علوم و مهندسی زلزله
سال:1398 | دوره:6 | شماره:4 |تعداد مقالات:10

در این مقاله بر مبنای روش تحلیل حدی مرز بالا به بررسی پایداری سه بعدی شیروانی ها در مقابل زلزله بر اساس مکانیسم های گسیختگی دورانی و انتقالی و نیز مقایسه نتایج آنها پرداخته شده است. تعریف سطوح جانبی مکانیسم های گسیختگی سه بعدی در روش مرز بالا مستلزم رعایت قانون جریان وابسته است که تشکیل صفحات جانبی مسطح را در مکانیسم انتقالی بسیار مقید می کند و در حالت مکانیسم دورانی لازم است معادلات این سطوح، معادله دیفرانسیل خاصی را ارضا کنند. در ادامه تحقیقات مربوط به پایداری سه بعدی شیروانی های خاکی به روش مرز بالا با استفاده از مکانیسم های انتقالی و دورانی، تحقیق حاضر به مقایسه نتایج حاصل از یک مکانیسم انتقالی با یک مکانیسم دورانی که الگوریتم آن در این تحقیق بر اساس حل نهایی میخالوفسکی و به روشی ساده تر تدوین شده است، می پردازد. به طورکلی روند تغییرات ضریب پایداری شیروانی با افزایش ضریب زلزله برای هر دو مکانیسم دورانی و انتقالی تقریبا مشابه است. همچنین اهمیت تحلیل های سه بعدی در حالت لرزه ای نسبت به حالت استاتیکی بیشتر است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که مکانیسم دورانی در اکثر موارد و به خصوص در شیب های قایم نتایج بهتری ارایه می دهد، اگرچه مکانیسم انتقالی برای خاک های چسبنده و با مکانیسم های مقید نتایج بهتری دارد.

با توجه به گسترش روزافزون بهره وری از فضاهای زیرسطحی، نیاز بشر به پایدارسازی در زمان حفر و گودبرداری بیش از پیش قوت می گیرد. پایدارسازی و بررسی این روش در حالت دینامیکی به دلیل بهره مندی در سازه ها ی دایمی نظیر پایداری شیب کناره راه از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از روش های پایدارسازی دیواره های گود استفاده از روش میخ گذاری است. لذا در این مقاله رفتار پایدارسازی دیوارهای میخ گذاری شده دایمی تحت بار دینامیکی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. به کمک ابزارگذاری ها ی صورت گرفته در گود هتل نرگس شماره 2 و مدل سازی آن با استفاده از نرم افزار FLAC صحت این نرم افزار مورد تایید قرار گرفت. سپس با در نظر گرفتن 15 نگاشت و ساختگاه های نوع 1، 2 و 3 بر اساس آیین نامه 2800، بارهای هارمونیک معادل محاسبه شده و تحلیل های دینامیکی برای چهار بار هارمونیک معادل، سه ساختگاه و سه ارتفاع مختلف 3، 6 و 9 متر و در دو زاویه مختلف میخ گذاری انجام شد. برای این منظور با در نظر گرفتن تغییر شکل لبه بالایی دیواره به عنوان معیار مقایسه بین تحلیل ها، مقادیر تغییر مکان در 72 حالت مختلف مشخص شد. بررسی نتایج تحلیل های فوق نشان داد که، با کاهش مشخصه های مقاومتی ساختگاه (از نوع 1 به 3) جابه جایی افقی لبه گود و پوسته نما افزایش یافته و با کاهش زاویه میخ ها جابه جایی افقی لبه گود و پوسته نما کاهش می یابد.

