1-1) بار لرزه ای
همواره در طراحي صحيح يك سازه با 2 پارامتر مهم روبرو هستيم:
1) بارگذاري صحيح سازه
2) تغييرشكل‌هاي مناسب سازه تحت اين بارگذاري

1-1-1) بارگذاري سازه:
همانطور كه مي‌دانيم بر روي سازه‌ها بارهاي مختلفي اعم از بار مرده، بار زنده، بار باد، بار زلزله و… قرار مي‌گيرد. در اين‌بين برخي از بارها ديناميكي و دسته‌اي ديگر استاتيكي هستند.
در تخمين و برآورد بارهاي استاتيكي و همين‌طور نحوه قرارگيري اين بارها بر روي سازه تقريباً مشكلي وجود ندارد ولي براي محاسبه و گذاردن بارهاي ديناميكي مشكلاتي وجود دارد، اين مشكلات به قرار زير است:

1-1-1-1) محاسبة غیردقیق اين بارها:
برخي از اين بارهای دینامیکی مانند بار زنده را توانسته‌اند به استاتيكي تبديل نمايند. اين نوع تبديل ازطريق آمار صورت گرفته است.
مثال:
براي مثال، نمونه كار آماري براي محاسبة بار زنده ساختمان مسكوني ارایه میگردد:
در اينجا آمارگيران وزن اثاثیه منزل را حدود 20 الي 50كيلوگرم بر مترمربع درنظر گرفته‌اند كه متوسط آن 35كيلوگرم بر مترمربع شد. پس از آن در مراحل زير، وزن اشخاص را بر روي سطح تخمين زدند:
حالت اول: در هر 1×1مترمربع يك نفر با وزن متوسط 70كيلوگرم قرار گيرد:
70kg/(1m*1m)=70kg/m2
فرض بحراني‌تر:
حالت دوم: در هر 75/0×75/0مترمربع يك نفر با وزن متوسط 70كيلوگرم قرار گيرد:
70kg/(0.75m*0.75m)=125kg/m2
فرض بحراني‌تر:
حالت سوم: در هر 6/0×6/0مترمربع يك نفر با وزن متوسط 70كيلوگرم قرار گيرد:
70kg/(0.6m*0.6m)=165kg/m2
بار زنده=وزن اشخاص+وزن اثاثیه=165+35=200kg/m2
اين تخمين، تخميني واقعي و دسته بالا در طراحي به حساب مي‌آيد زيرا موارد نادر نيز در اين طراحي درنظر گرفته مي‌شوند.
علّت اين تخمين واقعي، ماهيت آشكار اين نوع بار و همچنين تكرارپذيري اين بار است. در بارهاي لرزه‌اي ماهيت بارها به صورت كاملاً مشخصي وجود ندارد(منظور از ماهيت، جهت و همچنين شدّت بار اعمالي است).
با اين‌وجود براي ساده‌سازي و همچنين كاربردي بودن بارگذاري‌هاي ديناميكي لرزه‌اي، آنها را به صورت استاتيكي، معادل مي‌نمايند.

