نوع فایل: word
تعداد صفحات: 120 صفحه
چکیده:
در سال های اخیر به دلیل عواقب ناگوار زلزله ها استفاده از سیستم های جداساز لرزه ای به عنوان یکی از روش های مقاوم سازی لرزه ای سازه های موجود یا طراحی لرزه ای ساختمان های جدید مطرح شده است.در این مقاله، با انجام مطالعاتی بر روی سازه های فولادی با تعداد طبقات و دهانه های متفاوت، تاثیر این جداسازها را در کاهش پاسخ لرزه ای سازه ها تحت اثر زلزله های نزدیک گسل بررسی کردیم.
مقدمه:
زمین‌لرزه یا زلزله لرزش و جنبش زمین است که به علّت آزاد شدن انرژی ناشی از گسیختگی سریع در گسلهای پوستهِ زمین در مدّتی کوتاه روی می‌دهد. محلّی که منشأ زمین‌لرزه است و انرژی از آنجا خارج میشود را کانون ژرفی، و نقطهِ بالای کانون در سطح زمین را مرکز سطحی زمین‌لرزه گویند. پیش از وقوع زمین‌لرزهِ اصلی معمولاً زلزله‌های نسبتاً خفیف‌تری در منطقه روی می‌دهد که به پیش‌لرزه معروف اند. به لرزشهای بعدی زمین‌لرزه نیز پس‌لرزه گویند که با شدّت کمتر و با فاصلهِ زمانی گوناگون میان چند دقیقه تا چند ماه رخ می‌دهند. زمین‌لرزه به سه صورت عمودی، افقی و موجی به وقوع می‌پیوندد که نوع آخر از شایعترین آنهاست.
زمین لرزه‌یا زلزله یکی از وحشتناکترین پدیده‌های طبیعت محسوب میشود. اغلب زمینی را که روی آن‌ایستاده‌ایم، به صورت تخته سنگ‌های صلب و محکمی‌تصور می‌کنیم که از استحکام زیادی برخوردار است. هنگامی‌که زلزله رخ می‌دهد برای لحظه‌ای‌این تصور از بین می‌رود، اما طی همان لحظه‌ی کوتاه خسارت‌های شدیدی وارد میشود. خسارتهایی که شامل تلفات جانی و مالي میشود. وقوع اجتناب ناپذیرِ این زمین لرزه‌ها در سال های اخیر در اقصی نقاط دنيا، مهندسین سازه و زلزله را بر آن داشته است، راه حل‌هایی مناسب و قابل اعتماد جهت مقابله با تلفات‌ِ این پدیده بدست آورند.
در طراحی ساختمانها، بارهای ثقلي، جزو بارهای اصلی و اولیه‌ای می‌باشند که در طول عمر سازه‌ها باید تحمل شوند. طبعاً، تغییرات این بارها نسبت به زمان بسیار آهسته می‌باشد و می‌توان با استفاده از‌یک مدل استاتیکی بسیار ساده برای تحلیل‌این نوع سازه‌ها استفاده کرد.
انرژی امواج زلزله به شکل انرژی جنبشی به سازه منتقل میشود که باید به ناچار در سازه تلف شود. شیوه‌ی تلف شدن، سطح تخریب سازه را تعیین می‌کند. در روشهای مرسوم طراحی لرزه‌ای، ساختمان با ترکیبی از سختی، مقاومت و شکل پذیری کافی نیروی زلزله را تا تراز معینی تحمل می‌نماید. مقدار میرایی در این نوع ساختمانها بسیار کم می‌باشد از‌این رو انرژی مستهلک شده در محدوده رفتار الاستیک، سازه ناچیز می‌باشد. در هنگام زلزله‌های قوی، این ساختمانها بعد از محدوده رفتار الاستیک تغییر مکانهای زیادی می‌یابند، این تغییر مکانهای غیر الاستیک موجب به وجود آمدن مفاصل پلاستیک به صورت موضعی در نقاطی از سازه می‌گردند که خود باعث افزایش شکل پذیری و همچنین افزایش استهلاک انرژی می‌گردد. در نتیجه مقدار زیادی از انرژی زلزله به واسطه تخریب‌های موضعی در سیستم مقاوم جانبی سازه مستهلک می‌گردد. از طرفی طراحی سازه‌های معمولی به نحوی که در حین زلزله قوی بدون تخریب باقی بماند، غیر اقتصادی می‌باشد. لذا اکثر آیین نامه‌های جدید طراحی ساختمان، فلسفه طراحی لرزه‌ای مبتنی بر مفهوم تغییر شکل پذیری را ارائه نموده اند. بر‌این اساس یک سازه می‌بایست به نحوی طراحی گردد که تغییر شکل مورد نیاز هر عضو با تغییر شکل پذیری ظرفیتی آن در تعادل باشد تا در حین زلزله انرژی در عضو به صورت قابل اطمینانی مستهلک شود.
برهمین اساس ضوابط زیر توسط آیین نامه‌های مختلف ارائه گردیده است:
1- زلزله‌های کوچک نباید سبب بروز هیچ گونه تخریب در اعضای سازه‌ای و یا غیر سازه‌ای گردد.
2- زلزله‌های متوسط می‌بایست مبنای طراحی قرار گرفته و ساختمان به نحوی طراحی گردد تا بتواند به راحتی در برابر زلزله مقاومت نماید بدون آنکه تخریب قابل ملاحظه‌ای ببیند.
3- زلزله‌های قوی ممکن است سبب بروز تخریب جدی ساختمان شوند اما سبب از دست رفتنِ جان ساکنان آن نگردد.
روند فوق برای اکثر ساختمانها مناسب به نظر می‌رسد، ولی در استفاده از روشهای غیر ارتجاعی در طراحی و ساخت ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله برای ساختمان‌های با اهمیت بیشتر و‌یا ساختمان‌هایی که پس از زلزله می‌بایست خدماتی را ارائه دهند، باید روند ایمنی‌تری را در نظر گرفت.
در این نوع روشها، با کاهش نیروهای طراحی که وابسته به نوع سیستم سازه‌ای است، عملاً شرایط ورود به محدوده رفتار غیرخطی و اتلاف بخشی از انرژی وارده، توسط آن برای سازه فراهم می‌گردد. با توجه به احتمال بروز خسارت ناشی از رفتار چرخه‌ای در نقاط مختلف سازه‌ای، ایده‌ی استفاده از سیستم‌های جاذب انرژی برای هدایت قابلیت‌های جذب انرژی ورودی به سازه به نقاط مشخصی در سازه جهت تسهیل در امر ترمیم آن مطرح شده است. استفاده از سیستم‌های جاذب انرژی اولین بار در زلزله لوماپریتّا در سال 1989 مطرح گردید. در سال 1997، سونگ و دارگوش نسبت به ارائه تاریخچه‌ای از انواع سیستم‌های جاذب انرژی اقدام نمودند. در سال 1998، سونگ و کونستانتینو نحوه طراحی المان‌ها به کار رفته در این سیستم‌ها باری مقابله نیروهای جنبی ناشی از زلزله را ارائه نمودند.
