نشریه زمین شناسی مهندسی

تأثیر نوع خاک از نظر طبقه‌بندی لرزه‌ای بر طرح به‌سازی ساختمان‌های بنایی با روش شاتکریت

محمدامیر اسکندری

اغلب ساختمان های مصالح بنایی در مقابل زلزله آسیب پذیرند و عموماً به به سازی و تقویت نیازمند هستند. استفاده از شاتکریت همراه با شبکه ای از میلگرد، یکی از روش های پرکاربرد برای مقاوم سازی دیوار های ساختمان های موجود بنایی است. در این تحقیق، به تأثیر خاک محل از نظر لرزه ای، بر این شیوه به سازی توجه شده است. به این منظور، مدل سه بعدی سه ساختمان بنایی با نرم افزار ABAQUS تهیه شده است. سپس این مدل ها در حالت های مبنا (بدون شاتکریت) در مقابل نگاشت زلزله های طبس، بم و منجیل که در ایستگاه های مستقر بر خاک های نوع I (طبق تقسیم بندی استاندارد 2800) ثبت شده اند تحلیل شده اند. همۀ زلزله ها به صورت دو مؤلفه ای در نظر گرفته شدند و محدودۀ تمرکز تنش ها و نقاط آسیب پذیر ساختمان ها شناسایی شدند. سپس روش های مختلف به سازی با شاتکریت (شامل تنوعی از نوارهای عمودی، افقی و مورب با عرض های مختلف) در نقاط آسیب پذیر در نظر گرفته شدند و تحلیل های لرزه ای 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 ساختمان ها در مقابل سه رکورد از زلزله طبس که بر ایستگاه های مستقر بر خاک های نوع I، II و III ثبت شده بودند، تحلیل شد و با مقایسه بین نتایج حاصل از تحلیل مدل های تقویت شده و تقویت نشده، نشان داده شد که با تقویت سازه، ضمن افزایش ظرفیت سازه، نیاز لرزه ای (برش پایه) افزایش می یابد 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 می شود روش به سازی با شاتکریت به صورت محدود و در ترکیب با سایر روش ها از جمله پس تنیدگی با کابل و ... که موجب افزایش مقاومت می شوند اما سختی را افزایش نمی دهند، به کار رود.

عملکرد لرزه‌ای سازۀ قاب صلب لوله‌ای دسته شده تحت رکوردهای حوزۀ نزدیک مقیاس شده با ویرایش‌های سوم و چهارم آیین‌نامه 2800

مشکوه الدینی افشین

در این پژوهش نگرش تحلیلی بر روش مقیاس گذاری رکوردهای حوزه نزدیک در توصیف عمل کرد لرزه ای ساختمان های بلند صورت گرفته است. برای دست یابی به این هدف، مدل های تحلیلی بررسی شده، شامل قاب های صلب لوله ای دسته شده فولادی میان مرتبه تا بلند مرتبه هستند. سازه های بررسی شده در این تحقیق طبق آیین نامه 2800 ایران- ویرایش چهارم طراحی شده اند. مجموعه ای از رکوردهای حوزۀ نزدیک گسل با در نظر گرفتن خصوصیات آن ها برای انجام تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی به منظور بررسی پاسخ لرزه ای انتخاب شدند. مهم ترین ویژگی رکوردهای حوزۀ نزدیک گسل انتخابی، حضور پالس های بلند مدت و پرانرژی سرعت است که آن ها را از رکوردهای حوزۀ دور از گسل متفاوت می سازد. بخشی از مجموعه مذکور شامل رکوردهای دو زلزله حادث شده در ایران، به ترتیب طبس 1978 و بم 2003 میلادی و دو رکورد از زلزله نورتریج 1994 و بخش دوم نیز شامل رکورد حوزۀ دور از نورتریج 1994 است. در این پژوهش رکوردهای مقیاس شده بر اساس ویرایش های سوم و چهارم استاندارد 2800 ایران، استفاده شده اند. خصوصیات عمل کرد لرزه ای هر یک از مدل های بررسی شده شامل حداکثر جابه جایی نسبی هر طبقه، برش پایه لرزه ای، شتاب مطلق و سرعت نسبی طبقات و نحوۀ شکل گیری مفاصل پلاستیک در سازه با دقت ارزیابی شده اند. بررسی این نتایج نشان می دهد که در صورت استفاده از ویـرایش چهارم آیین نامه 2800، ضرایب مقیاس و به دنبال آن پاسخ های لرزه ای سازه های بررسی شده و هم چنین نیاز غیرخطی اعضای باربر اصلی تحت رکوردهای مقیاس شده با این ضرایب، نسبت به موارد متناظر تحلیلی، بر پایۀ کاربرد ویرایش سوم آیین نامه 2800 کاهش به نسبت محسوسی می یابند.

