۲-۱۰-۱- ابزارهای تحلیلی
چندین ابزار برای تحلیل خرابی پیشرونده جهت تعیین توانایی یک سازه در مقابله با بارگذاری نامتعارف وجود دارد. تعداد زیادی نرم افزار در دسترس هستند که می توانند برای این هدف و گزینه های ویژه برای خرابی پیشرونده در سازه ها مفید باشند.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

محققان بسته های نرم افزاری اجزای محدود شامل SAP2000,STAAD,PERFORM3D, OPENSEES را برای ارزیابی رفتار خرابی پیشرونده سازه های قابی استفاده می کنند. بسته های نرم افزاری تحلیل اجزای محدود برای سیستم های پیوسته مثل FLEX,ANSYS,ABAQUS, LARSA,DIANA میتواند استفاده شود [۱۹].
۲-۱۱- مروری بر تکنیک های بهسازی ارائه شده برای مقابله با خرابی پیشرونده
دو هدف اصلی برای بهسازی سازه های موجود، مقابله با خرابی موضعی المان های سازه ای و فراهم کردن باز توزیع بار برای جلوگیری از خرابی پیشرونده در کل سازه است. برای نیل به این هدف، تامین پیوستگی^[۴۴]، شکل پذیری^[۴۵] و مقاومت^[۴۶] در کل ساختمان، المان ها و اتصالات لازم بنظر می رسد. مشخصات کلیدی در طراحی بهسازی توسط (Craw ford 2002) پیشنهاد شده است. نکته کلیدی این است که سازه باید رفتار شکل پذیر و غیر خطی قابل اعتمادی داشته باشد و مسیر های باربری اضافی برای دستیابی به حداکثر حفاظت فراهم شود. چندین تکنیک بهسازی برای سیستم های سازه ای مختلف برای کاهش پتانسیل خرابی پیشرونده برای سازه های موجود ارائه شده است : [۱۲]
۲-۱۱-۱- نمونه هایی از بهسازی اعضای خمشی
استفاده از کابل های زنجیره وار^[۴۷]. با نصب کابل هایی دور تا دور ساختمان، زمانی که ستون منهدم می شود و بخشی از سقف شروع به خیز می‌کند، عملکرد زنجیره وار کابل ها، بار را به ستون های مجاور منتقل می‌کند و از انهدام جلوگیری می نماید. آستانه^[۴۸] در سال ۲۰۰۳ درباره این تکنیک بصورت تجربی و تحلیلی بحث کرده و استنباط نمود که در جلوگیری از انهدام سازه های فولادی موثر بوده و هزینه مناسب و نصب آسانی دارد.
استفاده از کابل برای گره زدن المان های سازه ای به یکدیگر. این روش مناسب برای پانل های پیش ساخته است. جایی که برای گره زدن پانل ها در محل اتصالات استفاده می شود. همچنین پیوستگی و شکل پذیری را نیز فراهم می‌کند. این تکنیک کفایت خود را در ساختمان الکوبار که تحت حمله تروریستی قرار گرفت نشان داد. جاییکه پانل های پیش ساخته در مقایسه با بار وارده خیلی قوی نبودند، اما عملکرد کلی مناسب بود. [۱۴و۱۸]
۲-۱۱-۲- نمونه هایی از بهسازی اعضای باربر
پوشش ستون ها با بهره گرفتن از ورق های فولادی، که یک تکنیک کلاسیک برای بهسازی اعضای فشاری است که تاثیرش بر ستون های فولادی و بتنی اثبات شده است.
پوشاندن ستون ها با پلیمر مسلح شده با الیاف کربن^[۴۹] CFRP . این تکنیک مزایایی نسبت به پوشاندن با فولاد دارد. از آن جمله اینکه ارزانـتر است، وزن کمتری به سازه اضافه می‌کند و نصب آن نیاز به جوشکاری و حمل ورق های سنگین ندارد و اندازه ستون را افزایش نمی دهد و با هر شکل ستونی سازگار است.
پر کردن ستون ها با بتن برای فراهم کردن راه حلی ارزان تر نسبت به تکنیک قبلی. اما محدود به برخی از اشکال ستون فولادی می شود که بتوان بتن را درون آن ریخت. [۱۴و۱۸]
۲-۱۲- مروری بر مطالعات انجام شده در زمینه خرابی پیشرونده
در سالهای اخیر تحقیقات گسترده ای در خصوص ارائه طرح تقویت برای قسمت های مختلف سازه صورت گرفته است :
در سال ۲۰۱۱ آقایان محمد هادی و طاهر سعید ^[۵۰] [ ۶ ] به دنبال پیدا کردن مسیری برای انتقال بار به هنگام بروز خرابی پیشرونده روشی را بدین صورت پیشنهاد کردند که با قرار دادن خرپایی در بام ساختمان و متصل کردن آن بوسیله ی کابل به تیر طبقات، می توان از آن به هنگام حذف ستون، به عنوان مسیری جایگزین برای انتقال بار و حفظ پایداری سازه بهره جست.
مین یو و ژیائوژینگ ژا ^[۵۱] [ ۷ ] در سال ۲۰۰۹ بر روی اثر دال سقف های کامپوزیتی در سازه های فولادی در برابر خرابی پیشرونده مطالعاتی را صورت دادند که نتایج نشان داد تقویت سازه بوسیله ی کابل های پیش تنیده ̜بسیار می تواند ظرفیت مقاومتی سقف ها را در مقابل خرابی پیشرونده ̜افزایش دهد.
جینکو کیم و داوون آن^[۵۲] [ ۸ ] در سال ۲۰۰۹، اثر عملکرد زنجیره وار در پتانسیل خرابی پیشرونده در ساختمان های فولادی با قاب خمشی را بررسی کردند. تحلیل های دینامیکی و استاتیکی غیر خطی در مدل های سه و شش طبقه با مهاربند و بدون مهاربند با بهره گرفتن از روش APM پیشنهاد شده توسط راهنمای GSA2003 انجام شد و نتایج مقایسه گردید. زمانی که عملکرد زنجیره وار در تحلیل استاتیکی غیر خطی در نظر گرفته شد. اثرات زنجیره وار همانند دهانه ها و مهاربندهای اضافی حرکات جانبی را کاهش دادند ولی تغییر در تعداد طبقات بر عملکرد زنجیره وار تاثیر قابل توجهی ندارد.
جینکو کیم و تای وان کیم^[۵۳] [ ۹ ] در سال ۲۰۰۸، در تحقیقی ظرفیت مقاوم در برابر خرابی پیش‌رونده در قاب‌های خمشی فولادی را مورد بررسی قرار داده اند. در این تحقیق روش‌های تحلیلی استاتیکی و دینامیکی خطی و غیرخطی بر طبق آئین‌نامه‌های GSA‌۲۰۰۳ و‌DOD2005 برای مقایسه ارائه شده است. با مقایسه نتایج تحلیل ها، نتیجه می شود که تحلیل­های غیرخطی ابزاری دقیق برای ارزیابی پتانسیل خرابی پیش‌رونده در سازه های ساختمانی می‌باشد.
روبرت سیم لوویتس^[۵۴] [۱۰] در سال ۲۰۰۰ به بررسی روش های طراحی در برابر خرابی پیشرونده پرداخته است و سه روش طراحی در برابر خرابی پیش‌رونده را توصیه نموده که عبارتند از:
– روش غیرمستقیم
۲- روش مستقیم مسیر جایگزین انتقال بار
۳- روش مستقیم مقاومت محلی مخصوص
در این روش یک عضو بحرانی را در اثر بارگذاری ناهنجار حذف کرده و سازه نیازمند این است که بار ثقلی عضو آسیب دیده را در المان‌های سازه‌ای خراب نشده باقی مانده، پخش کند.
احمد سعد و اینگ تیان^[۵۵] [ ۱۱ ] درسال۲۰۰۸، چندین روش برای ارزیابی آسیب‌پذیری سازه‌ها در برابر خرابی پیش‌رونده ارائه وسیستم‌های مختلف سازه‌ای بتنی و فولادی را مورد ارزیابی قرار داده اند. هم‌چنین تکنیک‌هایی را برای بهسازی سازه‌ها جهت کاهش پتانسیل خرابی پیش‌رونده مورد ارزیابی قرار داده اند.
احمد ساعد و علی سعید^[۵۶] [ ۱۲ ] در سال ۲۰۰۸ مروری بر روش های طراحی، تحلیل و تکنیک های بهسازی در برابر خرابی پیشرونده انجام دادند.
ولاسیس و ایزودین^[۵۷] و همکارانشان [ ۱۳ ] توانستند در سال ۲۰۰۸ به بررسی خرابی پیشرونده ی ساختمان های با چندین طبقه که در آنها با سقوط یک سقف بر روی سقف دیگر و بدین ترتیب انتشار خرابی ناشی از ضربه ی آن در کل ساختمان ̜پرداختند و برای آن طرح تقویت پیشنهاد دادند.
