.

شکل 4-9: عرشه پل که تحت تاثیر بارگذاري طولی و عرضی معادل زلزله قرار دارد (آیین نامه بارگذاری پل ها، 1379).

در محاسبات این پل از روش توزیع یکنواخت استفاده شده است.
4-3-8-3- ترکیبات بار مورد استفاده در تحلیل استاتیکی غیر خطی
در تحلیل استاتیکی خطی اثر هر دسته از بارها جداگانه محاسبه می شود و با استفاده از اصل جمع آثار قوا، اثر همزمان آنها بر آورده می گردد. اما در تحلیل های غیر خطی این امکان وجود ندارد، لذا برای هر ترکیب بار مختلف باید مراحل تحلیل به طور کامل تکرار شود.
توزیع بار جانبی ناشی از زلزله، تابع مشخصات دینامیکی سازه و رفتار غیر خطی آنها است و در طول زلزله تغییر نمی کند. توزیع بار جانبی، باعث تغییر در توزیع نیروها و تغییر شکل ها در اجزای سازه می شود، به گونه ای که برای مجموعه ای از اجزای سازه یک توزیع بار و برای مجموعه ای دیگر ممکن است توزیع دیگری حالت بحرانی شود. براساس FEMA-356 و دستورالعمل بهسازی توزیع بار جانبی روی مدل سازه باید تا حد امکان شبیه آنچه در هنگام زلزله رخ خواهد داد، باشد و حالت های بحرانی تغییر شکل و نیروهای داخلی را در اعضا ایجاد کند. به همین دلیل باید حداقل دو نوع توزیع بار جانبی روی سازه اعمال شود، که در فصل های بعدی در این مورد بحث خواهد شد. به این ترتیب انتظار می رود که اکثر حالت های بحرانی بررسی شود. از آنجا که در هر سازه ای احتمال چند مورد مختلف خرابی وجود دارد، لازم است توزیع بار جانبی به گونه ای انتخاب شود که بحرانی ترین مود خرابی مورد بررسی قرار گیرد.
در تحلیل استاتیکی غیر خطی به خصوص در سازه های نامنظم اعمال بار جانبی در راستاهای مثبت و منفی می تواند منجر به نتایج متفاوتی گردد. بنابراین به اذای هر الگوی بار جانبی دو حالت تحلیل باید در نظر گرفته شود. تفاوت این دو حالت تحلیل تنها به راستای اعمال بار مربوط می شود.
بر اساس دستورالعمل بهسازی در تحلیل های غیر خطی باید در هر امتداد 100٪ نیروها و تغییر شکل ها در جهت مورد بررسی به همراه نیروهای متناظر با 30٪ تغییر مکان ناشی از نیروی زلزله در امتداد عمود بر آن در نظر گرفته شود.
براساس FEMA-356 وقتی تحلیل استاتیکی غیرخطی و دینامیکی غیرخطی استفاده می شود المان ها و اجزای سازه باید برای (a) نیروها و تغییر شکل های حاصل از 100٪ جابجایی ها طراحی در جهت X به علاوه نیروهای (و نه تغییر شکل های) حاصل از 30٪ جابجایی ها طراحی در جهت Y طراحی شوند، و برای (b) نیروها و تغییر شکل های حاصل از 100٪ جابجایی ها طراحی در جهت Y بعلاوه نیروهای (و نه تغییر شکل های) حاصل از 30٪ جابجایی ها طراحی در جهت X طراحی شوند. استفاده از دیگر قوانین ترکیبی در صورتی که با استفاده از آزمایش و آنالیز درستی آنها تایید شده باشد، مجاز است، در نتیجه کل ترکیبات بار مورد استفاده در طراحی بار اساس عملکرد و بهسازی سازه ها بر اساس جدول 4-1 خواهد بود.

جدول 4-4: ترکیبات بار محتمل مورد استفاده در تحلیل استاتیکی غیر خطی.
جهت

شماره ترکیب بار
حالات تحلیل تحت اثر بار های ثقلی
ضریب
الگوی بار جانبی

X
1
1.1(Dead load)+1.1(live load)

1
LATERAL PATTERN X1

0.3
LATERAL PATTERN Y1

2
1.1(Dead load)+1.1(live load)

1
LATERAL PATTERN X2

0.3
LATERAL PATTERN Y2

3
1.1(Dead load)+1.1(live load)
-1
LATERAL PATTERN X1

-0.3
LATERAL PATTERN Y1

4
1.1(Dead load)+1.1(live load)
-1
LATERAL PATTERN X2

-0.3
LATERAL PATTERN Y2

5
0.9 (Dead load)
1
LATERAL PATTERN X1

0.3
LATERAL PATTERN Y1

6
0.9 (Dead load)
1
LATERAL PATTERN X2

0.3
LATERAL PATTERN Y2

7
0.9 (Dead load)
-1
LATERAL PATTERN X1

-0.3
LATERAL PATTERN Y1

8
0.9 (Dead load)
-1
LATERAL PATTERN X2

-0.3
LATERAL PATTERN Y2

Y
9
1.1(Dead load)+1.1(live load)
1
LATERAL PATTERN Y1

0.3
LATERAL PATTERN X1

10
1.1(Dead load)+1.1(live load)
1
LATERAL PATTERN X2

0.3
LATERAL PATTERN Y2

11
1.1(Dead load)+1.1(live load)
-1
LATERAL PATTERN Y1

-0.3
LATERAL PATTERN X1

12
1.1(Dead load)+1.1(live load)
-1
LATERAL PATTERN X2

-0.3
LATERAL PATTERN Y2

13
0.9 (Dead load)
1
LATERAL PATTERN Y1

0.3
LATERAL PATTERN X1

14
0.9 (Dead load)
1
LATERAL PATTERN X2

0.3
LATERAL PATTERN Y2

15
0.9 (Dead load)
-1
LATERAL PATTERN Y1

0.9 (Dead load)
-0.3
LATERAL PATTERN X1

16
0.9 (Dead load)
-1
LATERAL PATTERN X2

0.9 (Dead load)
-0.3
LATERAL PATTERN Y2

در جدول بالا ستون پنجم نشان دهنده الگوی بار جانبی وارد شده در ترکیبات بار می باشد، که با توجه به اینکه برای هر سازه باید حداقل دو الگوی بارگذاری جانبی ارزیابی شود، الگوی اول و دوم در راستای X با نام X2 &LATERAL PATTERN X1 و الگوی اول و دوم در راستای Y با نام Y2 &LATERAL PATTERN Y1 نشان داده شده است.

4-4- روش تحلیل دینامیکی پل ها
در این روش ها نیروي جانبی زلزله با استفاده از بازتاب دینامیکی که سازه پل در اثر حرکت زمین ناشی از زلزله از خود نشان می دهد، تعیین می گردد.
اثرات حرکت زمین ممکن است به یکی از صورت هاي طیف بازتاب شتاب یا تاریخچه زمانی تغییرات شتاب مشخص شود و روش هاي دینامیکی شامل روش تحلیل طیفی و روش تحلیل تاریخچه زمانی خواهند بود که در روش تحلیل طیفی براي طیف بازتاب شتاب می توان از طیف طرح استاندارد استفاده نمود.

4-4-1- رو

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه با موضوع انتقال اطلاعات، ارتباط مؤثر، ضمن خدمت Next Entries منابع پایان نامه با موضوع دانش آموختگان، اضطراب امتحان، عصر اطلاعات