دانلود پایان نامه

زلزله طراحی (DE): زلزله ای با احتمال وقوع 10% در 50سال.
زلزله ماکزیمم(ME): زلزله ای با احتمال وقوع 5% در 50سال.
-سطوح رفتاری: حالتی از وقوع آسیب دیدگی کنترل شده یا وضعیتی که بیانگر خرابی فیزیکی در ساختمان است. سطح رفتاری یک ساختمان ترکیبی از سطوح رفتاری اعضای سازه ای (ستون، تیر و… ) و اعضای غیر سازه ای(تیغه، نازک کاری ها و …) است.
-رفتار یا عملکرد هدف: عبارت است از سطح رفتار لرزه ای مورد نظر از ساختمان که معمولاً با تعیین ماکزیمم آسیب دیدگی مجاز سازه ای و غیر سازه ای برای سطح مشخصی از خطر پذیری لرزه ای بیان می شود.
حال می توان تعریف کاملی از روش ارزیابی لرزه ای بر اساس عملکرد بیان نمود. طراحی بر اساس عملکرد در حقیقت به روشی اطلاق می شود که در آن معیار طراحی سازه به صورت دستیابی به یک رفتار و عملکرد تشریح می شود. این روش با معیار طراحی سازه ها به شکل متعارف، که در آن معیار طراحی سازه تنها با محدود کردن نیروهای اعضاء که ناشی از اعمال مقادیر مشخصی از بارهای طراحی می باشند تعریف می شود، قابل قیاس است]10.[
ظرفیت کلی یک سازه به مقاومت (ظرفیت نیرویی) و ظرفیت تغییر مکانی هر یک از اعضای آن وابسته است. برای دستیابی به ظرفیت سازه در آن سوی محدوده الاستیک، احتیاج به استفاده از تحلیل های غیر خطی روش تحلیل بار افزون است. در این تحلیل نیروهای جانبی به صورت گام به گام افزایش می یابند تا اعضای سازه ای به تدریج وارد حالت جاری شدن شوند. عمل فوق آنقدر ادامه می یابد تا سازه ناپایدار شود یا یکی از حالات حدی رفتاری اتفاق افتد. به این ترتیب نمودار ظرفیت سازه به صورت نمودار برش پایه ساختمان در مقابل تغییر مکانی جانبی بالاترین سطح سازه به دست می آید. اما حرکات زلزله در طول مدت زمان تحریک، اشکال جابجایی پیچیده ای را در سازه ایجاد می نمایند که با گذشت زمان پیوسته تغییر می کند. ردیابی تغییر مکان ها در طول این زمان برای دستیابی به یک ابزار مفید جهت طراحی سازه عملا غیر ممکن است. آنچه تا کنون در تحلیل و طراحی سازه ها مرسوم بوده، اعمال یک سری نیروهای جانبی معادل و سپس تحلیل و طراحی در محدوده الاستیک آن است. اما در روش نوین به کمک تحلیل غیر خطی استاتیکی (تحلیل بار افزون) مجموعه ای از تغییر مکان های جانبی طبقات به عنوان عامل طراحی بکاربرده می شود. به عنوان مثال این جابجایی تقاضا را می توان از روی منحنی طیف الاستیک طرح به کمک روش هایی نظیر طیف پاسخ با میرایی موثر (روش طیف ظرفیت) یا طیف غیر الاستیک (روش N2)تعیین نمود آنگاه با تقاطع منحنی ظرفیت (منحنی بار افزون) و منحنی تقاضا نقطه رفتاری یا عملکردی سازه به دست می آید و بدین ترتیب بررسی رفتاری و عملکردی سازه ممکن می شود. بررسی عملکردی بر اساس تعیین نقطه عملکرد بر روی منحنی ظرفیت معلوم می شود. بررسی عملکردی بر اساس تعیین نقطه عملکرد بر روی منحنی ظرفیت معلوم می کند که آیا اعضای سازه ای و غیر سازه ای در آن سوی محدوده مجاز سطوح