خلاصه
طی 20 سال اخیر، قویاً به واکنش ساختمان ها در مقابل پیچش های سختی که در اثر حرکات ناشی از زلزله به وجود می آیند، رسیدگی شده است، اما اکثر تحقیقات انجام شده، تنها به مدل های ساده ای هم چون مدل تیرهای برشی و ساختارهای یک طبقه محدود شده اند. در این مقاله، با استفاده از یک سری از ساختارهای بتن های تقویت شده 1، 3و5 طبقه ای که برای مقادیر مختلفی از ناهنجاری های طبیعی و تصادفی طراحی شده اند، به این مشکل پرداخته شده است. ایده آل سازی مواد پلاستیک این ساختارها، جهت انجام یک سری تحقیقات پارامتریک پیرامون برخی حرکات حقیقی و نیمه مصنوعی کاربرد دارد.
یافته ها این طور نشان داده اند که نتایجی که از مدل های تیرهای برشی، یک طبقه و ساده اخذ می شوند آنچنان قابل اعتماد نیستند لذا استفاده از آنها برای ایجاد اصول پایه کدگذاری شده توصیه نمی شود.
لغات کلیدی: ساختار های متقارن، ناهنجاری (ناهمگنی)، پیچش، زمین لرزه، واکنش ارتجاعی (الاستیک)، مدل محوری پلاستیک.
مقدمه:
اکثر کارهای منتشر شده ای که در مورد واکنش ساختارهای متقارن به پیچش های ناشی از زمین لرزه های سخت هستند براساس مدل های ساده و یک طبقه ای از تیرهای برشی شکل گرفته اند. ابتداً، این مدل ها از سه عنصر تشکیل شده بودند که به صورت موازی با محور y قرار داشتند، بنابراین تنهنا رابطه ساده برقرار بود و این رابطه به حرکات ساده زلزله ای تعلق داشت.
بعدها برخی عناصر مقاومتی به راستای x اضافه شدند و به همین جهت سیستم‌هایی با دو نامساوی تحت عنوان ورودی های زلزله ای دو بعدی قابل توجه شدند. جالب است بدانید که مول تیرهای برشی سخت از سال 1972 برای تحلیل واکنش سیستم های چند طبقه ای متقارن در مقابل زمین لرزه کاربرد داشته است.
نتایج حاصل از رسیدگی به پیچش های سخت که با مدل های یک طبقه و ساده‌ای از تیرهای برشی به وجود آمده معمولاً برای ارزیابی میزان کفایت قوانین سختی جهت ایجاد کدهای طزراحی ضد زلزله جدید و ارائه پیشنهاداتی برای اصلاح این طرح ها به کار می روند. به هر حال، بنا به دلایلی که در زیر ارائه می شوند چنین برآوردهایی چندان قابل اطمینان نیستند.
(a) مدل ساده ای از تیرهای برشی یک طبقه، که اصولاً به دلیل سادگی در ساختارشان از آنها استفاده می شود، نمی توانند تخمین قابل قبولی از واکنش ساختارهای چند طبقه ای حقیقی ارائه کنند. بنابراین نتایجی از این قبیل تنها دارای ارزش کیفی هستند.
(b) سختی و استحکام عناصر مقاومتی مدل تیر برشی، شرایط مخصوصی دارند و تنها برای بارهای ناشی از زلزله، آن هم به صورت مستقل از هم محاسبه می شوند. در ساختارهای حقیقی عوامل سختی، استحکام و تغییر شکل تسلیم چنان ارتباط مستقیمی با هم دارند که تغییر در یک پارامتر به تغییر 2 پارامتر دیگر منجر خواهد شد.
(c ) در ساختارهای حقیقی، اعضا جهت تحول بارهای افقی و عمودی طراحی میشوند، لذا استحکام و سختی آنها در ارتباط با یکدیگر، با مقادیر مشابه مقاومتی در مدل تیرهای برشی ساده شده متفاوت خواهد بود. بنابراین درصد تغییر در این کمیت‌های ایجاد شده براساس اصول کدگذاری شده پیچش در ساختارهای حقیقی، بسیار کمتر از موارد مشابه در تیرهای برشی است.
(d) تسلیم عنصر انتهایی یک مدل ساده شده یک بیانگر عملی از حذف سختی در آن وضعیت است. در ساختارهای حقیقی میله های تحول کننده سختی ارتجاعی در هر قاب در حقیقت جزء مهمی از خواص سختی ارتجاعی آن به شمار می رود که این سختی توسط ستون هایی که جهت باقی ماندن به حالت الاستیک طراحی شده اند کنترل می شود.
به همین جهت از نظر تفاوت های بزرگی بین ساختارهای حقیقی و مدل های تیر برشی وجود دارد. نقص هایی که برای مدل های ساده شده بیان کردیم نشان می‌دهد که این مدل ها نیازمند رسیدگی بیشتر هستند. این کار به واسطه ایجاد طرح های سه بعدی دقیق، واقعی و ایده آل شده ای صورت می گیرد که برای ساختارهای چند طبقه‌ای که در آن اعضای خمیده شده توسط یک مدل محوری پلاستیک ایده آل سازی شده اند ساخته شده تا کنون هیچ تحقیقات سیستماتیکی که براساس این مدل ها صورت گرفته باشد انجام نشده است.
نشریات وابسته تنها به پرداختن به ساختارهای موجود یا تحقیق پیرامون ساختارهایی با قاب های کاملاً ایده آل شده با یک محور تقارن و تحت حرکت یک بعدی محدود شده اند. ]12و11[ مقاله موجود نتایج اخذ شده از یک مطالعه گسترده پیرامون این مشکل را ارائه می دهد. این مطالعات براساس مدل های سه بعدی و چند طبقه‌ای که دارای یک یا دو نقص هستند و با گروهی از حرکات زلزله ای مرکب تحریک شده اند، شکل گرفته است.
سیستم ها و حرکات به کار رفته:
ساختارهایی که برای این تحقیق استفاده شده دارای یک، سه یا پنج طبقه هستند و قاب هایی با بتن تقویت شده، و مقاوم در برابر گشتاور در دو راستا تشکیل شده اند. این ساختارها در شکل 1،2و3 نشان داده شده اند اگرچه ما این قاب ها را قاب های فضایی می نامیم ولی در اینجا آنها را با پارامترهای Fr1 تا Fr6 رسم کرده ایم. به طریقی که Fr1، Fr2 و Fr3 به موازات محور Fr4، Fr5 و Fr6 موازی محور xها قرار گرفته اند. توجه داشته باشید که Fr2 در ساختارهای 3 طبقه‌ای Fr29 و Fr4 در ساختارهای پنج طبقه ای به دو قاب بعدیشان که در وسط قرار گرفته اند مربوط میشوند.
در این حالت، می توان نتایج را با عناصر مشابه در مدل ساده ای از تیرهای برشی مقایسه کرد. میزان نامتعارف سختی، که برای تمام سطوح یکسان است، با مقادیر 0.30L . 0.20L , 0.10L , e=0.00 (L بعد افقی طرح) آمایش شد. در حالت یک نقصی، مرکز ثقل (CM) و مرکز سختی (CR) روی محور x می خوابد در حالی که در وضعیت دو نقصی این دو مرکز به صورت اریب (شیب دار) قرار می گیرند. توجه کنید که در ساختارهای چند طبقه ای، عموماً CR تعریف نمی شود، مگر در بعضی شرایط بسیار حاد.
اینجا این مرکز براساس حدود سختی قاب تخمین زده شده است. براساس مدل تیر برشی ساده شده قاب های نزدیک تر به CR (Fr1 و Fr6) قسمت های سخت و قاب‌های دورتر از CR (Fr3 و Fr4) قسمت های انعطاف پذیر هر ساختار به شمار می‌روند.
ارتفاع طبقه در تمام ساختمان ها 3 متر است و طبقه همکف 4 متر. تمام ساختمان‌ها برای تحول نیروهای ثقل و نیروهای ناشی از زمین لرزه براساس کدهای اروپایی 2 (بتن تقویت شده) و 8 (طرح مقاوم در مقابل زلزله) طراحی شده اند، در حالی که طراحی های فرعی جهت تحمل مقادیر مختلفی از ناهنجاری های تصادفی نیز وجود دارند. eacc=0.05L , eacc=0.0 (برای هر EC8) و eacc=A0.05L (به عنوان هر UBC-97 و کد یونانی [15]) دوره های طبیعی در شرایط مختلف در لیست جدول 1 آمده‌اند. تحلیل غیر خطی دینامیکی ساختارها برای گروهی از حرکات حقیقی و مصنوعی به کار می رود. این کار با استفاده از اصول اصلاح شده برنامه ANSR صورت می گیرد. اجزا قاب به وسیله یک مدل از محور پلاستیکی ایده آل سازی شدند که در آن گشتاور چرخشی اصلاح شده با نسبت سختی برابر با 0.05 در نظر گرفته شده سختی در نقطه تسلیم به واسطه زانوهای ضد زلزله با مقدار EL=Myl/6ey قرار داده شد در حالی که Qy براساس معادلات نیمه تجربی ارائه شده توسط
Park & Ang محاسبه گشت. در تحقیق موجود سه گروه از تحریکات زلزله ای به کار رفتند، که هر کدام شامل 5 حرکت دو جزیی بودند. اولین گروه، گروه A، حرکات حقیقی و از نوع باز بودند، دومین گروه، گروه B، شامل حرکاتی با ضربان های سریع و به صورت حقیقی بود. سومین سری از ده حرکت نیمه مصنوعی به واسطه اصلاح 10 جز حرکات گروه A به وجود آمدند (گروه C).
بنابراین می توان گفت این طیف حرکات جدید تقریباً با طیف الاستیک طراحی شده EC8 برابری می کند. متد به کار رفته بر پایه روش سعی و خطا و تکنیک های تبدیلی Fourier شکل گرفت. این مقایسه بسیار نتیجه بخش بود. مخصوصاً برای حرکات نیمه مصنوعی که در آن تفاوت های طیفی از تجاوز نمی کند. هر جفت از حرکات دوبار اعمال شد، با تغییر جهت اجزاء در امتدادهای y,x.
بنابراین برای هر گروه از حرکات 10 سری تحلیل شکل گرفت و این یعنی مقادیر پارامترهای واکنش گر اصلی برای ارزیابی- تاثیرات پیچش به کار می روند. عوامل استاندارد بعدی نیز محاسبه شدند و عموماً بیشتر از 15% نبودند. برای هر ساختمان آزمایش شده، پارامترهای واکنشگر (جابجایی آخرین طبقه، فاکتورهای چکش خواری و عوامل تخریب‌کننده) توسط سطح (کف) قاب و دیگر اجزا (تیرها و ستون‌ها) گروه‌بندی شدند و حداکثر مقدار پارامتر مربوط، به عنوان مقدار مرجع در اندازه گیری های مختلف قرار داده شد.
نتایج انتخاب شده:
به دلیل محدودیت های موجود در این متن تنها نتایج کمی در اینجا ارائه می شود. تحقیق کامل در مرجع 13 دیده می شود.
تاثیرات حرکات مختلف زمین:
قاب های یک طبقه ای برای سه دسته از حرکات مورد بررسی قرار گرفتند تا مشخص شود که آیا تفاوت در خصوصیات حرکات به تفاوت های کیفی در نتایج می‌انجامد