مدل‌سازی فیزیکی نیروی دینامیکی خاک بر دیوار مخازن مدفون با استفاده از میز لرزان و مقایسه با روابط تحلیلی

حامد حاتمی نیا

مخازن سازه هایی برای نگه داری سیالات هستند که در ابعاد، اشکال و از جنس های مختلف ساخته می شوند. امروزه استفاده از مخازن برای ذخیره آب، فراورده های نفتی و... رواج چشم گیری یافته است. در کشور ما برای مخازن شبکه آب رسانی اکثر شهرها، از مخازن مدفون مستطیل شکل بتنی استفاده می شود. مسئلۀ مهم در رابطه با شناخت رفتار لرزه ای این مخازن بحث اندرکنش خاک و سازه است. با توجه به این که نشریه 123 سازمان برنامه و بودجه برای طراحی دیوارهای مخازن، رابطه مونونوبه ـ اوکابه را توصیه می کند، هدف از این تحقیق به دست آوردن فشار و نیروی دینامیکی وارد بر دیوار مخازن مدفون از سوی خاک در زلزله و مقایسۀ آن با روابط آیین نامه ای و دیگر تحقیقات آزمایشگاهی و تحلیلی است. برای این منظور از دسته ای آزمایش های میزلرزان بر مدل کوچک مقیاس مخازن مدفون مستطیلی شکل بتنی در آزمایشگاه مدل سازی فیزیکی دانشگاه تهران استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که از رابطۀ مونونوبه ـ اوکابه و وود نیرویی بیش از مقدار آزمایشگاهی به دست می آید و رابطۀ ارائه شده سید ـ ویتمن به نتایج تحقیقات آزمایشگاهی نزدیک تر است

اثر زلزله و پس‌لرزه‌های متوالی بر پاسخ غیرارتجاعی قاب بتن مسلح

سید امین حسینی

رخداد زلزله در مناطق زلزله خیز به صورت اتفاق تنها نیست، بلکه در اغلب موارد زلزله به صورت زنجیره ای از حرکات زمین با شدت های متفاوت و به صورت پی در پی در منطقه رخ می دهد. این سلسله زلزله ها اغلب به زلزله های پی در پی اصلی و پس لرزه ها یا زلزله های تکراری تعبیر می شود. در این پژوهش رفتار لرزه ای قاب بتن مسلح تحت اثر زلزله های متوالی با شدت های مختلف حداکثر شتاب پس لرزه به زلزله اصلی ارزیابی می شود. در پژوهش حاضر تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی روی قاب بتن مسلح تحت اثر زلزله اصلی و زلزله ها متوالی اجرا شده است. به منظور بررسی پاسخ لرزه ای قاب تحت اثر زلزله های متوالی از پارامتر جابه جایی نسبی ماندگار طبقات استفاده شده است. نتایج این تحقیق برای قاب بررسی شده نشان می دهد که، جابه جایی نسبی ماندگار طبقات به شدت حداکثر شتاب پس لرزه به زلزله اصلی وابسته است و با افزایش شدت پس لرزه این پارامتر افزایش می یابد. از طرفی رشد پاسخ ماندگار طبقات تحت اثر پس لرزه نسبت به زلزله اصلی در طبقات بالا محسوس تر بوده است.

خواص رفتاری سختی، ظرفیت نهایی و شکل‌پذیری یک اتصال نیمه صلب جدید

سیدحسین حسینی لواسانی

سازه های فولادی باید از طریق اتصالات کارآمد با ظرفیت های (اتلاف) انرژی مشخص به منظور مقاومت در برابر زلزله القاء شده به وسیلۀ حرکت های زمین متصل شوند. قبل از زلزله های نورتریج (1994) و کوبه (1995) طراحان و هم چنین آئین نامه ها در آن زمان، تمایل به استفاده از اتصالات جوشی داشتند که برای نیروهای ناشی از (حالت های) مختلف زلزله طراحی می شدند. مدل های اتصالات نیم صلب اساساً، نشان دهنده روابط، نوع پیچشی- خمشی هستند. آن ها منحنی های ساده ای هستند که شامل داده های آزمایشگاهی قابل دسترس است و برای نشان دادن اثر اتصالات در قاب های فولادی استفاده می شوند. با این وجود، کمبود دانش در داده های تجربی با پارامترهای مختلف، اجازه نمی دهد که محققان توابع پیچشی- خمشی را برای هر مجموعه و نوع اتصالات مختلف توصیف کنند. به منظور افزایش قدرت محاسباتی در دهۀ گذشته، برنامه های (روش های) المان محدود برای به دست آوردن نمودارهای (منحنی های) خمش- پیچش که اثر غیرخطی در پاسخ اتصالات را بازتاب می دهند، استفاده شده است. با کمک روش های اجزا محدود، اثر پارامترهای مختلف روی رفتار اتصالات می تواند بررسی شود. در این پژوهش چندین اتصال نیمه صلب رایج مدل شده، خواص رفتاری آن ها به صورت اجمالی بررسی شده و سپس با ارائه جزئیات مربوط به یک اتصال نیمه گیردار جدید، خواص رفتاری آن مانند سختی، ظرفیت نهایی و شکل پذیری آن بررسی شده و با سایر اتصالات مدل شده مقایسه خواهد شد.

بررسی پارامتریک تأثیر حضور سازه بر رفتار لرزه‌ای توپوگرافی شیب با در نظرگیری اثرات اندرکنش خاک- سازه در خاک‌های با سختی متوسط

عمید عرفانی

زلزله های گذشته نشان داده اند که بی نظمی های توپوگرافی تأثیرات چشم گیری بر پاسخ لرزه ای ساختگاه داشته و با بزرگ نمایی پاسخ ها سبب آسیب های شدیدی بر سازه ها شده است. تحقیقات صورت گرفته بر رفتار لرزه ای توپوگرافی شیب نشان داده است که پاسخ دینامیکی سطح آزاد و سیستم خاک- سازه به شدت تحت تأثیر شکل توپوگرافی و ویژگی های خاک ساختگاه است. هم چنین زاویه و ارتفاع شیب، فرکانس تحریک ورودی، رفتار غیرخطی خاک و عمق سنگ بستر از دیگر پارامترهای مؤثر بر پاسخ کل سیستم است علاوه بر این پژوهش ها نشان داده اند که حضور سازه در مجاورت شیب بر تغییر الگوی رفتار لرزه ای این توپوگرافی بسیار مؤثر بوده است اما این بررسی ها بسیار محدود است از این رو، در این تحقیق به بررسی تأثیر حضور سازه در تغییر الگوی رفتار لرزه ای توپوگرافی شیب می پردازیم. پارامترهای بررسی شده در این مقاله برای بررسی اندرکنش توپوگرافی- خاک-سازه، زاویۀ شیب و فرکانس تحریک وروردی است که نتایج نشان می دهند در حالت حضور سازه در مجاورت شیب به طورکلی در محل سازه شاهد افزایش پاسخ نسبت به میدان آزاد هستیم که به طور میانگین، مقدار شتاب افقی در محل سازه تقریباً 3/1 برابر شتاب در میدان آزاد است و هم چنین نتایج نشان می دهد که حضور سازه در مجاورت شیب موجب انتقال حداکثر پاسخ به فاصله ای دورتر از محل سازه می شود که به طور میانگین مقدار شتاب افقی در این نقطه نیز تقریباً 6/1 برابر شتاب در میدان آزاد است. لازم به ذکر است که نتایج ارائه شده در این مقاله برای یک نوع خاک با سختی متوسط که بر اساس آیینامه 2800 در ردۀ تیپ III قرار می گیرد ارائه شده است.

