پایان نامه با کلید واژه های زمین لرزه، ارزیابی عملکرد، دینامیکی

دانلود پایان نامه ارشد

توجیه اقتصادي دارند و در بعضی موارد دیگر که از لحـاظ اقتصـادي و

یا نوع کارآیی مانند بیمارستان ها ، ایستگاههاي آتش نشانی ، اورژانس ، مـوزه هـا و… داراي اهمیـت

بالایی هستند توجیه اقتصادي نداشته و ضرر و زیان و هزینه هاي بالایی را به اقتصـاد کشـور تحمیـل

می کند.

علت چنین رفتاري از سازه ها در مقابل زلزله را می توان در نحوه و روش طراحی آیین نامه هاي

متداول جستجو کرد. درطراحی با آیین نامه هاي متداول انتظـارمی ر ود کـه سـاختمانها در برابرزلزلـه

هاي خفیف و متوسط آسیب جزیی ببینند و در برابر زلزله هاي قوي در آستانه فروریزش قرار گیرند.

می بینیم که این آیین نامه ها حفظ جان ساکنین را مد نظر قرار می دهند و فاقـد مکـانیزم لازم جهـت

کنترل ساختمانها در سطوح عملکرد دیگر می باشند . از اینرو نیاز به مهندسی زلزله براساس عملکـرد

(PBEE)، ( که مخفـفPerformance Based Earthquake Engineering مـی باشـد) ویـا روش

طراحی براساس عملکرد به خوبی احساس می شود.

عملکرد صحیح لرزه اي یک سازه مستلزم آن است که مقاومت موجـود وظرفیـت تغییـر شـکل

اعضاء بیشتر از نیروهاي وارد شده به سازه براثر زمین لرزه باشد. با توجه به رفتار سازه در زمان وقـوع

زمین لرزه، ارزیابی عملکرد دقیق سازه باید با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی وبا انتخـاب

زمین لرزه هاي مناسب صورت بگیرد. چرا که در اکثر موارد، در زمان وقوع زلزله رفتار اعضـاء سـازه

وارد محیط غیر خطی می شود وجابجایی نسبت به نیروها توصیف بهتري از پاسخ سازه ارائه می دهد

بنابراین کنترل تغییر مکان سازه نتیحه بهتري را نسبت به کنترل نیرو می دهد.

بر اساس مطالعات انجام شده بر روي زمین لرزه هاي همچون زمین لـرزه نـور تـریچ آمریکـا در

سال 1994 و زمین لرزه کوبه ژاپن در سال 1995 وزلزله هاي دیگر، مشاهده شد سـازه هـایی کـه بـا

آیین نامه هاي متداول طراحی شده اند از لحاظ تامین امنیت وسلامت جانی ساکنین عملکـرد خـوبی

دارند ولی میزان خسارت وآسیب وارده بر سازه ها ، مخصوصا براي سـازه هـایی کـه از لحـاظ نـوع

25

کارایی مهم بودند به طور قابل ملاحظه اي بالا بوده است بنابراین تنها در نظر گـرفتن سـطح عملکـرد

مصونیت جانی و بررسی رفتار سازه در محدوده خطی براي طرح لرزه اي در نـواحی فعـال لـرزه اي

کافی نمی باشد. در آیین نامه هاي موجود حداقل معیار لازم حفظ جـان سـاکنین سـاختمان در زمـان

وقوع زلزله می باشد . در واقع در این آیین نامه ها رفتار واقعی سازه در مرحله غیر خطـی وهمچنـین

کنترل ساختمان ها بر اساس عملکرد ( سطوح عملکرد بالاتر وزلزله هاي بزرگتري که رفتـار سـازه در

آن خطی نیست) اعمال نشده است. یکی از روشها براي جبران این نقیصه روش تحلیل استاتیکی غیر

خطی می باشد. بررسی رفتار سازه در محدوده غیر خطی وتغییـر نگـرش از طراحـی براسـاس نیروبـه

سمت طراحی برمبناي رفتار وعملکرد سازه ، روش جدیدي در زمینـه طراحـی اسـت کـه اصـطلاحا

طراحی بر اساس عملکرد نامیده می شود.طراحی براساس عملکرد بر مبناي طراحی در حالات حدي

می باشد. براي دستیابی به ظرفیت سازه در آن سوي محدوده الاسـتیک احتیـاج بـه اسـتفاده از تحلیـل

استاتیکی غیر خطی می باشد.

(2-2 تعریف اهداف عملکردي

هدف عملکردي سازه همواره تابع شدت حرکات زمین وسطح عملکرد سازه می باشد.درطراحـی

سازه ها پارامتر هاي اقتصادي شامل هزینه هاي مربوط به تعمیر و بازسـازي خسـارات وارد آمـده در

ساختمان براثر زلزله ، ضررهاي ناشی از قطع مبادلات تجاري پس از زلزلـه و یـا اهمیـت تـاریخی ،

فرهنگی و اجتماعی بالاي ساختمان مانند موزه ها ، مکانهاي تاریخی و غیره و همچنین اهمیت جانی

ساختمانها بعد از زلزله مانند بیمارستانها ، مراکز آتش نشانی و مخابرات و غیره موثر هستند.

در واقع هدف عملکردي سازه امري است که با توجه به پارامترهاي مذکور ویا با انتخاب کارفرما

تعیین می گردد. به منظور بررسی اهداف عملکردي ، ابتدا سطوح عملکـرد و سـطوح زمـین لـرزهرا

بررسی می کنیم.

26

(3-2 تعریف سطوح عملکردي

سطح عملکرد حداکثر خسارت وارد شده به سازه است که سطح خطر زمین لرزه مشخصی آنـرا

سبب شده است. وضعیت کلیه اجزاي سازه اي در تعریف این سطح عملکـرد دخیـل مـی باشـد . در

مورد ساختمانها ، براي هر یک از المانهاي سازه اي و غیرسازه اي و محتویـات سـاختمان مـی تـوان

بطور جداگانه یک سطح عملکرد در نظر گرفت که در مجموع و با د ر نظر گرفتن اثـرات هـر یـک از

آنها سطوح عملکردي ساختمان تعیین می گردد.

(1-3-2 سطوح عملکرد تعریف شده توسط [14] FEMA

-1 خدمت رسانی بی وقفه (Operational)

-2 قابلیت استفاده بی وقفه ( Immediate Occupancy) -3 ایمنی جانی (Life Safety)

-4 آستانه فروریزش (Collapse Prevention)

در جدول (2-2) میزان خسارت احتمالی بـراي سـطوح مختلـف عملکـردي ارائـه شـده اسـت .

همانطوریکه اشاره شد هر یک از سطوح فوق می توانند به سیستم کل سازه و یا به هر یک از اجـزاي

سازه اي و غیرسازه اي نسبت داده شوند . سطوح فوق بیشتر از لحاظ کیفی تعریف مـی شـوند تـا از

لحاظ کمی، بنابراین یکی از موضوعات اصلی در مهندسی زلزله بر اساس عملکرد تعیین پارامترهـایی

است که از لحاظ کمی ، بیانگر حدود مشخص براي هر یک از این سطوح باشد . این پارامتر ها مـی

توانند پارامترهاي پاسخ از قبیل تنش ، کرنش و تغییرشکل ها و جابجایی هاي نسبی وغیره باشد.

درجدول (1-2) می توان خسارت وارده براعضاي قائم سازه اي ساختمان فولادي مهاربندي شده

را بطورتقریبی وکیفی ملاحظه کرد که درآن ستون اول نوع سازه، سـتون دوم نـوع عضـووتغییرمکان ،

ستون سوم قابلیت استفاده بی وقفه ستون چهارم ایمنی جانی وستون پنجم آستانه فروریزش را نشان

می دهد. [8]

27

جدول (1-2) ـ خرابی پیش بینی شده براي اعضاي قائم سازه اي [8]

28

جدول -(2-2) شاخص هاي کیفی خسارت در اعضاي سازه اي و غیر سازه اي [8]

29

(4-2 تعریف سطوح مختلف خطر زمین لرزه

بطور عمومی یک احتمال بالا وجود دارد که ساختمان در عمر مفید خود وقوع خطرهاي پایین را

تجربه خواهد کرد و از طرفی احتمال پایین وجود دارد که ساختمان خطر بالایی را در طول عمر مفید

خود تجربه کند. بنابراین مهندسی زلزله براساس عملکرد به دنبال کنترل کردن سطوح خسارت تجربه

شده بوسیله ساختمان در طیف کاملی از رویدادهایی است که ممکن است رخ دهد می باشد.

سطوح مختلف خطر پذیري به صورت دوره متوسط بازگشت و یا احتمال وقـوع در طـول عمـر

مفید سازه تعریف می شوند . دوره متوسط بازگشت نشان دهنده متوسط زمـان برحسـب سـال بـراي

وقوع زلزله هاي با بزرگی برابر و یا بزرگتر از یک حد مشخص می باشد. سطح خطـر زلزلـه ، نشـان

دهنده احتمال وقوع یک زلزله با بزرگی مشخص و یا بزرگتر از یک حد مشخص در طول یـک دوره

خاص زمانی (غالبا عمر مفید سازه ) می باشد . بطورنمونه سـطوح خطـر زمـین لـرزه پیشـنهاد شـده

توسطFEMA – 273 در جدول (3-2) ارایه شده است .

جدول -(3-2) سطوح خطر زمینلرزه [5] FEMA 273

(5-2 انتخاب اهداف عملکردي

انتخاب هدف عملکرد باید براساس نظر کارفرما در مشورت بـا طـراح و ارایـه خطـر لـرزه اي ،

توجیه اقتصادي و ریسکهاي قابل قبول با استفاده از ماتریس اهداف عملکردي ارائه شده باشد . بـراي

انتخاب اهداف مناسب ، تهیه کردن یک گراف سه بعدي خیلی مفید خواهد بود.

پلان این گراف سه بعدي ماتریس اهداف عملکردي و محور قائم آن مجموع هزینه هـاي مربـوط

به عمر مفید سازه می باشد. این هزینه ها نه تنها هزینه اولیه طراحی بلکه تابعی از سـطوح خسـارت

30

وارده به سازه در سطوح خطر زمین لرزه هاي طراحی است [ 22] لازم بـه ذکـر اسـت در اسـتاندارد

2800 ایران هدف اصلی طراحی، حفظ ایمنی جانی تحت زلزله سطح خطر یـک بـراي سـاختمانهاي

معمولی میباشد.[21]

(6-2 مدلسازي

سازه باید به صورت سه بعدي مدلسازي گردد. در صورتیکه سازه داراي دیافراگم صـلب باشـد و

اثرات پیچش درسازه ملحوظ شده باشد ، می توان از مدلسازي دو بعدي در تحلیـل هـاي غیرخطـی

نیز استفاده نمود. هنگامی که سازه در تحلیل هاي غیرخطی ، دو بعدي مدل می گردد. بـراي محاسـبه

سختی و مقاومت اجزاء و اعضاء سازه باید خواص سه بعدي آنها مـدنظر قـرار گیـرد [ 25] ، شـایان

ذکر است که در این تحقیق کلیه مدلها به صورت سه بعدي تحلیل شده است.

