علوم و مهندسی زلزله
سال:1397 | دوره:5 | شماره:3 |تعداد مقالات:10

در مسائل الاستودینامیک که پدیده انتشار امواج بخش عمده ای از آن را تشکیل می دهد، مدل سازی و محاسبات مربوط به محیط نامحدود، مستلزم استفاده از مرز مصنوعی برای لحاظ نمودن میرایی تشعشعی است. در پژوهش حاضر، برای تحلیل پاسخ دینامیکی یا لرزه ای ساختگاه با استفاده از روش اجزای محدود در حوزه زمان، برنامه ای به کمک نرم افزار MATLAB تهیه شد. در مدل سازی پدیده انتشار موج، لایه کاملا تطبیق یافته1 (PML) که توانایی جذب و میرا نمودن امواج تحت هر زاویه برخورد و فرکانس را به لحاظ تئوریک دارد در روش اجزای محدود پیاده سازی و برای در نظر گرفتن میرایی تشعشعی استفاده شده است. آنچه در مقاله حاضر ارائه می شود، اعتبارسنجی و بررسی عملکرد لایه تطبیق یافته می باشد که این امر از طریق حل سه مسئله مورد ارزیابی قرار گرفته است. در مسئله اول، ارتعاش شالوده صلب بدون جرم واقع بر سه حالت نیم فضای بینهایت، لایه بر روی بستر صلب و لایه بر روی نیم فضای بینهایت با استفاده از PML تحلیل و نتایج با مدل گسترده2 مقایسه شده است. در مسئله دوم، کارایی PML در مدل سازی انتشار امواج سطحی مورد ارزیابی قرار گرفته است. در مسئله سوم نیز، به بررسی بزرگنمایی امواج در دره نیم دایره ای به کمک PML پرداخته شده است. نتایج حاصل، نشان دهنده ی قابلیت مناسب PML در شبیه سازی میرایی تشعشعی برای محیط نامحدود می باشد که در واقع بیان کننده ی جذب امواج برگشتی غیرواقعی و سازگار بودن PML با محیط اصلی است.

روش های عددی بسیاری برای معادلات محیط کشسان متخلخل ارائه شده است که برای آبرفت های اشباع قابل استفاده است؛ اما تا کنون جواب تحلیلی دقیق برای چنین آبرفت هایی در حوزه زمان تحت اثر شرایط لرزه ای حتی برای حالت یک بعدی ارائه نشده است. در این مقاله یک روش تحلیلی برای پاسخ لرزه ای آبرفت های اشباع تحت اثر مولفه قائم زلزله ارائه می شود. اگر لایه های سطحی آبرفت و مرزهای آنها افقی باشند می توان آبرفت را به صورت یک ستون محصور شده مدل سازی نمود. آبرفت اشباع به صورت یک محیط کشسان متخلخل در نظر گرفته می شود. به همین دلیل از معادلات کشسان متخلخل تحت بارهای لرزه ای استفاده می شود. در محیط کشسان متخلخل تحت اثر امواج لرزه ای، تغییر مکان فاز جامد و فشار آب حفره ای توامان تغییر می یابند و اثر متقابلی بر یکدیگر دارند. معادله دیفرانسیل حاکم که یک معادله هایپربولیک از مرتبه دوم است با استفاده از روش جداسازی متغیرها به دو معادله ارتعاش آزاد در زمان و معادله بسل در مکان تفکیک می شود. معادله بسل در مکان با استفاده از توابع بسل و معادله ارتعاش آزاد در زمان با استفاده از روش انتگرال گیری مستقیم نیومارک حل می شود. در جواب تحلیلی ارائه شده مودهای ارتعاش، شکل های مودی و فرکانس متناظر آنها به دست می آید. نتایج این تحقیق در مسائل انتشار امواج لرزه ای در آبرفت های اشباع کاربرد خواهد داشت. به منظور بررسی صحت جواب تحلیلی ارائه شده در تحقیق حاضر، با در نظر گرفتن یک مورد واقعی مقادیر شتاب ثبت شده در آبرفت کاملا اشباع در هنگام زلزله با مقادیر محاسبه شده با روش تحلیلی مقایسه می شود. یک مثال عددی به منظور بررسی بیشتر جواب تحلیلی ارائه می شود. با حل مثال عددی با روش حاضر مشاهده می شود که فشار آب حفره ای محاسبه شده همان طور که انتظار می رود در آبرفت های با نفوذپذیری پایین مقدار بیشتری خواهد داشت. همچنین مشاهده می شود که عکس ضریب نفوذپذیری اثر میرایی مشابه ضریب میرایی در محاسبه شتاب دارد.

در پژوهش حاضر، با هدف مطالعه تاثیر فرکانس بر نشست و باربری خاک دانه ای مسلح به ژئوگرید، سیستم آزمایشگاهی جدیدی طراحی و ساخته شده که قادر به انجام آزمایش بارگذاری صفحه به صورت استاتیکی و تناوبی و اندازه گیری پارامترهایی نظیر نیروی وارد به صفحه، نشست صفحه بارگذاری، فشار زیر صفحه بارگذاری و کرنش محوری ژئوگرید باشد. سپس توده خاک با روش بارش ماسه آماده شده و با تک لایه ژئوگرید در موقعیت بهینه مسلح شده است. در نهایت، یک آزمایش بارگذاری صفحه استاتیکی و سه آزمایش بارگذاری صفحه تناوبی با فرکانس های 1، 2 و 4 هرتز صورت گرفته است و با مقایسه نتایج مشخص شده که با افزایش فرکانس بارگذاری و نزدیک شدن مقدار آن به فرکانس طبیعی سیستم، نشست تناوبی افزایش می یابد ولی تاثیر آن به دلیل افزایش تراکم خاک به تدریج کاهش می یابد. همچنین، بارگذاری تناوبی باعث ایجاد نشست های ماندگار در توده خاک شده و مسلح سازی خاک نتوانسته مانع وقوع چنین نشست هایی حتی بعد از هزار چرخه بارگذاری شود. بارگذاری تناوبی باعث افزایش تراکم و در نتیجه افزایش ظرفیت باربری نسبت به حالت استاتیکی می شود ولی تغییرات فرکانس تاثیری بر ظرفیت باربری پس تناوبی ندارد. ضمن اینکه فرکانس بارگذاری تاثیری بر توزیع فشار زیر شالوده و کرنش لایه ژئوگرید نیز نداشته است.

در اثر جابه جایی ریز صفحات نسبت به همدیگر امواج لرزه ای و شکست گسل شکل می گیرد که با توجه به عمق، میزان جابه جایی، نوع جابه جایی، شرایط زیرسطحی پیامدهای متنوعی را بر روی سطح زمین از خود نشان می دهد. تاکنون مطالعات محدودی بر روی گسلش سطحی صورت گرفته است اما به دنبال وقوع سه زمین لرزه چی چی تایوان، دوزجی وکوجاعلی ترکیه انجام چنین مطالعاتی شتاب گرفته است. با توجه به از بین رفتن سریع شواهد سطحی گسلش و کم بودن زمان بررسی ها از یک طرف و زمان بر بودن و بالا بودن هزینه ساخت نمونه های بزرگ مقیاس (شرایط 1g) از طرف دیگر، اهمیت مطالعات گسلش در شرایط گرانش تشدید شده (Ng) به کمک دستگاه سانتریفیوژ را آشکار می کند. در این تحقیق ابتدا جزئیات جعبه دو بخشی گسلش مورد استفاده تشریح شده است. سپس نتایج هفت آزمایش شبیه سازی گسلش انجام شده به کمک این جعبه ارائه شده است. پنج آزمایش اولیه به منظور کالیبراسیون جعبه و کاهش شرایط مرزی بوده است و دو آزمایش نیز به شبیه سازی گسلش عادی و معکوس-بعد از کسب شرایط مطلوب – بر روی خاک های دانه ای پرداخته است سپس نتایج مقدار جابه جایی منتقل شده به سطح زمین، میزان جابه جایی مورد نیاز سنگ کف جهت ظهور گسل در سطح، تغییر زاویه گسل از سنگ کف تا سطح زمین، وسعت منطقه تغییر شکل در گسلش معکوس و عادی با همدیگر مقایسه شده است.

سیستم هسته مقاوم بتن آرمه به دلیل داشتن سختی و مقاومت بالا، یکی از سیستم های جانبی مقاوم سازه ای مناسب و کارآمد برای مقابله با نیروهای جانبی باد و زلزله در سازه های با ارتفاع بلند محسوب می شود. از سوی دیگر در طراحی سازه های بلند وجود یک یا چند طبقه زیرزمین به دلیل ملاحظات معماری و یا سازه ای امری است که در اکثر ساختمان ها مشاهده می گردد. وجود طبقات تحتانی زیر تراز زمین که توام با به کارگیری دیوارهای بتن آرمه پیرامونی به عنوان دیوارهای حائل، برشی و یا هر دو عملکرد می باشد در کنار وجود هسته مقاوم بتن آرمه باعث بروز پدیده ای به نام اثر رانش معکوس در این گونه سازه ها می شود. این پدیده که بر اثر وجود سختی زیاد دیوارهای بتن آرمه پیرامونی همراه با دیافراگم تراز زمین حادث می گردد باعث می شود که در هنگام اعمال نیروهای جانبی و انتقال آن به هسته یک نیروی معکوس از طرف دیافراگم ذکر شده به هسته وارد شده و عملکرد آن را در این ناحیه تحت تاثیر شدید قرار دهد. مرور تحقیقات پیشین بیانگر آن است که نسبت های سختی و نسبت های ابعادی ریشه ساختمان نقش مستقیم در میزان نیروی به وجود آمده دارند. در این تحقیق به بررسی نقش تغییر شکل های برشی هسته در پدیده ذکر شده پرداخته و با بررسی این عامل روابطی را برای برآورد این نیرو پیشنهاد نموده است. روابط تحلیلی به دست آمده با نتایج حاصل از یک تحلیل عددی مورد مقایسه قرار گرفته و حاکی از آن است که در موارد کاربردی صرف نظر نمودن از تغییر شکل های برشی خطای بزرگی در نتایج ایجاد نموده و لذا لحاظ نمودن اثر تغییر شکل های برشی با استفاده از روابط به دست آمده قابل توصیه می باشد.

مطالعه ساختار لرزه شناسی زلزله های بزرگ رخ داده در کالیفرنیا، ژاپن و نیوزلند، این نکته عمومی را در بر دارد که سازه ها در نواحی لرزه خیز علاوه بر جنبش اصلی، تحت تاثیر پس لرزه هایی با شدت های مختلف نیز قرار می گیرند. زلزله های متوالی، پاسخ غیرالاستیک سازه ها را تحت تاثیر قرار داده، به طوری که در بعضی از موارد منجر به تجمع خسارت قابل توجه در المان های سازه ای و غیرسازه ای می گردد. تحقیقات متعددی در ارتباط با تاثیر پس لرزه ها بر روی سازه ها انجام شده است. نکته دیگر آنکه بیشتر مطالعات نیز بر روی سیستم های یک درجه آزادی یا سیستم های دو بعدی چند درجه آزادی متمرکز است. هدف این پژوهش، ارزیابی اثرات پس لرزه بر روی پارامترهای پاسخ ساختمان فولادی 10 طبقه با ساختار قاب محیطی دسته شده می باشد. بر پایه نتایج تحلیلی این پژوهش، وقوع پس لرزه های نیرومند به ویژه بعد از رکوردهای حوزه نزدیک حاوی پالس سرعت، تاثیرگذاری چندانی در تغییرات پارامتر بیشینه دریفت طبقات ندارند. همچنین با اعمال تغییر در شدت پس لرزه ها، وقوع جابه جایی نسبی ماندگار در ارتفاع سازه مسیر مشخصی نخواهد داشت. در بعضی موارد، پس لرزه منجر به کاهش کوچک دامنه دریفت ماندگار در مقایسه با جنبش اصلی نیز می شود. افزون بر آن، در صورت نزدیکی پریود غالب جنبش اصلی زمین به زمان تناوب سازه و یا نزدیکی پریود غالب پس لرزه به پریود سازه خسارت دیده در اثر جنبش اصلی، آنگاه فرآیند پس لرزه نیز دامنه رفتار غیرخطی المان های سازه ای را افزایش می دهد.

امروزه در اختیار داشتن یک مدل تحلیلی دقیق از سازه که بتواند رفتار حقیقی آن را در هنگام بارگذاری های شدید نشان دهد بسیار حائز اهمیت است. به این روند به روز رسانی مدل اجزای محدود سازه گفته می شود که از طریق آن موقعیت و شدت آسیب های وارده به سازه را نیز می توان مشخص نمود. هدف این مقاله، به روز رسانی مدل اجزای محدود سازه سه بعدی از طریق یک روش بهینه سازی تکرار شونده مبتنی بر حساسیت، موسوم به روش ناحیه اطمینان گاوس نیوتن است که به منظور کاهش تعداد پارامترهای به روز رسانی با رویکردی جدید طی چندین مرحله ی تکرار شونده، به شیوه ی تصحیح ماتریس سختی هر یک از المان های مدل تحلیلی سازه از طریق کمینه نمودن اختلاف میان فرکانس ها و شکل های مدی سازه ی حقیقی و مدل عددی آن انجام پذیرفته است. برای اطمینان از صحت عملکرد روند پیشنهادی، این مدل بر روی چندین الگوی آسیب از یک سازه ی فولادی سه طبقه با سیستم دوگانه قاب خمشی و قاب مهاربندی پیاده سازی شد. نتایج ارزیابی ها حاکی از صحت و دقت روش پیشنهادی در تشخیص المان های سالم، محل و شدت آسیب های وارده به سازه با حداقل خطای ممکن می باشد.

