علوم و مهندسی زلزله
سال:1399 | دوره:7 | شماره:1 |تعداد مقالات:12

در این مقاله از روش سناریوی لرزه ای احتمالاتی مبتنی بر بهینه سازی1 برای تعیین تعداد حداقلی از سناریوهای مناسب که می تواند در تخمین خسارت منطقه ای شریان های حیاتی گستره شهر قم به کار گرفته شود، استفاده شده است. در روش سناریوی احتمالاتی مبتنی بر بهینه سازی، به جای میلیون ها یا صدها هزار سناریو، مجموعه کوچکی از سناریوهای لرزه ای احتمالاتی جهت نشان دادن خطر لرزه ای و تحلیل زیرساخت های با توزیع مکانی نظیر شریان های حیاتی، تولید می شود. پس از تولید مجموعه کوچک سناریوهای لرزه ای از پایگاه داده های چنین رخدادهایی، احتمالات وقوع سالانه سازگار با خطر تخمین زده می شود. این احتمالات به گونه ای است که اثرات ترکیبی آنها روی منطقه مورد نظر همه رخدادهای ممکن بر مبنای روابط باز رخداد مبتنی بر داده های زلزله شناسی و زمین شناسی را حفظ می کند. این روش تکرارپذیر و از نظر محاسباتی قابل مدیریت بوده و به سناریوهای زلزله قابل فهم منجر می شود. در نتیجه می توان سناریوهای مختلف خسارت را جهت تصمیم گیری و سیاست گذاری در خصوص شریان های حیاتی در نظر گرفت. معیارهای ارزیابی و نیز تطابق منحنی خطر اصلی و منحنی خطر سناریوهای کاهش یافته نشان می دهد که خطاهای سناریوهای تولیدشده برای گستره شهر قم در محدوده مناسبی بوده و انحراف ناخواسته ای در نتایج وجود ندارد.

نرخ گشتاور بیانگر میزان انرژی است که در سامانه های دگرریختی صرف می شود و به سه روش ژیودتیکی، لرزه شناسی و زمین شناسی به دست می آید. در این پژوهش پهنه ی لوت به پنج ناحیه ساختاری تقسیم شده است. بیشترین مقدار نرخ گشتاور به دست آمده مربوط به گشتاور ژیودتیک می باشد که برابر با Nm/yr 1019×2118/1 می باشد. نرخ گشتاور لرزه ای Nm/yr 1018×9456/3 و در نهایت نرخ گشتاور زمین شناسی نیز معادل Nm/yr1016×4882/2 محاسبه شد. مقایسه نرخ گشتاور ژیودتیک و لرزه ای نشان می دهد دگرشکلی بین لرزه ای در پهنه لوت 07/3 برابر دگرشکلی لرزه ای در این منطقه می باشد. نسبت نرخ گشتاور لرزه ای به ژیودتیک در ناحیه های 1 تا 5 به ترتیب برابر با 69/0، 55/0، 36/2، 03/0 و 02/0 برآورد شده است که نشان می دهد واتنش در بخش های شمالی سریع و در بخش های جنوبی کند می باشد. نسبت نرخ گشتاور زمین شناسی به لرزه ای نشان می دهد 63/0 درصد از کل انرژی پتانسیل موجود در گسل ها به صورت زمین لرزه در طی کاتالوگ زمین لرزه ای آزاد شده است و بخش زیادی از انرژی همچنان باقی است و می تواند در آینده آزاد شود. با بررسی نرخ های گشتاور ژیودتیک، لرزه ای و زمین شناسی در ناحیه های مختلف پهنه لوت، به نظر می رسد خطرناک ترین بخش پهنه لوت از لحاظ پتانسیل لرزه خیزی ناحیه جنوب خاور لوت باشد که منطبق بر سیستم گسل نهبندان از جنوب گسل آبیز تا مرزهای جنوبی پهنه ی لوت می باشد.

شناسایی دقیق چشمه و پتانسیل های لرزه ای از مهم ترین اقدامات لازم و قدم نخست برای مطالعات لرزه خیزی هر منطقه به شمار می رود. گستره مورد مطالعه که در بخش میانی کمان ماگمایی ارومیه دختر واقع است، یکی از مناطقی است که شناسایی و مطالعه دقیق چشمه های لرزه ای آن ضروری به نظر می رسید. در این پژوهش با تفسیر تصاویر ماهواره ای و بازدیدهای میدانی و بررسی های ریخت زمین ساختی منطقه، برای نخستین بار سامانه گسلی عزالدین-راهجرد با روند 150-N و طول بیش از 70 کیلومتر معرفی می شود. این پهنه گسلی، همروند با گسله های عرضی-برشی دیگر همچون گسله های بیدهند، قم-زفره و دهشیربافت، سنگ های آتش فشانی کمان ماگمایی را بریده است. خش لغز گسلی، خمش راست بر روند محور چین های اصلی در راستای گسله و تشکیل ساختارهای فرعی مرتبط با آن بیانگر حرکت راست بر این گسله است. بررسی زمین ریخت شناسی و جابه جایی راست بر آبراهه ها با گسله، بیانگر فعالیت گسله در زمان کواترنری است. انطباق مرکز سطحی زمین لرزه ها بر روی این گسله، اهمیت شناسایی و معرفی این پهنه گسلی را در مطالعات لرزه خیزی منطقه نشان می دهد. لذا احتمال وقوع زمین لرزه ویرانگر در اثر فعالیت پهنه گسلی عرضی-برشی عزالدین-راهجرد به عنوان گسلی که فعالیت کواترنری داشته است، دور از انتظار نیست و ممکن است در خطر لرزه ای شهرستان تفرش و مناطق هم جوار نقش تعیین کننده داشته باشد.

سرعت موج برشی در خاک ها یکی از پارامترهای مهم در مطالعات دینامیکی خاک ها محسوب می شود. این پارامتر در نمونه های المانی خاک از طریق آزمایش های المانی یا در محل از طریق آزمایش های ژیوفیزیک قابل ارزیابی است. از جمله روش های پرکاربرد در آزمایشگاه جهت تخمین سرعت موج برشی در خاک ها استفاده از المان های خمشی و آزمایش ستون تشدید است. در این مقاله با مقایسه نتایج به دست آمده از المان های خمشی و ستون تشدید، مقادیر فرکانس مناسب در آزمایش المان خمشی در خاک های دانه ای به دست آمده است. از طرف دیگر تاثیر نسبت منافذ، تنش همه جانبه و درصد شن بر روی سرعت موج برشی مورد بحث قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با کاهش نسبت منافذ یا افزایش تنش همه جانبه، سرعت موج برشی به صورت غیرخطی افزایش می یابد. از طرف دیگر با افزایش مقدار شن تا 50 درصد به ماسه میزبان، سرعت موج برشی افزایش یافته و بعد از آن با افزایش شن، سرعت موج برشی کاهش می یابد.

در آیین نامه های طراحی لرزه ای، بیشینه تغییرمکان نسبی واقعی ناشی از رفتار غیر الاستیک سازه، از حاصل ضرب تغییرمکان نسبی حاصل از تحلیل الاستیک خطی در ضریب افزایش تغییر مکان(Cd) برآورد می شود. این ضریب با در نظرگیری تغییر مکان های غیرخطی اعضای سازه به دست آمده و مقدار آن تابع نوع سیستم سازه ای می باشد. اثر چشمه اتصال، یکی از عوامل موثر در افزایش تغییر مکان جانبی طبقات می باشد ولی این عامل در برآورد مقدار ضریب Cd لحاظ نشده است. هدف اصلی این مطالعه، درنظرگیری اثر چشمه اتصال در این ضریب برای ساختمان های دارای قاب خمشی فولادی متوسط می باشد. به این منظور، یک ساختمان چهار طبقه، یک بار با مقطع I شکل و یک بار با مقطع قوطی طراحی شده است. قاب های خمشی مورد نظر تحت تاثیر 46 رکورد با خصوصیات لرزه ای متفاوت قرار گرفته و از روش دینامیکی غیرخطی برای تحلیل استفاده شده است. نتیجه این مطالعه نشان می دهد که صرف نظر کردن از اثر چشمه اتصال در سازه با مقطع I شکل و قوطی، باعث می شود جابه جایی طبقات به ترتیب 28 و 16 درصد کمتر از واقع تخمین زده شود. بنابراین بر اساس فرضیات و نتایج حاصل از این تحقیق، باید ضریب Cd موجود در آیین نامه ها را برای قاب های خمشی متوسط فولادی دارای این گونه مقاطع به همین میزان افزایش داد.

کنترل فعال به عنوان استراتژی موثر بهبود رفتار لرزه ای سازه ها از طریق محاسبه و اعمال نیروی خارجی سبب تغییر تطبیقی مشخصات دینامیکی سازه هنگام وقوع زلزله می گردد. در روش LQR به عنوان رایج ترین الگوریتم کنترل، شاخص عملکرد مرتبه ی دومی بهینه می گردد تا توازنی بین کاهش پاسخ و نیروی کنترل برقرار شود. در تعریف شاخص عملکرد اهمیت نسبی کاهش پاسخ و نیروی کنترل با انتخاب ماتریس های وزنی تنظیم می گردد. تاکنون روشی سیستماتیک برای تعیین این ماتریس ها ارایه نشده و انتخاب وزن ها بر اساس سعی و خطا و تجربیات طراح صورت می گیرد. در این پژوهش جهت تسهیل روند طراحی کنترلر، عناصر ماتریس های وزنی R و Q به عنوان متغیرهای طراحی روش های فراکاوشی در نظرگرفته شده و شاخص عملکرد مبتنی بر موجک بهینه می گردد. با توجه به تعدد روش های فراکاوشی، در این مطالعه از شش الگوریتم رقابت استعماری، تکامل تفاضلی، خفاش، کرم شب تاب، اجسام در حال برخورد و جستجوی هارمونی در طراحی کنترلر استفاده شده و عملکرد این روش ها مقایسه می شود. نتایج اعمال کنترلر بر سازه ی سه درجه آزادی تحت زلزله های مصنوعی بیانگر نقش موثر روش های فراکاوشی در کاهش پاسخ ها و نیروهای کنترلی نسبت به روش LQR است. در این مطالعه کنترلرهای اجسام در حال برخورد، رقابت استعماری و تکامل تفاضلی عملکرد بهینه تری از خود نشان داده اند.

این مقاله یک سیستم جدید توسعه یافته ی نیرو-مقاومت لرزه ای را بررسی می کند. سیستم ستون فقراتی برای رسیدن به بهبود عملکرد لرزه ای، اعضای قاب مهاربندی شده هم مرکز متعارف را با یک خرپای قوی به شکل سیستم مختلط ترکیب می کند. خرپای قوی مانند یک ستون فقرات در برابر تمایل قاب های مهاربندی شده هم محور به تمرکز آسیب در یک یا چند طبقه در طول تحریک شدید لرزه ای مقاومت می کند. هدف از سیستم ستون فقراتی توزیع یکنواخت دریفت های طبقه در ارتفاع یک ساختمان است. بر این اساس، در این مقاله مبانی طراحی جهت رسیدن به هدف مورد نظر به همراه رابطه ی نوینی برای کنترل میزان شاخص یکنواختی دریفت طبقات برای این سیستم ارایه شده و رفتار دینامیکی غیرخطی سازه های 3، 6 و 12 طبقه با سه نمونه سیستم نیرو-مقاوم لرزه ای دارای پیکربندی مختلف در محل تقاطع مهاربندها به تیر تحت هفت شتاب نگاشت دور و هفت شتاب نگاشت نزدیک گسل جهت رسیدن به صحت مبانی طراحی و همچنین مقایسه ی اثرات زلزله های دور و نزدیک گسل مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مبانی طراحی پیشنهاد شده که متناسب با نسبت سختی مهاربندها می باشد، با ارایه ی شاخص درصد خطای توزیع یکنواختی مناسبی در سازه های 3، 6 و 12 طبقه که به ترتیب کمتر از 6، 8/4 و 6/8 درصد رخ داده و همچنین با ایجاد اختلاف 5/0 درصد بین بیشترین و کمترین دریفت طبقات در اکثر سازه های مورد مطالعه، توانسته خرپای ستون فقراتی را در تحلیل غیرخطی به صورت الاستیک نگه دارد، تمرکز تغییر شکل را کاهش و از ایجاد طبقه ی نرم در سازه جلوگیری کند.

از جمله به روزترین وسایل کنترل لرزه ای، میراگرهای جرمی تنظیم شده اصطکاکی (FTMD) هستند. این نوع میراگر، ترکیبی از میراگر جرمی تنظیم شده (TMD) با سختی خطی و یک میراگر اصطکاکی خالص با رفتار غیرخطی است. در این مقاله، ابتدا به تحلیل حساسیت پاسخ های سازه مجهز به این میراگر در اثر تغییر در نسبت فرکانس، ضریب اصطکاک و نسبت جرمی میراگر پرداخته شده است؛ سپس به کمک این نتایج، پاسخ های لرزه ای برای سه سازه ی برشی 3، 5 و 10 طبقه در سه حالت سازه بدون میراگر، با FTMD و با TMD مورد بررسی قرار گرفته و در دو سطح خطر لرزه ای مقایسه شده است. تحلیل های انجام شده در نرم افزار OpenSEES و تحت 40 شتاب نگاشت پروژه SAC، در دو سطح خطر لرزه ای 1 و 2 است. نتایج به دست آمده حاکی از حساسیت بالاتر پاسخ ها به نسبت فرکانس، در مقایسه با ضریب اصطکاک و نسبت جرمی است. بهترین مقدار برای ضریب اصطکاک در سطح خطر یک عددی بین 1/0 تا 3/0 و در سطح خطر دو، 2/0 تا 4/0 است. همچنین رفتار سازه با به کار بردن FTMD در هر سه سازه ی 3، 5 و 10 طبقه بهتر از TMD است؛ لیکن با افزایش زمان تناوب سازه تاثیر FTMD به TMD نزدیک می شود.

مشخصات میانقاب ها و نوع اتصال آنها به قاب، می تواند اثرات قابل توجهی بر رفتار لرزه ای سازه داشته باشد. در این مقاله به منظور بررسی روش های متداول مهار دیوارهای میانقاب بنایی در ایران، نتایج آزمایش چهار نمونه قاب فولادی یک طبقه و یک دهانه با مقیاس، با تمرکز بر جزییات مختلف اتصال دیوار به قاب ارایه می گردد. سه نمونه دارای دیوار میانقاب بنایی ساخته شده با استفاده از مصالح متداول در ایران هستند و یک قاب بدون میانقاب است. تمام نمونه ها با اعمال بار جانبی تنها در تراز تیر فوقانی مورد آزمایش قرار گرفتند. جزییات مختلفی از تماس و اتصال میانقاب و قاب شامل تماس دیوار و قاب بدون مهار، اتصال و مهار میانقاب با استفاده از نبشی های جداکننده قایم و میلگردهای مدفون در دیوار بررسی و رفتار آنها در هریک از این موارد بررسی گردید. نتایج نشان می دهد جزییات ذکر شده جهت اتصال و مهار دیوار میانقاب به قاب، ضمن امکان اجرای سریع و آسان، به نحو مطلوبی سبب تاخیر در ترک خوردگی پانل میانقاب، تغییر حالات شکست دیوار، کاهش میزان آسیب دیدگی و حفظ ایستایی دیوار در جابه جایی جانبی قاب می گردد. همچنین تاثیر قابل توجهی بر الگوی تشکیل ترک ها، مدهای شکست، سختی، مقاومت، شکل پذیری، تغییر شکل خارج از صفحه و میزان اتلاف انرژی دارد.

عدم رضایت در کنترل ایمنی و پایایی سازه های طراحی شده به روش های متداول، دلیل گرایش محققین به روش های طراحی بر اساس عملکرد است. طراحی مستقیم مبتنی بر تغییر مکان یکی از محبوب ترین این روش هاست. تحقیقات گذشته در بررسی شاخص های کلی سازه ها تا حد زیادی کارایی این روش را تایید می کنند. لیکن بررسی جامع تر آن مستلزم برآورد خسارت المان ها و وارد شدن به حیطه ارزیابی های احتمالاتی می باشد. هدف از این مطالعه بررسی روش طراحی مستقیم از چهار دیدگاه مختلف شامل تغییر مکان جانبی نسبی، خسارت های موضعی، ارزیابی احتمالاتی و هزینه ساخت می باشد. به منظور بررسی پاسخ تغییر مکانی و خسارت های موضعی سازه ها از چهار قاب خمشی بتن آرمه با ارتفاع 3، 5، 7 و 11 طبقه استفاده شده است. نتایج نشان دهنده ی تامین سطح عملکرد انتخابی در خصوص پاسخ های تغییر مکانی و عدم تجاوز دوران مفاصل پلاستیک از سطح ایمنی جانی در روش طراحی مستقیم برخلاف روش نیرویی می باشند. نتایج ارزیابی احتمالاتی در پنج حالت خرابی در دو دسته از قاب ها نشان دهنده ی احتمال خرابی کمتر در روش طراحی مستقیم برخلاف روش نیرویی می باشد. ضمن اینکه تحلیل هزینه نشان دهنده ی افزایش آرماتور مصرفی بین 6/6 تا 11/52 درصد و افزایش بتن مصرفی تا 4/3 درصد در روش طراحی مستقیم نسبت به روش نیرویی می باشد.

با کمک راهکارهای مختلف سازه ای مانند افزودن عناصر جدید لرزه بر و یا افزایش مقاومت و شکل پذیری عناصر موجود، ظرفیت سازه های ضعیف در برابر تحریک زلزله تا حد پذیرش آیین نامه بهسازی افزایش می یابد. اما با توجه به احتمالاتی بودن اثر تحریک زلزله، لازم است اثر این مقاوم سازی بر روی عملکرد احتمالاتی سازه سنجیده شود. در این مقاله، با توجه به تنوع راهکارهای مقاوم سازی و امکان انجام آن در ترازهای مختلف، چارچوبی با استفاده از منحنی های شکنندگی استفاده شده است، تا ضمن لحاظ اثرات احتمالاتی رخداد زلزله، به کمک تحلیل هزینه فایده بهترین و مناسب ترین راهکار مقاوم سازی انتخاب گردد. بدین منظور، دو روش اضافه کردن دیوار برشی بتن آرمه و استفاده از ورق های الیاف کربنی مسلح پلیمری (CFRP) برای مقاوم سازی سازه های ضعیف بتنی استفاده شده است. آسیب پذیری سازه های مقاوم شده در ترازهای مختلف مقاوم سازی، نسبت به سازه ضعیف اولیه ارزیابی شده است. نتایج تحلیل ها برای سازه های 5، 8 و 15 طبقه مورد بررسی، نشان داده است که استفاده از ورق های CFRP همواره اقتصادی تر است، ولی چون دیوارهای برشی در شدت های بالای زلزله، احتمال فراگذشت از حدود عملکردی آستانه فروریزش را بیشتر کاهش می دهند، در سازه های بلند که آسیب پذیرتر هستند، نسبت فایده به هزینه، دو روش به یکدیگر نزدیک شده اند.

در این مقاله یک روش جدید تشخیص خرابی بر اساس تبدیل هیلبرت-هوانگ پاسخ های اندازه گیری شده سازه تیر ارایه شده است. توابع مودی ذاتی پاسخ های دینامیکی سازه با استفاده از تجزیه مودی تجربی در نقاط مشخص محاسبه شده و تبدیل هیلبرت برای محاسبه دامنه آنی بر روی هر تابع مودی ذاتی به کار برده شده است. ضریب همبستگی و تابع همبستگی متقابل دامنه آنی پاسخ های سالم و خراب سازه محاسبه شده اند. محل خرابی از طریق تعریف پارامتر شاخص خرابی و مقایسه نمودار آنها در حالت های سالم و خراب به دست آمده اند. برای ارزیابی و دقت روش یک مدل المان محدود سازه تیر بتنی دو دهانه مدل شده است. پاسخ های دینامیکی تیر با استفاده از تحلیل عددی تحت بارگذاری مثلثی مشخص به دست آمده اند. با توجه به نوفه های اندازه گیری، به پاسخ های دینامیکی مقادیر نوفه اضافه شده و نتایج مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان دادند که روش ارایه شده محل خرابی را با دقت خوبی تشخیص می دهد.