پایان نامه با کلید واژه های دینامیکی، زمین لرزه، ایالات متحده

دانلود پایان نامه ارشد

ارزیـابی دقیـق تـر از

رفتار سازه ارائه گردد ودر واقع بتوان سازه اي طراحی کرد که در برابر زلزله مشـخص، رفتـار معینـی

داشته باشد.

عملکرد سازه ها در مقابل زمین لرزه وسطوح مختلف عملکرد در برابر زلزله ها بـا سـطح خطـر

معین مبانی اصلی روش طراحی بر اساس عملکرد می باشند. در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابـر

زلزله (استاندارد (2800،ضوابط ومقرراتی براي طراحی واجـراي سـاختمانها در برابراثرهـاي ناشـی از

زلزله ارائه شده است.» بطور کلی با رعایت این آیین نامه انتظـارمی رود بـا حفـظ ایسـتایی سـاختمان

درزلزله هاي شدید (زلزله طرح) تلفات جانی به حداقل برسـد ونیـز سـاختمان در برابـر زلزلـه هـاي

خفیف ومتوسط (زلزله سطح بهره برداري ) بدون وارد شدن آسیب عمده سـازه اي قـادر بـه مقاومـت

باشد«[19]

در استاندارد 2800 به منظور تحلیل وطراحی سازه براي اهداف تعریف شـده، از روشـهاي خطـی

والاستیک استفاده می گردد که در آن پارامتر اصلی پاسخی که معیار کنترل سـازه واجـزاء آن در نظـر

گرفته شده،نیرو می باشد و این در حالی است که سـازه در هنگـام وقـوع زمـین لـرزه از خـود رفتـار

غیرخطی نشان می دهد. آیین نامه براي در نظر گرفتن این رفتار سازه وهمچنین اثرات حرکات زمـین

8

بر سازه از ضریب کاهش نیرو که به عنوان ضریب اصلاح پاسخ یا ضـریب رفتـارR نامیـده مـی شـود

استفاده می کند.

از کاربردهاي ضریب رفتار R در این آیـین نامـه مـی تـوان تعیـین بـرش پایـه طراحـی، کنتـرل

تغییرمکان نسبی طبقات، محاسبه بیشترین تغییرمکان غیر الاستیک مورد انتظـار بـر مبنـاي تغییرمکـان

الاستیک ناشی از نیروهاي طراحی وهمچنین محاسبه نیروهاي واقعی اجزایی از سازه که عامل کنتـرل

طراحی در آنها نیرو می باشد نام برد . اما می دانیم که ضریب رفتار Rبه عوامل متعدد وپیچیده زیادي

بستگی دارد وهمچنین معیار نیرو نمی تواند عملکرد واقعی سازه واجـزاي آنهـا ویـا میـزان خسـارت

وآسیب وارده را در حالت غیرخطی نشان دهد.

حال این سوال مطرح می شود که آیا اهداف عملکر دي پیش بینـی شـده در اسـتاندارد 2800 بـا

توجه به سطوح خطر زمین لرزه ارائه شده در آن، براي ساختمانهایی که براسـاس ضـوابط ایـن آیـین

نامه طراحی می شود تامین می گردد؟

در ایــن تحقیــق تــلاش مــی گــردد بــا اســتفاده از اصــول مهندســی زلزلــه بــر اســاس ســطح

عملکرد،وضعیت سطوح عملکردي ساختمانهاي نامتقارن که داراي مهاربند واگرا هسـتند ، تحـت اثـر

سطح خطر زمین لرزه نوع یک تعیین گردد.

