مهندسی زلزله

با پیش رو بودن عصر نوین در طراحی لرزه ای و توجه به خصوصیات و پاسخ های متفاوت سیستم های لرزه بر در برابر زلزله استفاده از سیستم های بادبندی برون محور بسیار گسترش یافته است با توجه به اینكه كشور ایران در مجموعه كشورهای لرزه خیز می باشد و همچنین توجه به این مسأله كه این كشور در حال توسعه اقتصادی است، احداث بناهای با كاربردی های متفاوت و با درجات اه

مهندسی زلزله

-1) مقدمه

میلیون ها سال است كه زلزله در جهان به وقوع پیوسته و در آینده نیز به همانگونه كه در گذشته بوده است، اتفاق خواهد افتاد. این پدیده طبیعی هنگامی به یك مصیبت بزرگ انسانی تبدیل می گردد كه در منطقه ای شهری با بافت متراكم اتفاق بیافتد. نمونه آثار این سانحه مرگ آور، در زلزله های بزرگ ایران همچون زلزله سال 1382 بم و زلزله 1369 منجیل بر هیچكس پنهان نیست. با وجود آگاهی از بسیاری از عوامل وقوع این پدیده، جلوگیری از وقوع این پدیده، با علم كنونی بشر امكان پذیر نمی باشد؛ لیكن كاهش اثر ارتعاشات نیرومند زلزله در قالب تقلیل خسارات، صدمات و مخصوصاً تلفات جانی ناشی از آن امكان پذیر می باشد.

علم مهندسی زلزله به اثرات زلزله بر انسان ها و محیط آن ها و همچنین روش های كاهش این آثار می پردازد. مطالعه زلزله و اثرات ناشی از آن با توجه به مدارك مكتوب متعلق به زلزله های ژاپن و نواحی شرق مدیترانه به تقریباً 1600 سال قبل برمی گردد. سوابق مطالعات زلزله در نواحی فعال لرزه ای آمریكا تنها به 200 الی 350 سال قبل برمی گردد. ولی بشر میلیون ها سال است كه از وقوع این پدیده مطلع است ولی تجربه و دانش او از علم زلزله خیلی كمتر از عمر این پدیده است. مهندسی زلزله در ابتدای قرن بیستم زاده و در انتهای آن به كمال خود رسید. از سال 1908 در ایتالیا ضوابط بارگذاری لرزه ای براساس قضاوت مهندسی آغاز و در بسیاری كشورهای جهان پذیرفته و اجرا شد. با تولد رایانه ها و افزایش استفاده از آن ها در انجام عملیات های زمان بر و تكراری دستی، علم دینامیك سازه به طور جدی به عرصه مهندسی زلزله وارد شد. اما 40 سال طول كشید تا طراحی لرزه ای متكی بر تحلیل های دینامیكی سازه گردد. در فاصله دهه 60میلادی تا اواخر دهه 70، تلاش ها، عمدتاً صرف آشتی دادن ضوابط قبلی و یافته های جدید شد و معرفی ضریب رفتار حاصل این تلاش های آشتی جویانه است. در كنار شناخت ماهیت زلزله و نحوه وارد آوردن نیرو به ساختمان ها همواره آنچه نیروی زلزله بر آن وارد می شود یعنی خود ساختمان و سیستمی كه مقاومت لازم در برابر قدرت ارتعاشات را داشته باشد مورد توجه مهندسین سازه بوده است. رشد و توسعه انواع سیستم های سازه ای از ساختمان های خشتی تا آسمان خراش ها، از مصرف خشت و چوب تا طراحی قالب های لرزه بر با استفاده از بتن و فولاد و امروز مصالح تركیبی (كامپوزیت) و ...، همگی گواه این مسئله می باشند. اما آنچه مهم است، طراحی لرزه ای این سیستم ها و اهداف آن ها كه پایه و اساس روابط حاكم بر آن را تشكیل می دهد، می باشد. اهداف طراحی لرزه ای و روابط معادلات موجود حال در مسیر تكامل، به طراحی براساس عملكرد لرزه ای سازه رسیده است. چیزی كه عرصه جدیدی از طراحی لرزه ای و لزوم تحقیق و جستجو در این زمینه را پیش رو مهندسین سازه نهاده است. مطالعه لرزه ای سیستم های معمول سازه ای یا به عبارتی یافتن یك تعادل بین مقاومت سازه و اثرات ناشی از زلزله مانند تغییر مكان ها، كاهش و افت  مقاومت و سختی و نهایتاً شكست و فروپاشی مصالح و كل سازه، می رود تا شكل تازه ای به خود بگیرد. لذا در راستای طراحی سازه براساس عملكرد، كه در آن در سطح كاربردی معمول به دنبال از بین بردن تلفات جانی و استقرار سازه در محدوده های ایمنی هستیم، بازنگری مجدد سیستم های سازه ای و خصوصیات سختی و شكل هندسی و محدودیت های شكل پذیری و تغییر مكان های آن ها، از جمله فعالیت های مؤثر تا دستیابی به روش های طراحی براساس عملكرد می باشند.

یكی از این سیستم های سازه ای كه تولد آن نشانه تیزبینی پروفسور پوپوف و همكارانش بوده است و در سازه های بزرگ بسیاری در سطح جهان مورد استفاده قرار گرفته است، سیستم قاب های لرزه بر فولادی با مهاربندی واگرا می باشد. رفتار این سیستم ها كه دارای شكل پذیری بالایی می باشند و از لحاظ عملكرد هندسی و معماری بسیاری از محدودیت ها را از میان برمی دارند، حداقل در كشور ما آنچنان معرفی نشده است.

 

1-2) اهداف مجموعه حاضر

با پیش رو بودن عصر نوین در طراحی لرزه ای و توجه به خصوصیات و پاسخ های متفاوت سیستم های لرزه بر در برابر زلزله استفاده از  سیستم های بادبندی برون محور  بسیار گسترش یافته است. با توجه به اینكه كشور ایران در مجموعه كشورهای لرزه خیز می باشد و همچنین توجه به این مسأله كه این كشور در حال توسعه اقتصادی است، احداث بناهای با كاربردی های متفاوت و با درجات اهمیت بالا و متوسط، بسیار حیاتی می باشد، لذا لزوم یك آیین نامه قدرتمند كه بتواند با اعمال قوانین روشن و واضح در عرصه طراحی و اجرای  همگام با توسعه ساخت و ساز در كشور، حافظ منافع و منابع ملی این مرز و بوم باشد، شدیداً احساس می شود. آنگونه كه مشاهده میشود، استاندارد 2800 ایران توانسته به گوشه ای از این اهداف دست یابد. خوشبختانه ا ستاندارد مذكور در حال توسعه و بازنگری دائمی بوده و امید آن می رود كه روزی به یك مجموعه مستقل در بخش طراحی لرزه ای و مهندسی زلزله از لحاظ مبانی، تبدیل گردد. در ویرایش سوم استاندارد 2800 (1384)، كه آخرین ویرایش آن تا این تاریخ می باشد، بسیاری تفاوت ها و تغییرات بنیادی در ارقام كنترل و طراحی در مقایسه با ویرایش های قبلی به چشم می خورد. لیكن به جهت مطالعه تحقیقی بخش كوچكی از این آیین نامه به مطالعه قاب های ساده با بادبندهای برون محور و عوامل مؤثر بر ضرایب رفتار خطی و غیرخطی آن پرداخته شده.  در این  ویرایش همچنین این قاب ها جز معدود مواردی هستند كه عدد جدیدی برای آن اعلام نشده است. لذا ما در این مجموعه با مطالعه و تحلیل پارامترهای ضریب رفتار سیستم مذكور همچون شكل پذیری، ضرایب اضافه مقاومت و ضرایب تنش مجاز متأثر از مشخصات هندسی مرسوم این سازه ها كه در بخش های آتی بدان ها پرداخته خواهد شد، به دنبال تعیین ضریب رفتار سیستم های قاب های ساختمانی فولادی ساده با بادبندهای برون محور هستیم. تا بتوان نقص این آیین نامه را در این مورد در حدامكان نشان دهیم، امید است این تحقیق باعث صرفه جویی در مصرف و كاربرد غیرلازم فولاد، این سرمایه ملی و گران قیمت گردد.  

 

1-3) ساختار مجموعه حاضر

پایان نامه حاضر با اهدافی كه در بخش های پیشین عنوان گردید، در پنج فصل نگاشته و تنظیم شده است:

فصل یكم: پیش گفتار و ساختار

این فصل شامل پیشگفتار و مقدمه ای بر مهندسی زلزله و لزوم انجام تحقیق درباره ضریب رفتار سازه ها با سیستم های باربری لرزه ای متفاوت من جمله سیستم قاب ساده فولادی با بادبند واگرا می باشد.

فصل دوم: تئوری های حاكم بر رفتار لرزه ای سازه

در این فصل پس از بیان مقدمه ای بر طراحی لرزه ای و اهداف آن در آیین نامه های زلزله ایران،SEAOC ، ATC40 و UBC97 به رفتار نیرو – تغییر شكل سازه ها تحت بارهای چرخه ای و صعودی می پردازیم. مفهوم شكل پذیری و عملكرد انواع مختلف آن در این فصل توضیح داده خواهد شد. با معرفی شكل پذیری نیاز و مقدمه ای بر طراحی سازه براساس شكل پذیری به دنبال یافتن تأثیر شكل پذیری در كاهش نیروی طراحی خواهیم بود. در ادامه با مروری بر طیف ظرفیت و تعریف ضریب رفتار سازه به تعیین عوامل مؤثر بر آن با توجه به طیف ظرفیت پرداخته و مفاهیم اضافه مقاومت و ضرایب تنش مجاز و در نهایت خود ضریب رفتار بازگو خواهد شد. در بخش های دیگری  با معرفی روش آنالیز غیر خطی استاتیكی یا روش بارافزون (pushover) و ترازهای عملكرد لرزه ای سازه در تحلیل های غیرخطی به تعیین نقطه عملكرد سازه خواهیم پرداخت. مفاهیم تبدیل منحنی ظرفیت و نیاز به فرمت یكسان ADRS  و میرایی و انواع رفتار سازه ای از دیگر مباحث فصل دوم می باشد. پس از مروری بر انواع مفاصل پلاستیك در این بخش و ملاك های پذیرش و كنترل عملكرد سازه به تعیین ضریب رفتار سازه با استفاده از طیف های ظرفیت – نیاز سازه پرداخته می شود. با ارائه مفاهیم كاهش تأثیر زلزله به علت افزایش پریود، اتلاف انرژی و میرایی، اضافه مقاومت و كنترل ضریب رفتار و مبانی مفروض در این تحقیق مباحث فصل دوم به سرانجام می رسد.

 

فصل سوم: بررسی رفتار ارتجاعی و غیر ارتجاعی قابهای فولادی با بادبند واگرا

در این فصل ابتدا به معرفی عمومی سیستم های قاب فولادی مهاربندی شده با بادبند واگرا EBF و ذكر محاسن و لزوم استفاده از این نوع سیستم باربر سازه ای پس از ذكر تاریخچه تولد این نوع آرایش سازه ای پرداخته و با معرفی انواع اشكال هندسی این نوع سازه ها به پردازش سختی، زمان تناوب و مقاومت و رابطه آن ها با خصوصیات هندسی سازه خواهیم پرداخت. پس از مطالعه رفتار هیسترزیس این سیستم به بحث ملاحظات طراحی این گونه قاب ها می رسیم. در این بخش به صورت خلاصه عمده مباحث موجود در مورد طراحی این نوع سیستم ها و علی الخصوص مشخصات تیر پیوند در این قاب ها و انواع رفتارهای مكانیكی مربوطه پرداخته خواهد شد.

 

فصل چهارم: بررسی تأثیرمشخصات تیرپیوند در ضریب رفتار قاب های فولادی با بادبند واگرا

در این فصل پس از انتخاب مدل و شرح ملاحظات تحلیل خطی و غیرخطی استاتیكی به ارائه نتایج تحلیل غیرخطی و محاسبه پارامترهای رفتار غیرخطی استاتیكی به ارائه نتایج تحلیل غیرخطی و محاسبه پارامترهای رفتار غیرخطی سازه براساس طیف های ظرفیت سازه پرداخته خواهد شد. در این راستا قاب های EBF با ترازهای ارتفاعی و خصوصیات هندسی متفاوت مورد تحلیل قرار می گیرد. از دیگر مواردی كه در این فصل به آن پرداخته شده تحلیل و تعیین پارامترهای مؤثر بر ضریب رفتار سازه و تعیین ضریب رفتار سازه های طراحی شده براساس عملكرد مناسب لرزه ای می باشد. در ادامه با بررسی تحلیلی ارقام به دست آمده، نتایج مدل سازی ها ارائه می شود

جهت دریافت فایل مهندسی زلزله لطفا آن را خریداری نمایید