همچنین تلاش‌های انجام یافته در این زمینه و نتایج حاصله در مورد چگونگی کاربرد سیستم‌های جاذب انرژی، منجر به ارائه ضوابط معتبری در خصوص کاربرد این نوع سیستم‌ها شده است. در این رابطه در سال 1992 دستورالعملی توسط انجمن مهندسین سازه کالیفرنیامبنی بر استفاده از روش غیرخطی در سازه‌هایی که مجهز به سیستم‌های جذب انرژی می‌باشند منتشر گردید. در سال 1994 انجمن مهندسان سازه کالیفرنیا در خصوص کاربرد سیستم‌های جاذب انرژی در ساختمان‌های جدید، گزارشهایی در این رابطه ارائه دادند. همچنین از دستورالعمل‌های دیگر برای ارزیابی ساختمان‌های دارای سیستم جاذب انرژیمی‌توان بهFEMA 273،FEMA 356و ATC 19اشاره نمود، به همین ترتیب در سال‌های 2000 و 2003،NEHRP ضوابط استفاده از سیستم‌های سازه را به صورت فصول جداگانه‌ای که مبنی بر آنالیز این سیستم‌ها براساس روشهای خطی به صورت نیروی جانبی معادل و روش طیف ظرفیت است، منتشر کرد. بالاخره انجمن مهندسین عمران آمریکا در ASCE-7 ، تحلیل سیستم‌های میراگر را با استفاده از سه روش طیف پاسخ، نیروی جانبی معادل و روشهای غیرخطی ارائه نمود. همانطور که انتظار می‌رفت بیشتر این دستورالعمل‌ها اجازه می‌دهند که بارهای طراحی در اثر استفاده از سیستم‌های جاذب انرژی کاهش‌یابند. استفاده از سیستم‌های مستهلک کننده انرژی در ساختمانها سبب ارتجاعی باقی ماندن اعضای سازه‌ای در حین زلزله گردیده و در نتیجه از بروز تخریب جلوگیری می‌نمایند.
فهرست مطالب:
چکیده
فصل اول: کلیات و روند ارائه پایان نامه
1-1 تعریف زلزله
1-2 مقدمه
1-3 انواع زلزله‌ها از لحاظ آسیب پذیری
1-4 روند ارائه پایان نامه
فصل دوم: سیستم های کنترل ارتعاشات
2-1 مقدمه
2-2 خصوصیات زلزله‌های به وقوع پیوسته
2-3 سیستم های کنترل انرژی
2-4 ميرائي در سازه‌ها
2-5 مفهوم کنترل ارتعاش سازه‌ها
2-6 انواع سيستمهاي اتلاف انرژي
2-6-1 سیستم غیر فعال
2-6-2سیستم فعال
2-6-3 سیستم نیمه فعال
2-6-4 سيستم دوگانه
فصل سوم: انواع جداسازهای لرزه ای
3-1 مقدمه
3-2 مقابله يا همراهی (جذب) نيروهای زلزله
3-3 انواع میرایی
3-3-1 ميرايی در طبقات
3-3-2 ميرايی در پی ها (Base Isolation):
3-4 نتیجه گیری فصل:
فصل چهارم : ضریب میرایی B
4-1 مقدمه
4-2 ضریب میراییB
4-2-1 طيف پاسخ ارتجاعی برای ميرايی های بزرگتر
فصل پنجم: تاریخچه زمانی
5-1 آنالیز تاریخچه زمانی غیرخطی
فصل ششم: مدلسازی
6-1 مقدمه
6-2 بررسی مدل سازه با جداساز لرزه ای اصطکاکی در حالت دینامیکی غیرخطی
6-2-1 مقاطع انتخابی و آرایش میراگرها
6-2-2 رکوردهای زلزله مورد استفاده
6-2-3 مقیاس نمودن شتاب نگاشت ها
6-2-4 مقیاس نمودن شتاب نگاشت ها به روش آیین نامه 2800
فصل هفتم: محاسبات
7-1) طراحی قاب
7-2) B محاسبه شده
7-3) آیین نامه ها و مطالعات مختلف
فصل هشتم: نتیجه گیری و پیشنهادات
8-1نتیجه گیری
8-2پیشنهادات
منابع
فهرست جداول:
جدول 4-1: ضریب میرایی Damping Coefficient
جدول 4-2: ضریب میرایی Damping Coefficient
جدول 5-1: مشخصات رکوردهای زلزله های حوزه نزدیک مورد استفاده در پایان نامه
جدول 7-1: ضرایب میرایی B برای سازه 4 طبقه
جدول 7-2: ضرایب میرایی B برای سازه 10 طبقه
جدول 7-3: ضرایب میرایی B برای سازه 17 طبقه
فهرست اشکال:
شکل (1-1) زلزله 1999 تایوان[1]
شکل 1-2:زلزله کوبه ژاپن 1995[1]
شکل 2-1: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله بم
شکل 2-2: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله کاپامندونیکا
شکل 2-3: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله لوماپریتّا 1989
شکل 2-4: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله نورس ریچ (1994)