(2-1 تاریخچه

در دهه هاي اولیه قرن بیستم واژه هاي مقاومت و عملکرد هم معنی متصور می شدند واز حـدود

25 سال پیش بود که تفاوت این دو واژه مشخص گردید ومشاهده شد که افزایش مقاومـت لزومـا بـه

معناي ایمنی بیشتر وخرابی کمتر نیست. محققین نشان دادند که توزیع مقاومت در اجزاء سـازه،معیـار

با اهمیت تري از کل مقاومت سازه می باشد . به عنوان مثال نشان داده شد که تشکیل مفاصل خمیري

در محل اتصال تیر به ستون برروي تیر، مناسب تر از تشکیل آنها بـر روي سـتون اسـت (تیرضـعیف

وستون قوي)

دستاوردهایی از این دست را می توان آغاز عصر طراحـی براسـاس عملکـرد نامیـد .[9] مفـاهیم

طراحی بر اساس عملکرد در ایالات متحده گسترش پیدا کـرده وبصـورت گسـترده اي پایـه واسـاس

9

پروژه هاي آینده را تشکیل می دهد . بخصوص مطالبی که در قالب FEMA-356 جمع آوري شـده

است وشامل سطوح عملکرد تخریب کامل،مصونیت جانی، استقرار فوري پس از زلزله می باشد.[9]

در نیوزلنــد دســتورالعمل ) NZNSEE راهنمــاي ریســک لــرزه اي ســاختمان) معیــار ریســک

،معیارهاي عملکرد لرزه اي وبطور ضمنی اهداف عملکردي را در بر دارد . بااین وجود این اهداف بـه

جاي ادامه یافتن سرویس دهی ساختمان بعد از زلزله، بطـور انحصـاري مربـوط بـه مصـونیت جـانی

وجلوگیري از ویرانی کامل هستند. [10]

تعــداد زیــادي از محققــین در طــول ســالیان گذشــته بــر روي ایــن موضــوع کــار کــرده انــد.

از جمله ایـن محققـین [11] Potuan Chen مـیبا شـند کـه تحقیقـاتی بـرروي طراحـی براسـاس

عملکردCollins R .,Kevin لرزه اي ساختمانهاي فـولادي نامتقـارن بااسـتفاده ازتحلیلهـاي اسـتاتیکی

ودینامیکی غیرخطی انجام داده اند. آنها با تعریف یک سیستم یک درجـه آزاد معـادل، رفتـار لـرزه اي

یک ساختمان نامتقارن دو طبقه را مو رد ارزیابی قرار دادند وبه این نتیجه رسیدند کـه اثـر نـوع خـاك

وسطح خطر زلزله بیش از پیچش در طراحی موثر است والبته ذکـر کردنـد کـه ایـن تحقیقـات کـافی

نیست وباید ساختمانهایی با طبقات وپیچیدگی هاي بیشتر مورد ارزیـابی قـرا ر گیرنـد .
از محققـین
دیگري که بر روي این موضوع کار کرده اند می توان به [3] Ahmed Ghobarah
اشاره کـرد

که ذکر می کند هدف طراحی در آیین نامه هاي رایج ایمنی جانی است یعنی در زلزله هاي کوچک و

متوسط، آسیب محدود ودر زلزله هاي بزرگ ، جلوگیري از فروریزش مد نظر است . ولی میزان قابل

اعتماد بودن طراحی ،براي رسیدن به آن اهداف مشخص نیست وپیش بینی می کند که طراحـی لـرزه

اي در آینده باید مبتنی بر معیارهاي عملکردي مشخص باشد، که سطوح خطـر مختلـف را نیـز در بـر

گیرد که البته این امر بستگی مستقیم دارد به تعریف دقیق از اهداف عملکـرد ، روش یکسـان در مـدل

کردن حرکات زمین، ارزیابی دقیق ظرفیت اعضاء، تعیین دقیق معیارهاي عملکرد وارتباط دادن آنها بـه

پارامترهاي پاسخ مانند : تنش،کرنش،جابجایی وشتاب.

در تحقیقــی دیگــر [12] کــه G.H.Brameld ,D.P.Thambiratnam,M.N.Bugeja بــر

روي اثر خروج از مرکزیت سختی ومقاومت بر پاسخ غیرخطی ساختمانهاي نامتقارن انجام داده اند بـا

ارائه یک مدل تحلیلی که پارامترهاي کلیدي و ویژگیهاي دینامیکی سازه هاي واقعی را منظور می کند

10

به این نتیجه رسیده اند که خروج از مرکزیت مقاومت بیشـتر از خـروج از مرکزیـت سـختی بـرروي

پاسخ غیرخطی ساختمان نامتقارن اثر می گذارد.

