ضریب رفتار سازه‌های مهاربندی شده کمانش‌ناپذیر در حرکات زمین نزدیک و دور از گسل

0
258
ضریب رفتار سازه‌های مهاربندی شده کمانش‌ناپذیر در حرکات زمین نزدیک و دور از گسل
ضریب رفتار سازه‌های مهاربندی شده کمانش‌ناپذیر در حرکات زمین نزدیک و دور از گسل

چکیده:

در مقررات رایج طراحی سازه، با بهره‌گیری از رفتار غیرخطی سازه در طول مدت بروز رویدادهای لرزه‌ای از ضریب رفتار(ضریب R) برای کاهش بارهای طراحی زلزله استفاده می‌شود. برخی از رویکردهای تحلیلی موجود در ارزیابی ضریب رفتار، از نتایج روش تحلیلی دینامیکی فزاینده (افزایشی) (IDA) استفاده می‌کنند. می‌توان با بکارگیری چنین روش‌هایی به بررسی تغییر مقادیر ضریب رفتار برای انواع مختلف حرکات زمین (نزدیک به گسل و دور از گسل) پرداخت. با توجه به اثر حرکات زمینِ نزدیک ِگسل بر ظرفیت شکل‌پذیری سازه، انتظار می‌رود که مقادیر ضریب R نسبت به نوع نگاشت زلزله حساس باشند. این مساله با ارزیابی ضریب R برای سه قاب مهاربندی شده کمانش‌ناپذیر (BRBF) و برای دو مجموعه از حرکات زمین عادی و نزدیک به گسل مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌‌دهند که ضریب رفتار سازه‌های BRBF در حرکات زمین نزدیک گسل به طور قابل توجهی پایین‌تر از نگاشت‌های عادی است. این امر برای طراحی سازه‌ها در مناطق نزدیک به گسل بسیار حیاتی است.

کلمات کلیدی: ضریب رفتار، قاب‌های مهاربندی شده کمانش‌ناپذیر، BRBF، حرکات زمین نزدیک گسل

1- مقدمه

به دلیل رفتار لرزه‌ای ضعیف ساختار قاب‌های مهاربندی شده معمولی (OCBF) در زلزله‌های شدید گذشته، به تازگی چندین پژوهش در زمینه حذف عیوب این ساختارها و بهبود عملکرد لرزه‌ای آن‌ها انجام شده است. قاب‌های مهاربندی شده مقاوم در برابر کمانش (BRBF) به عنوان نسل جدیدی از سیستم‌های مهاربندی در مرکز توجه پژوهشگران و مهندسان قرار گرفته است. این ساختارها در مقایسه با ساختارهای OCBF از حلقه‌های هیسترتیکی متقارن پایدارتر، شکل‌پذیری بالاتر و مقاومت مطلوب‌تر در برابر بارگذاری خستگیبرخوردارند. در این مقاله، با ارزیابی رفتار لرزه‌ای پارامترهای ساختار BRBF که می‌توان از آن در طراحی اهداف ارزیابی لرزه‌ای استفاده نمود، به بررسی این مساله می‌پردازیم. ضریب رفتار لرزه‌ای یکی از مهم‌ترین پارامترها در توصیف ظرفیت لرزه‌ای غیرخطی سازه‌ها است که با ضریب R نشان داده می‌شود. در روش‌های تحلیلی خطی، کاهش بارهای لرزه‌ای جانبی در مقررات طراحی لرزه‌ای در نظر گرفته می‌شوند، با توجه به این حقیقت که یک سیستم سازه‌ای قادر به تحمل بارهایی است که بسیار بزرگ‌تر از بارهای منطقه الاستیک می‌باشند. این امر ناشی از فرامقاومت و ظرفیت اتلاف انرژی در سازه‌ و براساس تغییر شکل غیرالاستیکی (شکل پذیری) است. فرامقاومت و شکل‌پذیری معمولاً از طریق ضریب رفتار لرزه‌ای در طراحی سازه گنجانده می‌شوند. این ضرایب به طور مستقیم در طراحی برش پایه اعمال شده و بارهای جانبی را کاهش می‌دهد. از سوی دیگر در طراحی نیروی لرزه‌ای، نیز بیانگر نسبت حداکثر این نیرو (با فرض رفتار لاستیکی) می‌باشد.