شکل 2-5: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله ایمپریال ولی
شکل 2-6: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمان زلزله ورزقان 1
شکل 2-7: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله ورزقان2
شکل 2-8: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله آنزا
شکل 2-9: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله چی چی
شکل 2-10: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله کااولینگا
شکل 2-11: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله کویوت لیک
شکل 2-12: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله ارزینجان
شکل 2-13: نمودارهای شتاب، سرعت و جابجایی نسبت به زمانِ زلزله کوبه
شکل2-14: سيستم کنترل غير فعال[2]
شکل 3-1- تاثیر جداساز بر ساختمان[3]
شکل 3-2- تاثیر جداساز بر ساختمان[3]
شکل 3-3 – سیستم جک هیدرولیکی[3]
شکل 3-4-سيستم فنری [3]
شکل 3-5- سيستم هسته مرکزی [3]
شکل 3-6- سيستم هسته مرکزی [3]
شکل 3-7 - سيستم هسته مرکزی [3]
شكل 5-1: مقاطع قاب 4 طبقه به دست آمده از نرم افزار SAP2000
شكل 5-2: مقاطع سازه 10 طبقه به دست آمده از نرم افزار SAP2000
شكل 5-3: مقاطع سازه 17 طبقه به دست آمده از نرم افزار SAP2000
شكل 6-1: طیف پاسخ شتاب نگاشت Loma Prieta با میرایی 5%
فهرست نمودارها:
نمودار 7-1: مقایسه B قابها با میانگین آنها
نمودار 7-2: مقایسه B قاب 4 طبقه با آیین نامه های مختلف
نمودار 7-4: مقایسه B قاب 17 طبقه با آیین نامه های مختلف
منابع و مأخذ:
[1] دانشنامه رشد
د- زمین شناسی- شماره94
[2]- Constantion, M. C., Soong, T. T. and Daegush, G. F (1997), "Passive Dissipation Systems for Structural Design and retrofit", Monograph series No. 1, Multidiscriplinary Center for Earthquake Engineering Research, University at Buffalo, Srate University of New York at Buffalo, N. Y.
[3] بررسی لرزه ای ساختمان های ایزوله شده با جداساز لرزه ای-نوید سیاه پلو-1387
[4]-.NEHRP, National Earthquake Hazard Reduction Program (2003), "NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures", Federal Emergency Management Agency, Report No. FEMA 302, Washington, D.C., to be Published.
[5]- FEMA- Federal Management Agency (1997), "NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buldings" Report No. FEMA-273 and FENA- 274, Washington, D. C.
[6]- .NEHRP, National Earthquake Hazard Reduction Program (2000), "NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures", Federal Emergency Management Agency, Report No. FEMA 302, Washington, D.C., to be Published.
[7]- EUROCODE 8
[8]- Damping coefficients for near-fault ground motion response spectra- Derek T.Hubbard, George P. Mavroeidis2011
[9]- دکتر تابش پور-کتاب مبانی زلزله و تحلیل زلزله89
[10]- Maohorat P. K., "Response of Building to Nearfield Pulse like Groun Motion ".Earthquake Eng.
[11]- دكتر محسن گرامي، دكتر اكبر واثقي، داود عبداله زاده، بررسي رفتار سازه‌ها تحت زلزله‌هاي نزديك گسل، چهارمين كنگره بين‌المللي عمران، دانشگاه تهران، اردبيهشت 87.
[12]- مهدي جمارانريال (1374)، بررسي اثر شرايط ساختگاهي بر پيشينه شتاب سطح زمين در حوزه نزديك گسل، پايان نامه كارشناسي ارشد، دانشگاه تهران.
[13]-Chopra, A.K. (2001), "Dynamics of Structures", Theory and Application to Earthquake Engineering.