توسعه منحني‌هاي شكنندگي براي ديوار‌هاي مركزگراي گهواره‌اي چندگانه تحت اثر زلزله حوزه نزديك

Ph.D.

سيستم‌هاي مركزگرا با تأمين دو خصوصيت رفتاري شامل مكانيزم نيروي بازگردانندگي و مكانيزم جذب انرژي، براي تحمل بارهاي جانبي در نظر گرفته مي‌شوند. هدف اين دو مكانيزم در سازه، ايجاد منحني‌هاي پرچمي شكل نيرو-جابجايي تحت بارهاي جانبي رفت و برگشتي است. ديوارهاي گهواره‌اي يكي از سيستم‌هاي متداول مركزگرا مي‌باشند كه در آن‌ها هر دو مكانيزم نيروي بازگردانندگي و جذب انرژي در سيستم تأمين مي‌گردد. مكانيزم نيروي بازگردانندگي در سيستم با استفاده از پيش‌تنيده كردن كابل‌هاي متصل ديوار به فونداسيون و يا بلوك‌هاي گهواره‌اي به يكديگر تأمين مي‌گردد. كابل‌ها همواره با ايجاد نيروي بازگردانندگي و ايجاد بازشوندگي در سيستم با چرخش ديوار نسبت به فونداسيون و يا بلوك‌هاي ديوار نسبت به يكديگر بر نيروي جانبي غلبه مي‌كنند. فيوزهاي جذب انرژي در سيستم‌هاي گهواره‌اي در موقعيت‌هاي مختلف هسته‌ي گهواره‌اي مي‌توانند استفاده گردند. معمولاً اين ابزار اتلاف‌گر انرژي در محل‌هاي بازشوندگي و يا در پيرامون ديوار در محل چرخش ديوار استفاده مي‌گردد. معمولاً در ديوارهاي پايه-گهواره‌اي بلند، اثرات مودها‌ي بالاتر باعث ايجاد تلاش‌هاي خمشي و برشي اضافي در ميانه ارتفاع مي‌شود. براي كاهش اثرات مودهاي بالاتر در اين تحقيق ديوارها گهواره‌اي دوگانه و ديوارهاي گهواره‌اي چندگانه پيشنهادشده است. به‌طوركلي بررسي‌هاي لرزه‌اي سازه‌ها در سه بخش شامل؛ (1) ديوارهاي پايه-گهواره‌اي، (2) ديوارها دوگهواره‌اي و (3) ديوارهاي گهواره‌اي چندگانه انجام‌شده است. به اين منظور، سازههاي 4، 8، 12، 16 و 20 طبقه مورد ارزيابي لرزه‌اي در سه نوع سازه موردنظر پرداخته شد. در هر سه نوع سازه تحليل لرزه‌اي با مقياس‌سازي ركوردها به طيف آيين‌نامه انجام‌شده است. هم‌چنين تحليل احتمالاتي دو نوع سازه اول انجام‌شده است. مدلها در نرم‌افزار OpenSees و به‌صورت دوبعدي تحت تحليل‌هاي تاريخچه-زماني با استفاده از سه مجموعه شتاب‌نگاشت شامل 22 شتابنگاشت دور از گسل (FF)، 14 شتابنگاشت نزديك گسل داراي پالس (NF- pulse) و 14 شتابنگاشت نزديك گسل بدون پالس(NF-no pulse) پرداخته ‌شد. در بخش اول سازه‌هاي پايه-گهواره‌اي در دو بخش تحت ركوردهاي مقياس شده و تحليل احتمالاتي موردبررسي قرارگرفته شد. به‌طوركلي تلاش‌هاي خمشي و برشي ايجادشده ناشي از اثرات مودهاي بالاتر در ديوارهاي گهواره‌اي، با افزايش ارتفاع، افزايش مي‌يابد. به‌طوري‌كه لنگرهاي خمشي ايجادشده ناشي از شتابنگاشتهاي FF و NF-no pulse و برش ايجادشده ناشي از شتابنگاشتهاي FF و NF- pulse چشم‌گيرتر بوده است. افزايش لنگر خمشي در طبقات مياني ديوار سازه 20 طبقه نسبت به پاي ديوار در سطح عملكرد آستانه فروريزش (CP)، تحت ركوردهاي FF و NF-No Pulse به ترتيب برابر با 46 و 39 درصد است. مقادير جابجايي نسبي پسماند در طبقات سازه‌ها، مقدار اندكي داشته و قابل صرف‌نظر است. مقادير حداكثر جابجايي