دانلود مقاله ارزیابی بر اساس عملکرد و تعمیر ساختمان های آسیب دیده از زلزله

چکیده: این مقاله گزارشی است از آخرین تحقیقات انجام شده توسط شورای تکنولوژی کاربردی (ATC) وابسته به آژانس فدرال مدیریت بحران (FEMA) برای توسعه یک روند ارزیابی کمی است و نقصان هایی که از خرابی سازه ای بر اثر وقوع زلزله ناشی می شود.

این کار با مقایسه عملکرد مورد انتظار از یک ساختمان آسیب دیده که در معرض زلزله های آینده قرار می گیرد با عملکرد مورد انظتار برای یک ساختمان غیر آسیب دیده انجام می شود.

جابجائی های کلی سازه که از تحلیل استاتیکی غیر خطی بدست می آید به عنوان شاخصهای ظرفیت که به سطوح عملکرد مطلوب (مانند جلوگیری از ریزش- ایمن جانی- کنترل خرابی ) مربلوط می شود عمل می کند.

این جابجائی ها با تغییر شکلهای کلی مورد نیاز در سطوح خطر لرزه ای دلخواه مقایسه می شود تا قابلیت ساختمان در دستیابی به اهداف عملکردی در هر دو حالت خراب شده و خراب نشده مشخص شود.

اصلذاحات و تغییراتی بر اساس تست و مشاهدات کارگاهی بر روی روابط نیرو- تغییر شکل در اجزاء سازه صورت می گیرد تا تأثیرات خرابی را منعکس کند.

افت عملکردی بر اثر زلزله مخرب، بوسیله هزینه مربوط به ترمیم عملکردی مورد نظر مورد برآورد کمی قرار می گیرد که آیا آن اندازه ترمیم که در سطح قطعات اجرا شده در آینده به قابلیت عملکردی معادل با ساختمان خراب نشده منجر می شود.

مقدمه و پیش زمینه زمانی که یک زلزله باعث خرابی سازه ای در یک ساختمان می شود عملکرد مورد انتظار ساختمان طی زلزله های آینده ممکن است تغییر کند.

تفاوتها در عملکرد ساختمانهای آسیب دیده در قیاس یا ساختمانهای آسیب ندیده بر اثر نقصان و افت های ناشی از زلزه قبلی در ساختمان آسیب دیده می باشد هزینه های مستقیم و غیر مستقیم بازگرداندن سطح عملکرد آتی ساختمان به خالت غیر تخریبی این تفاوتها را جبران می کند.

آمچه در بالا ذکر شد اصول پایه پروژه تحقیقاتی (ATC) در سه بخش در زمینه ارزیابی و تعمیر ساختمانهای بتن و بنایی ویران شده در برابر زلزله می باشد.

روند و ضوابط آن در بخشهای زیر طبقه بندی شده است.

a)تشخیص و مستند کردن خرابی های ناشی از زلزله b)طبقه بندی خرابی اجزاء بر اساس رفتار و سختی ساز، c )ارزیابی تأثیر خرابی در عملکرد مورد انتظار ساختمان طی زلزله های آتی d)ارتقاء و توسعه اندازه های مفروض که عملکرد مورد انتظار را به سطح ساختمانهای خراب نشده می رساند.

گرایشهایی ایجاد شده است تا تأیید خرابی زلزله را با تخمین افت های ناشی از آخرین نیروها اندازه گیری کننده تا به این وسیله ظرفیت مقاومتی سازه را افزایش دهند.

چنین فرض می شود که به عنوان مثال در ساختمانهای دارای دیوار برشی تخریب شده افت ها می تواند به میزان و وسعت ترکهای بتنی و بنایی ایجاد شده وابسته باشد.

عرم توافق های زیاد در تشخیص ترکها در ظرفیت و همچنین در کارآمدی ظرفیت باربری به عنوان یک پارامتر در اندازه گیری میزان خرابی وجود دارد.

پیشرفتهای اخیر در گسترش تکنیکهای ارزیابی بر اساس عملکرد امکان سنجش بهتر از تأثیر خرابی در ساختمانهای بتنی و بنایی را فراهم ساخته است.