(7-2 پیچش

پیچش واقعی به دلیل عدم انطباق مرکز سختی و مرکز جرم سازه ایجـاد مـی گـردد . امـا پـیچش

اتفاقی به دلیل زیر ممکن است بوجود آید :

-1 خطا در محاسبه مرکز جرم و مرکز سختی

-2 جابجایی احتمالی بارهاي زنده و تجهیزات در طول دوره بهره برداري از ساختمان

-3 عدم در نظر گرفتن مولفه پیچشی ارتعاشات زمین در تحلیل

پیچش واقعی در هر طبقه ساختمان برابر مجموع حاصلضرب نیروهاي جانبی طبقـات فوقـانی در

فاصله افقی مرکز جرم آن طبقات در جهـت عمـود بـر راسـتاي بـار نسـبت بـه مرکـز سـختی طبقـه

است.[25]

(8-2 روش تحلیل سازه

در روش طراحی براساس عملکرد ، براي تعیـین عملکـرد و ارزیـابی سـازه واجـزاي آن نیازمنـد

تعیین ظرفیت و نیاز لرزه اي سازه هستیم . براي دستیابی به ایـن هـدف بایـد از روش هـاي تحلیلـی

31

استفاده کنیم که بتوانند رفتار سازه و اجزاي آن و همچنین حرکات ناشی از زمـین لـرزه را بـه خـوبی

مدل کنند.

روشهاي تحلیلی که پیشنهاد شده اند به طور کلی به دو دسته خطی وغیرخطی کـه هـر کـدام بـه

صورت استاتیکی یا دینامیکی انجام می گیرند تقسیم می شوند. [25] هـر کـدام از روشـهاي تحلیلـی

نشان دهنده یک سطح جهت تحلیل سازه می باشند . هرچه از سطح بالاتري استفاده کنیم ، مدل دقیق

تري از عملکرد واقعی ساختمان در برابر زلزله را خواهیم دید، اما در این صـورت تـلاش بیشـتري از

جهت وقت گذاشتن براي جمع آوري داده هاي اولیه و انجام محاسبات مربوط لازم خواهد بود.

(9-2 تحلیل هاي خطی

منظوراز تحلیل خطی، تحلیل سازه با در نظر گرفتن رفتار ارتجاعی خطی بـراي اجـزاء سـازه مـی

باشد . بطورکلی روشهاي تحلیل خطی هنگامی مناسب هستند که هنگام زلزله رفتـار اجـزاء سـازه در

محدوده خطی قرار داشته باشدویا تعداد کمی از اجزاء از حد خطی خارج شوند. تحلیل خطـی فقـط

اعضاي اصلی مدل می شوند واعضاي غیر اصلی فقط براي تغییر شکل هاي حاصل از تحلیل کنترل

می شوند، زیرا اعضاي غیر اصلی معمولا تحت بارهاي رفت و برگشتی کاهش سختی ومقاومت قابل

توجهی خواهند داشت وبه سرعت ازسیستم باربري جانبی خارج می گردند.

روشهاي تحلیل خطی با فرض ایجاد مفصل خمیري در نقاط انتهایی اعضاء تنظـیم شـده انـد بـه

گونه اي که اگر در مدلی مفصل خمیري در نقطه اي غیر از دو انتها (نقاط میانی ) ایجـاد شـود نتـایج

حاصل از تحلیل خطی در جهت اطمینان نخواهد بود لـذا پـس از تحلیـل خطـی بـراي اعضـایی کـه

بارهاي ثقلی زیادي راتحمل می کنند باید دیاگرام لنگر خمشی رسم شود تا با استفاده از ایـن نمـودار

احتمال ایجاد مفصل خمیري درطول عضو بررسی می شود.

منظور کردن اثر P-
یا ترك خوردگی یا اجراء بتنی یا بنایی در تحلیل خطی بـه صـورت سـاده
شده وارد می شود . مثلا اثر
P- در تحلیل استاتیکی خطـی بـه صـورت اضـافه بارجـانبی واثرتـرك

خوردگی صرفا با کاهش مشخصات مقاطع اعضاء در مدل وارد می

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با کلید واژه های مقررات ملی، زمین لرزه، دینامیکی Next Entries پایان نامه با کلید واژه های دینامیکی