ضرایب رفتار ارائه شده در ATC (1995) با ضرب سه ضریب محاسبه می‌شود: ضریب فرامقاومت، ضریب شکل‌پذیری و ضریب افزونگی. برخی از مقررات مرتبط با طراحی قاب مهاربندی شده کمانش ناپذیر در انجمن مهندسین سازه کالیفرنیا (SEAOC, 2001) توصیه شده‌اند. با توجه به این مقررات، عدد 8 برای ضرایب رفتار (ضریب اصلاح پاسخ، R) سازه‌های BRBF پیشنهاد می‌شود.

این مقاله، به بررسی پارامترهای رفتار لرزه‌ای BRBF شامل فرامقاومت، شکل‌پذیری و کاهش نیرو ناشی از شکل‌پذیری و ضریب رفتار می‌پردازد. این پارامترها برای سه ساختار BRBF قرار گرفته در معرض حرکات نزدیک و دور از گسل و با استفاده از نتایج تحلیل IDA مورد ارزیابی قرار می‌گیرند.

روش تحلیل پوش‌اور، تحلیل‌های دینامیکی فزاینده خطی و غیرخطی برای تعیین داده‌های مورد نیاز در محاسبات ضریب رفتار به کار برده می‌شوند. قابل توجه است که تفاوت بین حرکات زمین نردیک و دور از گسل عمدتاً در ظرفیت شکل‌پذیری سازه‌ها ظاهر می‌شود.

2– حرکات زمین نزدیک گسل

حرکات زمین در نزدیکی گسل، نوعی از حکات زمین است که معمولاً دارای یک یا چند پالس در تاریخچه زمانی سرعت و معمولا در جهتی است که با توجه به خط گسیختگی گسل (گسلش) دارای زاویه 90 درجه باشد. پالس‌های سرعت معمولاً از اثر جهت پذیری (راستا‌پذیری) رخ داده در مجاورت گسل ناشی می‌شود. ثابت شده است که نگاشت‌های نزدیک گسل دارای مقادیر بزرگ‌تری از شتاب طیفی الاستیکی در محدوده دوره تناوب متوسط تا طولانی هستند. علاوه بر این، حرکات زمین در نزدیکی گسل، آسیب‌های شدید و پاسخ‌های تاریخچه زمانی بزرگی را به سازه تحمیل می‌کنند (بیکر و کرنل، 2008). چنین حرکات زمین دارای دو اثر بزرگ به نام‌های جهت‌پذیری پیش‌رونده و تغییرمکان ماندگار می‌باشند. جهت‌پذیری پیش‌رونده هنگامی رخ می‌دهد که سرعت گسیختگی گسل تقریباً برابر با سرعت انتشار امواج برشی است. این امر به پالس‌هایی با دامنه بزرگ منجر می‌شود که در تاریخچه زمانی سرعت قابل مشاهده‌اند.

مطالعات گذشته نشان داده‌اند که حرکات زمین در نزدیکی گسل اثرات مهمی بر تقاضاهای سازه‌ها دارند. کالکان و Kunnath (2006) دریافتند که قاب‌های خمشی فولادی معمولی را می‌توان در معرض تقاضاهای جابجایی بزرگ در محل ورودی پالس‌های سرعت موردنیاز سازه قرار داد تا مقدار قابل توجهی از انرژی ورودی در یک یا تعداد نسبتاً کمی از چرخه‌های پلاستیکی تلف گردد. با این وجود، این مورد برای حرکات رمین که در آن سیستم سازه در معرض چرخه‌های پلاستیکی بسیار بیشتری قرار دارد، صدق نمی‌کند. گرامی و عبدالله‌زاده (2013)، پاسخ دینامیکی 5 قاب خمشی را مورد بررسی قرار دادند که در معرض 20 نگاشت نزدیک گسل بودند. آنها نتجیه گرفتند که جهت‌پذیری پیش‌رونده اثر قابل توجهی بر تقاضاهای موضعی و کلی مدل‌ها داشته و موجب کاهش مقاومت خمشی و شکل‌پذیری ستون‌ها به ترتیب از 12.5% تا 50% و از 25% تا 50% می‌گردد.

تحقیقات بسیار زیادی بر روی اثرات ناشی از حرکات زمین نزدیک گسل بر رفتار لرزه‌ای سازه‌ها متمرکز شده‌اند اما تعداد محدودی از تحقیقات با در نظر گرفتن نگاشت‌هایی با اثرات پالسی به بررسی ضرایب R پرداخته‌اند. برخی از محققان نشان دادند که ضرایب رفتاری برای حرکات زمین در نزدیکی گسل با جهت‌پذیری پیش‌رونده در مقایسه با نگاشت‌های معمولی کمتر است (Gillie و همکاران، 2010). در این مطالعه، ضرایب رفتار BRBF برای نگاشت‌های نزدیک گسل تخمین زده شده و نتایج با حرکات دور از گسل زمین مقایسه شدند. هدف اصلی این مطالعه، بررسی حرکات زمین نزدیک گسل بر مقادیر ضریب رفتار است. تعداد بزرگی از تحلیل‌های دینامیکی فزاینده خطی و غیرخطی و همچنین روش تحلیل پوش‌اور برای ارزیابی پارامترهای عملکرد لرزه‌ای نظیر فرامقاومت، شکل‌پذیری و ضرایب رفتار بکار برده می‌شوند. در این مقاله، منظور از نگاشت‌های نزدیک گسل، مواردی هستند که حداقل دارای یک پالس در تاریخچه زمانی سرعت خود باشند. برای انتخاب چنین نگاشت‌های نزدیک گسل از روش پیشنهادی بیکر (2007) استفاده شد.

3- مهاربندهای کمانش‌ناپذیر

قاب‌های مهاربندی شده هم محور (CBFها) یکی از کارآمدترین سیستم‌های مقاوم در برابر بار جانبی است. در زلزله‌های گذشته، از جمله رویدادهای نورتریج 1994 و کوبه 1995، تعداد قابل توجهی از آسیب‌های گسترده در این نوع از سازه‌ها مشاهده شدند که به تعمیرات گسترده و بهسازی نیاز داشتند  در مدت زمان وقوع زلزله‌های شدید، اعضای مهاربند محتمل تغییر شکل‌های بزرگی در محدوده پس‌کمانشمی‌شوند که موجب دَوران چرخه‌ای بزرگ و معکوس در مفاصل پلاستیکی ایجاد شده در اعضای قاب و در اتصالات دو سر می‌گردد

در دهه گذشته، محققان برای غلبه بر مشکلات مربوط به اجزای مهاربند کمانش‌ناپذیر به مطالعه BRBF پرداخته‌اند.

در سازه‌های BRBF، اجزای مهاربند دارای مشخصه تغییر مکان بار پایدار هستند که امکان انتقال نیروهای فشاری در مقاومت کششی تسلیم را فراهم می‌سازد . برخلاف مهاربندی‌های رایج، مهاربندهای کمانش‌ناپذیر برای دستیابی به رفتار هیسترتیکی پایدار در نظر گرفته می‌شوند. برای مقاوم بودن در برابر کمانش، آن‌ها سطح بالایی از شکل‌پذیری را نشان می‌دهند . نمونه مهاربندکمانش‌ناپذیر نشان داده شده در شکل 1، از هسته فولادی تسلیم شونده(جاری‌شونده) تشکیل شده است که کل بارهای جانبی اعضای محصور شده در غلاف فلزی (یا ترکیبی از غلاف فلزی و عضو بتنی بیرونی) را تحمل کرده و مقاومت در برابر کمانش را ایجاد می‌کند. برای جلوگیری از کمانش ناشی از فشار، هسته فولادی داخل غلاف فولادی پر شده با بتن، دوغاب سیمان یا هر پرُ کننده دیگر قرار داده می‌شود. با شکستن چسبندگی بین هسته و پُرکننده، اطمینان حاصل می‌شود که هیچ بخشی از نیروی محوری به سایر قسمت‌ها منتقل نمی‌شود. طرح هسته خارج از غلاف به گونه‌ای اتخاذ می‌شود که هسته در این منطقه دچار تسلیم یا کمانش موضعی نگردد.

شکل 1: اجزای تشکیل‌دهنده مهاربند کمانش‌ناپذیر
شکل 1: اجزای تشکیل‌دهنده مهاربند کمانش‌ناپذیر

Kalyanaraman و همکاران (2003)، رفتار مهاربندهای کمانش‌ناپذیر تحت فشار یکنواخت و بارگذاری چرخه‌ای را مورد مطالعه قرار دادند. مزیت اصلی این مهاربندها در مقایسه با مهاربندهای معمولی، افزایش ظرفیت بارگذاری است.

معیار کمانش در این مهاربندها هنوز هم پس از برآورده شدن معیار تسلیم هسته فولادی پابرجاست که افزایش قابل توجه شکل‌ذیری در این سیستم را در پی دارد. مقایسه نمونه منحنی هیسترزیس یک مهاربند معمولی و مهاربند کمانش‌ناپذیر در شکل 2 ارائه شده است.

شکل 2: رفتار چرخه‌ای اعضای مهاربند مرسوم و کمانش‌ناپذیر (الف) مهاربند مرسوم، (ب) مهاربند کمانش‌ناپذیر
شکل 2: رفتار چرخه‌ای اعضای مهاربند مرسوم و کمانش‌ناپذیر (الف) مهاربند مرسوم، (ب) مهاربند کمانش‌ناپذیر

4– ضریب رفتار

تحلیل خطی الاستیکی، رایج‌ترین روش مورد استفاده در تحلیل سازه‌ها برای اهداف طراحی است. استفاده از کل ظرفیت حمل ابر سازه برای اقتصادی کردن روش تحلیل، سودمند است. برش پایه الاستیک ناشی از بارهای زلزله به طور قابل توجهی بزرگ‌تر از پاسخ پرش پایه واقعی است. یک سازه در منطقه غیرالاستیک می‌تواند انرژی بسیار بیشتری را نسبت به منطقه الاستیک جذب نمیاد.

ظرفیت لرزه‌ای سازه‌ها خارج از منطقه الاستیک عمدتاً به پارامترهایی نظیر فرامقاومت و شکل‌پذیری وابسته است. فرامقاومت در سازه‌ها به این حقیقت اشاره دارد که حداکثر مقاومت جانبی یک سازه به طور کلی بیشتر از مقاومت طراحی است. استهلاک انرژی در اثر شکل‌پذیری، از تغییر شکل پلاستیکی در اعضای مقاوم در برابر نیروی جانبی ناشی می‌شود. از این‌رو، آیین‌نامه‌های لرزه‌ای، براساس ضریب رفتار که تابعی از ضرایب فرامقاومت و شکل‌پذیری است، بارهای طراحی را کاهش می‌دهند.

روش‌های تحلیلی مختلفی برای محاسبه ضرایب R سازه‌ها وجود دارد. برخی از روش‌ها، برای بدست آوردن پارامترهای پاسخ از نتایج تحلیل پوش‌اور استفاده می‌کنند. ایزدنیا و همکاران (2012)، پارامترهای تقاضای لرزه‌ای سه قاب خمشی فولادی 3، 9 و 20 طبقه‌ای را (برگرفته از پروژه فولاد SAC) با استفاده از تحلیل‌های پوش‌اور معمولی و تطبیقی بدست آوردند. محمودی و زارعی (2010) از روش پوش‌اور در تخمین ضرایب اصلاح پاسخ پیکربندی‌های مختلف مهاربندهای مرسوم و BRBFها استفاده کردند. کانگ و چوی (2011) روش‌های جدیدی را برای بهبود برآورد ضریب R با توجه به اثرات چند درجه آزادی پیشنهاد نمودند. برخی از محققان دیگر، ضریب R را با بهره‌گیری از روش‌های دینامیکی غیرخطی تعیین کردند.