روندهایی که بر اساس عملکرد هستند تأثیر تکانهای زلزله را روی سازه بوسیله حالتهای محدودیت های جابجائی مشخص کرده اند.

این مقاله نگاهی به تطابق های این روندها با ارزیابی خرابی زلزله در ساختمانها دارد.

روش ارزیابی از یک مدل ساختمان با در بر گرفتن اجزاء سازه ای آن استفاده می کند.

رفتار سازه در شرایط خراب نشده و خراب شده و بارسازی شده اش توسط روابط غیر الاستیک نیرو- تغییر شکل به ازاء هر جزء سازه کنترل می شود.

روش ارزیابی چنین فرض می کند که زمانی که زلزله باعث خرابی یک ساختمان می شود یک مهندس با کفایت می تواند تأثیرات آن یا لااقل بخشی از آن را بوسیله بازرسی عینی و تست های تشخیصی تکمیلی و تحلیل های سازه ای و دانش سازه ای تشخیص دهد.

با مشخص کردن این نکته که خرابی سازه ای چه میزان خواص سازه ای را تغییر داده است این امر امکان پذیر می شود که تحلیلاً عملکرد آینده ساختمان خراب را با شرایط عیر خراب مقایسه کنیم همچنین این امکانم فراهم می شود که با یک سری کارهای ممکن، ساختمان خراب شده را به شرایطی برگردانیم که عملکرد آن در برابر زلزله های آینده ضرورتاً معادل با ساختمان خراب نشده باشد.

روند ارزیابی بر اساس عملکرد اهداف عملکردی روند ارزیابی مطرح شده بر اساس عملکرد می باشد به این دلیل است که پذیرفتگی و (تغییرات پذیرفتگی که به اثر خرابی قبلی ایجاد می شود) بر اساس درجه ای که یک سازه بد یک یا چند سطح عملکردی می رسد در برابر خطرات ایجاد شده بوسیله یک یاچند زلزله فرض آینده اندازه گیری می شود.

یک سطح عملکردی نوعاً بوسیله یک حالت خرابیویژه برای یک ساختنا تعریف می شود.

سطوح عملکرد رایج به منظور کاهش مقدار خرابی عبارتند از:پیشگیری از ریزش- ایمنی جانی- اشغال آنی معمولاً خطر ناشی از زلزله های فرض آینده بر اساس شدت تکانهای زمین با یک احتمال تجاوز از مقدار مربوط در زمان مشخص و محدود یا بر اساس تشخیص احتمال وقوع زلزله روی یک گسل خاص تعریف می‌شود.

ترکیب یک سطح عملکرد و یک خطر زلزله یک هدف عملکردی را تعریف می کند.

پارامترهای عملکرد لرزه ای: تحقیقات و پیشرفت های اخیر منجر به معرفی یک روش تحلیل سازه بر اساس رفتار غیر ارتجاعی سازه ها شده است.

هریک از این روندهای استاتیکی غیر خطی (NSP) یک طرح و پلات تولید می کند که منحنی ظرفیت نامیده می شود.(شکل 1) و پارامترهای جابجائی کلی (به عنوان مثال در سطح سقف) را به آخرین نیروی وارده به سازه وارده به سازه مربوط می کند.

در NS ها از نظر تکنیک استفاده شده برای تخمین ماکزیمم جابجائی کل برای یک زمین لرزه خاص متفاوت از یکیدیگر هستند.

روند ارزیابی خرابی ها انجام می شود تا محدودیت ظرفیت جابجائی کل برای یک سطح عملکردی خاص را با حداکثر نیاز جابجائی کل برای یک زمین لرزه خاص مقایسه کند.

نسبت بهبه عنوان معیار دستیابی به اهداف عملکردی در نظر گرفته می شود.

برای هر تغییر مکان کلی سازه مد نظر به ازاء الگوی بار جانبی داده شده یک تغییر شکل غیر مستقیم (ثانویه) برای هر حزء ساختمان وجود دارد.

ظرفیت سازه مورد نظر برای سطح عملکردی ارائه شده بوسیله تغییر مکان کلی ماکزیمم جایگزین می شود.

که در آن خرابی محدودیت را برای سطح عملکردی ویژه افزایش می دهد.