[13]A.S.Moghadam. نیــز بــا مطالعــه بــر روي یــک ســاختمان بتنــی هفــت طبقــه

نامتقارنTso.k.w به این نتیجه رسیده اند که در ساختمانهاي نامتقارن که اثر پیچش در آنها مهم اسـت

بجاي استفاده از آنالیز پوش آور سه بعدي می توان ابتدا با استفاده از تحلیل دینامیکی خطی سه بعدي

،چندین تغییرمکان هدف که هر کدام مربوط به یکی از قابهاي بـاربر جـانبی اسـت را تعیـین کـرده و

سپس براي هر کدام از این قابها به تنهایی تحلیل پوش آور دوبعـدي انجـام داد. دقـت ایـن روش در

تخمین پاسخهاي لرزه اي ساختمان بسیار بالاست وحتی درسمت سخت ساختمان دقـت بیشـتري را

نسبت به آنالیز پوش آور سه بعدي دارا می باشد.

بطورکلی مفاهیم طراحی براساس عملکرد در دستورالعملهاي FEMA-356 وA TC-40معرفـی

شده اند این اسناد ومدارك بهترین جزئیات تجربی را جهت شناخت ومقاوم سازي سـاختمانها در بـر

دارند.

(3-1 اصول وپایه هاي نظري پژوهش

براي سالیان متمادي روش استاتیکی جهت تحلیل وطراحی سازه هاي متداول مورد اسـتفاده قـرار

گرفته است. در این روش نیروي جانبی ناشی از حرکت پایه که معمولا به عنوان نیروي جانبی زلزلـه

شناخته می شود به صورت ضریبی از وزن سازه معرفی مـی گـردد. در روش تحلیـل خطـی حـداکثر

نیروي محتمل زلزله با توجه به نوع زمین وخطر نسـبی زلزلـه در منطقـه مـورد نظـر توسـط ضـریب

رفتار((R کاهش داده شده و فرض می گردد که سازه نیروي مورد نظر را با رفتار خطی خـود تحمـل

خواهد کرد.

مقدار ضریب رفتار که تابع پارامترهایی چون شکل پـذیري سازه،اضـافه مقاومـت سـازه ودرجـه

نامعینی سازه است ،براي کلیه سازه ها با سیستم سازه اي یکسان ،مقداري ثابـت در نظـر گرفتـه مـی

شود. اما تحقیقات نشان می دهد مقدار ضریب رفتار براي سازه هایی با سیستم سـازه اي یکسـان امـا

متفاوت در پیکر بندي وارتفاع ،متفاوت می باشـد. عـلاوه بروجـود پـارامتر سـوال برانگیـز ضـریب

11

رفتار،روش خطی قادر به ارائه هیچ گونه اطلاعاتی در مورد رفتار سازه در حوزه غیـر ارتجـاعی نمـی

باشد.

ازمیان کلیه روشهاي موجود براي تحلیل سازه هـا ،روش تحلیـل غیرخطـی دینـامیکی بـه عنـوان

بهترین ودقیق ترین روش شناخته شده است. پیچیدگی هاي خاص این روش که مستلزم صرف زمان

وهزینه هاي قابل توجهی بوده ونیاز به یک نرم افزار مناسب دارد تا بتوانـد رفتـار غیرخطـی را بطـور

صحیح نشان دهد ،استفاده از آنرا در عمل محدود ساخته است . به این ترتیب نیاز به یک روش ساده

و کارا با حداقل تلاش که قادر به توصیف رفتار سازه در وراي محـدوده خطـی نیـ ز باشـد منجـر بـه

تحقیق وبسط روش غیرخطی استاتیکی گردید.

به کمک تحلیل غیرخطی استاتیکی می توان اطلاعات مفیدي در مورد سازه از قبیـل مسـیر تغییـر

شکل سازه در وراي رفتارخطی، ترتیب وچگونگی تشکیل مفاصل در اعضاء ، اعضایی که در پایداري

نهایی سازه موثرند و… را بدست آورد .

