علوم و مهندسی زلزله
سال:1401 | دوره:9 | شماره:4 |تعداد مقالات:8

در این مقاله، به منظور بررسی ساختار تحلیلی و مبانی طیف پاسخ شتاب نرمال دوسویه (BNRS) و طیف پاسخ سه جانبه نرمال دوسویه بر پایه رکوردهای حوزه نزدیک حاوی اثرات جهت داری پیشرو، از مؤلفه های شتاب افقی ثبت شده در 16 ایستگاه لرزه نگاری در هنگام دو زلزله بزرگ رخ داده در کالیفرنیا با نام نورثریج (1994) و امپریال ولی (1979) استفاده شده است. همچنین، پیکره تحلیلی طیف پاسخ شتاب نرمال (NRS) و طیف پاسخ سه جانبه نرمال سیستم تک درجه آزادی با طیف پاسخ شتاب نرمال دوسویه نیز مقایسه و ارزیابی گردیده است. ساختار محاسباتی مربوطه بر پایه معیارسازی طیف پاسخ شبه شتاب تدوین شده است. با توجه به شناسایی مشخصات رکوردهای نیرومند حوزه نزدیک توسط پارامترهای بیشینه شتاب (PGA) و سرعت(PGV)  زمین و همچنین قابلیت آزادسازی انرژی زیاد در یک بازه زمان کوتاه، در این مقاله برای بررسی تأثیرات آنها بر طیف های پاسخ مذکور از پارامترهای طول     گام­های زمانی پالس سرعت و ساختار اصلی آن، نسبت های انرژی دو مؤلفه افقی، بیشینه های طیفی استفاده شده است. ارزیابی محاسباتی صورت گرفته در این تحقیق نشان داد که طیف پاسخ شبه شتاب نرمال دوسویه با معیار پریود غالب BNPRS(Tp) دارای ساختار هموارتری است و تغییرات پارامترهای طیفی، تأثیرات کوچک تری بر آن دارد.

در آیین ­نامه ­های طراحی، تغییرمکان­ های جانبی سازه در اثر زلزله­ های بزرگ با اعمال ضریب بزرگ نمایی تغییرمکان (Cd) در تغییرمکان های حالت خطی برآورد شده اند؛ اما ضرایب Cd موجود در آیین­ نامه ­ها مطابق با رفتار واقعی سازه نیستند بلکه تجربی و بر اساس مشاهدات زلزله ­های گذشته بوده و باید با توجه به اثر ارتفاع و تعداد طبقات اصلاح گردند. در این مطالعه عملکرد لرزه ای قاب­ های خمشی فولادی ویژه با ارتفاع مختلف از نظر اثر Cd بررسی شده است؛ بدین منظور، ساختمان­ های 5، 10، 15، 20 و 25 طبقه با مقادیر Cd برابر با 4، 5، 5/5، 6، 7 و 8 به صورت منظم و نامنظم جرمی طراحی، سپس توسط نرم افزار OpenSees مدل سازی و تحلیل­ گردیدند. عملکرد لرزه­ ای ساختمان­ ها با استفاده از روش FEMA-P695 و منحنی ­های شکنندگی بررسی شد. نتایج نشان داد که احتمال فروریزش (Pf) ساختمان­ های کوتاه و میان مرتبه در  Cd  برابر با 5/5، از مقدار مجاز 10 درصد بیشتر بوده بنابراین در نظر گرفتن Cd برابر با 5/5 در طراحی این ساختمان ­ها، مقادیر واقعی تغییرمکان­ ها را ارائه نمی­ دهد و منجر به طراحی دست پایین برای این ساختمان­ ها می­گردد. در ساختمان­ های نامنظم نیز هرچند که مقادیر Pf نسبت به ساختمان ­های منظم افزایش یافته اما به طورکلی روند مشابهی مشاهده گردید. در پایان رابطه هایی برای اصلاح Cd قاب ­های منظم و نامنظم جرمی ارائه شده است. همچنین، مقایسه سازه­ های طراحی شده با ضوابط آیین نامه های ASCE/SEI-7-10 و ASCE/SEI-7-16 نشان داد که طراحی سازه­ ها با ضوابط ASCE/SEI-7-10 و مقادیر Cd  اصلاح شده در این مطالعه علاوه بر رفتار لرزه ­ای مطلوب، اقتصادی نیز خواهند بود.

