نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد یازدهم، شمارۀ 1 بهار 1931 111

اثر شیب شیروانی بر جابه جایی نسبی طبقات
قاب های خمشی فولادی در ساختگاههای باخاک نرم

جعفر محمدی*، غلامرضا نوری، علی قنبری؛ دانشگاه خوارزمی ،دانشکده فنی مهندسی
تاریخ: دریافت 7/11/39 پذیرش 11/9/35 چکیده
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

عوامل مختلفی در بحث اندرکنش خاک و سازه باید در نظر گرفته شود، که از جملۀ آن ها می توان خواص مصالح لایه های زیرسطحی، توپوگرافی و هندسه ساختگاه و خصوصیات حرکت ورودی را نام برد. پژوهش ها نشان می دهد که امواج لرزه ای در برخورد با نامنظمی های توپوگرافی دچار شکست شده و باعث ایجاد حرکات لرزه ای شدیدتری نسبت به حالت بدون شیب در سطح زمین می شوند. در این مقاله تأثیر توپوگرافی بر جابه جایی نسبی طبقات سه سازه با سیستم قاب خمشی فولادی بررسی شده است. برای این منظور 1 مدل ترکیبی از خاک- سازه و توپوگرافی در نظر گرفته شده است. 9 سازه 1، 3 و 11 طبقه در دو فاصلۀ نزدیک و دور از شیب 12 درجه قرار داده شده و 12 رکورد زمین لرزه ثبت شده روی سنگ بستر به مدل ها اعمال شد. جابه جایی نسبی طبقات به عنوان معیار بررسی تأثیر توپوگرافی در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد توپوگرافی سبب افزایش جابه جایی نسبی طبقات می شود اما این افزایش در سازه ها و طبقات مختلف، متفاوت است. درصد افزایش جابه جایی نسبی ناشی از تأثیرات شیب با افزایش تعداد طبقات کاهش می یابد. به گونه ای که در سازه 1 طبقه تا 15 درصد، سازه 3 طبقه تا 15 درصد و سازه 11 طبقه تا 1 درصد رشد، در میانگین مقادیر جابه جایی نسبی طبقات ملاحظه شد. هم چنین در سازه های 3 و 11 طبقه در برخی از طبقات کاهش جابه جایی نسبی طبقه مشاهده شد.

1703893196910

واژه های کلیدی: توپوگرافی، شیب، زلزله حوزه دور، جابه جایی نسبی طبقه، قاب خمشی فولادی * نویسنده مسئول [email protected]
111
مقدمه
تأثیرات مخرب توپوگرافی )شیب( در زلزله های مختلفی مشاهده و سبب ایجاد خسارات چشم گیری در سازه ها و شریان های حیاتی شده است ]1[. رخداد چنین حوادثی سبب می شود که تأثیرات توپوگرافی بر سازه های مهندسی امری مهم تلقی شود. بررسی های میدانی و عددی متعددی در این زمینه انجام شده است و مقادیر مختلفی در ارتباط با میزان تأثیر توپوگرافی روی بزرگ نمایی رکورد های زلزله به دست آمده است. بعضی از این بررسی ها نسبت 1 تا 9 برابر را به عنوان ضریب بزرگ نمایی توپوگرافی پیشنهاد می دهند ]1[. از روش های مختلفی نظیر المان محدود، المان مرزی، المان مجزا، المان طیفی و ترکیبی برای ارزیابی عددی اثرات توپوگرافی استفاده شده است ]9[، ]9[، ]5[، ]1[. روش های عددی و پژوهشی که بر مکانیسم و رفتار توپوگرافی انجام شده است میزان ضریب بزرگ نمایی کم تری را نسبت به بررسی های میدانی به دست می دهند ]1[.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

در بحث بررسی اثرات توپوگرافی فرض های مختلفی نظیر در نظر گرفتن سنگ بستر صلب و ارتجاعی، محیط نیمه بی نهایت، تحریک هایی با فرکانس های مختلف، شیب هایی با زوایای مختلف، ارتفاع شیب مختلف، جنس خاک مختلف بررسی شده است. هم چنین بیش تر این پژوهش ها به صورت دوبعدی انجام شده است ]9[، ]1[، ]7[. در حالت کلی می توان گفت که با افزایش زاویۀ شیب میزان بزرگ نمایی توپوگرافی بیش تر می شود . این افزایش بزرگ نمایی به دلیل انعکاس امواج در هنگام برخورد با شیب و برگشت آن به سمت تاج شیب است.
جورج و آچیلیاس )1225( با در نظرگیری سه نمونه توپوگرافی دوبعدی با زوایا و ارتفاع مختلف، به بررسی تأثیرات توپوگرافی بر امواج SV پرداختند. بررسی محققان مذکور این نتایج را دربرداشت:
1. توپوگرافی در برخی حالات سبب افزایش شتاب و در برخی حالت دیگر سبب کاهش شتاب در لبۀ شیب می شود و نمی توان به طور یقین عنوان کرد که توپوگرافی سبب افزایش شتاب ها در لبۀ شیب می شود.
1. تأثیرات بزرگ نمایی درشیب هایی با H/λ≥0.16 )نسبت ارتفاع شیب به طول موج تحریک( و زاویۀ بزرگ تر از 11 درجه مهم است و میزان بزرگ نمایی توپوگرافی برای 111
شتاب افقی 1/1 تا 5/1 برابر و برای شتاب قائم 211 تا 1/1 است ]9[. ایدریس و سید )1317( با استفاده از روش المان محدود و در نظرگیری سه شیب با ارتفاع های 1/1،
9/7 و 1/15 متری با زاویه 17 درجه در خاکی همگن با سنگ بستر صلب تأثیرات شیب را بررسی کردند و نسبت شتاب تاج شیب به شتاب حالت بدون شیب را 5/1و 5/1 برای مقیاس های مختلف زلزله السنترو )1392( به دست آوردند [1]
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

آیین نامۀ طراحی ساختمان ها در برابر زلزله ایران )استاندارد 1122( برای در نظرگیری اثرات بزرگ نمایی توپوگرافی پیشنهاد می دهد که افزایش نیروی طراحی لرزه ای در بررسی پایداری شیب ها و یا نزدیک آن ها باید از طریق ضریب بزرگ نمایی توپوگرافی )ST( برای شیب های با ارتفاع بیش از 92 متر و با زاویۀ میانگین بیش از 15 درجه صورت گیرد. حداقل مقادیر ضریب بزرگ نمایی توپوگرافی در این آیین نامه در شکل 1 نشان داده شده است [3].

شکل 1. مقادیر ضریب بزرگ نمایی توپوگرافی )ST( در آیین نامۀ 0022 ]9[
با توجه به مطالب گفته شده، در زمینۀ بررسی تأثیرات توپوگرافی بر حرکات سطح آزاد پژوهش های زیادی انجام شده است اما، هیچ یک از این پژوهش ها به بررسی رفتار سازههای مجاور شیب نپرداخته اند. در این مقاله اثر وجود شیب بر جابه جایی نسبی طبقات و آسیب پذیری قاب های خمشی فولادی که بر ساختگاهایی با مشخصات خاک نرم قرار گرفته ،بررسی شده است. برای انجام پژوهش ها، شیب 12 درجه با مشخصات خاکی مطابق با بررسی قنبری و همکاران )1913( انتخاب شده است. برای بررسی تأثیر اثرات شیب بررسی شده، جابه جایی نسبی طبقات تحت اثر 12 رکورد زمین لرزههای با مشخصات حوضۀ دور واقع بر سنگ بستر بررسی شده است.
110
مدل های بررسی شده
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

در این پژوهش آسیب پذیری 9 قاب خمشی فولادی بررسی شده است. قاب های بررسی شدۀ کاراواسیلیس و همکاران )1227( بر اساس آیین نامۀ اروپا [7] طراحی و مقدار بار های مرده و زنده نیز مطابق با پژوهش مورد نظر به مدل ها اعمال شده است [12]. قاب های بررسی شده در نرم افزار آباکوس به صورت دوبعدی مدل و در مدل های مورد نظر از فولاد A36 با مقاومت تسلیم فولاد 195 مگاپاسکال استفاده شده است. مدل سازی رفتار فولاد با استفاده از معیار تسلیم فون-میسز و با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی مصالح و ضریب پواسون 219 صورت گرفته است. هم چنین منحنی فولاد سه خطی با سخت شوندگی سینماتیک به کار گرفته شده است. ارتفاع طبقات و طول دهانه قاب ها به ترتیب 9 و 5 متر است. شکل 1 و جدول 1 جزییات ابعاد قاب ها و پریود اصلی این قاب ها و پریود متناظر با حالت اندرکنش خاک-سازه را نشان می دهند. از میرایی رایلی برای در نظرگیری میرایی مصالح استفاده شده است )5% = ξ) به این صورت که ضرایب α و β در رابطه ماتریس سختی )معادلۀ 1( از طریق روابط )1( و )9( به دست می آید. در روابط )1(، )1( و )9( [C] ,[M] و [K] به ترتیب ماتریس های جرم، میرایی و سختی هستند. 2ω و1ω نیز به ترتیب فرکانس های زاویه ای طبیعی اول و دوم به دست آمده از آنالیز ارتعاش آزاد است [12].

)1(

)1(

)9(
در این بررسی زاویۀ شیب 12 درجه در نظر گرفته شده است. مشخصات خاک منطقه و شیب مورد نظر مطابق پژوهش قنبری و همکاران )1913( در ناحیۀ بررسی شده با گمانه زنی در مناطق مختلف مطابق جدول 1 به دست آمده است. منطقۀ بررسی شده برای مشخصات خاک و شیب در این پژوهش بخش مرکزی و باختری شهرستان کرج است [11].

119
جدول 1. مشخصات ابعاد تیر و ستون و پریود متناظر با حالات fix و SSI
TSSI Tfix (شماره طبقاتIPE( تیر–HEB ستون
1/919 1/10 280-360(1-4)+ 260-330(5-)6 1 طبقه 1
1/109
1/51
340-360(1)+340-400(2-5)+320-360(6-7)+300-330(8-)9
9 طبقه
0

0/291 1/121 400-360(1)+400-400(2-3)+400-450(4-5)+360-400(6-7)+340-400(8-
9)+340-360(10)+340-330(11-)21 10 طبقه 9
جدول 1. مشخصات خاک منطقه مورد نظر ]11[

1122 ( kg/m3 )، چگالی
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

چسبندگی ،c (Kpa) 72 زاویه اصطکاک داخلیØ 91 ضریب پواسون 95/2 سرعت موج برشی(m/s) 191

6
@
3
m

6
طبقه

9
طبقه

21
طبقه

6

@

3

m



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید