بسم الله الرحمن الرحيم
توسعه منحني هاي شکنندگي لرزه اي براي ساختمان هاي فولادي مسکوني در شهر کرد
ابراهيم باقري
دانشجوي كارشناسي ارشد مهندسي عمران-زلزله
دكتر افشين كلانتري
استاديار پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله
چكيده:كه در اين تحقيق ا بتدا به اهميت لرزه خيزي ايران پرداخته، پس از آن نياز به يك روش براي ارزيابي سازه هاي فولادي در كشور پرداخته و بعد از آن توابع فزيكي براي تعيين آسيب پذيري ساختمان ها در برابر زلزله پرداخته وپس از آن مروري بر مقالات گذشته در مورد منحني هاي شكنندگي را توضيح داده و پس از ان ارائه منحني هاي شگنندگي و روابط ان و در نهايت بررسي سازه هاي فولادي چهار طبقه با مهار بند هم محور و رسم منحني هاي شكنندگي مي باشد.
واژگان کليدي :
منحني هاي شکنندگي – منحني پوش آور – تحليل تاريخچه زماني – معيارهاي شکست تحليل شکنندگي لرزه اي – تغيير شکل – منحني نيرو – تغيير مکان – شاخص خسارت
مقدمه:
کشور ايران با قرار داشتن در کمر بند آلپ -هيماليا همواره در معرض زلزله هاي مخرب بزرگ بوده است بطوريکه در هشتاد سال گذشته ما بطور متوسط در هر سال يک زلزله با بزرگي بيش از6 ريشتر
به خود ديده است و در اين مدت تعداد 10 زلزله با بزرگي بيش از هفت ريشتر اتفاق افتاده است. با توجه به مطالب فوق بايد در هر چند وقت يکبار انتظار زلزله هاي کم و بيش بزرگ را در يکي از نقاط ايران داشته باشيم. زلزله يک واقعيت زندگي در ايران است و مردم بايد زندگي با زلزله را بياموزند.
نياز به يک روش براي ارزيابي لرزه اي ساختمانهاي فولادي کشور:
سابقه تاريخي زلزله هاي ايران نشان مي دهد که هر چند گاه يک بار زلزله ي شديدي در يکي از مناطق ايران رخ داده و موجب تلفات و خسارات سنگيني شده است. گزارشات بسياري از اين زلزله ها عموماً به طول و عرض جغرافيايي، مرکز زلزله و نهايتاً به بزرگي زلزله ها محدود شده اند. اگر چه اعداد ارائه شده در اين گزارشها از نظر علمي صد درصد معتبر نمي باشند ولي به هر جهت مي توانند بيانگر سابقه و شدت لرزه خيزي مناطق مختلف کشور باشند.
خوشبختانه در آئين نامه استاندارد 2800 زلزله ايران رکورد زلزله هاي طبس و ناغان براي تحليل ديناميکي سازه ها ارائه شده اند. اگر چه آئين نامه 2800 کاربرد اين رکوردها را براي تمامي ساختمان ها مجاز مي داند اما بايستي به اين نکته نيز توجه نمود که اين زلزله محتواي فرکانس مشخص دارند که با شرايط لرزه خيزي مناطق مختلف کشور به ويژه پريود زمين مطابقت ندارد.
در اين تحقيق به بررسي آسيب پذيري سازه هاي فولادي سه و چهار طبقه موجود در شهر شهرکرد (به عنوان نماينده ساختمانهاي سه الي شش طبقه که تقريبآ اکثر سازه هاي ساخته شده و در حال ساخت را دربر ميگيرد) پرداخته شده است که با توجه به مشترکات زياد نحوه ساخت و ساز در کشور نتايج آن مي تواند به سازه هاي مناطق ديگر کشورمان نيز تعميم يابد.
مقدمه اي بر آسيب پذيري سازه هاي فلزي در اثر زلزله:
در هنگام زلزله، خسارت يا انهدام ساختمان از نقاط ضعف آنها (weak Links) شروع مي شود. بعد از شکست اولين نقاط ضعيف، نيروهاي زلزله نقاط بعدي را به خطر مي اندازد،
بنابراين شناسايي نقاط ضعف ساختمان ها يا به عبارتي استاندارد ضعف ((Disgnosis standard به عنوان گام اول و پس از بررسي روش هاي مناسب ترسيم و تقويت و يا به عبارتي استاندارد درمان (Therapy standard) به عنوان گام دوم اساس مطالعات آسيب پذيري سازه ها را در مقابل خطرات زلزله تشکيل مي دهد.
