نشریه زمین شناسی مهندسی، ویژه نامه دومین همایش لرزه خیزی البرز 1

تأثیر نوع خاک از نظر طبقه بندی لرزهای بر طرح به سازی ساختمانهای بنایی با روش شاتکریت

محمد امیر اسکندری، پیمان همامی؛ دانشگاه خوارزمی، گروه عمران
تاریخ: دریافت 71/71/94 پذیرش 22/72/94چكيده
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

اغلب ساختمانهای مصالح بنایی در مقابل زلزله آسیب پذیرند و عموماًعموما به به سازی و تقویت نیازمند هستند. استفاده از شاتکریت همراه با شبکهای از میلگرد، یکی از روشهای پرکاربرد برای مقاوم سازی دیوارهای ساختمانهای موجود بنایی است. در این تحقیق، به تأثیر خاک محل از نظر لرزهای، بر این شیوه به سازی توجه شده است. به این منظور، مدل سه بعدی سه ساختمان بنایی با نرم افزار ABAQUS تهیه شدهاست. سپس این مدلها در حالتهای مبنا )بدون شاتکریت( در مقابل نگاشت زلزلههای طبس، بم و منجیل که در ایستگاه های مستقر بر خاکهای نوع I )طبق تقسیم بندی استاندارد 2011( ثبت شدهاند تحلیل شدهاند. همۀ زلزلهها به صورت دو مؤلفهای در نظر گرفته شدند و محدودۀ تمرکز تنشها و نقاط آسیبپذیر ساختمانها شناسایی شدند. سپس روشهای مختلف به سازی با شاتکریت )شامل تنوعی از نوارهای عمودی، افقی و مورب با عرضهای مختلف( در نقاط آسیبپذیر در نظر گرفته شدند و تحلیلهای لرزهای قبلی تکرار شد. بهترین شیوه به سازی ،افزایش سختی و مقاومت با کمک شاتکریت نوارهای افقی و عمودی اطراف بازشوی دیوارها تشخیص داده شد برای روشن شدن تأثیر نوع خاک بر کارآیی روش به سازی ،یکی از ساختمانها در مقابل سه رکورد از زلزله طبس که بر ایستگاههای مستقر بر خاکهای نوع II ،I و III ثبت شده بودند، تحلیل شد و با مقایسه بین نتایج حاصل از تحلیل مدلهای تقویت شده و تقویت نشده ،نشان داده شد که با تقویت سازه، ضمن افزایش ظرفیت سازه، نیاز لرزهای )برش پایه( افزایش مییابد و در ساختمانی که روی زمین با خاک سخت )نوع I( قرار دارد افزایش نیاز لرزه ای بیش تر از زمین های نرم است. این امر موجب می شود، کارآیی روش به سازی در ساختمان هایی که روی زمین های با خاک سخت قرار دارند، کاهش یابد و توصیه میشود روش به سازی با شاتکریت به صورت محدود و در ترکیب با سایر روشها از جمله پس تنیدگی با کابل و … که موجب افزایش مقاومت میشوند اما سختی را افزایش نمی دهند، به کار رود.
واژه های كليدی : به سازی لرزهای، شاتكریت، ساختمانهای بنایی، خاک محل