به عنوان مثال ظرفیت پیش گیری از فروریزش یک ساختمان ممکن است تغییر مکانی از سقف باشد که در آن خرابی ثانویه منجر به ریزش یک یا چند ستون آن ساختمان شود.

اجزاء سازه ای مدل تحلیلی ساختمان شامل جمع آوری اجزاء یازه ای تکی می باشد.

مشخصه نیرو- تغییر شکل برای تک تک اجزاء حالت های ایده آل سازی شهری رفتار فرضی جانشین، تحت شرایط بارگذاری سیکلی می باشد(شکل 4) در ابتدای پروسه ارزیابی، مهندسی اجزای اساسی را با پیش بینی مکانیزهای کنترل کننده جانبی غیر الاستیک برای هر عضو در سیستم مقاوم در برابر نیروی جانبی تشخیص می دهد.

این آنالیز شامل تشخیص مقاومتنهایی نسبی (محوری- برشی- خمشی) هر جزئی به منظور پیش بینی مکانیسم مجاز سینماتیکی (جنبشی) می باشد که زمانی رخ می دهد که عضو تغییر مکان جانبی در اثر افزایش نبروهای جانبی داده است.

اجزای دیواری بتن مسلح به عنوان مثال در حدول یک از شکل 5 به صورت خلاصه سازی شده ارائه شده است.

جدول 1 انواع اجزاء برای دیوارهای بتن مسلح مستندسازی و جمع آوری اطلاعات: به منظور دستیابی به تأثیراتی که خرابی های گذشته در عملکرد لرزه ای آینده دارد حالت و وضعیت خرابی می بایست جمع آوری و مستند شود.

این کار شامل موارد زیر است.

- جمع آوری و مدور اطلاعات موجود در رابطه با تشخیص زلزله - جمع آوری و مدور اطلاعات در مورد شرایط سازه ای ساختمان در هر دو حالت قبل و بعد از وقوع زلزله - بازدید و تستس به منظور تشخیص نوع و وسعت خرابی -استنباط نتایج تشخیص داده شده سند 306FEMA (1998FEMA) راهنمائی های جزء به جزء در انتخاب تکنیک های شناسایی سند مناسب ارائه می دهد.

طبقه بندی خرابی در اجزاء برای هر بخشی از سیستم سازه ای مهندس بر اساس مد رفتاری خرابی ها را طبقه‌بندی می کند مد رفتاری جایگزین نوع غالب خرابی بوجود آمده در آن جزء می‌شود.

مد رفتاری به مقاومت نسبی اجزاء مختلف در برابر نیروهای متفاوت (به عنوان مثال لنگه- برش یا نیروی محوری) بستگی دارد.

جدول 2 مثالی از مدهای رفتاری برای دیوارهای بنایی مسلح ارائه می کند.

از آنجایی که شکل پذیری بر اساس مد رفتاری تغییر می کند انتخاب درست مد رفتاری در تعبیر تأثیر خرابی ها بسیار حائز اهمیت می باشد.

برای هر جزء را سازه مهندس شدت حرابی را همانطور که در جدول 3 ارائه شده است طبقه بندی می کند.

سند 306FEMA(1998FEMA) رهنمودهایی از جزء به جزء قسمتهای مختلف سازه برای تسهیل تشخیص و طبقه بندی اجزاء ارائه می کند.

کنترل: تشخیص خرابی و درک اجزاء یک پروسه متناوب است اطلاعاتی که در کارگاه در کنترل نوع قطعه به کمک مهندس می آید بر اساس رفتار واقعی سازه می باشد.به عنوان مثال شکل 5 دو مکانیسم غیر الاستیک جنبی ممکن را برای عضو مربوط نشان می دهد.

محاسبات تئوری ممکن است یکی یا دیگری و اجزاء ثانویه آنها را پیش بیمی کند.

اما مشاهده خرابی در کارگاه ممکن است نتیجه متفاوتی داشته باشد یا نتیجه گیری متفاوت در مکانیسم پایه و تشخیص اجزاء را منجر شود.

منابع زیادی از این اختلافها وجود دارند که عبارتند از: a)توزیع قائم نیروی جانبی ناشی از حرکات مخرب زمین ممکن است با آنچه که در تولید مکانیسم جانبی عیر الاستیک بکار رفته است متفوت باشد.

در این حالت مدهای رفتاری مشاهد شده در کارگاه ممکن است به صورت تحلیل پیش بینی شده به علت اندازه های نسبی عمل اجزاء متفاوت باشد.

به عنوان مثال استفاده از توزیع بالاتر مرسوم بار جانبی مستطیلی برای یک دیوار برشی طره ای ممکن است مد رفتاری خمشی را پیش بینی کند که در آن ظرفیت خمش نهایی در پایه دیوار مقدم بر ظرفیت برشی می باشد.

اگر یک مد رفتار برشی در کارگاه مد نظر باشد ممکن است نشان دهند.

یک توزیع بار جانبی ذوزنقه ای یا مستطیلی باشد که ایجاد کننده کمتری برای اجزاء می باشد جدول 2:احتمال خرابی زلزله در دیوارهای بنایی مسلح بر اساس اجزاء و مد رفتاری جدول 3:شدت خرابی اجزاء b)شدت حرکات مخرب زمین ممکن است با آنچه در تحلیل ها فرض شده است متفاوت باشد.

ماکزیمم تغییر مکان کلی در عمل در حین زلزله رخ می دهد می تواند بزرگتر یا کوچکتر از آنچه پیش بینی شده است باشد.

این امر متناظراً باعث تولید شدت بیشتر یا کمتر اجزاء می شود.

نوع اجزاء و مد رفتاری ممکن است تحت تأثیر قرار نگیرد.

c)مقاومت اجزاء برای کنش های مختلف ممکن است با آنچه به صورت تحلیلی پیش بینی شده متفاوت باشد که این امر می تواند به انواع اجزاء یا انواع مدهای رفتاری منجر شود.

بسیاری از فرمول بندی های تئوری مرسوم برای مقاومت اجزاء به عنوان معادلات طراحی بکار مب روند.

بنابراین درجه مناسبی از ملاحظات را در برگرفته و رنج وسیعی از عملکردها را پوشش می دهد سند FEMA307 (b1998FEMA) بر اساس تحقیقات تجربی و تئوری موجود از رفتار عملی سازه ها منابعی را برای فمول بندی گزینه ای در اختیار قرار داده است اگر یک گزینهمقاومتی را تخمین بزند که بیشتر به رفتار مشاهده شد.

و شرایط ویژه نزدیک باشد آن برای اهداف ارزیابی مناسب می باشد.

تجزیه و تحلیل این مغایرت ها نیاز به دقت در آنالیزها و مدل سازه ای به گونه ای که به نوع اجزاء منجر شود و مدهای رفتاری و شدت خرابی بر اساس شرایط مشاهده شده دارد.

در برخی موارد مهندس ممکن است آزمایشات بیشتری را برای حل تداخل اطلاعات خواستار شود.

تکمیل مراحل فوق به جایگزینی منطقی خرابی های عملی و استنباط پایه ای از پاسخ سازه به زلزله مخرب منجر می شود.

تغییر و اصلاح خواص اجزاء تأثیر خرابی در رفتار اجزاء همانگونه که به صورت نوعی در شکل 6 نشان داده شده مدل می شود.

معیار پذیرش اجزاء در شکل 7 نشان داده شده است فاکتورهای استفاده شده برای تغییر و اصلاح خواص اجزاء به صورت زیر تعریف می شود.

فاکتور اصلاحی ایده آل سازی منحنی نیرو- تغییر شکل اجزاء بر اساس تغییرات سختی داخلی مؤثر ناشی از خرابی زلزله فاکتور اصلاحی برای ایده آل سازی منفی نیرو تغییر شکل اجزاء بر اساس تغییر در مقاومت مورد انتظار که از خرابی زلزله ناشی می شود.

فاکتور اصلاحی بکار گرفته شده برای محدودیت های تغییر شکل مورد پذیرش اجزاء با در نظر گرفتن خرابی زلزله.

: اندازه دقیق تغییر شکل پس ماند در یک جزء سازه که از خرابی زلزله ناشی می شود.

بزرگی فاکتورهای اصلاحی به مد رفتاری سازه و شدت خرابی تک تک اجزاء بستگی دارد آنها در راهنمایی اجزاء سند 306FEMA(1998FEMA) جدول بندی نشده اند فاکتورهای اصلاحی ساختمانها کیفی هستند که از تکرار زیاد اطلاعات تجربی روی اجزاء بتنی و بنایی و قابهای توپر ناشی شده است.

شکل 8 رابطه کلی بین شدت خرابی و فاکتورهای اصلاحی را نشان می دهد.

سختی اجزاء بیشتر به خرابی حساس است.

کاهش مقاومت شدت خرابی را افزایش می دهد.

مقدار تغییر مکان قابل قبول کاهش یافته است تا شدت خرابی نسبتاً کم شود.

سنجشهای ترمیم عملکرد: سنجش ترمیم عملکرد اعمال مفروض می باشد که اگر انجام شود در عملکرد آینده منجر به یا تقریباً معادل با ساختمان خراب نشده می شود.

سنجشهای ترمیم عملکرد ممکن است شکلهای متفاوتی به خود بگیرد که عبارتند از: a)ترمیم اجزاء محدود می شود به تعمیر عناصر تکی تا به این روش خواص سازه را که به اساس خرابی زلزله کاهش پیدا کرده را بهبود بخشید.

قسمت راهنمایی (a1998FEMA) توصیه هایی بر اساس نوع اجزاء و مد رفتاری و شدت خرابی ارائه می کند که این بر می گردد به ویژگی های مطرح شده برای تکنیک های ترمیم تک تک اعضاء در سند 380FEMA(c1998FEMA).

b9نوع شدید ترمیم اجزاء، جایگزینی کلی می باشد.

در بعضی موارد این تنها گزینه ای است که در راهنمایی اجزاء آمده است.

شاید هم در مواردی جایگزینی اجزاء نسبت به تعمیرات موضعی اقتصادی تر باشد.

c)عملکرد سازه ای می تواند ترمیم شود با اضافه کردن عناصر مقاوم در برابر نیروهای جانبی روند فرموله کردن سنجشهای ترمیم عملکرد شامل ارتقاء سطح اجزاء بر اساس یک یا ترکیبی از گزینه های فوق می باشد.

افت مربوط به خرابی زلزله می تواند به عنوان هزینه کلی سنجش ترمیم عملکرد برآورد شود.

خلاصه تجارب بدست آمده از زلزله های اخیر نشان داده است که پیشرفتهای تکنیکی که در استانداردهای مهندسی برای ارزیابی و تعمیر ساختمانها، مسئله بهبود سازه را ارتقاء داده و آسان کرده است.(هولمر 1994 و روزل 1994).

نخستین موانع در ایجاد استانداردهای کارآمد و مؤثر در ارزیابی و تعمیر ساختمانهای خراب شده به صورت زیر خلاصه می شود.

a)کمبود روشهای فرموله شده تحلیل تأثیر واقعی خرابی در عملکرد ساختمانها b)اطلاعات محدود در زمینه رفتار اجزاء سازه به خصوص درباره کارآمدی تعمیرات، رابطه بین تکنیکهای تعمیر و شدت خرابی و تأثیر تعمیرهای موضعی در رفتار کلی ساختمان.

c)ناکار آمدی روشهای سنجش اهمیت خرابی با توجه به خطرات آینده روند ارزیابی خرابی بر اساس عملکرد با کاهش هریک از این نقصها، پیرشفتهایی را ایجاد می کند.

این روند یک قاب بندی درست از لحاظ تکنیکی برای ارزیابی و تعمیر خرابی زلزله می باشد.

این روش تمرکز می کند بر روی تغییر مکان کل و تغییر شکل اجزاء که خیلی بیشتر نشان دهنده خرابی نسبت به ظرفیت های مقاومت و نیروها هستند.

استفاده از تکنیکهای تحلیل غیر ارتجاعی با استاندارهای عمومی برای طراحی مطابقت دارد.

در آینده پیشرفتها در این تکنیکها بویژه در تخکین نیاز جابجائی، روند ارزیابی را ارتقاء خواهد داد.

روند فوق با اطلاعات اضافه شد.

دیگر در زمینه رفتار تکی اجزاء دیوارهای بنایی و بتنی با در نظر گرفتن تأثیر خرابی و تعمیر تکمیل خواهد شد.

باید به این نکته مهم توجه شود که حجم اطلاعات در دسترس در مورد رفتار اجزاء در بعضی مواقع محدود است.

تحقیقات وسیعتر در زمینه قاب بندی که توسط FEMA چاپ شده است می تواند این شکافها را پر کرده و همچنین عملکرد را به انواع دیگر سازه توسعه دهد.

در نهایت بر اساس عملکرد، یک ارزیابی از اهمیت و در همه خرابی با در نظر گرفتن خطر آتی آن ارائه می شود.

این مسئله باعث می شود که مالکان تصمیم های آگاهانه تری برای ترمیم و ارتقاء ساختمانهای خود بگیرند.

همچنین روند تکمیل سیاستهای عمومی کوتاه مدت برای بهبود و طولانی مدت برای حفظ جامعه را تسهیل می کند.

شرحنوع قطعهقوی تر از تیر یا اجزاء محیطی که در این صورت رفتار غیر خطی در پایه به صورت مفصل پلستیک خمشی یا گسیختگی برش متمرکز می شود.

اگر قطعه دارای قطع کننده سطح بالای می باشد این مفطع همچنین باید برای رفتار غیر خطی چک شود.دیوار طره ای یا دیوار با پایه های دارای دیوار قوی ترضعیف تر از اجطاء محیطی که به آن متصل است و بوسیله مفصل خمشی در بالا و پایین یا گسیختگی برش تشخیص داده می شود.پایه های دارای دیوار ضعیف ترضعیف تر از پایه های دیوار که به آن متصل است و بوسیله مفصل در هر انتها و گسیختگی برش و گسیختگی برش لغزش مشخص می شود.اجزاء پیرامونی ضعیف تر یا تیر مزدوجنباید تحت تأثیر خرابی قرار گیرد زیرا از پایه های متصل شده قویتر است اگر این مقطع خراب است احتمالاً باید دوباره به عنوان طبقه بندی شود.اجزاء پیرامونی قویترپانل با پایه های پیرامونی نوع دیوارنوع دیوارنوع دیوارنوع دیوارمد رفتاریشکل پذیریپیرامون قوی ترپیرامون ضعیفترپایه ضعیفترپایه قوی تررایجغیر محتملرایجخمشبالاممکن است اتفاق بیفتدسنگی بستربالاممکن استرایجرایجبرش مورب/خمششکل پذیر متوسطغیر محتملغیر محتملممکن است با دوره های تغییر مکان زیاد همراهناپایداری/خمش خارج از طرحشکل پذیر متوسطممکن استممکن استممکن استسنگی پایهشکل پذیر متوسطرایجرایجرایجبرش قطریشکل پذیری کم یا عدم شکل پذیریممکن است در دیوارهای جزئی ضعیف رخ دهدممکن است در دیوارهای جزئی ضعیف رخ دهدبرش لغزشیشکل پذیری یا عدم شکل پذیری ناچیزخرابی در مورد سازنده ناچیز است علیرغم از دست دادن کم سختی اندازه های اصلاح و باز گرداندن به حالت اول جنبه ظاهری و نمایش داردکمخرابی اثر کمی روی خواص سازه ای دارد.

نسبتاً بازسازی سازه ای کمی برای قسمت اعظم اعضاء و مدهای رفتاری نیاز است.متوسطخرابی تأثیر متوسط بر خواص سازه ای دارد.

گستره و حدود ابعاد بازسازی به نوع عضو و مد رفتاری بستگی دارد.

ممکن است برای بعضی از اعضاء بازسازی به صورت مهم و کلی باشدسنگینخرابی تأثیر اصلی و مهمی روی خواص سازه ای دارد.

گستره ابعاد بازسازی عموماً زیاد است و ممکن است نیاز به جایگزینی یا تقویت بعضی از اجزاء باشدبسیار زیادخرابی خواص سازه ای را به سطح عیر قابل اعمتمادی کاهش داده است.

محدوده بازسازی عموماً به جایگزینی و تقویت اجزاء نیاز دارد.