فرکانس طبیعی پارامتری است که نقش کلیدی در طراحی دینامیکی سازه ها و ارزیابی آسیب پذیری ساختمان ها دارد. در استانداردهای زلزله برای تخمین فرکانس طبیعی از روش های تحلیلی و روابط تجربی استفاده شده است، ولی با توجه به تاثیر عوامل مختلف مانند شیوه طراحی، مصالح ساختمان، شرایط ساختگاه، این روابط هنوز از اعتماد کافی برخوردار نیستند. برای تخمین فرکانس طبیعی ساختمان می توان از تحلیل عددی سازه و یا روابط تجربی حاصل از تحلیل نسبت طیفی میکروترمورها استفاده کرد. تحقیق حاضر به بررسی عوامل موثر بر تغییر فرکانس طبیعی سازه مانند عمر سازه و مسایل اجرایی پرداخته است. بدین منظور از دو روش تجربی و عددی استفاده شد. در ابتدا مقادیر فرکانس طبیعی حاصل از محاسبه نسبت طیفی H/V میکروترمور مربوط به 12 ساختمان شامل 6 ساختمان نوساز و 6 ساختمان قدیمی در شهر شیراز تخمین زده شد و از دو روش تحلیلی و تجربی روابط همبستگی میان فرکانس تشدید با طبقات تخمین زده شد. نتایج نشان می دهد که از داده های میکروترمور می توان برای تحلیل پاسخ لرزه ای ساختمان ها استفاده کرد. به علاوه نتایج محاسبات سازه به روش تحلیل عددی در مقایسه با تحلیل های نسبت طیفی H/V به دلیل اعمال ضرایب ایمنی در استانداردها محافظه کارانه است. همچنین تغییرات فرکانس ساختمان با افزایش طبقات به صورت توابع توانی و یا دو جمله ای کاهشی است. عمر سازه و تغییر ضوابط آیین نامه ای تغییرات حدود 40 الی 50 درصدی را در مقدار فرکانس ایجاد می کند.

سرعت موج برشی به عنوان یکی از مهم ترین پارامترهای ژیوفیزیکی می باشد که پاسخ لرزه ای سایت ها در قالب آن بیان می شود. این پارامتر لرزه ای اطلاعات ارزشمندی راجع به ساختگاه پروژه را می دهد اما ازآنجایی که آزمایش های ژیوفیزیکی معمولا گران و زمان بر هستند استفاده از روش های غیر مستقیم به منظور کاهش هزینه ها رو به افزایش است. تحقیقات زیادی دراین باره در مناطق مختلف جهان انجام شده است که در اکثریت آنها از دو معادله توانی ساده و توانی چندگانه جهت استخراج معادلات استفاده کرده اند. اما این تحقیق با استفاده از توابع جدید تعریف شده توسط آمار بیزین نشان داده است که معادلاتی با اعتباری به مراتب بیشتر از روابط موجود در سوابق تحقیق می توانند جهت تخمین سرعت موج برشی به کار گرفته شوند.

پیش بینی واقع گرایانه بیشینه شتاب زمین (PGA)، به منظور استفاده در طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله، به خصوص در مناطق لرزه خیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با استفاده از تحلیل خطر احتمالاتی زلزله، میزان لرزه خیزی یک منطقه هنگام وقوع زلزله مشخص می گردد. بنابراین یکی از مهم ترین بخش های تحلیل خطر، پیش بینی جنبش های نیرومند زمین می باشد که توسط روابطی موسوم به روابط کاهندگی به دست می آیند. مرکز مطالعات مهندسی زلزله (Peer) روابطی را تحت عناوین روابط کاهندگی NGA-West1 و NGA-West2 برای کل جهان ارایه نموده است. ازآنجاکه یک رابطه کاهندگی باید بتواند در برابر آزمون های آماری نظیر آزمون تحلیل باز نمونه گیری از داده ها که اخیرا توسط آذربخت و همکاران [1] ارایه گردیده است، نتایج مطلوبی را در بر داشته باشد، بنابراین در این پژوهش سعی می شود ضرایب برخی روابط کاهندگی نسل جدید نظیر کمپبل و بزرگ نیا [2]، آبراهامسون و سیلوا [3] و رابطه بور و اتکینسون [4] بر اساس مجموعه داده های منتشر شده توسط مرکز مطالعات مهندسی زلزله و با بهره گیری از الگوریتم ژنتیک چند هدفه، برای بیشینه شتاب زمین، بهینه سازی شوند. نتایج بیانگر تطبیق خوب روابط به دست آمده در برابر سایر آزمون های آماری می باشد. انتظار می رود بتوان از نتایج حاصل از این پژوهش در تحلیل خطر احتمالاتی زلزله بهره گرفت.

