علوم و مهندسی زلزله
سال:1397 | دوره:5 | شماره:4 |تعداد مقالات:10

شهرستان های قم و ساوه از دیدگاه زمین شناسی در محل پیوند دو ایالت لرزه زمین ساختی ایران مرکزی و البرز قرار دارد. از گسله های فعالی که در این منطقه معرفی شده اند می توان به گسله کوشک نصرت اشاره کرد. در راستای این گسله تاکنون زمین لرزه دستگاهی و یا تاریخی گزارش نشده است. این گسله از دو روند نزدیک به خاوری-باختری و شمال باختری شکل گرفته است و بیشترین بخش آن از میان توده های سنگی با سن های مزوزوئیک و ائوسن می گذرد. بخش کوچکی از این گسله آبرفت های جوان (پلایستوسن بالایی) را متاثر می کند. برای مشخص شدن فعالیت زمین ساختی این گسله برای محاسبات خطر، افزون بر پیمایش های میدانی روش های دیگری به کار گرفته شده اند. بر اساس مطالعات وضعیت تنش به روش زمین ساختی و لرزه ای شاهدی بر فعالیت بخش خاوری-باختری گسله به دست نمی آید. برداشت های میدانی و مطالعه زهکش ها به طور مشخص نشان دهنده ی راستالغز بودن این گسله با مولفه راست بر است که با جهت تنش به دست آمده همخوانی ندارد. روش های دیگری چون شاخص های مورفومتریک (شاخص هیپسومتری و شیب رودخانه) نیز یافته بالا را تایید می کنند. پرسش بعدی که در ارتباط به بخش خاوری-باختری گسله کوشک نصرت مطرح می شود ارتباط احتمالی آن با پایانه شمال باختری گسله سیاه کوه است که در جنوب شهر تهران قرار می گیرد. با تکیه بر یافته های مورفوتکتونیکی و عکس های ماهواره ای به نظر می رسد که پیوندی میان این دو گسله وجود داشته باشد؛ هرچند که پیگیری این گسله به صورت یک خط واحد بر روی عکس های ماهواره ای مشخص نیست اما می تواند گسله از خطوط ناپیوسته همراه با تداخل دو روند گسلی خاوری-باختری و شمال باختری از گسله کوشک نصرت (بخش خاوری-باختری آن) تا گسله سیاه کوه تشکیل شده باشد.

در این مطالعه پهنه بندی خطر زمین لرزه بر روی سنگ بستر برای بیشینه شتاب زمین به روش تعینی و احتمالاتی در استان فارس انجام گردید. فهرست نامه ی یکنواختی تا سال 2016 شامل زمین لرزه های تاریخی و دستگاهی با بزرگای بیشتر از 4 در مقیاس Mw تهیه شد. با توجه به روند گسل ها و زمین شناسی منطقه، 23 چشمه بالقوه زمین لرزه به صورت پهنه ای در این منطقه در نظر گرفته شده و پارامترهای لرزه خیزی محاسبه گردید. در روش احتمالاتی با استفاده از نرم افزار OpenQuake بیشینه شتاب و سرعت زمین برای دوره بازگشت های 50 سال و 475 سال و نمودارهای منحنی خطر PGA و PGV برای دوره 50 سال رسم شد. نتایج نشان می دهد که بیشترین سطح PGA برای دوره بازگشت های 50 و 475 سال به ترتیب g 23/0 و g 6/0 و به روش تعینی g 8/0 می باشد. در استان فارس، چهار منطقه پر خطر در شمال غرب، غرب، جنوب و جنوب شرق قرار دارد. این مناطق نزدیک به گسل های کازرون، قیر و زاگرس مرتفع می باشند که سابقه زمین لرزه های بزرگ تاریخی و دستگاهی را دارا هستند. به طورکلی می توان گفت که مناطق با تراکم جمعیت بالا و شهرهای مهم استان به دلیل نزدیک بودن به گسل های منطقه در مناطق با خطر بالا قرار دارند.

اقتصاد تعداد زیادی از کشورهای صنعتی بر پایه واردات و صادرات کالا از طریق اسکله هاست. اسکله سازه ای است که کشتی ها را به خشکی ارتباط می دهد و یکی از مهم ترین بخش های بندرها محسوب می شود. در صورت گسیختگی و آسیب آن، فعالیت های مهم بندر به دلیل آسیب وارد به سازه های مجاور اسکله همچون جرثقیل متوقف خواهد شد. شمع های مستقر در خاک نیز یکی از این سازه هاست که در صورت خرابی آن، سازه قرارگرفته بر روی آن از بین خواهد رفت. به همین دلیل بررسی نحوه رفتار سازه های ساحلی در برابر عوامل خرابی همچون زلزله اهمیت بالایی دارد. مدل سازی های آزمایشگاهی زیادی بر روی شمع انجام شده است؛ اما به ندرت به بررسی رفتار آن در اسکله پرداخته شده است. یکی از این مدل های آزمایشگاهی، به بررسی رفتار شمع و دیوار در برابر روانگرایی با استفاده از میز لرزان و به صورت کوچک مقیاس پرداخته است. در این پژوهش به مدل سازی عددی این مدل آزمایشگاهی و صحت یافته های به دست آمده در مدل عددی به کمک مدل آزمایشگاهی پرداخته شده است. در این مقاله با کمک نرم افزار FLAC3D1 که دارای قابلیت تحلیل غیرخطی تنش موثر و تولید اضافه فشار آب حفره ای در محیط پیوسته خاک است، به شبیه سازی روانگرایی با کمک مدل رفتاری فین پرداخته شده است. اضافه فشار آب حفره ای، جابه جایی های خاک، لنگر خمشی و نیروی جانبی شمع، جابه جایی و خمش دیوار از جمله یافته های به دست آمده از طریق شبیه سازی است که با یافته های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته است. یافته های به دست آمده نشان می دهد که روانگرایی در خاک اتفاق خواهد افتاد و زمان آن مطابق با مدل آزمایشگاهی است. جابه جایی خاک در اثر این رخداد نیز استخراج شده و با مدل آزمایشگاهی مقایسه شده است. این مقایسه نشان می دهد که رفتار و روند افزایش جابه جایی در زمان های مختلف بارگذاری مطابق با یافته های آزمایشگاهی است. همچنین یافته های به دست آمده به کمک مدل عددی برای شمع تطابق بالایی با یافته های آزمایشگاهی به خصوص برای شمع های نزدیک به دیوار نشان می دهد. در نهایت نیز رفتار دیوار بررسی شده است که دیده می شود مکان حداکثر ممان خمشی در دیوار در مدل عددی مطابق مدل آزمایشگاهی است.

در این مقاله به بررسی مقاومت روانگرایی ماسه مخلوط با شن با استفاده از آزمایش های سه محوری تناوبی پرداخته شده است. بدین منظور اثر افزایش درصد شن و تراکم نسبی (Dr)، بر مقاومت روانگرایی و سرعت موج برشی (Vs) مخلوط و همبستگی بین آنها بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش تراکم نسبی مخلوط (Dr) در یک درصد شن ثابت موجب افزایش Vs و مقاومت روانگرایی نمونه ها شده و در یک Dr ثابت نیز افزایش میزان شن تا 50 درصد موجب افزایش Vs می شود. درحالی که در یک Dr ثابت، با افزودن شن به ماسه تا 10 درصد، مقاومت روانگرایی افزایش و سپس با افزایش بیشتر میزان شن تا 50 درصد، مقاومت روانگرایی کاهش می یابد. در ادامه افزایش بیشتر درصد شن تا 75 درصد، مجددا منجر به افزایش مقاومت روانگرایی مخلوط شده است. در توجیه رفتار مشاهده شده نتیجه گیری شده است که به منظور مطالعه رفتار روانگرایی خاک های ماسه ای مخلوط با شن بهتر است از پارامترهای نسبت تخلخل بین ذرات ریزدانه (ef) و نسبت تخلخل بین دانه ای (ec) به ترتیب در نواحی کنترل شونده توسط ذرات ماسه و شن به جای پارامترهای نسبت تخلخل کلی مخلوط یا تراکم نسبی مخلوط (Dr) استفاده شود.

مصالح مخلوط رس-سنگ دانه به صورت طبیعی در منابع قرضه یافت می شوند و همچنین به صورت مصنوعی ترکیب شده و در احداث سدهای خاکی و یا پوشش مدفن زباله به کار می روند. شناخت خصوصیات رفتاری این مصالح به جهت وفور آن در طبیعت و تشکیل دادن هسته نفوذناپذیر تعداد زیادی از سدهای خاکی کشورمان حائز اهمیت است. این مقاله برای نخستین بار به تاثیر فشار همه جانبه متناوب بر توزیع فشار آب حفره ای اضافی ناهمگن در این مصالح می پردازد. یافته های این مطالعه عددی نشان می دهد که در فواصل نزدیک سنگ دانه ها، با تغییرات تناوبی بار محوری و فشار همه جانبه به صورت هم زمان، امتداد برآیند بار اعمالی و جهت قرارگیری سنگ دانه ها در مصالح رسی بر میزان فشار آب حفره ای تاثیر می گذارد؛ به نحوی که با نزدیک تر شدن این دو امتداد به یکدیگر مقدار فشار آب حفره ای افزایش چشمگیر می یابد. این روند با افزایش فاصله سنگ دانه ها حفظ نمی شود و تاثیر میزان نوسان فشار همه جانبه بر افزایش فشار آب حفره ای در فواصل دورتر سنگ دانه ها بیشتر می شود.

عملکرد ضعیف و فروریزش ساختمان های نامنظم سختی در ارتفاع، در طول زلزله های گذشته منجر به بروز خسارات مالی و جانی جبران ناپذیری شده است. از این رو ارزیابی دقیق تر این نوع سازه ها به ویژه در سطح عملکردی فروریزش، حائز اهمیت است. در این مطالعه قاب خمشی بتنی ویژه منظم شش طبقه، به عنوان مدل مرجع، مطابق با ضوابط آیین نامه های داخلی طراحی شده است. سپس 12 قاب نامنظم سختی در ارتفاع با مقادیر و محل های وقوع متفاوت در ارتفاع، ساخته شده است. جهت ارزیابی فروریزش، رفتار غیرخطی اعضا به روش پلاستیسیته متمرکز، در نرم افزار Opensees مدل سازی شده است. عملکرد احتمالاتی لرزه ای قاب های مورد مطالعه، مبتنی بر روش دستورالعمل FEMAP695 مورد مقایسه قرار گرفته است. در این ارزیابی، پارامترهای متداول طراحی از جمله ضریب رفتار، ضریب اضافه مقاومت و شکل پذیری و نیز نسبت حاشیه ایمنی فروریزش1 و همچنین منحنی های شکنندگی بررسی شده است. نتایج نشان داد که وجود نامنظمی باعث کاهش ضریب رفتار و ضریب شکل پذیری می شود. بیشترین کاهش در ضریب رفتار نسبت به قاب منظم، مربوط به مقدار فاکتور نامنظمی 4/0 واقع در طبقه اول می باشد که در حدود 24 درصد تخمین زده شده است. هنگامی که فاکتور نامنظمی برابر با 4/0 و در بخش پایینی سازه قرار گیرد، نسبت حاشیه ایمنی فروریزش اصلاح شده، در حدود 30 درصد نسبت به حالت قاب منظم کاهش و احتمال شکست در این قاب برای یک سطح مشخص از نیاز سازه، نسبت به سایر مدل ها، افزایش می یابد. لازم به ذکر است که تغییرات در نسبت حاشیه ایمنی اصلاح شده و احتمال شکست در مدل های با نامنظمی واقع در ارتفاع میانی سازه در مقایسه با سایر حالات کمتر است. وجود نامنظمی سختی2 در ارتفاع بنا بر مقدار فاکتور نامنظمی و محل وقوع نامنظمی، بر عملکرد احتمالاتی لرزه ای سازه ها در سطح فروریزش تاثیرگذار می باشد. بنابراین ضروری است در تعریف محدودیت های آیین نامه ای برای این نوع سازه ها علاوه بر فاکتور نامنظمی، محل اثر نامنظمی نیز به نحو مقتضی در نظر گرفته شود.

از فیوزهای سازه ای و سیستم الاکلنگی جهت کاهش پاسخ ساختمان در مقابل زلزله و هدایت آسیب استفاده می شود. در این سیستم ستون های ساختمان حذف شده و به جای آنها در مرکز از یک تکیه گاه و در پیرامون ساختمان از فیوزهای سازه ای غیرخطی استفاده می شود. هدف اصلی از ایجاد این سیستم این است که هنگام زلزله اجزای سازه ای به صورت الاستیک باقی مانده و تغییر شکل های غیرخطی در فیوز های سازه ای پیرامونی به وجود آید که پس از زلزله می توان در مدت زمان کوتاه و با هزینه کمتری نسبت به هزینه ساخت کل ساختمان، فیوزهای آسیب دیده را تعویض و از ساختمان بهره برداری نمود. در این تحقیق مشخصات نوعی از فیوز سازه ای مورد بررسی قرار گرفته و کاربرد آن در ساختمان با سیستم الاکلنگی تحت اثر زلزله حوزه نزدیک مورد مطالعه قرار می گیرد. به طوری که حداکثر شتاب مطلق بام و برش پایه به طور چشمگیری کاهش می یابد، اما میزان تغییر مکان جانبی نسبی طبقات در برخی از ساختمان ها افزایش یافته اما از حد مجاز کمتر است.