قاب های مهاربند همگرای ضربدری به عنوان یکی از مرسوم ترین سیستم های باربر جانبی دارای جذب انرژی پایینی است. این مقاله به بررسی عملکرد یک سیستم اتلاف انرژی جدید در این قاب ها می پردازد که می تواند به عنوان یک سیستم کنترل غیرفعال در نظر گرفته شود. میراگر جدید که میراگر لاستیکی نام دارد، شامل یک هسته لاستیکی، صفحات فولادی نگه دارنده، چسب و چهار عدد پیچ است. ویژگی اصلی این میراگر استفاده از هسته لاستیکی برای اتلاف انرژی است. رفتار یکنواخت و چرخه ای یک قاب مهاربندی ضربدری یک طبقه تک دهانه با نسبت های مختلف ارتفاع به دهانه و مجهز به میراگر پیشنهادی از طریق مدل سازی المان محدود مورد مطالعه قرار گرفته است و همچنین برای صحت سنجی مدل ها، از مقایسه نتایج تحلیل نمونه های عددی مدل شده با نتایج مطالعات آزمایشگاهی استفاده شده است. میراگر لاستیکی به صورت نمونه های جفت و تک در قاب مهاربندی ضربدری استفاده شده است. علاوه بر این، از روش آسیب شکل پذیر نیز برای نشان دادن میزان آسیب به وجود آمده در اعضای اصلی سازه مانند اعضای مهاربندی استفاده گردیده است. نتایج تحلیل پوش آور مدل ها تحت بارگذاری یکنواخت نشان می دهد که کاهش سختی الاستیک در نمونه های دارای میراگر لاستیکی، نسبت به مدل های بدون میراگر لاستیکی در نسبت های مختلف ارتفاع به دهانه، بین 93 تا 98 درصد می باشد. همچنین بیشترین کاهش برش پایه تسلیم و نهایی برای مدل های دارای میراگر لاستیکی به ترتیب برابر 91 و 82 درصد است. از نتایج به دست آمده از تحلیل چرخه ای مدل ها می توان به کاهش تنش فون میسز در اعضای مهاربندی اشاره کرد که این کاهش برای نسبت های ارتفاع به دهانه 0/5، 1 و 1/5 برابر 26، 42 و 36 درصد می باشد. با توجه به نتایج، قاب مهاربندی ضربدری مجهز به میراگرهای لاستیکی تک و جفت، تحت بارگذاری چرخه ای و یکنواخت، دارای رفتار پایدارتری نسبت به قاب مهاربند ضربدری بدون میراگر لاستیکی است. از دیگر نتایج به دست آمده می توان به کاهش تغییر شکل غیرخطی و آسیب در اعضای اصلی قاب مهاربند ضربدری و همچنین جلوگیری از کمانش اعضای مهاربندی اشاره کرد.

ارزیابی ریسک لرزه ­ای سازه ­ها، ابزاری مهم و کاربردی برای بررسی ایمنی لرزه­ای، تحلیل پیامدهای محتمل زلزله، برنامه ­ریزی مقاوم ­سازی و مدیریت بحران پس از زلزله است. این ارزیابی از بخش ­های مختلفی از تحلیل خطر زلزله، تعیین دارایی در ریسک، تحلیل آسیب­ پذیری و ریسک تشکیل شده است. یکی از مهم ترین بخش ­های این فرآیند، تعیین توابع شکنندگی می­باشد. روش­ های مختلفی برای این منظور به کار گرفته شده است. در اغلب این روش­ ها یک حالت حدی کلی نظیر حداکثر تغییرمکان نسبی طبقات به عنوان مود خرابی در نظر گرفته شده است درحالی که در ساختمان­ های قدیمی­تر معمولاً مودهای خرابی بیشتری نظیر مود برشی اعضا حاکم است. در این مقاله چارچوبی جهت تعیین توابع شکنندگی فروریزش سازه بر اساس مودهای مختلف خرابی اعضا با استفاده از تحلیل درخت خطا ارائه و سپس بر روی یک قاب ساختمانی بتن مسلح اعمال و در نهایت نتایج آن با روش مرسوم مقایسه شده است. نتایج بیانگر برآورد بسیار کمتر میانه ظرفیت تابع شکنندگی به دلیل ضعف برشی قاب­ های قدیمی در روش ارائه شده نسبت به روش مرسوم است. منحنی شکنندگی مستخرج از روش مرسوم تطابق بسیار خوبی با مود خرابی ایجاد طبقه ضعیف در طبقه اول قاب دارد به گونه ای که میانه ظرفیت شدت طیفی در روش مرسوم g 0/96 و در روش ارائه شده g 0/94 می گردد.