نسبي پسماند در طبقات سازه‌ها در سطح عملكرد CP براي سازه و 20 طبقه برابر با 0.0011 است. هم‌چنين نسبت تنش در كابل‌هاي پيش‌تنيده تحت ركوردهاي NF- Pulse نسبت به ساير ركوردها بيشتر است. براي دوگانه كردن ديوارهاي گهواره‌اي از ايجاد مقطع گهواره‌اي دوم در يك‌چهارم (R2-M1)، نصف (R2-M2) و سه‌چهارم (R2-M3) ارتفاع بهره‌مند شده است. بخش دوم داراي دو قسمت است كه در قسمت اول به تحليل تحت ركوردهاي مقياس شده پرداخته‌شده است. نتايج نشان مي‌دهد ديوارR2-M3 در كاهش اثرات مودهاي بالاتر مؤثر نبوده است. استفاده از R2-M2 در ساختمان‌هاي بلندمرتبه تحت ركوردهاي دور و نزديك گسل بدون پالس مي‌تواند مؤثر باشد به‌طوري‌كه به ترتيب خمش‌هاي ايجادشده را حداكثر 41 و 41 درصد و برش‌هاي ايجادشده را حداكثر 25 و 18 درصد كاهش دهد. مقاطع دوگهواره‌اي جهت كاهش اثرات مودهاي بالا در زلزله‌هاي نزديك گسل داراي پالس آن‌چنان مؤثر نيست. در قسمت دوم به تحليل احتمالاتي پرداخته‌شده است. در اين قسمت منحني‌هاي شكنندگي سازه‌هاي مختلف ترسيم شد. نتايج نشان مي‌دهد كه به‌طوركلي استفاده از R2-M2 در ديوارهاي تحت ركوردهاي FF و NF-No Pulse و R2-M1 تحت ركوردهاي NF-Pulse مؤثر است. در بخش سوم براي بررسي رفتار ديوار گهواره‌اي چندگانه از دو قسمت شامل بررسي ديوارهاي گهواره‌اي دوگانه و چهارگانه پرداخته شد. در هر دو نوع سازه، مقياس سازي ركوردهاي لرزه‌اي بر طيف آيين‌نامه انجام‌شده است. در قسمت اول، بر اساس مساحت كابل پيشتنيده مورداستفاده در ديوار، سه نوع ديوار گهواره‌اي دوگانه در نظر گرفته شد و رفتار لرزهاي آن با رفتار ديوار پايه-گيردار و پايه-گهواره‌اي مقايسه شد. نتايج نشان داد، به‌طوركلي شاخص مطلوبيت ديوارهاي گهواره‌اي دوگانه بيشتر از ساير سيستمهاي موردمطالعه در اين تحقيق است. علاوه براين، كاهش مساحت كابل در بلوك تحتاني ديوارهاي گهواره‌اي دوگانه (R2-S1) در كاهش اثرات مودهاي بالا بسيار مؤثر است. در قسمت دوم، پنج نوع ديوار گهواره‌اي چهارگانه و يك نوع ديوار دوگانه در نظر گرفته‌شده و با ديوار پايه-گيردار و پايه-گهواره‌اي مقايسه شده است. نتايج نشان داد، اثرات مودهاي بالاتر با افزايش ارتفاع سازه‌هاي گهواره‌اي افزايش مي‌يابد. ركوردهاي NF-No Pulse و FF نسبت به NF-Pulse اثرات مودهاي بالاتر را در سيستم‌هاي گهواره‌اي ايجاد مي‌كنند. ديوارهاي گهواره‌اي چهارگانه با كاهش مساحت كابل در بلوك اول (R4-S1) در كاهش اثرات مودهاي بالاتر تحت NF-Pulse و NF-No Pulse بسيار مؤثر است و به ترتيب داراي حداكثر ضرايب مطلوبيت برابر 67 و 65 درصد است. هم‌چنين ديوار گهواره‌اي چهارگانه با كاهش مساحت كابل در بلوك سوم (R4-S3) تحت ركوردهاي FF مؤثر بوده و حداكثر ضريب مطلوبيت برابر 65 درصد است. جابجايي نسبي پسماند بام ديوارهاي گهواره‌اي بسيار ناچيز است به‌طوري‌كه حداكثر آن در سازه 8 طبقه تحت ركورد NF-Pulse برابر با 0.0008 است.

210741

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي عمران

وحيد بروجرديان