بررسی رفتار پیچشی سازه های نامتقارن در تحلیل استاتیکی غیر خطی (پوش آور) |
 |
عملکرد ساختمانها در زلزله های گذشته نشان داده است که معمولا ساختمانهای نامتقارن نسـبت
به ساختمانهای متقارن آسیب پذیرتر بوده ودر حین زلزله دچار آسیبهای شدیدتر مـی گردنـدواحتمال
فروریزش آنها نسبت به ساختمانهای متقارن بیشـتر مـی باشـد. خرابـی حـدود چهـل ودو درصـد از
ساختمانها در زلزله 1985 مکزیک به علت آثار پیچشی ، نشان داد که ساختمانهای نامتقـارن از لحـاظ
سختی ومقاومت در پلان ،بسیار آسیب پذیر هستند . ارتباط موجود بین حرکات جـانبی وپیچشـی در
تغییر شکل غیر یکسان در صفحات مقاوم جانبی در سیستم می گردد.
با بررسی این نوع ساختمانها در زمان وقوع زلزله می توان نتیجه گرفت که آسیب پذیری اینگونـه
ساختمانها در نتیجه لنگرهای پیچشی وتغییرمکانهای دورانی اضافی است کـه در اثـر عـدم تقـارن در
دیافراگم های ساختمان ایجاد شده وسبب افزایش خسارات سازه ای وغیر سـازه ای بـویژه در وجـوه
بیرونی ساختمان می گردند. عدم تقارن درساختمان می تواند دراثرتوزیع نامتقـارن جـرم در دیـافراگم
های ساختمان یا در اثر توزیع نامتقارن سختی یا مقاومت در المانهای باربر جانبی باشد. عـدم توزیـع
یکنواخت جرم ،سختی ومقاومت سبب می گردد تا نقطه اثر برآیند نیروهای ناشی از زمـین لـرزه بـا
نقطه اثر برآیند نیروهای المانهای باربر جانبی یکی نبوده ودر صورتیکه ساختمان دارای دیافراگم های
صلب یا نیمه صلب باشد لنگرهای پیچشی در این دیافراگم ها ایجاد گردد. وقتی که رفتـار سـاختمان
در محدوده الاستیک است نقطه اثر برآیند نیروهـای مقـاوم جـانبی منطبـق بـر مرکـز سـختی (مرکـز
صلبیت)ساختمان می باشد، اما وقتی که در حین زلزله تعدادی از المانهای بـاربر جـانبی جـاری مـی
گردند محل برآیند نیروهای مقاوم جانبی تغییر کرده ونهایتا اگر تمامی المانهـای بـاربر جـانبی جـاری
گردند نقطه اثر برآیند نیروهای مقاوم جانبی بر مرکز مقاومت منطبق می گردد. بنـابراین بـا توجـه بـه
نحوه رفتار سازه در حین زلزله میزان لنگرهای پیچشی ایجاد شده در حین زلزلـه تغییـر مـی نمایـد و
مراکز سختی ومقاومت نمایانگر وضعیت حدی این تغییرات درزمانیکـه سـازه در محـدوده خطـی یـا
غیرخطی (مصالح)رفتار می کند می باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که محل مراکز جـرم،سـختی
ومقاومت از پارامترهای اصلی می باشند که رفتار سازه های نامتقارن را تحـت تـاثیر قـرار میدهنـد. از
پارامترهای مهم دیگری که بر رفتارپیچشی سازه ها تاثیر می گذارند سختی ومقاومـت پیچشـی سـازه
وممان اینرسی جرمی طبقات می باشند.
دستورالعملها وآیین نامه های طراحی ساختمانها در برابر زلزله ضـوابط ویـژه ای بـرای طراحـی
سازه های نامتقارن دارند، این دستورات در آیین نامه ها ی طراحی بـر اسـاس عملکـرد نیزبـا وجـود
تفاوت زیادی که این آیین نامه ها با آیین نامه های عادی طراحی لرزه ای ساختمانها دارند تکرار شده
اند. این در حالی است که این دستورات درطراحی های معمول وبرای سطح خطر وعملکـرد از پـیش
تعریف شده آیین نامه های معمول نیز دارای کاستی هایی می باشند. با توجه بـه انتظـار رفتـار شـکل
پذیر ساختمانها در مقابل زلزله های متوسط وشدید که در آن با افـزایش نیرو هـای داخلـی ، اعضـای
مقاوم جاری شده ومقدار آن عملا در اعضا ثابت باقی می ماند، لذا خرابی عضو از آن پس با ظرفیـت
تغییر شکل پلاستیک آن (متناسب با ظرفیت شکل پذیری عضو)کنترل می گردد. بنابراین طراحی سـازه
برای سطوح عملکرد متفاوت بطور طبیعی با طراحی بر اساس تغییر مکان همخوانی بیشتری نسبت به
روش های معمول طراحی براساس نیرو دارد. لـذا در ایـن رابطـه روشـهای طراحـی جدیـد بـر اسـاس
تغییرمکان توسعه داده شده اند. اما در این روشها هم عموما برای محاسبه مقاومت مـورد نیـاز عناصـر
باربر جانبی در طراحی سازه های جدید می بایست نیروی برش پایه بدست آمده وسـپس در طبقـات
وبین عناصر باربر جانبی توزیع گردند که مع مولا از روش های معمول آیین نامه های لرزه ای برای ایـن
منظور استفاده می گردد. ضوابط پیچشی آیین نامه ها بر این فرض اسـتوار اسـت کـه سـختی عناصـر
باربر جانبی براساس ابعاد هندسی آن قابل محاسبه می باشد ودر نتیجه در خلال تعیین مقاومت اعضـا
در سازه هایی که ابعاد هندسی ال مانهای باربر جانبی ثابت می مانند محل مرکز سختی ثابت بـاقی مـی
ماند. نحوه رفتار المانها با این فرض در شکل (a -1) نشان داده شده است مطالعات اخیر نشـان داده
است که این فرض در مورد بخش قابل توجهی از المانها که امروزه در ساخت سـاختمانها بکـار مـی
روند معتبر نمی باشد . در این سری از المانها که از آنها با المانهای نوع D نام برده می شود بـا تغییـر
مقاومت ولی با فرض ثابت ماندن ابعاد، عملا تغییرمکان حدجاری شدن المان دچـار تغییـرات جزئـی
شده ولذا این سختی المان است که تابع میزان مقاومت وتغییرمکان حدجاری شدن می باشد. بنـابراین
در هنگام توزیع نیرو وتعیین مقاومت المانهای باربرجانبی ، با تغییـر مرکـز مقا ومـت سـاختمان مرکـز
سختی المان نیزمتناسب با آن تغییرمی نماید. نحوه رفتار اینگونه المانها در شـکل (b -1) نشـان داده
شده است
شکل – (1-1) رفتار نیرو ـ تغییر مکان المانها
ساختمانهایی که با توجه به عملکرد های متفاوتی که در سطوح خطر محتمل از آنهـا انتظـار مـی
رود دچار درجات متفاوتی از رفتارهای غیر خطی می گردند ممکن است بـرای آنهـا آرایـش مناسـب
سطح خطرمشخص برای سطح عملکرد سـکونت بـی وقفـه طراحـی مـی گـردد، در ایـن صـورت از
ساختمان انتظار رفتارغیرخطی قابل توجهی نمی رود و می توان انتظار داشت که مناسب ترین آرایـش
مراکز مقاومت، سختی وجرم آرایشی است که در آن مرکز جرم برمرکز سختی منطبق گـردد. در حـالی
که احتمالا این آرایش برای ساختمانی که ازآن انتظار عملکرد ایمنی جانی می رود یعنی ساختمانی که
حین زلزله رفتار غیرخطی قابل ملاحظه از خود نشان میدهد مناسب نمی باشد. بطور کلی برای کنترل
عملکرد سازه، میزان خسارات وارده به ساختمان در حین زلزله محدود می گردد. برای این منظـور از
پارامترهای خسارت مختلف که شرایط خسارات سازه ای وغیر سازه ای را نشان می دهند استفاده می
گرددمعمولا. برای کنترل خسارات سازه ای از تغییرشکل یا دوران پلاستیک، تغییرمکان نسبی طبقـات
ویا از شکل پذیری استفاده مـی شـود. بـرای کنتـرل میـزان خسـارات عناصـر غیـر سـازه ای نیـزاز
پارامترهایی نظیر تغییرمکان نسبی طبقات ویا شتاب طبقه استفاده می گردد. از جمله عوامل دیگری که
برآرایش مناسب مرکز جرم، سختی ومقاومت تاثیر می گذارد نوع پارامترمورد بررسـی مـی باشـد. بـه
بهبود پارامتر تغییرمکان نسبی بین طبقات نمی گردد. رفتار پیچشی سازه ها معمولا بـه عوامـل متعـدد
وپارامترهای متنوع که تابع مشخصات سازه است بستگی دارد. زمانیکه مسـاله در محـدوده غیرخطـی
مورد بررسی قرار می گیرد،تعداد پارامترهای حاکم بر مساله افزایش می یابد. این مساله با توجـه بـه
محدودیتهای محاسباتی در گذشته سبب شده تا اکثر مطالعات پیچشی انجام شده برروی مدلهای ساده
انجام گیرند. این مدلها معمولا یک طبقه وبا المانهای مقاوم برشی در یک جهت می باشند ومطالعـات
کمتری برروی مدلهای چند طبقه یا مدلهای با سیستم مقاوم در هر دو جهت وتحت اثر نگاشـتهای دو
مولفه ای انجام گرفته است. واضح است که رفتارپیچشی سازه ممکن است اثرات مخربی را بـر رفتـار
سازه در حین زلزله های شدید داشته باشد. بـه دلیـل تعـداد زیـاد پارامترهـای مـوثربر رفتـار پیچشـی
ساختمان های نامتقارن هنوز رفتار این نوع ساختمانها بـه طـور کامـل درك نشـده اسـت . هـر چنـد
مطالعات نسبتا وسیعی در زمینه رفتار غیرخطی ساختمانهای یک طبقه نامتقارن صـورت گرفتـه اسـت
1]،[2 ولی هنوز نمی توان با اطمینان نتایج حاصل از این تحقیقات را به ساختمانهای چندطبقه تعمیم
داد واز سوی دیگر مدلهای عددی پیچیده ، روشی کاربردی برای تحقیق باشند.
با توجه به پیشرفت علم مهندسی زلزله در سالهای اخیـر، شـناخت فاکتورهـای جدیـد طراحـی
ساختمانها نیاز به مطالعات بیشتری دارد.در این زمینه بیشـترین تاکیـد در گسـترش طراحـی براسـاس
عملکرد خواهد بود که شامل حرکات زمین ومطالعات جدید تجربی وتحلیلی در مورد شناخت رفتـار
اجزای ساختمان می باشدمحققین براساس مطالعاتی که بر روی اثرات زمین لرزه هایی همچون زمین
لرزه 6.7 ریشتری نورتریج در ایالات متحده در سال 1994 وزلزله 7.1 ریشتری لوما پریتا وهمچنین
زمین لرزه کوبه ژاپن در سال 1995وموارد دیگر انجام داده اند. مشاهده کردند سازه هایی که بـا آیـین
نامه های متداول طراحی شده اند ، از لحاظ تامین امنیت وسلامت جانی ساکنین ، عملکرد خـوبی از
خود نشان داده اند، اما بدلیل گستردگی خرابیهای ساختمانها ، زیانهای اقتصادی ومالی زیـادی بـه بـار
آمد. این امر سبب شد تا نیاز شدید به دستورالعملها وآیین نامه هایی که قابلیـت کنتـرل کـردن میـزان
خسارات در زلزله های متوسط را دارا باشند احساس شود. در نتیجه مجموعه آیین نامه ها ودستورات
ATC،FEMA 356 نام برد. [3]
امروزه اعتقاد بر این است که تنها در نظر گرفتن سطح عملکرد مصونیت جانی برای طـرح لـرزه
ای در نواحی فعال لرزه ای کافی نیست. در ضمن طرح لرزه ای را از نظرهای دیگر، که همان هزینـه
های مرمت وزمان بازسازی کامل هستند باید مد نظر قرار داد. از این رو در چنـد سـال اخیـر تـلاش
وتحقیقات بسیاری توسط محققین صورت گرفته تا راهکارها و روش هایی بـرای ارزیـابی دقیـق تـر از
رفتار سازه ارائه گردد ودر واقع بتوان سازه ای 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
خرید متن کامل این پایان نامه :
معین مبانی اصلی روش طراحی بر اساس عملکرد می باشند. در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابـر
زلزله (استاندارد (2800،ضوابط ومقرراتی برای طراحی واجـرای سـاختمانها در برابراثرهـای ناشـی از
زلزله ارائه شده است.» بطور کلی با رعایت این آیین نامه انتظـارمی رود بـا حفـظ ایسـتایی سـاختمان
درزلزله های شدید (زلزله طرح) تلفات جانی به حداقل برسـد ونیـز سـاختمان در برابـر زلزلـه هـای
خفیف ومتوسط (زلزله سطح بهره برداری ) بدون وارد شدن آسیب عمده سـازه ای قـادر بـه مقاومـت
باشد«[19]
در استاندارد 2800 به منظور تحلیل وطراحی سازه برای اهداف تعریف شـده، از روشـهای 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 برای در نظر گرفتن این رفتار سازه وهمچنین اثرات حرکات زمـین
استفاده می کند.
از کاربردهای 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 مبنـای تغییرمکـان
الاستیک ناشی از نیروهای طراحی وهمچنین محاسبه نیروهای 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 زیادی
بستگی دارد وهمچنین معیار نیرو نمی تواند عملکرد واقعی سازه واجـزای آنهـا ویـا میـزان خسـارت
وآسیب وارده را در حالت غیرخطی نشان دهد.
حال این سوال مطرح می شود که آیا اهداف عملکر دی پیش بینـی شـده در اسـتاندارد 2800 بـا
توجه به سطوح خطر زمین لرزه ارائه شده در آن، برای 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 عملکردی ساختمانهای نامتقارن که دارای مهاربند واگرا هسـتند ، تحـت اثـر
سطح خطر زمین لرزه نوع یک تعیین گردد.
فرم در حال بارگذاری ...
|
[یکشنبه 1400-05-10] [ 11:13:00 ب.ظ ]
|