یکی از مسائل اساسی در استفاده از کنترل بهینه خطی مرتبه دوم (LQR)، تنظیم مقادیر ماتریس های وزنی آن می باشد که بر اساس سعی و خطا و استفاده از الگوریتم های بهینه یابی فراکاوشی تعیین می گردند. در صورت وجود عدم قطعیت پارامتری و نویز در حس گرها عملکرد این کنترلر دچار اختلال می شود. در این مطالعه به منظور حل این مشکل یک کنترلر ترکیبی Fuzzy-LQR پیشنهاد شده که در آن از یک ناظر فازی برای تعیین آنلاین ماتریس وزن LQR استفاده شده است. برای ارزیابی عملکرد کنترلر پیشنهادی از دو سازه 3 و 8 طبقه استفاده شده که تمام طبقات آنها مجهز به عملگر کابل فعال است. این سازه ها تحت ارتعاش دو زمین لرزه مصنوعی با سطح خطر 10  و 2 درصد در 50 سال قرار گرفته و پاسخ های مختلفی از سازه اعم از حداکثر مقدار پاسخ ها و ریشه میانگین مربعات آنها مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه با مقایسه نتایج حاصل از کنترلر پیشنهادی و کنترلر LQR مبتنی بر الگوریتم های فراکاوشی مختلف می توان به توانایی بالای کنترلر Fuzzy-LQR اشاره کرد که حتی در حضور عدم قطعیت پارامتری و نویز در حس گرها نیز می تواند تا90 درصد منجر به کاهش پاسخ گردد. در نهایت می توان نتیجه گرفت که کنترلر پیشنهادی دارای رفتاری مقاوم و پایدار در برابر تحریک های گوناگون و عدم قطعیت های سیستم می باشد.

در این مطالعه استفاده از نیروی الکترومغناطیسی در میراگر اصطکاکی مورد توجه قرار گرفته است و یک میراگر اصطکاکی قابل کنترل معرفی شده است. در این میراگر از تغییرات جریان الکتریکی برای تغییر نیروی عمود بر سطوح لغزش صفحات اصطکاکی استفاده گشته است. در این روش با استفاده از آهنرباهای الکتریکی قدرتمند که انرژی الکتریکی اندکی نیاز دارند و با کنترل شدت جریان عبوری، عملکرد میراگر اصطکاکی تحت اختیار قرار می ­گیرد. به این منظور با در نظر گرفتن رفتار مغناطیسی مواد و با استفاده از مدل سازی کامپیوتری، علاوه بر صحت­سنجی نتایج تحلیلی، رفتار این آهنربای الکتریکی به صورت پارامتریک مورد بررسی قرار گرفت و نتایج آزمایش ها رفتار مناسب و کنترل پذیری این میراگر را تأیید نمود. برای تغییر نیروی عمود بر سطح آهنرباهای الکتریکی، با استفاده از مدارهای الکترونیکی جریان عبوری از آنها از صفر تا 1/5 آمپر تغییر کرد و حداکثر نیروی تولید شده میراگر به حدود 1200 نیوتن رسید. توان الکتریکی مورد نیاز برای ایجاد حداکثر ظرفیت نیرویی 8/5 وات اندازه ­گیری شد. همچنین زمان پاسخگویی مولدهای نیرو به تغییرات جریان، حداکثر 56 میلی ­ثانیه برای رسیدن به حداکثر ظرفیت و  68 میلی­ ثانیه برای بازنشانی نیروی میراگر اندازه­گ یری شد. نتایج مطالعات این پژوهش نشان داد این نوع مولد نیرو توانایی به کارگیری در جهت کنترل نیمه ­فعال سازه ­ای را داراست. نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی الکترومگنت ­ها نشان داد که حداکثر تنش عمود بر سطحی که این نوع مولد نیرو می تواند ایجاد کند در حدود 10 کیلوگرم بر سانتی­ متر مربع است.

یکی از روش های طراحی بر مبنای عملکرد که کارآمدی آن برای طراحی سیستم های بتنی و فولادی با توجه به تجربیات گذشته ثابت شده است، روش طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان می باشد؛ اما بررسی­ها نشان داده­اند که روال طراحی متعارف این روش برای قاب­های فولادی مجهز به میراگر لزج در سطح خطر زلزله طرح، منتهی به سازه هایی محافظه کارانه می­گردد. از آنجایی که عموماً انتظار می رود این گونه سازه ها عملکرد مناسبی در بیشینه زلزله محتمل داشته باشند، هدف اصلی این مطالعه ارزیابی رفتار لرزه ای این سازه ها در سطح خطر بیشینه زلزله محتمل می باشد. برای انجام این کار، قاب های خمشی فولادی کوتاه و میان مرتبه با تعداد طبقات 3، 6 و 9 با استفاده از آرایش غیریکنواخت میراگر ها در ارتفاع سازه با مقادیر توان سرعت 1، 0/7، 0/5 و 0/35، طبق روش متعارف طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان برای سطح خطر بیشینه زلزله محتمل طراحی می شوند. سپس، با استفاده از یک دسته شتاب نگاشت های منطبق بر طیف طراحی، این سازه‏ها تحت تحلیل های تاریخچه زمانی قرار می گیرند. نتایج به دست آمده، طراحی محافظه کارانه روش متعارف را در این سطح خطر لرزه ای نیز نشان می دهد؛ بنابراین، برای حل این مشکل، با اصلاح رابطه تعیین میرایی معادل و همچنین به کارگیری ضریب اصلاح حاصل از اختلاف بین طیف شبه سرعت و طیف سرعت واقعی در روند طراحی، سازه های جدید طبق روش پیشنهادی طراحی می شوند. علاوه بر آن، عملکرد لرزه ای سازه های جدید در سطح خطر زلزله طراحی نیز کنترل می گردد. نتایج نشان می دهد که اعمال اصلاحات در روند طراحی برای میراگر های خطی و غیرخطی در سازه های کوتاه مرتبه و میراگر های خطی در سازه های میان مرتبه، منجر به طراحی سازه هایی اقتصادی با عملکرد لرزه ای بهینه می شود.

در سال­ های گذشته میان قاب های ساندویچ ‎پانل تبدیل به یکی از متداول­ترین میان قاب ها در سیستم قاب­ های ساختمانی شده ­اند. چگونگی رفتار این پانل ­ها همواره مورد توجه محققین و پژوهشگران بوده است. از طرفی مدل سازی و تحلیل این سیستم­ ها در نرم افزارهای شبیه ساز عددی بسیار وقت گیر است. از این رو نیاز به وجود رابطه ­ای برای محاسبه ضریب رفتار بدون نیاز به تحلیل­ های پیچیده در نرم افزار احساس می­ شود. در پژوهش حاضر به بررسی ضریب رفتار قاب­ های خمشی بتن مسلح دارای میانقاب ساندویچ ‎پانل و همچنین به ایجاد رابطه­ ای برای محاسبه ضریب رفتار، بر اساس پارامترهای مختلف تأثیرگذار، پرداخته شده است و با استفاده از روش بیان ژن نسبت به برآورد ضریب رفتار قاب ­های خمشی بتن مسلح دارای میانقاب ساندویچ ‎پانل اقدام شده است. رابطه ­ی ایجاد شده در پژوهش در برآورد ضریب رفتار مدل­ ها، دارای دقت 93 درصد است. همچنین پارامتر تعداد طبقات و نسبت طول دهانه به ارتفاع طبقه، به عنوان حساس­ترین متغیر در این نوع سیستم ­ها شناسایی شده ­اند و سایر پارامترها تأثیر چشمگیری بر مقدار ضریب رفتار نداشته ­اند. نتایج نشان می­ دهد که با افزایش تعداد طبقات در سیستم، ضریب رفتار نیز افزایش یافته و با افزایش نسبت طول دهانه به ارتفاع طبقات، ضریب رفتار کاهش یافته است.