عملکردی تحت اثر نیروها و تغییر مکان های ایجاد شده ناشی از تغییر مکان های تقاضا آسیب خواهند دید یا خیر. به این ترتیب یک سازه به کمک روش کنترل عملکرد ارزیابی شده و ایمنی آن از لحاظ مقاومت و تغییر مکان کنترل می شود. طراحی عملکردی شامل کلیه عملیات مهندسی می باشد که بتوان سازه ای با عملکرد مشخص در برابر زلزله بدست آورد که این عملیات می تواند شامل تعیین اهداف طراحی مطالعات لرزه خیزی، تحلیل و طراحی لرزه ای اعضای سازه ای و غیر سازه ای، کنترل، ساخت و نگهداری سازه شود]10.[
هدف طراحی در آیین نامه های فعلی، حفظ ایمنی جانی تحت زلزله های شدید می باشد و شرایط خدمت پذیری نیز به طور ضمنی و نه بطور مستقیم کنترل می شود. این هدف طراحی یک هدف حداقل است که برای تمامی سازه ها لازم الاجرا می باشد اما ممکن است رای سازه های خاص و در شرایط خاصی احتیاج به اهداف کاملتر و مشخص تری داشته باشیم. آیین نامه های فعلی سعی کرده اند با وارد کردن ضریب اهمیت، این مساله را در نظر بگیرند که تجربه نشان داده است این روش نمی تواند نیازهای مختلف طراحی را برآورده سازد. به این منظور در روشهای عملکردی به جای دو سطح طراحی (خدمت پذیری) و (ایمنی جانی) چهار سطح عملکرد (قابلیت استفاده بی وقفه)، (ایمنی جانی)، (آستانه فروریزش) و (نامشخص) تعریف می شود.
نکته دیگر حائز اهمیت این است که هر چند بطور کلی مدل های رفتاری و معیارهای شکست اعضای سازه ای اکثراً بر حسب تغییر مکان و یا کرنش اعضاء تعریف شده اند اما بعلت پیچیدگی تحلیل های بر حسب تغییر مکان، روش های فعلی، نیروی هستند. در محدوده خطی مدلهای رفتاری اعضاء بین اشکال از معیار نیرو و یا مقاومت نمی تواند رفتار شکست اعضا را نشان دهد و لذا آیین نامه ها سعی می کنند با انجام کنترل هایی که معمولاً سنخیتی با روش طراحی بکار گرفته شده ندارند، این نکات را رعایت کنند. لذا روشهای نیرویی و خطی ممکن است برای زلزله های طرح کوچک که انتظار می رود سازه در محدوده خطی باقی بماند مناسب باشند. اما برای زلزله های شدید که ما به رفتار شکل پذیر و غیر خطی سازه برای کاهش تلاش های وارد به سازه نیاز داریم این روشها جواب های دور از واقع داده و نامناسب خواهد بود. از جمله روش های تحلیل بکار گرفته شده در طراحی عملکردی می توان به روش منحنی ظرفیت و همچنین روش تغییر مکان هدف اشاره کرد. مقبولیت این روش ها به قدری بوده است که توسط آیین نامه های معتبر ایالات متحده بعنوان روش های قابل قبول خصوصاً در آیین نامه های بهسازی پذیرفته شده است]12.[
همانطور که اشاره شد این روش ها در آیین نامه های بهسازی بکار گرفته شده اند، دلیل این امر علاوه بر ماهیت روش ها که برای بهسازی ساختمان ها مناسب می باشد، این است که برای تغییر روش های قدیمی آیین نامه ها احتیاج به زمان و برنامه ریزی زیادی می باشد چرا که علاوه بر نوپا بودن روش، اکثر مهندسین و طراحان با این روش آشنایی نداشته و همچنیین ابزار کافی برای همگانی شدن این روشها وجود ندارد.
2-4-اعضای کنترل شونده توسط نیرو و تغییر شکل
-فلسفه زنجیر ایمن پاولی (تسلیم هدایت شده )
شکل2-1: زنجیر ایمن پاولی] 14[
پاولی عملکرد سازه در زلزله را به رفتار یک زنجیر تشبیه می کند که دارای دو نوع حلقه است: حلقه های ترد ارتجاعی و حلقه های نرم که می توانند تسلیم شوند. حلقه های ترد باید طوری طرح شوند که تحت بار زلزله از حوزه ارتجاعی خارج نشوند. برای این منظور لازم است مقاومت حلقه های نرم کمتر باشد تا فرایند تسلیم به طور هدایت شده در این حلقه ها متمرکز گردد و حلقه های ترد از گزند زلزله آسیب نبینند این ایده در ضوابط زلزله آشتو برای طرح پل مورد استفاده قرار گرفت، بدین ترتیب که برای پرهیز از حالت های شکست ترد نظیر شکست محوری و برشی ستون و اتصالات و به منظور هدایت تسلیم به سمت تشکیل لولای خمیری در ستون ها، ضریب رفتار برای محاسبه نیروی اتصالات و نیروی محوری و برشی در ستون برابر یک در نظر گرفته می شود، در حالیکه برای محاسبه لنگر خمشی ستون ها ضریب رفتار5 پیشنهاد شده است. بدین ترتیب می توان تضمین کرد که در هنگام زلزله با وقوع ساز کار خمشی، از وقوع حالت های شکست نامطلوب در اتصالات و اعضاء جلوگیری خواهد شد.
شکل 2-2: حالت تسلیم هدایت شده در پل بر اساس آشتو] 14.[
در آیین نامه بهسازی اعضای ترد و نرم با عنوان اعضای کنترل شونده توسط نیرو و اعضای کنترل شونده توسط تغییر مکان معرفی شده اند. این دسته بندی عمدتاً به رفتار نیرو- تغییر مکان عضو بستگی دارد و طبق شکل زیر با نسبت e/g مشخص می شود بطوریکه برای نسبت های کمتر از2برای اعضای سیستم لرزه بر، عضو ترد و برای نسبت های بیشتر عضو نرم محسوب می گردد.
شکل 2-3: نموار نیرو- تغییر مکان اعضا] 14.[
اساس روش کنترل بر اساس عملکرد این است که در زلزله مورد نظر:
1.نیرو در اعضای ترد به حد مقاومت عضو نرسد.
2.جابجایی در اعضای نرم به حد ظرفیت جابجایی عضو نرسد.
می بینیم که این شرایط عینا مانند شرایط پالی در فلسفه زنجیر ایمن است. برای ایجاد این شرایط سازه در معرض زلزله قرار می گردد و اجازه می یابد تا وارد حیطه غیر خطی شده و تسلیم در اعضای نرم رخ دهد(ایجاد ساز کار تسلیم در سازه). در این حالت مقدار نیرو در اجزای ترد(که قرار نیست تسلیم شوند). محاسبه و با مقاومت عضو مقایسه می گردد. مقدار نیرو نباید از مقاومت عضو، با در نظر گرفتن ضرایب اطمینان لازم بیشتر شود. در اینجا در محاسبه مقاومت، برای اطمینان بیشتر، حدپایین در نظر گرفته می گردد. همچنین مقدار تغییر شکل در اعضای نرم محاسبه و با تغییر شکل مجاز عضو مقایسه می گردد. تغییر شکل مجاز اعضای مختلف در جداول مربوطه در دستورالعمل بهسازی ارائه شده است.
باید توجه داشت که با توجه به آنچه تاکنون بیان گردید :
1-کنترل نیروی ایجاد شده با مقاومت عضو نرم بی معناست، زیرا اساس عملکرد مطلوب در زلزله های شدید ایجاد یک ساز کار تسلیم مناسب در سازه است که به کمک تسلیم اعضای نرم حاصل می گردد. پس عملا نیروی ایجاد شده در تعدادی از اعضای نرم به حد مقاومت تسلیم این اعضا خواهد رسید و این امر نه تنها بی معنی تخریب سازه نیست بلکه وسیله ایست برای جلوگیری از تخریب و انهدام سازه در هنگام زلزله.