به عنوان مثال، عسگریان و شکرگزار (2009)، برای استخراج ضریب R سازه‌های BRBF از روش‌های استاتیکی خطی و تاریخچه زمانی غیرخطی مبتنی بر تحلیل پوش‌اور استفاده نموده و پیشنهاد کردند که ضریب R سازه‌های BRBF برای حالت حد نهاییو روش‌های طراحی تنش مجاز به ترتیب برابر با 8.35 و 12 در نظر گرفته شوند. در این مقاله، پارامترهای پاسخ از پارامترهای بدست آمده از تحلیل خطی و غیرخطی IDA به علاوه تحلیل پوش‌اور نتیجه گرفته می‌شوند. الگو بار جانبی در تحلیل پوش‌اور براساس تغییر شکل (معیوب) سازه در مود اول لرزش است.

 

شکل 3: پارامترهای پاسخ سازه
شکل 3: پارامترهای پاسخ سازه

منحنی رفتار غیرخطی سازه‌ها را می‌توان ایده‌ال‌سازی و روابط الاستیک-پلاستیک دوخطی تبدیل نمود (شکل 3). در روش ساده شده، نیروی تسلیم سازه با Vy و جابجایی تسلیم با Δy نشان داده می‌شوند.

در شکل 3، Ve (Vmax) متناظر با مقاومت (استحکام) پاسخ الاستیک است که می‌توان آنرا از تحلیل دینامیکی الاستیکی سازه بدست آورد.

حداکثر برش پایه در یک رفتار الاستیک-کاملاً پلاستیک برابر با Vy است (عسگریان و شکرگزار، 2009). نسبت حداکثر برش پایه با توجه به رفتار الاستیک Ve به حداکثر برش پایه در رفتار الاستیک-پلاستیک Vy «ضریب کاهش نیرو در اثر شکل‌پذیری» Rμ نامیده می‌شود [معادله (1)]:

SEAOC (2001)، مقدار 2 را برای ضریب فرامقاومت سازه‌های BRBF پیشنهاد کرد.

در این مقاله، ضریب فرامقاومت قاب‌ها با استفاده از نتایج تحلیل و از معادله (2) محاسبه می‌شود. مقدار ضریب فرامقاومت به مشخصه‌های نامی مواد بستگی دارد. از ضریب فرامقاومت واقعی که با Rs0 نشان داده می‌شود، با در نظر گرفتن مشارکت برخی از عوامل دیگر در تدوین فرمول R استفاده می‌گردد

پس از تعیین حداکثر جابجایی سقف و برش پایه متناظر با حالت حد نهایی و همچنین تعیین سایر مقادیر شدت بدست آمده از نتایج تحلیل IDA، پارامترهای رفتاری دو خطی ایده‌آل سازه‌ها مشخص می‌گردد. برطبق آیین‌نامه طراحی سازه‌های تحت باز زلزله ایران (استاندارد 2800)، حداکثر نسبت جابجایی نسبی بین طبقه‌ای مربوط به حالت حدی «ایمنی جانی» برابر با 2% است.

بنابراین، حالت حد نهایی برای نمونه سازه‌های دارای BRBF برابر با 2% نسبت جابجایی نسبی است. از تقسیم جابجایی سقف در مدل الاستیک بدست آمده از تحلیل دینامیکی غیرخطی با مقادیر PGA که پاسخ حالت حدی تعیین شده در مدل غیرخطی متناظر است، بر جابجایی سقف متناظر با آغاز غیرخطی بودن در سازه، ضریب شکل پذیری μ بدست می‌آید. به همین‌ترتیب، مقدار فرامقاومت واقعی Rs به صورت نسبت حداکثر برش پایه تعیین شده در تحلیل دینامیکی خطی به برش پایه متناظر با آغاز غیرخطی بودن (Vy / Vs)، ضرب در ضرایب تصحیح محاسبه می‌گردد.

5- نمونه ساختارهای BRBF

سه BRBF سه دهانه با 3، 6 و 10 طبقه به عنوان سازه‌های نمونه این مطالعه انتخاب می‌شوند. برای همه موارد، ارتفاع طبقه 3.2 m، عرض دهانه 6 m می‌باشد. پیکربندی و خواص هندسی قاب‌ها را می توان در شکل 4 مشاهده نمود. به همین ترتیب، مقاطع قاب‌های طراحی در جدول 1 ذکر شده‌اند. بارگذاری و طراحی ساختمان‌ها به ترتیب مطابق با آیین‌نامه بارهای اعمال شده به سازه (2010) و آیین‌نامه‌های طراحی سازه‌های فولادی (2010) اجرا می‌گردد. لازم به ذکر است که اگر هدف، مقایسه پارامترهای پاسخ لرزه‌ای برای نگاشت‌های نزدیک و دور از گسل باشد، روش طراحی بر کلیت نتایج تاثیر نخواهد داشت. برای همه قاب‌ها و همه طبقات، بارهای مرده و زنده به ترتیب برابر با 4.9 و 2.45 KN/m2 در نظر گرفته می‌شوند.

 

شکل 4: پیکربندی سازه
شکل 4: پیکربندی سازه
جدول 1: مقاطع طراحی سازه‌های BRBF نمونه
جدول 1: مقاطع طراحی سازه‌های BRBF نمونه

مدل‌سازی عددی و تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیرخطی با استفاده از نرم‌افزار المان محدود Seismostruct v6.0 انجام می‌شود. این نرم‌افزار از برخی از ویژگی‌های پیشرفته (به عنوان مثال، اجزای پلاستیکی مبتنی بر فیبر) با طول غیرخطی محدود شده، استفاده و از روش‌های تحلیل پوش‌اور تطبیقی و دینامیکی پشتیبانی می‌کند. در این مقاله، اجزای تیر و ستون با استفاده از مفصل پلاستیکی مبتنی بر نیرو، FBPH، مدل‌سازی می‌شوند (اسکات و فن‌وس، 2006).  مدل‌سازی اجزای مهاربندی نیز به صورت اجزای خرپا با عملکرد محوری خالص می‌باشد. تیرها و مهاربندها با اتصالات مفصلی به مفاصل وصل می‌شوند. رفتار غیرخطی مواد سازنده اجزای مبتنی بر فیبر در مدول تعریف مواد بیان می‌شود. رفتار غیرخطی هندسی (از جمله اثرات P-Δ) به عنوان تنظیم پیش فرض نرم‌افزار در نظر گرفته می‌شوند. فولاد درجه St-37 با نقطه تسلیم 2,400 MPa و مدول‌های الاستیسیته 210 GPa همراه با رفتار متقارن دوخطی و 3% نسبت سخت‌شوندگی کرنشی به عنوان مواد سطح مقطع مورد استفاده قرار می‌گیرند. فرض دیافراگم صلب در مدلس‌ازی طبقات در نظر گرفته می‌شود. 25% از بار زنده محاسبه شده و کل بار مرده، جرم لرزه‌ای را در محاسبات بار زلزله برای هر سطح طبقه تشکیل می‌دهند.

با توجه به روش شرح داده شده در بخش 4، پارامترهای عملکرد لرزه‌ای از جمله مقادیر شکل‌پذیری μ، فرامقاومت RS0، کاهش نیرو ناشی از شکل‌پذیری Rμ و در نهایت ضریب R کل با استفاده از نتایج تحلیل IDA و در نظر گرفتن نگاشت های نزدیک و دور از گسل برای سه سازه BRBF نمونه تعیین می‌شوند. به سادگی، ضرب (Rμ × Rs) ، ضریب R را نتیجه می‌دهد.

مدل‌های خطی و غیرخطی، تهیه شده و با استفاده از نرم‌افزار Seismostruct مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفتند. با اعمال تحلیل دینامیکی فزاینده، برش پایه، جابجایی طبقه و سایر پارامترهای پاسخ تحت حرکات زمین نزدیک و دور از گسل تعیین می‌شوند. برای یافتن شدت هر حرکت زمین که موجب حالت حدی می‌گردد، نیاز است تا حالت حدی براساس کمیت‌های پاسخ تعریف گشته و ضریب مقیاس بدست آید که باید به نگاشت ورودی زلزله اعمال گردد. در این مقاله، حالت حد نهایی برای «ایمنی جانی» با پیروی از مفاهیم آیین‌نامه طراحی سازه‌های فولادی ایران (2010) تعریف می‌شود که نشان می‌دهد مقدار 2% نسبت جابجایی نسبی برای حالت حدی ایمنی جانی قابل قبول است. همچنین با استفاده از روش سعی و خطا، به میزان شدت مربوط به حالت حدی تعیین شده دست می‌یابیم که در آن تحلیل دینامیکی غیرخطی با ضرایب مقیاس مختلف زمانی اعمال می‌شوند که نسبت حداکثر جابجایی بین‌طبقه‌ای به مقدار از پیش‌تعیین  شده برسد یا ناپایداری سازه‌ای رخ دهد. در این مطالعه، ناپایداری سازه‌ای به صورت حالتی در نظر گرفته می‌شود که در آن افزایش اندک در شدت حرکت زمین منجر به افزایش‌های قابل توجهی در پاسخ جایجایی سازه می‌گردد . در این جا، ضریب رفتار برای نمونه سازه‌های BRBF قرار گرفته در در معرض نگاشت‌های حرکات زمین نزدیک گسل و معمولی محاسبه می‌شوند. برای یافتن موقعیت نخستین وقوع رفتار غیرخطی سازه از روش تحلیل پوش‌اور استفاده می‌شود. به عبارت دیگر، فرض بر این است که روش پوش‌اور به درستی زمان آغاز رفتار غیرخطی را پیش‌بینی می‌کند. الگو بار جانبی برای پیاده‌سازی تحلیل پوش‌اور با شکل تغییر یافته (معیوب) سازه‌ها در نخستین مود لرزش متناظر است.

تحلیل IDA برای محاسبه ضریب R از دو مجموعه نگاشت‌های نزدیک و دور از گسل استفاده می‌کند. علاوه بر برآورد مقدار جذب ضریب R برای سازه‌های نمونه، یک مقایسه ساده نیز در بین مقادیر بدست آمده از نگاشت‌های نزدیک و دور از گسل انجام می‌گردد. جزئیات حرکات زمین منتخب در جدول 2 ارائه شده‌اند.

شکل 5: منحنی IDA یک BRBF 10 طبقه‌ای برحسب PGA و نسبت جابجایی نسبی بین طبقه‌ای: الف) حرکات زمین نزدیک گسل و ب) حرکات زمین دور از گسل
شکل 5: منحنی IDA یک BRBF 10 طبقه‌ای برحسب PGA و نسبت جابجایی نسبی بین طبقه‌ای: الف) حرکات زمین نزدیک گسل و ب) حرکات زمین دور از گسل
شکل 6: منحنی‌های IDA برش پایه – جابجایی سقف برای BRBF 10 طبقه‌ای: الف) حرکات زمین نزدیک گسل و ب) حرکات زمین دور از گسل
شکل 6: منحنی‌های IDA برش پایه – جابجایی سقف برای BRBF 10 طبقه‌ای: الف) حرکات زمین نزدیک گسل و ب) حرکات زمین دور از گسل
جدول 2: فهرست نگاشت‌های حرکات زمین مورد استفاده در تحلیل دینامیکی فزاینده
جدول 2: فهرست نگاشت‌های حرکات زمین مورد استفاده در تحلیل دینامیکی فزاینده

با اعمال تحلیل IDA غیرخطی، مقادیر PGA متناظر با نسبت جابجایی نسبی تعیین شده، بدست می‌آید. نتایج حاصل از تحلیل‌های IDA غیرخطی برای سازه‌های BRBF دارای 10 طبقه برحسب PGA و حداکثر نسبت جابجایی نسبی بین طبقه‌ای در شکل 6 نشان داده شده‌اند. حالت دوم مستقیماً برای تعیین پارامترهای مورد نیاز در محاسبات R بکار می‌رود (شکل 3). منحنی‌های IDA برای دو مجموعه از نگاشت‌های نزدیک و دور از گسل رسم شده‌اند.

مقدار متوسط حداکثر برش پایه بدست آمده از تحلیل IDA خطی و غیرخطی (Ve و Vy) در جدول 3 ارائه شده است. در نهایت، مقادیر متوسط پارامترهای بکار رفته در محاسبه ضرایب R از جمله Vs (بر پایه برابر با آغاز رفتار غیرخطی)، ضریب فرامقاومت Rs0، شکل‌پذیری μ و ضرایب متوسط Rμ و ضریب R در جداول 4 و 5 به ترتیب برای حرکات پالس گونه زمین ذکر شده‌اند.

 

جدول 3: مقادیر متوس برش پایه خطی و غیرخطی بدست آمده از تحلیل IDA
جدول 3: مقادیر متوس برش پایه خطی و غیرخطی بدست آمده از تحلیل IDA
جدول 4: ضریب اصلاح پاسخ BRBFها برای حرکات زمین معمولی
جدول 4: ضریب اصلاح پاسخ BRBFها برای حرکات زمین معمولی
جدول 5: ضریب اصلاح پاسخ BRBFها برای حرکات زمین نزدیک گسل
جدول 5: ضریب اصلاح پاسخ BRBFها برای حرکات زمین نزدیک گسل

نتایج ارائه شده در جداول 5 و 6 نشان می‌دهند که مقدار متوسط ضریب R برای نمونه سازه‌های دارای BRBF هنگام وقوع حرکات زمین دور از گسل معمولی تقریباً برابر با 9 می‌باشد. این مقدار با وقوع حرکات زمین دور از گسل پالس‌گونه به مقدار 7 کاهش می‌یابد. این بدان معنی است که می‌توانیم اثرات نزدیک گسل روند طراحی سازه را با کاهش 25% مقدار ضریب r در نظر بگیریم. با این وجود، این یک گام اولیه برای در نظر گرفتن اثرات پالس گونه در ضریب رفتار سازه‌هاست و می‌توان آن‌را با افزایش تعداد مدل‌ها و تحلیل‌ها تعمیم داد. ضریب R برای حرکات زمین پالس‌گونه به این دلیل پایین‌تر است که انرژی ورودی ناشی از حرکات زمین نزدیک گسل در یک مدت زمان کوتاه منتشر شده و زمان کافی برای اتلاف انرژی لرزه‌ای ورودی در اختیار قاب‌های مهاربندی شده قرار داده نمی‌شود

از جداول 4 و 5 می‌توان دریافت که مقادیر ضرایب R در حرکات زمین معمولی و نزدیک گسل با افزایش ارتفاع سازه کمی کاهش می‌یابد.

6- نتیجه‌گیری

در این مقاله، ضریب رفتار و پارامترهای لرزه‌ای مربوطه از جمله ضرایب فرامقاومت و شکل‌پذیری با استفاده از نتایج تحلیل فزاینده خطی و غیرخطی و تحلیل پوش‌اور تعیین می‌شوند. سه سازه BRBF با 3، 6 و 10 طبقه مورد ارزیابی قرار می‌گیرند و با استفاده از دو مجموعه از نگاشت‌ها برای حرکات زمین نزدیک و دور از گسل، اثرات حرکات نزدیک گسل بر مقادیر ضریب R مطالعه می‌شوند. نتایج حاصل از مطالعه را می‌توان به شرح زیر خلاصه کرد:

  1. شکل‌پذیری متوسط μ برای BRBF در حرکات زمین معمولی و نزدیک گسل به ترتیب برابر 9 و 2.2 تعیین می‌شوند. این مقادیر برای حالت حدی CP برابر با 3.9 و 3.3 می‌باشد.

  2. مقدار متوسط ضریب R در BRBF برای حرکات زمین معمولی و نزدیک به ترتیب برابر با 9 و 6 تعیین شدند.

  3. مقدار متوسط ضریب R بدست آمده برای حرکات زمین معمولی تقریباً 30% بزرگ‌تر از حالت نزدیک گسل است.

  4. به طور کلی، ضریب فرامقاومت (Rs) و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکل‌پذیری (Rμ) برای BRBF در حرکات زمین نزدیک گسل برابر با 8 و 3.33 است.

  5. افزایش در ارتفاع سازه می‌تواند اندکی مقدار ضریب R را کاهش دهد.

 

دیدگاهتان را بنویسید

Please enter your comment!
Please enter your name here