فرض اصلی در تحلیل غیرخطی استاتیکی تغییر شکل سازه براثر یک یـا چنـد الگـوي بارگـذاري

افزایش یابنده است ،براي مثال این الگوي بارگذاري می تواند متناسب با مـد اول تغییـر شـکل سـازه

باشد.

اگرچه کاربرد روش تحلیل غیرخطی استاتیکی در سازه هاي منظم وکوتاه باعث می شود با صرف

زمان وتلاشهاي محاسباتی اندك به نتایج قابل قبولی از رفتـار غیرخطـی اسـتاتیکی دسـت یافـت امـا

مطالعات نشان می دهد کاربرد این روش در سازه هاي بلند ونیز سازه هاي نامنظم ونامتقارن از لحاظ

پیچشی نیاز به بحث ومطالعات گسترده دارد. از این رو بحـث دامنـه اعتبـار نتـا یج تحلیـل غیرخطـی

استاتیکی سه بعدي در کانون توجه محققان قرار گرفته است.

زلزله هاي چند دهه اخیر وآسیب هاي جدي وارد شده به ساختمانها ،ناکارآمدي سـاختمانهایی را

که در دهه هاي 60 و70 میلادي طراحی واجرا شده اند مشخص ساخته است.

در آمریکا و اروپا چون قریب به یک قرن از یک ساختمان بهـره بـرداري مـی گردد،بحـث تـرمیم

وتقویت ساختمانهاي موجود با رفتار نامناسب لرزه اي بسیار مورد توجه قرار گرفته اسـت ،اکثـر ایـن

12

ساختمانها بدون توجه به جزئیاتی که باعث شکل پذیري واستهلاك انـرژي در سـاختمان مـی شـوند

طراحی شده اند.

در هنگام ارائه روش بهسازي لرزه اي بـراي یـک سـاختمان تحـت مطالعـه ،مسـاله مهـم تعیـین

کارآمدي روش ارائه شده می باشد وبه این دلیل که روش غیرخطـی اسـتاتیکی دیـد مناسـبی ازرفتـار

سازه از ابتداي تغییر شکل تا رسیدن به یک حد معین از تغییرمکان ارائه می دهد وسیله بسیار مناسبی

است که موثر بـودن یـا ناکارآمـدي روش بهسـازي را معلـوم مـی سـازد . بـه ایـن ترتیـب در تمـام

دستورالعملها و راهنمایهایی که در سالهاي پایانی دهه 90 میلادي جهت بهسـازي لـرزه اي و تقویـت

ساختمانها ارائه شدند،روش غیرخطی استاتیکی به عنوان یک روش مجزا وقابـل اعتمـاد ،در محـدوده

اي خاص وبا ملاحظات خاص شناخته شده است.

البته مدتی بعد این روش به آیین نامه هاي طراحی ساختمانهاي جدید نیـز راه یافـت . زیـرا ایـن

روش علاوه برحذف پارامتر سوال برانگیز ” ضریب “R ، قادر اسـت مسـیر خرابـی ونحـوه تشـکیل

مفاصل پلاستیک در اعضاء مختلف را نیز معلوم سازد ، از این رو استفاده ا ز این روش طـراح را قـادر

می سازد تا با انجام اصلاحات لازم بهترین رفتار لرزه اي را در سازه بوجود آورد .

بطور کلی مسیر نگرش محققان ومهندسان در خلال این بحثها تغییر نگـرش از طراحـی براسـاس

نیرو به سمت طراحی براساس عملکرد می باشد . در روش طراحی براسـاس عملکـرد ، نکتـه بسـیار

مهم کنترل تغییرمکان کلی سازه وتغییر شکلهاي اعضاء مـی باشـد. در هنگـام کـار بـا روش طراحـی

براساس عملکرد با مفاهیم

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با کلید واژه های زمین لرزه، ایالات متحده، عدم تقارن Next Entries پایان نامه با کلید واژه های دینامیکی، مقررات ملی