توابع فيزيکي براي تعيين آسيب پذيري ساختمان ها در اثر زلزله:
1ـ تابع خسارت بر اساس برش پايه
2ـ تابع خسارت بر مبناي مقاومت و شکل پذيري
3ـ تابع خسارت بر مبناي تغير مکان (?ـ Q) طبقه
4ـ تابع خسارت بر مبناي تغير مکان حداکثر و اتلاف انرژي
5ـ تابع خسارت بر مبناي جذب انرژي زلزله
6ـ تابع خسارت بر مبناي پارامترهاي ارتعاشي سازه
تابع خسارت بر مبناي تغيير مکان (?ـ Q) طبقه :
شتاب و تغير مکان نسبي بين طبقات دو عامل اساسي شکست اعضاي سازه اي و غير سازه اي در هنگام زلزله مي باشند، برآورد دقيق اين دو پارامتر براي زلزله مشخص مي تواند در تعيين آسيب پذيري ساختمان ها اهميت ويژه اي داشته باشد براي اين منظور تحليل ديناميکي غير خطي سازه با در نظر گرفتن رفتار غير خطي اعضاي سازه اي و غير سازه اي ضروري است
ارزيابي مقاومت ساختمان هاي فولادي با استفاده از نتايج تحليل ديناميکي غير خطي:
مهمترين نتايج حاصل از يک تحليل ديناميکي شامل مقادير حداکثر تغيير مکان جانبي طبقات، تغيير مکان نسبي بين طبقات مي باشد. و براي ارزيابي آسيب پذيري سازه ها مورد بررسي قرار مي گيرد. در صورتي که عضو يا اعضايي وضعيت بحراني داشته باشند، به روش هاي مختلف تقويت و اصلاح مي شوند. پس از تحليل ديناميکي مجدداً انجام گرفته و اين مراحل تا زماني که نتايج مطلوب حاصل شود تکرار مي شوند براي بدست آمدن توابع آسيب پذيري مستلزم بدست آوردن منحني هاي شکنندگي براي هر تيپ سازه و ترکيب آنها به روشهاي مختلف احتمالاتي مي باشيم يک منحني شکنندگي ، احتمال خسارت متناظر با يک حالت خسارت ( شکست ) بخصوص را براي چندين سطح از جنبشهاي لرزه اي زمين بيان مي کند. منحني شکنندگي يک ساختمان نسبت بين جنبش لرزه اي زمين و سطح شکست لرزه اي متحمل را بيان مي کند .
مروري بر مقالات گذشته:
در اين راستا مي توان به منحني هاي شکنندگي درHazuz ،جايکاه وتوکلي اشاره کرد
گزارش جايكا :
گزارش جايگا ساختمانهاي شهر تهران به 9 گروه تقسيم بندي شده اند
1- آجري و فلزي يا سنگي و فلزي
2- فلزي نوع 1 : سازه فلزي ساخته شده بعد از 1371 با يک تا سه طبقه
3- فلزي نوع 2 ، ساخته شده قبل از 1370 يا با بيش از 4 طبقه
4- بتن مسلح نوع صفر سازه اي بتن مسلح از 6 طبقه
5- بتن مسلح نوع 1 : ساخته شده بعد از 1370 و با يک يا دو طبقه
6- سازه بتن مسلح نوع 2 : ساخته شده قبل از 1370 يا با بيش از 3 طبقه
7- تمام چوبي
8 ، بلوک سيماني ( با هر نوع سقف )
9- خشت و چوبي و خشت و گلي – تقسيم شده اند.
در گزارش جايکا از رابطه عددي موجود بين نسبت خسارت و جنبش زلزله براي ساختمانهاي ايران که گروه مطالعاتي به دست آورده اند به عنوان رابطه پايه اي براي برقرار نمودن تابع هاي خسارت ساير انواع سازه ها استفاده نموده اند . تابع خسارت براي ساير انواع سازه ها رامي توان بر اساس تابع خسارت مربوط به سازه هاي آجري – فولادي ( برادران توکلي ) و با روش انتقال منحني هاي نسبت خسارت آن نوع سازه ها بر روي محور مقياس شدت زلزله تعيين نمود در برآورد خسارت توجيه تابع آسيب امري ضروري مي باشد . در اين گونه مطالعات ايجاد پايگاه داده هاي موجود بر اساس داده هاي آمار سرشماري مسکن آماده و انجام مي گردد . داده هاي سرشماري مسکن شامل اطلاعاتي از قبل سازه ساختمان ، تعداد ساکنان ، سال ساخت و غيره … مي باشد بر آورد خسارات وارده به ساختمانهاي مسکوني در تهران براي 4 سناريوي زلزله محاسبه گرديه اند .
Hazus:
موسسه ملي علوم ساختماني آمريکا براي ارزيابي آسيب پذيري ساختمانها روش Hazus را ارائه داده است . در اين روش 36 گونه ساختماني انتخاب گرديده است . اين دسته بندي شامل نوع سازه ، ارتفاع ( کوتاه ، ميانه و بلند مرتبه ) و ميزان اعمال ضوابط لرزه اي ( قبل از وجود آيين نامه ، ضوابط اوليه ، متوسط و بالا ) مي باشد.]4-2[ براي لحاظ کردن پايين بودن استانداردهاي ساخت و ساز در ايران و برقراري تناظر بين گونه هاي Hazus ميزان ضوابط بکار برده شده در دسته بدون ضوابط و ضوابط ضعيف قرار گرفته خواهد شد
در جدول فوق(4-2) گونه ساختماني فلزي در Hazus که با گونه هاي ايران نزديکي بيشتر دارد ارائه شد است .
در روش Hazus براي اين گونه هاي ساختماني فلزي چهار سطح خسارت کم ، متوسط، زياد و کامل در نظر گرفته شده است و نکته اساسي ديگر تبديل اين سطوح خسارت به شاخص کمي در منحني ظرفيت است که در جدول زير آمده است
با يک نگاه اجمالي به مقادير ارائه شده در سطح خسارت کامل و مقايسه آن با مقادير./.2H وH 025/0 ارائه شده در 2800 مي توان نتيجه گرفت که مقادير ارائه شده هر دو منبع نزديک به يکديگر مي باشد . مثلاً حدود ارائه شده توسط 2800 براي سازه مورد تحليل ما cm 30 ميباشد و مقدار ارائه شده در Hazus براي ساختمان 4 طبقه کيفيت بالا حدود 12 اينچ ميباشد . در Hazus براي لحاظ اثرات ميرايي حاصل از تشکيل مفصل پلاستيک در سازه ( رفتار غير خطي سازه باعث افزايش ميرايي مي گردد ) فرآيندي پيشنهاد شده است تا سطح منحني تقاضا کاسته شود . براي اين منظور يک ميرايي موثر به صورت جمع ميرايي الاستيک و ميرايي هيسترتيک تعريف مي شود
شکل (4-5 ) منحني هاي شکنندگي ارائه شده در Hazus براي سازه هاي فلزي
معرفي مدهاي شکست ( معيارهاي شکست ) :
آزمايشات و تحقيقات بسياري به منظور تعيين رفتار اعضا و اتصالات ساز هاي فولادي تحت بارهاي لرزه اي صورت گرفته است . رفتار سازه هاي فولادي در زلزله مبهم و پيش بيني عکس العمل اعضا باربر در آن پيچيده است . تجارت گذشته در مورد تيرهاي و ستونها نشان داده شده است که عوامل سازه اي زيادي نظير مقاومت فولاد ، دهانه برش ، و ميزان تنش محوري ، مشخصات جذب انرژي و تغيير شکل را تحت تاثير قرار مي دهند .
سه نوع مکانيزم شکست خمشي ، برشي و برشي – خمشي در نظر گرفته مي شود . در شکست خمشي ، تعيين کننده مکانيزم ، شکست خمشي اعضا بوده و کل ساختمان شکل پذيردر نظر گرفته مي شود شکل پذير خواهد بود ) در شکست برشي ، تعيين کننده مکانيزم ، شکست برشي اعضا است که ترد بوده و شکل پذير نمي باشد . در شکست برش – خمشي ترکهاي برشي در اعضا پديد مي آيد ، اما مکانيزم شکست متاثر از خمش خواهد بود
تغييرمکان هدف:
يکي از معيار هاي شکست رسيدن تغيير مکان سازه به تغيير مکان هدف مي باشد . که سازه با رسيدن به اين تغيير مکان مقاومت خود را از دست مي دهد . رفتار غير خطي سازه که ارتباط بين برش پايه و تغيير مکان نقطه کنترل ( مرکز جرم بام ) را مشخص مي کند به منظور محاسبه سختي جانبي موثر و برش تسليم موثر محاسبه مي گردد
ايجاد مفصل هاي پلاستيکي:
يکي ديگر از معيارهاي خرابي براي ساختمانهاي فلزي در روشهاي غير خطي تشکيل مفصلهاي پلاستيک مي باشد .
تعريف مفصلهاي خميري براي سطح عملکرد هاي مختلف متفاوت است . در آيين نامه بهسازي براي روشهاي غير خطي پارمترهاي مدل سازي و معيارهاي کمي پذيرش براي تيرها ، ستونها ، اتصالات تير ، ستون و دالهاي دو طرفه ، ( اعضاي کنترل شونده با خمش و برش ) مقادير مشخصي ارائه شده است که با در نظر گرفتن نوع عضو و سطح عملکرد آن تعريف بخصوصي براي تغيير مکان و دوران مفاصل خواهيم داشت به طور خلاصه ايجاد مفصل خميري در سازه نشان دهنده نقاط ضعف سازه مي باشد زيرا علاوه بر اينکه شروع خسارت سازه از اين نقاط مي باشد ، شکست اين نقاط ممکن است خود عاملي در جهت گسترش شکست به ديگر نقاط مي باشد
منحني هاي شکنندگي:
جهت بيان آسيب پذيري لرزه اي اجزاي سازه اي يا غير سازه اي از منحني هاي شکنندگي استفاده مي کنند:شکنندگي لرزه اي به عنوان احتمال شرطي براي شکست يا خرابي سيستم مورد نظر به ازاي شدت زمين لرزه اي مي باشد.در طراحي لرزه اي براساس عملکرد،شکست يا خرابي به زماني گفته مي شود که سازه يا سيستم مورد نظر نتواند ملزومات سطح عملکرد مد نظر را ارضا کند.در اين تحقيق سطح عملکرد ما براي ساختمان هاي مسکوني است يعني براي اجزاي سازماني سطح عملکرد3-ايمني جاني و براي اجزاي غير سازه اي سطح عملکردC و ايمني جاني يا سطح عملکرد D ايمني جاني محدود(LS)در نظر مي باشد
توسعه منحني هاي شکنندگي نيازمند مشخصات جزءبه جزء زمين لرزه و همچنين شناسايي و تعريف سطوح خسارات مختلف در سازه مي باشد به شدت زمين لرزه 2-محتواي فرکانسي3-مدت زمان زلزله و …از جمله پارامترهايهستند که در ميزان پاسخ سازه ها و سطح خسارات وارده تأثير دارنده اين پارماتر ها در بدست آوردن منحني هاي شکنندگي مورد نظر هستند.
در منحني هاي شکنندگي بايد مشخصات غير خطي سازه و خصوصيات *زمين لرزه را جهت توسعه محتواي وسيع تر اين منحنيها در نظر گرفت طوري که بتوان جهت برآورد سطوح خسارت براي محدوده وسيع تري از سازه ها مورد استفاده قرار گيرند.
بسط و توسعه اطلاعات مربوط به آسيب پذيري لرزه اي در قالب منحني هاي شکنندگي روشي است که داراي کاربرد بسيار وسيعي است به خصوص زماني که لازم باشد اطلاعات براي پارامترهاي زيادي از عدم قطعيت ها مثلاً در بدست آوردن خطر لرزه اي ،مشخصات سازه به اندر کنش خاک سازه و شرايط ساختگاهي توسعه داده شود
دلايل استفاده از منحني هاي شکنندگي جهت بيان آسيب پذيري:
1-پيچيدگي هاي مربوط به مدل سازه جهت تعيين رفتار واقعي سازه
2-استفاده از اين منحني ها برسي خرابي سازه را در مدهاي خرابي متفاوت به صورت جداگانه و تلفيقي به ما مي دهد.