1-1-1-2) توزیع بارلرزه ای:
In conventional seismic design provisions, the preliminary design of most buildings is based on equivalent static forces. Historically, the height wise distribution of these static forces seems to have been chosen arbitrarily by engineering judgment.(H.Moghaddam et .al,2009)
در روش‌هاي طراحي لرزه‌اي متداول، طراحي مقدماتي بيشتر ساختمان‌ها براساس نيروهاي استاتيكي معادل پايه‌گذاري شده است. طريقة توزيع اين نيروهاي استاتيكي به انتخاب و با قضاوت مهندسي به نظر مي‌رسد(مقدم 2009).
The height-wise distribution of these static forces (and therefore, stiffness and strengths) seems to have been based implicitly on the elastic vibration modes (Green, 1981). However,structures do not remain elastic during severe earthquakes and they usually undergo large nonlineardeformation. Therefore, the employment of such arbitrary height-wise distribution of seismic forces maynot necessarily lead to the best seismic performance of a structure.(Karami et.al,2004)
همچنين توزيع اين نيروهاي استاتيكي در ارتفاع (و درنتيجه سختي و مقاومت آنها) براساس مدهاي ارتعاشي الاستيك مي‌باشد (Green, 1981).بهرحال، ساختمان‌ها درطول چند زلزله نمي‌توانند الاستيك باقي بمانند و معمولاً دستخوش تغييرشكل غيرخطي مي‌شوند. بنابراين، بكارگيري چنين قراردادي در توزيع نيروهاي لرزه‌اي، لزوماً بهترين عملكرد سازه را منجر نمي‌شود(کرمی 2004).
However, as the design basis is being shifted from strength to deformation in modern performance-based design codes, these conventional load patterns need to be rationalized .(H.Moghaddam et .al,2009)
بهرحال در آئين‌نامه‌هاي مدرن طراحي براساس عملكرد، پاية طراحي از مقاومت به سمت تغييرشكل‌ها به پيش مي‌رود. اين طريق بارگذاري، نيازمند توجيه و استدلال منطقي است (مقدم، سال2009).
درسال2009 پروفسور مقدم، تحقيقي بر روي برخي سازه‌هاي خمشي انجام داد و كفايت نيروهاي استاتيكي معادل برحسب طراحي براساس سطح عملكرد را بررسي نمود.
در اين مقاله، ايشان بارگذاري‌هاي ديگري به غير از مثلثي را امتحان كرد. اين باگذاري‌ها براساس شكل‌هاي مختلفي ازقبيل مثلثی، مد اول سازه، پارابوليك و هايپربوليك بود و نتيجة آن اين شد كه سازه اگر داراي تغييرشكل يكنواخت باشد داراي بهترين عملكرد لرزه‌اي است.

پس نتيجه اين بود كه طراحي سازه با روش استاتيكي معادل (به دليل اينكه اين نيروهاي استاتيكي براساس مدهاي ارتعاشي الاستيك توزيع مي‌شوند و ساختمان‌ها در طول چند زلزله نمي‌توانند الاستيك باقي بمانند)، نمي‌تواند رفتار واقعي سازه را به خوبي نشان دهد و هرچه سازه ازلحاظ شكل پيچيده‌تر گردد، طراحي آن براساس بارهاي استاتيكي، جواب‌ها را بيشتر از واقعيت دور مي‌كند.
ازطرفي تحليل سازه‌ها براساس بارهاي ديناميكي نيز مشكلات خاص خود را دارد. برخي از اين مشكلات عبارتند از:
1) نبود دانش فني
2) كمبود متخصص اين فن
3) زمان‌بر بودن و به طبع آن هزينة‌بر بودن اين نوع تحليل سازه‌ها
4)حساسيت زيادپاسخ هابه ركورد ورودي
5)عدم انطباق شرايط ساختگاهي محل ثبت ركوردبامحل سازه مورد بررسي
6)وجودپارامترهاي متنوع مؤثربرپاسخ سازه نظيرمحتواي فركانسي،پريودخاك،مدت زمان زلزله،رفتارهاي كاهنده سازه و ..،كه منجربه لزوم تحليل هاي متعدد وبهره گيري ازنتايج آماري آنها شده است،ميتوان گفت كه اين روش،نسبتا مشكل وپرهزي
ن
ه ميباشد .

1-1-1-3)نتيجه‌گيري
از نتايج بحث برمي‌آيد كه نهايتاً تحليل‌هاي استاتيكي خطي نمي‌تواند رفتار واقعي سازه رابه خوبی نشان دهد و تحليل‌هاي غيرخطي ديناميكي نيز به دلايلي همواره امكان‌پذير نمي‌باشد، پس راه‌حل جايگزيني بايد داشته باشيم كه هم جواب‌هاي صحيح و هم روشي آسان داشته باشند.

1-1-1-4)راه‌حل چيست؟
Gilbert and Smith (2006) showed a parameter-varying approach to identify constitutivenonlinearities in structures subjected to seismic excitations, the objectiveof ensuring safe buildings intensifies the above-stated concerns for which nonlinearstatic pushover analysis (NLSP) can be seen as a rapid and reasonably accuratemethod (Esra and Gulay 2005).
Pushover analysis accounts for inelastic behavior of building models and provides reasonable estimates of deformation capacity whileidentifying critical sections likely to reach limit state during earthquakes (Chopra and Goel 2000).
(Seismic Design Aids for Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete Structures,2010)
Smith و Gilbert نشان دادند مي‌توان تحليلي را جايگزين كرد كه اين تحليل مبني بر حركت سازه به سمت جلو تا رفتن سازه به حالت غيرخطي است.
اين حركت، در سازه‌اي كه تحت تحريك زلزله قرار گرفته شده است صورت مي‌گيرد و هدف تأمين ايمني سازه است كه براي اين كار روش تحليل استاتيكي غيرخطي (Pushover) مي‌تواند سريع و عاقلانه به نظر برسد.
ويژگي‌هاي تحليل Pushover براي رفتار فرا ارتجاعي مدل‌هاي ساختمان و تهية ارزيابي‌هاي قابل‌قبول و ظرفيت تغييرشكل تا مشاهده مقاطع بحراني محتمل به حالت حدّي در طول زلزله مي‌باشد(Chopra and Goel, 2000).
Earthquake-resistant design of structures is essentially focused on the displacement ductility of buildings.
Estimate of ductility demand is of particular interest to structural designers for ensuring effective redistribution of moments inultraelasticresponse , allowing for
the development of energy dissipative zones until collapse (Pisanty and Regan 1993).
(Seismic Design Aids for Nonlinear Analysis of ReinforcedConcrete Structures, 2010)
طرح مقاوم در برابر زلزله در ساختمان‌ها اساساً به قابليت جابجا شدن و تغييرمكان دادن وابسته است، و ارزيابي نياز شكل‌پذيري به طور خاص به طراحان سازه اين اجازه را مي‌دهد كه بتوانند نحوه توزيع لنگرها در پاسخ‌هاي فرا ارتجاعي را بفهمند و اين اجازه داده مي‌شود تا بتوانند نواحي اتلاف‌گر انرژي را تا لحظة فروپاشي سازه گسترش دهند.

1-2-1)مزاياي استفاده از تحليل پوش‌آور (Pushover):
1) در تحليل‌هاي پوش‌آور، مي‌توان از طيف پاسخ استفاده كرد، ولي در تحليل‌هاي ديناميكي بايد از شتاب‌نگاشت استفاده نمائيم.
2) تحليل‌هاي پوش‌آور، ازلحاظ زمان تحليل، زمان كمتري را نسبت به تحليل‌هاي ديناميكي مي‌گيرند.
3) در اين نوع تحليل، حساسيت اطلاعات نسبت به مقاومت و سختي فراهم مي‌گردد.

1-2-2) معايب استفاده از تحليل پوش‌آور :(Pushover)
1) نمي‌تواند به صورت مستقيم، بار لرزه‌اي زمين‌لرزه روي سازه را محاسبه نمايد.
2) نمي‌تواند به صورت مستقيم، ميزان كاهش سختي در چرخة هيسترزيس و ميزان جذب انرژي را محاسبه نمايد.
3) تحليل پوش‌آور، مي‌تواند براي سازه‌هايي كه داراي پاسخ دقيق هستند مناسب باشد ولي اين امكان وجود دارد كه پاسخ براي هر سازه‌اي دقيق نباشد.
4) تحليل استاتيكي پوش‌آور، براي پروسة طراحي قسمت‌هاي مختلف سازه، ارزشمند است. بهرحال، داراي محدوديت‌هايي نيز هست(پروفسور پاول در سمینار سال 2006).

1-3) چگونگي انجام تحليل پوش‌آور:
همانطور كه مي‌دانيم، بر روي سازه بارهاي قائم (ثقلي) و بارهاي جانبي، توأماً وارد مي‌گردند.

