روشهای تحلیل غیر خطی سازه ها و تحقیقات انجام شده

روشهای تحلیل غیر خطی سازه ها و تحقیقات انجام شده

نگاه کلی به روشهای تحلیل غیر خطی سازه ها نگرش طراحی در دو دهه اخیر از طراحی بر اساس مقاومت بدلیل مشکلاتی که در این نوع طراحی وجود دارد به سمت طراحی بر مبنای عملکرد(Performance based Design(PBD))، در حال تغییر است، در حال حاضر از این روش بیشتر در بهسازی و بازسازی ساختمان ها و سازه های موجود بهره گرفته می شود.از جمله مشکلات روش طراحی بر اساس مقاومت می توان به موارد زیر اشاره کرد:·      استفاده از ضرايب کاهش نيرو و يا ضرايب شکل­پذيري در طراحي سازه­ها منجر به میزان ريسک يا خطرپذيري غيريکنواخت در آن­ها مي­شود. از اين روي شکل­پذيري مشخصه ضعيفي جهت نشان دادن پتانسيل آسيب­ديدگي خواهد بود. به عبارت روشن­تر اگر دو ساختمان متفاوت، بر اساس آيين­نامه­اي واحد و با ضرايب کاهش نيرو و يا ضرايب شکل­پذيري يکسان طراحي شوند، ممکن است تحت اثر زمين لرزه­اي معين، سطوح آسيب ديدگي غير مشابهي در آنها به وجود آيد.·      در اکثر ساختمان­ها ( به خصوص در ساختمان­هاي بلند ) محدوديت­هاي تغيير مکان نسبي طبقات، بر طرح لرزه­اي حاکم خواهند بود. اين موضوع علاوه بر مسأله عدم قطعيت در تعيين تغييرمکان­هاي نهايي، بر پيچيدگي طراحي نيز خواهد افزود چرا که فرآيند طراحي را به يک روند تکرار شونده تبديل مي­نمايد.·      مسأله آسيب ديدگي براي اعضاي سازه­اي و غير سازه­اي وابسته به کرنش و تغيير مکان­هاي نسبي است. واضح است که در طراحي بر اساس نيرو، هيچ رابطه­اي بين مقاومت موجود و آسيب­ديدگي متناظر با آن وجود ندارد.برای طراحی سازه ها، ارزیابی و نیز بهسازی سازه های موجود بر مبنای روش PBD، بیشترین کاربرد را روشهای تحلیل غیر خطی دارند[5،4]. هدف از این تحلیل پیش بینی پاسخ سازه تحت لرزش زمین لرزه ای است که در آینده رخ خواهد داد. این مساله اهمیت و ارزش زیادی در طراحی بر اساس عملکرد، به عنوان روشی برای طراحی و ارزیابی زمین لرزه ای پیدا کرده است. در روش PBD از پیش بینی عملکرد سازه در زمین لرزه برای تصمیم گیری درمورد ایمنی آن در زمین لرزه استفاده می­کند. برای این هدف، PBD، مشخصات عملکردی اولیه را بصورت آسیب های پیش بینی شده در اعضای سازه ای و غیر سازه ای بیان می کند. آسیب های سازه ای دلیل بر رفتار غیر الاستیک هستند، پس شیوه های تحلیل و طراحی سنتی که از روش های الاستیک خطی استفاده می کنند تنها قادر به پیش بینی ضمنی رفتار سازه هستند، از طرف دیگر هدف روش های تحلیل غیر خطی سازه های تحت اثر نیروهای ناشی از زمین­لرزه تخمین مستقیم مقدار تغییر شکل های غیر الاستیک است. روند معمولی تحلیل غیر الاستیک شبیه شیوه های خطی رایج است که مدل سازه در معرض تعدادی زمین لرزه قرار می گیرد، شکل (1-1).شکل1-1: روش تحلیل غیر خطی برای تخمین نیروها وتغییر شکل های غیر الاستیک [4] نتایج تحلیل، تخمین پاسخ های تقاضای مهندسی  (Engineering Demand)از مدل سازه‌ای است که این نتایج متعاقباً در قیاس با معیار های قابل قبول برای تعیین عملکرد سازه استفاده می شوند. پارامتر های تقاضای مهندسی شامل تغییر مکان هدف (roof displacement) جابجایی نسبی طبقه، برش طبقه، نیرو و تغییر شکل اعضای می­شود. چندین روش تحلیل غیر­الاستیک مبنای وجود دارند که بر اساس نوع مدل سازه و اهمیت آن روش تحلیل تعیین می­شوند. در ادامه مشخصات تحلیل غیر الاستیک و روش های متنوع آن بیان می شود. 1-2-1: مدل سازیاولین مساله در تحلیل غیر خطی نحوه مدل کردن آن می باشد. مدل کردن سازه در تحلیل غیر الاستیک شبیه مدل کردن در تحلیل الاستیک خطی اجزای محدود است، تفاوت اولیه در مشخصات همه یا تعدادی از اعضای مدل، شامل مشخصات تغییر شکل و نیرویی پس از مرحله الاستیک علاوه بر ویژگی های الاستیک می باشد که می باید مشخص شده باشد. بطور معمول تقریب هایی وجود دارد که از نتایج آزمایشات اعضای خاص یا تحلیل های تئوری بدست آمده است. در بیشتر مواقع استفاده از پارامترهای مربوط به مشخصات ژئوتکنیکی و شالوده نیز در مدل از اهمیت برخوردار است.شکل 1-2: جزییات شماتیک از مدل غیر الاستیک سه بعدی سازه [1] در جزییات مدل ها به ناچار تقریب ها و عدم قطعیت هایی اعمال می شوند. و نیز برای نتایج بدست آمده یک تخمین حد وسط و یا میانگینی زده می شود که بستگی زیادی به برداشت و تفسیر مهندسی دارد. در بعضی اوقات مهندسان مدل سازه 3 بعدی را با یک مدل چند درجه آزادی، معادل می کنند. این امر می تواند با یکسان فرض کردن ویژگی ها انجام شود که مدل“Fishbone” نامیده می شود، شکل (1-3-a). در بعضی موارد مدل بازهم ساده تر می­شود، که مدل میله ای“stick”نامیده می شود، برای مثال در صورتی که لنگر چرخشی در امتداد اعضای خمشی مثل دیوار برشی طره و یا قاب مهار بندی شده، نادیده گرفته شود، از مدل میله ای تیر خمشی شکل (1-3-b) استفاده شده است. و یا نیز زمانی که فقط رفتار و مکانیسم های برشی طبقه در نظر گرفته شود ( تیر قوی و ستون ضعیف)، تیر برشی، شکل (1-3-c)می تواند به عنوان مدل مناسبی به کارگرفته شود. شکل1-3: انواع ساده سازی در مدل کردن سازه [1] ساده سازی دیگر در منحنی ظرفیت است، این منحنی پایه روش استاتیکی غیر خطی است که بعدا بحث خواهد شد. این منحنی از اعمال بار جانبی افزایشی بر سازه بدست می آید، شکل(1-4). شکل1-4: رفتار نیرو-تغییر شکل به صورت ایده آل (a , b & c)[1] 1-2-2:مشخصات زمین لرزهدر زمان وقوع زمین لرزه، دامنه، فاز و فرکانس زمین لرزه به ویژگی های منبع زمین لرزه ازجمله اندازه، مکانیسم گسیختگی، جهت صفحه گسل نسبت به محل و غیره بستگی دارد، ویژگی های زمین لرزه از اثر تضعیفی که در انتشار موج در سنگ بستر از مرکز زمین لرزه تا محل مورد نظر رخ می دهد و نیز از اثرات شرایط محلی، اثر می پذیرد. ویژگی­های محل، شامل ساختار حوزه، ویژگی های دینامیکی لایه رسوبی و نیز توپوگرافی سطح زمین از این دسته عوامل هستند. منبع زمین لرزه، میرایی و اثرات محل به طور شماتیک برای یک ساختگاه درقسمت چپ شکل زیر نشان داده شده است، ثبت زمین لرزه اغلب بصورت نمودار های شتاب، سرعت و جابجایی یک نقطه روی سطح زمین، تابعی از زمان بیان می شود (قسمت وسط شکل(1-5)).ثبت زمین لرزه می تواند به صورت طیف الاستیک نیز باشد (قسمت سمت راست در شکل(1-5)، که ارتباط بیشینه (شتاب، سرعت و جابجایی) یک سیستم یک درجه آزادی با زمان تناوب های در حد معمول می باشد. این طیف معمولا برای طراحی سازه به کار می رود. البته با انجام تغییراتی این طیف با طیف مشابه جایگزین می شود که به اصطلاح ‘Pseudo-Acceleration’ نامیده می شود و با نشان داده می­شود.شکل1-5: مؤلفه های موثر در ثبت زمین لرزه و روش نشان دادن زمین لرزه به صورت گرافیکی[4] 1-2-3: گزینه های تحلیل غیر الاستیکروشهای تحلیلی مختلفی براساس ترکیب نوع مدل سازه ای و مشخصات زمین لرزه تعریف می شوند که انتخاب روش تحلیل به هدف تحلیل، هدف عملکردی سازه، میزان ریسک قابل قبول، در دسترس بودن منابع و کافی بودن داده­ها بستگی دارد.تصمیم اولیه در انتخاب روش به صورت معمول تحلیل استاتیکی خطی است. این تحلیل زمانی که سازه برای سطح زمین لرزه مورد انتظار در محدوده الاستیک باقی بماند یا نتایج طراحی پاسخ غیر خطی در امتداد سازه بصورت یکنواخت توزیع شده باشد، قابل اعمال است. در چنین مواردی میزان ریسک بسیار کم خواهد بود. اگر هدف عملکردی سازه در سطح پایین مثل سطح ایمنی جانی باشد، دلالت بر تقاضای رفتار غیر الاستیک بیشتری است که خطای روش خطی را افزایش می دهد.فرمت ورد قابل ویرایشتعداد صفحات: 48