در بسیاری از آیین نامه های ساختمانی ضوابط طراحی بر اساس لرزش اصلی بوده و اثرات پس لرزه در تحلیل و طراحی ساختمان در نظر گرفته نمی شود. تجربه وقوع زمین لرزه های گذشته نشان داده که وقوع پس لرزه می تواند تاثیر بسزایی در افزایش مقدار جا به جایی سازه، نحوه تشکیل مفاصل پلاستیک، تغییر سطح عملکرد سازه و گاهی انهدام سازه داشته باشد. لذا در این تحقیق مطالعه وسیعی بر روی پاسخ غیرخطی رده های مختلف سازه ای اعم از کوتاه مرتبه، میان مرتبه و بلندمرتبه (ساختمان های 4، 7، 10، 13، 16 و 20 طبقه) بتن آرمه قاب خمشی تحت اثر هفت رکورد منفرد (فقط لرزش اصلی) و هفت رکورد دارای پس لرزه (لرزش اصلی به همراه پس لرزه) انجام شده است. میانگین دوران پلاستیک و نحوه تشکیل آنها و همچنین چرخش طبقه و سطح عملکرد سازه تحت تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی محاسبه و با هم مقایسه شد. نتایج نشان می دهد تحت اثر پس لرزه ساختمان دچار خرابی های شدیدی شده و تعداد مفاصلی که از محدوده LS عبور می کند به طور قابل توجهی افزایش می یابد به طوری که این مقدار در ساختمان 13 طبقه 31 برابر شده به گونه ای که بعد از وقوع زمین لرزه در آستانه فروریزش قرار گرفت. در همه سازه ها به جز ساختمان 4 طبقه، تحت رکورد زلزله ی دارای پس لرزه، مفاصل پلاستیک در ستون های بعضی از طبقات تشکیل شد. همچنین مقدار میانگین دوران پلاستیک در ساختمان 20 طبقه در طبقه دهم تا 25 درصد نسبت به سایر طبقات افزایش داشته است. مقدار چرخش طبقه به طور قابل توجهی تحت اثر پس لرزه افزایش داشت به طوری که در ساختمان 10 طبقه، در طبقه چهارم این مقدار تا 41/9 برابر شده است.

اتصال تیر با بال کاهش یافته، پس از زلزله نورثریج 1994 پیشنهاد شد. این اتصال با تشکیل مفصل پلاستیک در خارج از ناحیه اتصال، خسارات ایجاد شده در چشمه اتصال را کاهش می دهد. البته به علت تمرکز خسارت در ناحیه کاهش یافته، پس از زلزله های متوسط باید کل تیر را تعویض نمود که عملا ممکن نیست. هدف این مقاله بررسی آزمایشگاهی استفاده از مقطع کاهش یافته در یک فیوز قابل تعویضاست. در این راستا سه اتصال صلب تیر با مقطع بال کاهش یافته (RBS)، اتصال دارای فیوز با مقطع کاهش یافته در بال (RBS-F) و اتصال دارای فیوز با مقطع کاهش یافته در جان (RWS-F) ارزیابی شدند. بارگذاری استاتیکی به صورت چرخه ای اعمال شد و نمودار هیسترزیس لنگر– دریفت ترسیم شد. همه نمونه ها دریفت مورد نیاز برای اتصال صلب در قاب خمشی ویژه را برآورده نمودند و استفاده از انواع اتصالات RBS خسارت در ستون و چشمه اتصال را کاهش می دهد. نتایج نشان داد نمونه های RBS-F وRWS-F علاوه بر اینکه شکل پذیری بسیار مناسبی دارند، با قابلیت تعویض پس از زلزله می توانند جایگزین بسیار خوبی برای اتصالات RBS متعارف باشند.

کنترل نیمه فعال پاسخ سازه را با تغییر خواص میرایی و یا سختی سیستم کاهش می دهد. در این تحقیق برای بهبود مکانیسم استهلاک انرژی میراگر مایع تنظیم شده از پره های چرخان استفاده شده و با بررسی امکان چرخش این پره ها در کنترل نیمه فعال، رفتار میراگرهای مایع با پره های قابل تنظیم تحت تحریک زلزله حوزه نزدیک و دور مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج تحقیق نشان می دهد که طراحی یک الگوریتم مناسب برای چرخش پره ها منجر به بهبود رفتار لرزه ای سازه و کاهش پاسخ جابه جایی بام می شود طوری که پاسخ سازه تحت اثر زلزله حوزه نزدیک نسبت به زلزله حوزه دور کاهش بیشتری می یابد. همچنین چرخاندن پره ها در حین تحریک لرزه ای باعث بهبود پاسخ سازه با کاهش حداکثر جابه جایی بام و کاهش جذر مجموع مربعات آن می شود. البته این درصد کاهش برای زاویه 50 و 70 درجه پره ها کمتر است که دلیل آن ایجاد انحنا در مسیر جریان سیال داخل میراگر و افزایش میرایی میراگر در این زوایا می باشد.