پورفلاح و ماهری^[۵۸] [ ۱۴ ] از دانشگاه شیراز در سال ۲۰۱۲ در مورد تقویت لرزه ای دال های طاق ضربی به این نتیجه رسیدند که ̜با اجرای یک لایه بتن مسلح بر روی این نوع از سقف ها ̜مقاومت خارج از صفحه ی دال را افزایش میدهند.
آقایان الشاکرو تاویل^[۵۹] [ ۱۵ ] در سال ۲۰۱۰ بر روی میزان ظرفیت سقف های کامپوزیتی و مقاومت آن در برابر خرابی پیشرونده مطالعاتی را صورت دادند.
در سال ۲۰۱۲ روبرت ماسارلی ^[۶۰]و همکارانش [ ۱۶ ] بر روی تقویت سقف ها با عرشه ی فولادی ̜ ̜با انجام یک کار آزمایشگاهی به نتایج جالبی دست یافتند.
آقایان کیم و همکارانش^[۶۱] [ ۱۷ ] در سال ۲۰۱۰ تحقیق خود را بر روی ساختمان ۳۶ طبقه فولادی انجام دادند بدین ترتیب که از خرپاهایی در طبقه­ی آخر ساختمان استفاده نمودند و تحلیل نشان داد با حذف ستون مقاومت ماکزیمم تنها به ۲۰٪ بارهای مشخص شده در آیین­ نامه­ی GSA رسید.
یکی از اولین افرادی که در زمینه تکنیک های کاهش خرابی پیشرونده فعالیت نمود و اغلب کارهای مربوط به خرابی پیشرونده به آن ارجاع داده می شود الینگوود و لیندکر^[۶۲] [ ۱۸ ] در سال ۱۹۷۸ است که نویسندگان سه روش پیشنهادی بررسی خرابی پیشرونده را بحث می کنند و پیشنهاد می نمایند از یک یا دو روش مسقیم علاوه بر روش غیر مستقیم استفاده شود.
آقای ویبوو و لااو^[۶۳] [ ۱۹ ] در سال ۲۰۰۹ مروری کوتاه بر پدیده خرابی پیشرونده در سازه ها را ارائه کردند. روش ها و الزامات چندین استاندارد برای جلوگیری از خرابی پیشرونده بحث شد. محدودیت ها و مزایای روش های تحلیل در دسترس برای ارزیابی خرابی پیشرونده سازه ها خلاصه گردید. اهمیت تاثیر بار لرزه ای در رفتار خرابی پیشرونده سازه ها نیز بحث گردید. استنباط شد که خرابی پیشرونده لرزه ای سازه ها می تواند با اصلاح روش های جاری تحلیل گردد.
بهروز عسگریان و فرشاد هاشمی[ ۲۰ ] در سال ۱۳۸۹ به بررسی خرابی پیشرونده در قاب های فولادی مهاربندی شده پرداختند. نتایج تحلیل بر اساس روش مسیر باربری جایگزین نشان داد که حذف ستون های گوشه در ساختمان های مهاربندی شده نسبت به ستون میانی حالت بحرانی تریست.
کپیل کاندلوال و شریف تاویل^[۶۴] در سال ۲۰۰۹ [ ۲۱ ] خرابی پیشرونده در قاب های مهاربندی شده فولادی طراحی شده بر اساس معیار های لرزه ای را مورد بررسی قرار دادند. مدل های دو بعدی ده طبقه از قاب های مهاربندی شده محبوب شامل SCBF و EBF استفاده گردید و با استفاده روش APM مقاومت در برابر خرابی پیشرونده این قاب ها مقایسه گردید. شبیه سازی ها نشان داد که قابهای مهاربندی با سیستم EBF که برای خطر لرزه ای زیاد طراحی شده اند نسبت به سیستم SCBF طراحی شده برای خطر لرزه ای متوسط نسبت به خرابی پیشرونده پیشرونده ایجاد شده بر اثر بار ثقلی کمتر آسیب می پذیرند. استنباط شد که این امر بعلت شکل پذیری مناسب تر سیستم EBF می باشد.
آقای نیلسن^[۶۵] در پایان نامه کارشناسی ارشد خود در سال ۲۰۰۹ [ ۲۲ ] به روش های مختلف محاسبه تنومندی^[۶۶] که شاخص مهمی برای تعیین سالم ماندن سازه در برابر یک خرابی موضعی اولیه است اشاره نمود. در کل فهمیده شد که شکل پذیری و قیود اضافی، در برابر بارهای عمودی و افقی پیش بینی نشده و خطاهای انسانی را افزایش می دهد و افزایش ظرفیت سازه سالم سازه را تنومند تر می‌کند.
مین لیو^[۶۷] در سال ۲۰۱۱[ ۲۳ ] به طراحی قابهای فولادی باربر لرزه ای در برابر خرابی پیشرونده با بهره گرفتن از روش APM، راهنمای UFC2009 پرداخت. تحلیل های استاتیکی خطی، استاتیکی غیر خطی و دینامیکی غیر خطی انجام گرفت. مشخص شد که استفاده از روش استاتیکی خطی منجر به پاسخ های محافظه کارانه می شود. ولی بیان شد اگر چه استفاده از روش های استاتیکی و دینامیکی غیر خطی منجر به پاسخ های اقتصادی تری می شوند ولی محاسبات پیچیده تری دارند. این تحقیق برای قاب های دو بعدی انجام گرفت ولی بنا به نظر محقق برای رسیدن به نتایج واقعی تر باید از مدل های سه بعدی استفاده نمود.
مطالعات تحقیقات گذشته نشان میدهد که تعداد محدودی از استاندارد های بین المللی ساختمان، دارای مقررات ویژه جهت طراحی سازه ها در برابر خرابی پیشرونده میباشند، شایان ذکر است بیشتر آنها بر طرح سازه ای مناسب، افزایش درجات نامعینی، شکل پذیری و پیوستگی تاکید دارند. همچنین دو هدف اصلی بهسازی ساختمان های موجود، دفع شکست موضعی وتامین توزیع مجدد بار به منظور جلوگیری از خرابی پیشرونده در کل سازه می باشد. بدین منظور ایجاد پیوستگی، شکل پذیری و مقاومت در اتصالات و المان های سازه ضروری می باشد. هم چنین در زمان ارائه جزئیات مر بوط به تقویت المان های سازه ای باید این احتمال را که المان های تقویت شده به دلیل افزایش سختی ومقاومت بار اضافی جذب می کنند را در نظر گرفت.
در صورت تغییر سختی نسبی ستون ها در یک قاب خمشی، ممکن است توزیع نیرو ها در قاب در اثر دیگرشرایط بارگذاری مانند باد یا زلزله، تقا ضای جدیدی را در المان های تقویت شده یا دیگر المان ها بوجود آورد. بنابر این در هنگام طراحی برای افزایش مقاومت المان های خاص در برابر خرابی پیش رونده باید اثرات متعاقب این کار را بر روی رفتار سازه در طی رخداد های قابل پیش بینی لحاظ نمود. آئین نامه های GSA,DOD,UFC بطور جامع تر و با جزئیات بیشتر به بررسی پدیده خرابی پیشرونده در ساختمان ها پرداخته اند و در اکثر تحقیقات مرتبط با پدیده خرابی پیشرونده از این آئین نامه ها استفاده شده است.
فصل سوم :
مفهوم سطوح عملکرد ، مدلسازی و روش های تحلیل
۳-۱- تعیین سطح عملکرد بر اساس دستورالعمل بهسازی و FEMA-356 [۳۳,۲۷]
به زبان ساده هدف از بهسازی لرزه‌ای ساختمان این است که اعضای سازه‌ای و ملحقات غیرسازه‌ای به‌گونه‌ای تقویت شوند که در صورت وقوع زلزله، آسیب‌های کمتری به این اجزاء وارد شود.
آیین‌نامه‌های FEMA و ATC با توجه به اهمیت ساختمان و کارایی آن بعد از وقوع زمین‌لرزه، آسیب‌های احتمالی را بررسی و سطوح بهسازی را بر این اساس تعریف کرده‌اند. در این آیین‌نامه‌ها طراحی و بهسازی بر مبنای سطوح عملکرد است. در این فصل بعضی از مفاهیم اصلی و رایج در تعیین سطوح عملکرد ساختمان را توضیح می‌دهیم و سپس سطوح مختلف عملکرد را بر اساس FEMA و دستورالعمل‌ بهسازی تشریح می‌کنیم.
۳-۱-۱- تعاریف مقدماتی:
۳-۱-۱-۱- سطح عملکرد : حالت مطلوب ساختمان پس از وقوع زلزله می‌باشد، که میزان نقایص (خرابی و تلفات) ناشی از زلزله را نشان می‌دهد.سطوح عملکرد به دو دسته سازه‌ای و غیرسازه‌ای تقسیم‌بندی می‌شوند، که در بخش بعدی بطور مفصل توضیح داده خواهد شد.
۳-۱-۱-۲- سطح عملکرد ساختمان: عبارتست از ترکیب یک سطح عملکرد سازه‌ای و یک سطح عملکرد غیرسازه‌ای، که توصیف جامعی از آسیب کلی بدست می‌دهد.