3-وجود عدم قطعيت ها و اثر دادن آن ها در تعيين پاسخ دقيق سازه ها
گامهاي تحليل شکنندگي ساخت ايجاد مدل حتي الا مکان نزديک به واقعيت تحليلي غير خطي:
1-انتخاب جنبش ها ( زلزله ها ) واقعي
2-به مقياس در آوردن رکوردها تحت سطوح مختلف PGA ( نرماليزه کردن )
3-انجام تحليل ديناميکي غير خطي با استفاده از رکوردهاي حاصل
4-گرفتن نتايج خروجي – شبيه پاسخ سازه ( بر اساس معيار شکست ) .
5-تعيين توابع خسارت لرزه اي
6-استخراج حالات شکست و تعداد وقوع آنها در سطوح مختلف جنبش ورودي
7-ايجاد منحني ها شکنندگي با فرض توزيع نرمال لگاريتمي پارامترها
چگونگي به مقياس در آوردن:
منظور از مقياس کردن زلزله به مقدار مشخصي از شتاب يعني ماکزيمم شتاب رکورد را به اندازه مقدار مورد نظر ( 1/1g تا 0/1 g ) کاهش يا افزايش دهيم .
براي اينکار ابتدا با نرم افزارهاي مختلف از جمله Excel و يا Bispec مقدار قدر مطلق ماکزيمم شتاب ( PGA ) زلزله را تعيين مي کنيم سپس کل مقادير رکورد را در مقدار
( PGA زلزله مربوطه / در مقياس مورد نظر) ضرب مي کنيم . در صورتي که شتاب را بر حسب بخواهيم ، همه مقادير رکورد را در 81/9 ضرب مي کنيم .
در تعريف ورودي زلزله به نرم افزار بايد اثر همزماني زلزله لحاظ گردد . يعني مولفه X شتابنگاشت و مولفهY شتابنگاشت هر دو همزمان به جهت Y , X سازه اعمال گردد. توجه شود که مولفه ها به گونه اي به سازه اعمال شوند که بيشترين اثر جابجايي در سازه اتفاق بيافتد . ( يعني مولفه قوي تر زلزله به جهت ضعيف ترسازه اعمال گردد .(
بار گذاري تاريخچه زماني:
براي اين منظور بعد از انتخاب زلزله هاي مورد نظر ومشخصات سازه هاي مورد نظر به كمك نرم افزار هاي موجود مثل Sap سازه هاي مورد نظر را مدل كرده و در هر مدل بعد از وارد كردن تابع هاي شتاب در هر دو جهت ،خروجي هاي برنامه مورد نظر را استخراج كرده و مقدار ان را با مقدار مجاز مقايسه ميكنيم.در تحليل تاريخچه زماني يک تابع شتاب که از زلزله هاي موجود برداشت مي شود به سازه اعمال مي شود و اثرات اين شتاب به صورت تابعي از زمان در بازتاب هاي مختلف سازه لحاظ مي شود . در اين پروژه از شتاب زلزله هاي مختلف که هر کدام از 0.1 تا 1g نرمال شده اند براي بارگذاري تاريخچه زماني استفاده مي شود .شتاب زلزله بايد بصورت تابعي از زمان به تراز پايه ي ساختمان اعمال شود . در تحليل تاريخچه زماني معلوم بودن جرم ، مرکز و تابع شتاب وارد شده به تراز پايه ساختمان کافي است .
به دست آوردن منحني شکنندگي :
براي بدست آوردن منحني شکنندگي سازه هاي فلزي لازم است که ابتدا مدهاي شکست را تعيين كنيم و اين مقادير مشخص را با نتايج بدست آمده از تحليل غير خطي مقايسه کنيم اگر هر کدام از اين نتايج مساوي يا بزرگتر از مقدار مد شکست باشند يک احتمال شکست در حد تعيين شده محسوب مي شود . احتمال شکست در سطح PGA هاي مختلف در جدول زير مشخص گرديده است .
نتايج تحليل:
مشخصات و منحني شکنندگي سختمان 4 طبقه با مهار بند هم غير محور
مشخصات و منحني شکنندگي سختمان 4 طبقه با مهار بند هم محور
مقايسه بين دو منحني شکنندگي ساختمان هاي چهار طبقه
2



قیمت: تومان


پاسخ دهید