مدل‌سازی عددی ارتعاشات زمین ناشی از عملیات شمع‌کوبی ضربه‌ای با استفاده از روش المان محدود

آبتین فرشی همایون روز

کوبش متوالی چکش شمع کوب بر سر شمع پیش ساخته برای نصب شمع در زمین را شمع کوبی ضربه ای می نامند. امروزه کاربرد وسیع روش شمع کوبی ضربه ای در اجرای پی های عمیق (شمع ها) غیرقابل انکار است؛ به طوری که در میان منابع تولید کننده ارتعاشات در زمین، شمع کوبی متداول ترین منبع تولید کننده ارتعاشات ساخت و ساز است. این ارتعاشات زمین در حین شمع کوبی مهم ترین عامل محدود کننده به کارگیری این روش است، از این رو، برای جلوگیری از خرابی سازه ای و حفظ آرامش ساکنین پیش بینی قابل قبول از دامنۀ ارتعاشات پیش از اجرای هر پروژه ضروری است. برای این منظور، بی تردید مدل سازی عددی سریع ترین، دقیق ترین و اقتصادی ترین گزینه است، اما تا به امروز مدل سازی روند صحیح نصب شمع یکی از مشکلات اصلی در مدل سازی عددی شمع کوبی بوده است. پژوهش حاضر تلاش دارد که با استفاده از نرم افزار اجزای محدود ABAQUS مدل سازی عددی عملیات شمع کوبی ضربه ای به طور موفقیت آمیز از سطح زمین تا عمق دلخواه بدون در نظرگیری فرضیات ساده کننده متداول محققان گذشته و با در نظرگیری جزئیات مشابه کارهای عملی، تطابق بهتر ارتعاشات نسبت به نتایج عددی گذشته با نتایج صحرایی بر حسب حداکثر سرعت ذره (PPV) نتیجه گردد.

بررسی رفتار دینامیکی پل ها تحت اثر بار متحرک

غلامرضا نوری

افزایش روزافزون سرعت و جرم قطارها و وسایط نقلیه از یک سو و تمایل به ساخت سازه های سبک تر و در نتیجه افزایش انعطاف پذیری سازه ها از سوی دیگر باعث می شود تا خطاهای ناشی از به کار گیری مدل نیروی متحرک در طراحی سازه های پل، غیر قابل چشم پوشی باشد. در مقالۀ حاضر، رفتار دینامیکی پل ها تحت اثر بار متحرک بررسی شده است. پل به صورت تیر اولر-برنولی دو سر مفصل مدل شده است از آن جا که در مدل کردن بار متحرک با استفاده از مدل نیروی متحرک از اینرسی جسم متحرک صرف نظر می گردد، از این رو، این نوع مدل سازی در محدودۀ بسیار کوچکی از پارامتر های مؤثر (سرعت، جرم) دارای اعتبار است. با لحاظ کردن نیروهای اندرکنشی بین بار متحرک و سازه تکیه گاهی، مدل جرم متحرک برای تعیین معادلات دینامیکی حاکم استفاده می شود. نتایج مدل سازی در این بررسی نشان می دهد تغییر مکان دینامیکی وسط دهانۀ تیر در مدل جرم متحرک با افزایش جرم و سرعت وسیلۀ نقلیه، نسبت به مدل نیروی متحرک اختلاف چشم گیری پیدا می کند. به طور مثال برای نسبت جرمی (جرم متحرک به جرم کل تیر) برابر 15/0 و سرعت وسیله نقلیه برابر 8/0 سرعت مبنا (که به صورت طول تیر تقسیم بر پریود اول تیر تعریف می شود)، اختلاف تغییر مکان دینامیکی حداکثر وسط دهانۀ تیر در دو مدل حدود 11 درصد است.