در تحليل‌هاي خطي اين بارها را باهم تركيب نموده و در طراحي استفاده مي‌نمائيم. علّت صحيح بودن اين امر نيز بدين‌صورت است كه چون تغييرشكل‌ها تحت هرنوع بار به صورت خطي است، پس جمع نمودن اين تغييرشكل‌ها نيز صحيح است؛ ولي در تحليل استاتيكي غيرخطي، با تغييرشكل‌هاي غيرخطي روبرو هستيم، پس اصل جمع آثار قوا كاري اشتباه مي‌باشد. نحوه تحليل اين سازه‌ها بدين‌صورت است كه ابتدا بارهاي ثقلي را باهم جمع نموده (مثلاً 1.1DL + 1.1LL) و تغييرشكل اين بارها را تحت اين تركيب بار بدست مي‌آوريم.

پس از اين‌حالت، سازه تغييرشكل‌يافته را به عنوان شرايط اوليه براي اعمال بار جانبي قرار مي‌دهيم، بدين‌صورت توانسته‌ايم هر دو اثر را به صورت صحيح لحاظ نمائيم.

در سال2010، سه پروفسور ايتاليايي به همراه يك پروفسور هندي به نام‌هاي ( SrinivasanChandrasekaran,LucianoNunziante,Giorgio Serino,FedericoCarannante ) قابل‌قبول بودن تحليل‌هاي استاتيكي غيرخطي را براي قاب‌هاي خمشي بتني، آزمودند.
نحوه كار بدين‌صورت بود كه از روابط ماتريسي ضرائبي به نام حدّ بالاي فرو ريزش و حدّ پائين فرو ريزش را بدست آوردند.
اين حدود، ميزان سختي سازه درحالت ديناميكي و استاتيكي را بيان مي‌نمود. سپس سختي پوش‌آور سازه را براي قاب‌هاي با شكل‌هاي متفاوت بدست آورده و ثابت نمودند كه سختي پوش‌آور سازه بين ضرائب حدّ بالا و حدّ پائين فرو ريزش درحالت Collapse مي‌باشد.

1-4) نتیجه گیری از بحث های گذشته و تعیین هدف
همانگونه که بیان گردید تحلیل های استاتیکی خطی نمی تواند رفتار واقعی سازه را به خوبی نشان دهد. دینامیکی غیر خطی نیز به دلایلی که بیان شد نمی تواند همواره مورد استفاده قرار گیرد.روشی جایگزین پیشنهاد گردید که عیوب روش های دیگر را نداشت.این نوع تحلیل به شکل های گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرد.
در فصل آینده سعی بر این شده تا بتوان مقایسه ای بین قضایای پلاستیک با روش تحلیل پوش آور
به صورت کمی در قابهای بتنی صورت پذیرد.

فصل دوم
« کلیات تحقیق »

محدوده تخریب قاب هاي خمشي بتني تحت بارهای لرزه ای بوسیله مقایسه با تحلیل استاتیکی غیر خطی
Summary
Recent updates of international codes on seismic analysis and design of buildings reflect the threats to existing buildings under more frequent earthquakes foreseen inthe near future. The objective of ensuring structural safety of these buildings under seismic action intensifies their performance assessment for which pushover analysisis widely accepted as a rapid and reasonably accurate method. However, approachesbased on limit analysis procedures (both static and kinematic theorems of plasticitytheory) have also been equally popular for addressing issues related to structuralsafety in situations of extreme loads that can jeopardize buildings and could threatenthe lives of inhabitants. A comparison between the forecast of design base shearobtained by pushover analysis and collapse loads based on limit analysis proceduresis advantageous to establish confidence in the obtained results. In this chapter, wediscuss the analytical procedures to determine the collapse loads by limit analysisand pushover as well. Comparison of the results obtained by employing the abovetools on multistory moment-resisting reinforced concrete frames subjected to seismic loads is presented. Displacement-controlled pushover analysis is performed onthe building frames whose input parameters like axial force–bending moment yieldinteraction and moment-rotation are derived based on the detailed mathematicalmodeling presented in earlier chapters. Bounds for collapse loads based on bothstatic and kinematic theorems of limit analysis are obtained using mathematical programmingtools. Computer code used to determine the collapse multipliers is givenin Chapter


0 دیدگاه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *