می بینیم كه هیچ تفاوت كیفی در نتایج سه گروه رخ نمی دهد تفاوت های تنها كیفی هستند و به ندرت از 20% تجاوز می كنند معمولاً این تفاوت ها در طیف‌های بعدی منعكس می شود این با نتایج مشابه كه براساس مدل ساده تیر برشی قرار دارد سازگار است و پیشنهاد می كند كه تنها یك گروه را برای بررسی این مشكل (پیچش ناشی از زمین لرزه) انتخاب كنند البته نتایج ناشی از حركات

زمین لرزه های سختی كه موجب ایجاد پیچش در ساختمان ها می شوند

«زمین لرزه های سختی كه موجب ایجاد پیچش در ساختمان ها می شوند: نتایج و جمع بندی ها از مدل های حقیقی اخذ شده اند.»

خلاصه

طی 20 سال اخیر، قویاً به واكنش ساختمان ها در مقابل پیچش های سختی كه در اثر حركات ناشی از زلزله  به وجود می آیند، رسیدگی شده است، اما اكثر تحقیقات انجام شده، تنها به مدل های ساده ای هم چون مدل تیرهای برشی و ساختارهای یك طبقه محدود شده اند. در این مقاله، با استفاده از یك سری از ساختارهای بتن های تقویت شده 1، 3و5 طبقه ای كه برای مقادیر مختلفی از ناهنجاری های طبیعی و تصادفی طراحی شده اند، به این مشكل پرداخته شده است. ایده آل سازی مواد پلاستیك این ساختارها، جهت انجام یك سری تحقیقات پارامتریك پیرامون برخی حركات حقیقی و نیمه مصنوعی كاربرد دارد.

یافته ها این طور نشان داده اند كه نتایجی كه از مدل های تیرهای برشی، یك طبقه و ساده اخذ می شوند آنچنان قابل اعتماد نیستند لذا استفاده از آنها برای ایجاد اصول پایه كدگذاری شده توصیه نمی شود.

لغات كلیدی: ساختارهای متقارن، ناهنجاری (ناهمگنی)، پیچش، زمین لرزه، واكنش ارتجاعی (الاستیك)، مدل محوری پلاستیك.

 

مقدمه:

اكثر كارهای منتشر شده ای كه در مورد واكنش ساختارهای متقارن به پیچش های ناشی از زمین لرزه های سخت هستند براساس مدل های ساده و یك طبقه ای از تیرهای برشی شكل گرفته اند. ابتداً، این مدل ها از سه عنصر تشكیل شده بودند كه به صورت موازی با محور y قرار داشتند، بنابراین تنهنا رابطه ساده برقرار بود و این رابطه به حركات ساده زلزله ای تعلق داشت.

بعدها برخی عناصر مقاومتی به راستای x اضافه شدند و به همین جهت سیستم‌هایی با دو نامساوی  تحت عنوان ورودی های زلزله ای دو بعدی قابل توجه شدند. جالب است بدانید كه مول تیرهای برشی سخت از سال 1972 برای تحلیل واكنش سیستم های چند طبقه ای متقارن در مقابل زمین لرزه كاربرد داشته است.

نتایج حاصل از رسیدگی به پیچش های سخت كه با مدل های یك طبقه و ساده‌ای از تیرهای برشی به وجود آمده معمولاً برای ارزیابی میزان كفایت قوانین سختی جهت ایجاد كدهای طزراحی ضد زلزله جدید و ارائه پیشنهاداتی برای اصلاح این طرح ها به كار می روند. به هر حال، بنا به دلایلی كه در زیر ارائه می شوند چنین برآوردهایی چندان قابل اطمینان نیستند.

 

(a) مدل ساده ای از تیرهای برشی یك طبقه، كه اصولاً به دلیل سادگی در ساختارشان از آنها استفاده می شود، نمی توانند تخمین قابل قبولی از واكنش ساختارهای چند طبقه ای حقیقی ارائه كنند. بنابراین نتایجی از این قبیل تنها دارای ارزش كیفی هستند.

(b) سختی و استحكام عناصر مقاومتی مدل تیر برشی، شرایط مخصوصی دارند و تنها برای بارهای ناشی از زلزله، آن هم به صورت مستقل از هم محاسبه می شوند. در ساختارهای حقیقی عوامل سختی، استحكام و تغییر شكل تسلیم چنان ارتباط مستقیمی با هم دارند كه تغییر در یك پارامتر به تغییر 2 پارامتر دیگر منجر خواهد شد.

(c ) در ساختارهای حقیقی، اعضا جهت تحول بارهای افقی و عمودی طراحی می‌شوند، لذا استحكام و سختی آنها در ارتباط با یكدیگر، با مقادیر مشابه مقاومتی در مدل تیرهای برشی ساده شده متفاوت خواهد بود. بنابراین درصد تغییر در این كمیت‌های ایجاد شده براساس اصول كدگذاری شده پیچش در ساختارهای حقیقی، بسیار كمتر از موارد مشابه در تیرهای برشی است.

 (d) تسلیم عنصر انتهایی یك مدل ساده شده یك بیانگر عملی از حذف سختی در آن وضعیت است. در ساختارهای حقیقی میله های تحول كننده سختی ارتجاعی در هر قاب در حقیقت جزء مهمی از خواص سختی ارتجاعی آن به شمار می رود كه این سختی توسط ستون هایی كه جهت باقی ماندن به حالت الاستیك طراحی شده اند كنترل می شود.

به همین جهت از نظر تفاوت های بزرگی بین ساختارهای حقیقی و مدل های تیر برشی وجود دارد. نقص هایی كه برای مدل های ساده شده بیان كردیم نشان می‌دهد كه این مدل ها نیازمند رسیدگی بیشتر هستند. این كار به واسطه ایجاد طرح های سه بعدی دقیق، واقعی و ایده آل شده ای صورت می گیرد كه برای ساختارهای چند طبقه‌ای كه در آن اعضای خمیده شده توسط یك مدل محوری پلاستیك ایده آل سازی شده اند ساخته شده تا كنون هیچ تحقیقات سیستماتیكی كه براساس این مدل ها صورت گرفته باشد انجام نشده است.

نشریات وابسته تنها به پرداختن به ساختارهای موجود یا تحقیق پیرامون ساختارهایی با قاب های كاملاً ایده آل شده با یك محور تقارن و تحت حركت یك بعدی محدود شده اند. ]12و11[ مقاله موجود نتایج اخذ شده از یك مطالعه گسترده پیرامون این مشكل را ارائه می دهد. این مطالعات براساس مدل های سه بعدی و چند طبقه‌ای كه دارای یك یا دو نقص هستند و با گروهی از حركات زلزله ای مركب تحریك شده اند، شكل گرفته است.

سیستم ها و حركات به كار رفته:

ساختارهایی كه برای این تحقیق استفاده شده دارای یك، سه یا پنج طبقه هستند و قاب هایی با بتن تقویت شده، و مقاوم در برابر گشتاور در دو راستا تشكیل شده اند. این ساختارها در شكل 1،2و3 نشان داده شده اند اگرچه ما این قاب ها را قاب های فضایی می نامیم ولی در اینجا آنها را با پارامترهای Fr1 تا Fr6 رسم كرده ایم. به طریقی كه Fr1، Fr2 و Fr3 به موازات محور Fr4، Fr5 و Fr6 موازی محور xها قرار گرفته اند. توجه داشته باشید كه Fr2 در ساختارهای 3 طبقه‌ای Fr29 و Fr4 در ساختارهای پنج طبقه ای به دو قاب بعدیشان كه در وسط قرار گرفته اند مربوط می‌شوند.

در این حالت، می توان نتایج را با عناصر مشابه در مدل ساده ای از تیرهای برشی مقایسه كرد. میزان نامتعارف سختی، كه برای تمام سطوح یكسان است، با مقادیر 0.30L . 0.20L , 0.10L , e=0.00 (L بعد افقی طرح) آمایش شد. در حالت یك نقصی، مركز ثقل (CM) و مركز سختی (CR) روی محور x می خوابد  در حالی كه در وضعیت دو نقصی این دو مركز به صورت اریب (شیب دار) قرار می گیرند.  توجه كنید كه در ساختارهای چند طبقه ای، عموماً CR تعریف نمی شود، مگر در بعضی شرایط بسیار حاد.

اینجا این مركز براساس حدود سختی قاب تخمین زده شده است. براساس مدل تیر برشی ساده شده قاب های نزدیك تر به CR (Fr1 و Fr6) قسمت های سخت و قاب‌های دورتر از CR (Fr3 و Fr4) قسمت های انعطاف پذیر هر ساختار به شمار می‌روند.

ارتفاع طبقه در تمام ساختمان ها 3 متر است و طبقه همكف 4 متر. تمام ساختمان‌ها برای تحول نیروهای ثقل و نیروهای ناشی از زمین لرزه براساس كدهای اروپایی 2 (بتن تقویت شده) و 8 (طرح مقاوم در مقابل زلزله) طراحی شده اند، در حالی كه طراحی های فرعی جهت تحمل مقادیر مختلفی از ناهنجاری های تصادفی نیز وجود دارند. e_acc=0.05L , e­_acc=0.0 (برای هر EC8) و e_acc=A0.05L (به عنوان هر UBC-97 و كد یونانی [15]) دوره های طبیعی در شرایط مختلف در لیست جدول 1 آمده‌اند. تحلیل غیر خطی دینامیكی ساختارها برای گروهی از حركات حقیقی و مصنوعی به كار می رود. این كار با استفاده از اصول اصلاح شده برنامه ANSR صورت می گیرد. اجزا قاب به وسیله یك مدل از محور پلاستیكی ایده آل سازی شدند كه در آن گشتاور چرخشی اصلاح شده با نسبت سختی برابر با 0.05 در نظر گرفته شده سختی در نقطه تسلیم به واسطه زانوهای ضد زلزله با مقدار EL=Myl/6e_y قرار داده شد در حالی كه Q_y براساس معادلات نیمه تجربی ارائه شده توسط
Park & Ang محاسبه گشت. در تحقیق موجود سه گروه از تحریكات زلزله ای به كار رفتند، كه هر كدام شامل 5 حركت دو جزیی بودند. اولین گروه، گروه A،  حركات حقیقی و از نوع باز بودند، دومین گروه، گروه B، شامل حركاتی با ضربان های سریع و به صورت حقیقی بود. سومین سری از ده حركت نیمه مصنوعی به واسطه اصلاح 10 جز حركات گروه A به وجود آمدند (گروه C).

بنابراین می توان گفت این طیف حركات جدید تقریباً با طیف الاستیك طراحی شده EC8 برابری می كند. متد به كار رفته بر پایه روش سعی و خطا و تكنیك های تبدیلی Fourier شكل گرفت. این مقایسه بسیار نتیجه بخش بود. مخصوصاً برای حركات نیمه مصنوعی كه در آن تفاوت های طیفی از  تجاوز نمی كند. هر جفت از حركات دوبار اعمال شد، با تغییر جهت اجزاء در امتدادهای y,x.

بنابراین برای هر گروه از حركات 10 سری تحلیل شكل گرفت و این یعنی مقادیر پارامترهای واكنش گر اصلی برای ارزیابی- تاثیرات پیچش به كار می روند. عوامل استاندارد بعدی نیز محاسبه شدند و عموماً بیشتر از 15% نبودند. برای هر ساختمان آزمایش شده، پارامترهای واكنشگر (جابجایی آخرین طبقه، فاكتورهای چكش خواری و عوامل تخریب‌كننده) توسط سطح (كف) قاب و دیگر اجزا (تیرها و ستون‌ها) گروه‌بندی شدند و حداكثر مقدار پارامتر مربوط، به عنوان مقدار مرجع در اندازه گیری های مختلف قرار داده شد.

نتایج انتخاب شده:

به دلیل محدودیت های موجود در این متن تنها نتایج كمی در اینجا ارائه می شود. تحقیق كامل در مرجع 13 دیده می شود.

تاثیرات حركات مختلف زمین:

قاب های یك طبقه ای برای سه دسته از حركات مورد بررسی قرار گرفتند تا مشخص شود كه آیا تفاوت در خصوصیات حركات به تفاوت های كیفی در نتایج می‌انجامد؟

شكل 5 نشان می دهد كه خواست های چكش خواری برای تیرها و ستون های ساختارهای یك طبقه با یك ناهنجاری e_x=0.20L_x به سه گروه از حركات بر می‌گردد. (شكل 1 را ببینید)

می بینیم كه هیچ تفاوت كیفی در نتایج سه گروه رخ نمی دهد. تفاوت های تنها كیفی هستند و به ندرت از 20% تجاوز می كنند. معمولاً این تفاوت ها در طیف‌های بعدی منعكس می شود. این با نتایج مشابه كه براساس مدل ساده تیر برشی قرار دارد سازگار است. و پیشنهاد می كند كه تنها یك گروه را برای بررسی این مشكل (پیچش ناشی از زمین لرزه) انتخاب كنند. البته نتایج ناشی از حركات مستقل می توانند تفاوت‌های بزرگتر ار نشان دهند.

جهت دریافت فایل زمین لرزه های سختی كه موجب ایجاد پیچش در ساختمان ها می شوند  لطفا آن را خریداری نمایید