استفاده از سیستم دیوار برشی فولادی نسبت به بسیاری از سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی به لحاظ عملکردی و نیز اقتصادی مقرون به صرفه است. علی رغم مزایای بسیار دیوارهای برشی فولادی، این سیستم به صورت گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است. برخی از دلایل کم توجهی شامل عدم شناخت صحیح رفتار سیستم و بزرگی قابل توجه مقاطع ستون های اطراف دیوار نسبت به دیوار برشی بتنی می باشد. هدف این تحقیق بهبود رفتار سیستم تعریف شده فوق با بهره گیری از رفتار برشی ورق و ستون های فرعی پیرامون آن و استفاده از ظرفیت حداکثر سیستم است. در این تحقیق ورق و ستون های فرعی مانند تیر پیوند در سیستم های مهاربند واگرا در نظر گرفته شده است که ورق پرکننده و ستون های فرعی پیرامون آن به ترتیب نقش جان و بال تیر پیوند را بازی می کنند. بدین منظور نمونه های مختلف در نرم افزار اجزای محدود مدل سازی و رفتار چرخه ای آنها بررسی می گردد. نتایج نشان می دهد استفاده از این سیستم با رویکرد ذکر شده در قاب های فولادی در مقایسه با دیوارهای برشی فولادی باعث افزایش جذب انرژی و سطح زیر منحنی های هیسترزیس و نیز کاهش پدیده باریک شدگی منحنی می شود. از جمله دیگر مزایای این سیستم می توان به کاهش قابل توجه تقاضا در ستون ها، قابلیت انطباق با معماری، منحنی های چرخه ای پایدار، عدم تاثیر سیستم ارایه شده در رفتار اتصالات تیر به ستون و در نتیجه عدم نیاز به اتصالات خمشی، قابلیت استفاده در ساختمان های بلندمرتبه و همچنین قابلیت استفاده در بهسازی لرزه ای ساختمان ها اشاره نمود.

زلزله های شدید ممکن است باعث وقوع آتش سوزی های گسترده در سازه ها شوند. در شرایط پس از زلزله عواملی چون بروز تغییر مکان های پسماند در طبقات سازه، افزایش شدت آتش و آسیب دیدگی پوشش های ضد حریق مقاومت سازه را در برابر آتش کاهش می دهد. روش و الزامات طراحی لرزه ای سازه ها می تواند تاثیر زیادی بر مقاومت آنها در برابر آتش داشته باشد. در این مقاله، عملکرد سازه های قاب خمشی فولادی متوسط و ویژه تحت آتش پس از زلزله مورد مقایسه قرار می گیرد. برای این منظور، دو قاب خمشی فولادی 5 و 10 طبقه با پوشش ضد حریق در دو حالت ویژه و متوسط طراحی شده و تحت بارگذاری آتش استاندارد و آتش طبیعی در شرایط پس از زلزله قرار می گیرند. برای بارگذاری لرزه ای، دو سطح خطر زلزله طرح و زلزله خیلی شدید در نظر گرفته شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، کاهش زمان مقاومت نمونه های قاب خمشی ویژه ناشی از اعمال بارهای لرزه ای با هر دو سطح خطر طرح کمتر از 21 درصد است. درحالی که زلزله های خیلی شدید باعث کاهش 75 درصدی در زمان مقاومت سازه های قاب خمشی متوسط می شوند، کاهش مقاومت این سازه ها در مقابل زلزله طرح کمتر از 19 درصد برآورد شده است. همچنین، نتایج تحلیل ها نشان می دهد که زلزله های خیلی شدید ممکن است باعث خرابی قاب های خمشی متوسط تحت آتش طبیعی پس از زلزله شوند، درحالی که قاب های خمشی ویژه قادر به تحمل بار آتش طبیعی در شرایط پس از زلزله می باشند.

میان قاب، دیواری است که در داخل و در تماس کامل با قاب اجرا می شود و سختی و مقاومت آن را به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. در آیین نامه های به سازی لرزه ای توصیه شده پس از بررسی کفایت اعضا و اتصالات قاب برای تحمل نیروهای حاصل از کنش میانقابی، وجود میانقاب با یک دستک فشاری قطری مدل سازی گردد. در مورد میانقاب های دارای بازشو نیز رویه مشابهی به کار گرفته می شود و در آیین نامه های بهسازی استفاده از ظرفیت آنها مجاز دانسته شده است. این در حالی است که برای مدل سازی آنها در سازه لازم است علاوه بر ارایه مدل ریاضی، مقدار ضریب اصلاح (m) ارایه گردد که در حال حاضر پیشنهادی برای هریک از این موارد وجود ندارد. بنابراین در این تحقیق تلاش شده است که مقدار ضریب اصلاح بر اساس کارهای آزمایشگاهی موجود در ادبیات فنی ارایه گردد. برای این منظور، مقدار این ضریب برای نمونه های دارای بازشو و همچنین نمونه های مشابه توپر محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده است. در انتها، نشان داده شده است که ضریب اصلاح m برای میانقاب های دارای بازشو را می توان برابر با مقدار متناظر میانقاب فاقد بازشو در نظر گرفت. در ادامه ضریب اصلاح میانقاب های توپر مورد توجه قرار گرفت. عوامل موثر بر ضریب اصلاح این گونه میانقاب ها بررسی و نشان داده شد که ضریب اصلاح این گونه میانقاب ها فقط تابع جنس میانقاب و قاب پیرامون آن است و به رغم پیشنهاد آیین نامه ها، به نسبت بعدی و نسبت مقاومت قاب به میانقاب وابسته نیست. در ادامه مقادیری برای ضریب m میانقاب توپر برحسب جنس قاب و میانقاب پیشنهاد شد.

برای جلوگیری از پیامدهای نامطلوب ناشی از طراحی بر اساس آیین نامه های متداول از جمله آوارگی هزاران نفر و لزوم تخریب و بازسازی ساختمان، طراحی سازه به صورت تعمیرپذیر با کمک جاذب های انرژی مورد توجه قرار گرفته است و در این راستا اخیرا توسط نویسندگان مقاله تقسیم سازه ساختمان به دو بخش داخلی و خارجی با پریودهای مختلف و استفاده از میراگرهای هیسترزیس با مشخصات مناسب بین آن دو بخش به منظور استهلاک انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. در پژوهش حاضر برای استهلاک انرژی از میراگرهای ویسکوز بین دو بخش سازه استفاده شده و مکان و ضریب میرایی مناسب میراگرها تعیین و پاسخ های سازه با نتایج حاصل از به کارگیری میراگرهای هیسترزیس با سختی، مقاومت و قابلیت جذب انرژی مناسب مقایسه شده است. برای این منظور ابتدا با تقسیم یک ساختمان 5 طبقه به دو بخش و استفاده از مستهلک کننده های ویسکوز در تراز بام ضمن تشکیل معادلات حرکت و کدنویسی در محیط برنامه MATLAB به تعیین ضریب میرایی مناسب میراگر ویسکوز پرداخته شد و نتایج نشان داد که با انتخاب مقادیر مناسب برای این کمیت می توان باعث جذب انرژی بالا و کاهش قابل ملاحظه دریفت طبقات ساختمان گردید. سپس سه ساختمان فولادی مهاربندی شده 5، 8 و 11 طبقه به کمک نرم افزار ETABS طراحی و به دو بخش داخلی و خارجی تقسیم و در نرم افزار PERFORM-3D مدل شد و در آنها از میراگر ویسکوز با ضریب میرایی مناسب حاصل از نرم افزار MATLAB استفاده گردید. از مقایسه عملکرد میراگر ویسکوز با ضریب میرایی مناسب و میراگر هیسترزیس، با سختی و مقاومت مناسب، مشخص شد در حالتی که از میراگرهای ویسکوز با ضریب میرایی مناسب استفاده شود ماکزیمم دریفت طبقه در سازه خارجی تقریبا 35 درصد و در سازه داخلی تقریبا 50 درصد نسبت به سازه یکپارچه کاهش می یابد. این در حالی است که اگر از میراگر هیسترزیس با سختی و مقاومت مناسب استفاده شود ماکزیمم دریفت طبقه نسبت به سازه یکپارچه، در سازه خارجی تقریبا 20 درصد و در سازه داخلی تقریبا 65 درصد کاهش می یابد.

مدل سازی توزیع ساختمان های مسکونی و جمعیت وابسته به آن جزء لاینفک در تجزیه وتحلیل خطرپذیری مستقیم و غیرمستقیم مرتبط با سوانح طبیعی ازجمله زلزله در محیط های شهری است. در این مطالعه، توزیع جمعیت مسکونی همبسته با بناهای مسکونی برآورد گردیده است. این پژوهش مدلی جامع با وضوح مکانی مناسب برای ایران، متناسب با شرایط منطقه ای و در نظر گرفتن بانک های اطلاعاتی موجود و قابل دسترس ارایه کرده است. روش داسیمتری، روشی کارا جهت توزیع مناسب داده های موجود به تناسب شرایط محیطی-منطقه ای است که بر اساس نیازها و شرایط مورد نظر امکان تلفیق با داده های رقومی کمکی را داشته و توسط مدل های آماری توسعه می یابد. در این تحقیق، داده های آماری (مرتبط با حوزه ها و یا بلوک های آماری-مرکز آمار) و تصاویر رقومی (شامل تصاویر ماهواره ای و داده های مدل توزیع جمعیت جهانی لندسکن) گردآوری شده که پس از بررسی، پردازش و پالایش، ادغام داده ها صورت گرفت. همچنین شاخص هایی مهم و قابل استخراج از تصاویر اپتیکی با وضوح بسیار بالا برای قسمتی از یک شهر معرفی شد که در تکمیل بانک اطلاعات ساختمان مفید می باشد. به عنوان یک مطالعه موردی، خسارات لرزه ای در قالب میزان تخریب ساختمان ها و تلفات انسانی در منطقه مطالعاتی بررسی شده است. در گام اول، با هدف تکمیل و توسعه بانک های اطلاعات محیط ساخته شده و برای دستیابی به پارسل های ساختمان های موجود، روش های استخراج اشیاء (ساختمان ها) [i] از تصاویر ماهواره ای در بلوک های شهری مورد استفاده قرار گرفت. در فاز دیگر، اطلاعات سازه ای و جمعیتی با رویکرد داسیمتری برای منطقه مورد نظر به دست آمدند و بانک اطلاعات با توزیع مکانی مناسب توسعه یافت. سپس، پهنه بندی حرکت توانمند زمین برای سناریوهای مطرح در منطقه مورد مطالعه تولید شد. در نهایت در گام آخر، برآورد میزان خسارات سازه ای و تلفات انسانی مرتبط برحسب سناریوهای مورد نظر به دست آمد. در منطقه مطالعاتی، برآورد خسارات فیزیکی حاکی از این است که برای سناریوی مفروض زلزله گسل خزر بیش از 50000 واحد مسکونی در معرض تخریب شدید تا فروریزش خواهد بود.