یکی از روش های نوین طراحی سازه ها، طراحی بر اساس روش انرژی می باشد. در این روش با تعیین انرژی های ورودی، کارهای داخلی انجام شده توسط اعضای سازه و تعادل بین آنها تحت یک مکانیسم مطلوب از پیش تعیین شده برش پایه سازه محاسبه و طراحی مجدد سازه انجام می شود. انتخاب مکانیسم مطلوب از شروع طراحی و تعیین تغییر مکان هدف و حذف مکانیسم های گسیختگی نامطلوب از برتری های این روش می باشد. در این مقاله به طراحی قاب های خمشی بتنی ویژه به روش نیرو بر اساس آیین نامه بتن ایران و روش انرژی (مکانیسم تیر ضعیف-ستون قوی) پرداخته شده است. تفاوت اساسی دو روش در محاسبه برش پایه و توزیع آن در ارتفاع سازه می باشد. برخلاف روش نیرو که محاسبه برش پایه بیشتر بر ضریب رفتار سازه متکی است، در روش انرژی نیازی به اعمال مستقیم ضریب رفتار نیست. در این مقاله سازه های چهار، هفت و دوازده طبقه به روش های نیرو طراحی شده و سپس با طراحی مجدد سازه ها بر اساس مفاهیم روش انرژی، آنها تحت تحلیل های استاتیکی و دینامیکی غیرخطی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد در سازه های طراحی شده به روش انرژی، جابه جایی نسبی طبقات یکنواخت تر و تشکیل مفاصل پلاستیک مطلوب تر بوده است. همچنین نتایج نشان می دهد که در سازه های طراحی شده به روش انرژی از تمام ظرفیت سازه برای استهلاک زلزله استفاده شده است.

در این مقاله با استفاده از نتایج دو سری آزمون، مدل کردن آشوبناکی سیگنال بر اساس نویزها و تشخیص ناهنجاری های قبل از زلزله مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا تعدادی ویژگی مانند ویژگی های فرکانسی، آماری و آشوب از سیگنال لرزه استخراج شد، سپس ماتریس ویژگی حاصل توسط شبکه پرسپترون چند لایه مورد بررسی قرار گرفت. شبکه پرسپترون توانایی تشخیص آشوبناکی بر اساس نویزها در فاصله زمانی 5 دقیقه قبل از وقوع زلزله با دقت قابل قبول 1404/81 درصد برای زلزله های 5-7 ریشتری ثبت شده سال های 2004-2010 برای 21 ایستگاه ایران را دارا می باشد. سیگنال های ثبت شده لرزه نگار ایستگاه قیر نیز با این روش مورد بررسی قرار گرفت، که شبکه آشوبناکی قبل از وقوع زلزله را با دقت قابل قبول 8696/60 درصد برای آن ایستگاه تشخیص داد. در مقاله حاضر تلاش می شود تا ویژگی های غیر وابسته به زمین شناسی از سیگنال های لرزه نگاشت یک ایستگاه و 21 ایستگاه استخراج شود، سپس نتایج شبکه پرسپترون در تشخیص ناهنجاری و آشوبناکی سیگنال بر اساس نویزها در فاصله زمانی 5 دقیقه قبل از زلزله برای هر دو حالت مورد مقایسه قرار گیرد. نتایج نشان می دهد که استفاده از تعداد بیشتر داده های ثبت شده هر ایستگاه و افزودن ویژگی های غیر زمین شناسی آنها به ویژگی های زمین شناختی هر منطقه می تواند در نتیجه شبکه پرسپترون برای مدل کردن آشوبناکی سیگنال بر اساس نویزها تاثیرگذار باشد.

امروزه روش های طراحی بر اساس عملکرد با دو رویکرد مستقیم و غیرمستقیم انجام می شوند. در رویکرد مستقیم، ویژگی ها و مشخصاتی مثل مکانیسم مطلوب، میزان دوران مفاصل، تغییر مکان نسبی طبقه هدف و محدودیت کرنش مصالح که متناظر با سطح عملکرد مورد نظر هستند از همان ابتدا در فرآیند تحلیل و طراحی گنجانده شده اند. یکی از روش های طراحی بر اساس عملکرد با رویکرد مستقیم، طراحی مستقیم بر اساس تغییر مکان است که در آن سازه با فرض مکانیسم و عملکرد مطلوب تحلیل و طراحی می شود. در این پژوهش ابتدا مبانی روش طراحی مستقیم بر اساس تغییر مکان بیان شده و سپس قاب های خمشی بتنی 4، 8، 12 و 16 طبقه با روش طراحی بر اساس نیرو و این روش، طراحی شده اند که مقایسه ی آنها نشان می دهد ستون قاب های روش تغییر مکان ابعاد بزرگ تر یا مساوی و آرماتور خمشی بیشتری نسبت به ستون قاب های روش نیرو دارند. علاوه بر این میزان آرماتور وسط دهانه ی تیرهای قاب های روش تغییر مکان نسبت به دو انتهای آن (محل های احتمالی تشکیل مفاصل پلاستیک) بیشتر است. همچنین در ستون قاب های طراحی شده با روش طراحی مستقیم بر اساس تغییر مکان نسبت به طراحی بر اساس نیرو وزن کل بتن به کار رفته تا 28 درصد و وزن آرماتور به کار رفته 45 تا 82 درصد بیشتر است، حال آن که در تیرها وزن بتن به کار رفته تا 18 درصد کمتر و وزن آرماتور به کار رفته 3 تا 31 درصد بیشتر است.