مقدمه
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

به سازی لرزهای، مجموعه اقداماتی است که سبب بهبود پاسخ لرزهای سازهها میشود و برای بهبود پاسخ سازهها، حسب نیاز اقداماتی در جهت افزایش ظرفیت های سازه یعنی افزایش سختی، مقاومت یا شکل پذیری اعضای سازه در برابر نیروهای لرزهای انجام میشود و یا اقداماتی در جهت کاهش نیاز لرزهای با کاهش جرم، جداسازی لرزهای و مانند آن انجام میپذیرد. ضرورت انجام به سازی لرزهای پس از بررسی و تشخیص آسیب پذیری لرزهای روشن میشود. در بررسی های آسیب پذیری، به سطح مشخصی از خطر لرزهای توجه می شود و با تحلیل مدلهای عددی سازه در مقابل آن سطح از بار لرزهای، پاسخهای سازه ارزیابی می شوند و نیاز لرزهای با ظرفیت سازه مقایسه میشود. تعیین نیاز لرزهای به نوع تحلیل و سطح خطر لرزهای وابسته است و خصوصیات تاریخچۀ بار لرزهای شامل قدرت، مدت و محتوای فرکانسی تکانهای شدید زمین لرزه از مهمترین عواملی هستند که بر پاسخ لرزهای سازهها تأثیر گذارند. به طورکلی با بزرگ شدن قدرت و مدت زلزله، پاسخهای سازه افزایش مییابد اما تأثیر محتوای فرکانسی حرکات زمین بر سازهها بسیار پیچیده است. مجموعه عواملی که انتشار امواج زلزله را از کانون آن تا محل ثبت نگاشت تحت تأثیر قرار میدهند بر محتوای فرکانسی زلزله اثر میگذارند. این عوامل شامل نوع گسلش، سازند ساختگاه، توپوگرافی محل و مشخصات مکانیکی و دینامیکی خاک محل هستند. از میان عوامل تأثیرگذار بر محتوای فرکانسی، نوع خاک محل بیش تر از از بقیه عوامل مورد توجه قرار گرفته است به طوری که تأثیر این عامل به طور مستقیم در آیین نامه ها و دستورالعملهای محاسبه بارهای لرزهای دخالت داده میشود و طیف های طرح آیین نامه بر اساس نوع خاک محل انتخاب میشوند.
هدف این تحقیق، تعیین اثرات مربوط به نوع خاک محل یا محتوای فرکانسی بار لرزهای، بر پاسخ سازه به سازی شده و در نتیجه کارآیی روش به سازی است. با توجه به این که خیلی از سازه های مسکونی، مدارس و بناهای فرهنگی موجود در کشور از مصالح بنایی ساخته شدهاند و آسیب پذیری این نوع ساختمانها بر کسی پوشیده نیست، به سازی ساختمان های بنایی سهم بزرگی در کاهش خسارات و تبعات زلزله دارد و شناسایی و درک رفتار این سازه ها قبل و بعد از زلزله و به سازی حائز اهمیت است.

مرور تحقيقات پيشين
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

تحقیقات مختلفی برای شناخت رفتار لرزهای و نقاط ضعف ساختمانهای بنای انجام شده است. با توجه به رفتار کاملاکاملاً متفاوت آجر و ملات در دیوار و آزمایش های متعدد انجام شده روی این گونه سازه ها که نمایش دهندۀ پدیدههایی مانند لغزش، جداشدگی ملات از آجر و ترک های قطری هستند، مدلسازی ترک و کاهش سختی ناشی از آن و عمل کردهای ناشی از رفتار مکانیکی پیچیده و خاصیت غیرهمگن و شکننده مصالح بنایی همواره از بحث های مهم بوده است.
مصالح بنایی از المان های یکنواختی ساخته شدهاند که از بالا و پایین با ملات بههم پیوسته اند. این اتصالات ملاتی ضعیف بوده است و به طور چشم گیری رفتار غیرخطی از خود نشان می دهند. خاصیت غیرخطی اتصالات ملات در ابتدا از تغییر شکل غیرخطی آن ها تحت برش یا فشار حاصل می شود ولی به وسیلۀ شکست محلی، باز و بسته شدن و لغزش اتصالات تشدید می شوند.
بر اساس تحقیقاتی که در گذشته صورت گرفته برای مدل سازی ساختار مصالح بنایی دو رویکرد ماکرو و میکرو وجود دارد. در روش ماکرو برای مدل سازی محیط مصالح بنایی به صورت پیوسته در نظر گرفته می شود به این معنی که آجرها و ملات و سطح مشترک ملات و آجر بهصورت ماده ای همگن معادل فرض می شود نظیر آن چه دهانسکار7 ]7[ و میدلتون2 ]2[ انجام شده است معمولاً این روی کرد به دلیل ناتوانی در تحلیل جزئیات تنش و در برگیری انواع مکانیسم های شکست برای تحلیل ساختار مصالح بزرگ استفاده می شود. مدل سازی میکرو روی کردی محاسباتی متمرکز است و به اطلاعات عوامل بسیار زیادی نیازمند است.
پیج3 ]3[ از اولین افرادی بود که به مدل سازی عددی آجر کاری تحت ترکیب نیروهای درون صفحه به صورت مدل سازی میکرو پرداخت. در مدل وی آجرها رفتار کاملا خطی دارند و رفتار غیرخطی آجرکاری ناشی از رفتار درزهای ملات در نظر گرفته شده است. وی از معیار زوال مور-کولمب برای مدل سازی درزهای ملات استفاده کرد.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

لطفی و شینگ4 ]4[ در سال 7994 به مدل سازی دیوارهای آجری بهروش میکرو پرداختند. روت5 و لورنسو6 ]5[ در سال 7996 به ارائۀ المان تماسی برای مدل سازی دیوارهای آجری به روش مدل سازی میکرو پرداختند. معیار زوال حاکم در درزهای ملات در این روش مدل سازی ترکیبی از معیار زوال مور-کولمب با معیار حداکثر مقاومت کششی بههمراه یک کلاهک فشاری است. علاوه بر آن یک المان تماسی داخلی برای آجر برای مدل سازی شکست کششی و برشی در واحدهای بنایی استفاده شده است. شیمون1 و همکارانش ]6[ )2111( نیز با استفاده از همین روش به مدل سازی دیوارهای آجری پرداختند.
گمباروتا0 ]1[ مدل سازی میکرو را بهکار برد که در آن دیوار بهصورت یک لایه طبقهبندی شده از لایههای ملات و مصالح تشکیل شده است. چون ساختار مصالح بهوسیله مجموعههای جدا از هم که با اتصالات بههم وصل شده، مدل سازی شده و این اتصالات به کمک المان های واضح تعریف شده اند بنابراین ملاحظاتی از قبیل شروع شکست، گسترش ترک و لغزش در سطوح مختلف مشاهده شده و آنالیزهای واقعی تری به دست میآید. استفاده از روش میکرو دقت بیش تری نسبت به روش اول دارد ولی تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان می دهد که با استفاده از روش ماکرو جواب های قابل قبولی به دست می آید.
تابش پور ]0[ با بررسی آسیب پذیری لرزه ای و مقاوم سازی سازه های آجری غیرمسلح نقاط ضعف ساختمانهای بنایی کشور را ارائه کرده است. کاظمی و همکاران ]9[، رفتار لرزه ای اتاق

.1 Dhanasekar 2. Midelton 3. PAge 4. Shing 5. Rots 6. Lourenco
.7 Chaimoon 8. Gambarotta
آجری ساخته شده بر اساس استاندارد 2011 بهکمک میز لرزان و مدلسازی عددی آن را بررسی کردهاند. صارمی راد ]71[ روش های مختلف به سازی سازههای بنایی را بررسی کرده است و نشان داده که روش شاتکریت دیوارها عمل کرد مطلوبی داشته است. هم چنین در FEMA 308 ]77[ روشهای به سازی سازه های بنایی ارائه شده است.

معرفی مدلها و روش بررسی
مدل سازی و تحلیل ساختمان سه بعدی با مصالح بنایی در مقابل زلزلههای متعدد با روی کرد مدل سازی میکرو، بسیار زمان بر و پر هزینه است. هم چنین در روش مدل سازی میکرو به اطلاعات زیادی نیاز است که اغلب همراه با نمونه های آزمایشی مصالح قابل استخراج است.
به دلیل این محدودیت ها، در این مقاله از روی کرد ماکرو در نرمافزار ABAQUS استفاده شده است و رفتار مجموعه آجر و ملات به صورت همگن فرض شده است.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

برای بررسی مدلها از نمودارهای برش پایه و دریفت سازه و هم چنین کانتور کرنش بیشینه پلاستیک اصلی که بیان گر ترک خوردگی در سازه است استفاده شده است. المانهایی که برای مدل سازی استفاده شده اند عبارتند از:
7( المان SOLID 3D برای دیوارهای آجری و سقف
2( المان (SHELL(COMPOSITE برای شاتکریت
اندازۀ المانها برابر 71 سانتی متر تعریف شد و نوع اتصال بین دیوار و شاتکریت با توجه به آن که در معدود آزمایشهای انجام گرفته جدایی بین شاتکریت و دیوار رخ نداده است، از نوع TIE در نظر گرفته شده است.
سه ساختمان با طول6 متر، عرض 4 متر و ارتفاع 3 متر در نظر گرفته شده است، ضخامت دیوارها 21 سانتیمتر در نظر گرفته شده است.
مطابق شکلهای 2 تا 4، بازشوهایی در برخی از دیوارها در نظر گرفته شده است. این بازشوها ضوابط استاندارد 2011 را رعایت نکردهاند و بنابراین آسیب پذیر تلقی میشوند. به عنوان نمونه در ساختمان شمارۀ 7 که در شکل 2 مشاهده میشود، بازشویی به ارتفاع 2 متر و عرض 2 متر به عنوان در ورودی و دو پنجره با ارتفاع و عرض 7 متر در یکی از دیوارها و در دیوار مجاور

شكل1. نحوۀ مش بندی مدل
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

آن نیز بازشو به صورت پنجره به ارتفاع 7 متر و عرض 7 متر که خیلی به لبه انتهایی دیوار نزدیک است، تعبیه شده است. جرم حجمی مصالح بنایی 7051 کیلوگرم بر مترمکعب، مدول الاستیسته مصالح بنایی 3990 گیگاپاسکال و ضریب پواسون 75/1 اختیار شد ]72[ . دیوار ها از بلوکهای سفالی حفره دار با مقاومت فشاری 9/0 مگاپاسکال در راستای موازی و 1/3 مگاپاسکال در راستای عمود بر حفرات هستند. جرم حجمی بتن استفاده شده در شاتکریت 2351 کیلوگرم بر مترمکعب و مدول الاستیسیته بتن 7/25 گیگاپاسکال و ضریب پواسون 75/1 برای بتن در نظر گرفته شده است. جرم حجمی مصالح فولادی )آرماتورها( برابر 1051 کیلوگرم بر مترمکعب، مدول الاستیسیته 271 گیگاپاسکال و ضریب پواسون مصالح فولادی 3/1 در نظر گرفته شده است. هم چنین برای تعریف خصوصیات پلاستیک مصالح بنایی و بتن از مدل رفتاری کنت7 و پارک2 در این تحقیق استفاده شده است ]72[. ضخامت شاتکریت 25 میلی متر و درصد آرماتور شاتکریت 7 درصد در نظر گرفته شده است.

صحتسنجی و بررسی آزمایشگاهی
-97789459613

صحت سنجی مدل سازی های انجام شده در نرم افزارABAQUS که با استفاده از نتایج تحقیق آزمایشگاهی مدل دیوار آجری از مرجع ]73[ با ابعاد نمایش داده شده و در شکل 5 بررسی
.1Kent 2. Park
شده است. ضخامت این دیوار یک آجر است و در درزهای افقی و قائم ملات به ضخامت 7 سانتی متر وجود دارد. دیوار مورد نظر از بلوک های سفالی حفره دار با مقاومت فشاری 9/0 و 1/3 مگاپاسکال به ترتیب در راستای موازی و عمود بر حفره هاست.

1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

742188-1280159

شكل
2
.

ساختمان
شمار
ۀ

1

نرم

در

شده

مدل

افزار
ABAQUS

شكل

2

.

ساختمان



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید