مقایسه طیف پاسخ زلزله های دور از گسل با طیف پاسخ حوزه نزدیک

در مباحث مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای بعد از زلزله همچنین مباحث تحلیل خطر توجه به تفاوت زلزله های حوزه ی نزدیک و حوزه ی دور از اهمیت بالایی برخوردار است. که این مهم اهمیت بررسی این دو ویژگی را ضروری می سازد.

در مطالعات صورت گرفته مشاهده شده است که می توان به طور محافظه کارانه پس از همپایه ساختن نگاشت ها با سطح خطر مورد نظر از طیف پاسخ نگاشت هایی که بیش از 100 کیلومتر از گسل فاصله دارند و اوج شتاب آن ها کمتر از 0.05g می باشد به عنوان طیف طرح نزدیک گسل استفاده نمود. طیف میانگین به علاوه انحراف معیار 21 نگاشت نزدیک گسل با طیف میانگین به علاوه انحراف معیار 27 نگاشت دور از گسل با مشخصات نامبرده در شکل (1) نشان دهنده این ادعا می باشد. این مسئله به دلیل تعداد پالس و مدت زمان بیشتر زلزله های دور از گسل است. [1]

شکل 1 مقایسه طیف میانگین به علاوه انحراف معیار نگاشت های نزدیک گسل با نگاشت های دور از گسل PGA<0.05g و فاصله از گسل بیش از 100 کیلومتر در خاک نوع 3.

 

پاسخ سازه ها در حوزه نزدیک گسل بر روی اثرات بزرگ تر مولفه افقی عمود بر گسل متمرکز گردیده است [2]. هر چند در مواردی مولفه حرکت موازی گسل نیز مهم است. برای مثال نرم شدن خاک در پاسخ به مولفه حرکت بزرگ عمود بر گسل باعث کرنش بیشتری در جهت موازی گسل می شود در این حالت خاک در مقابل مولفه حرکتی موازی گسل از خود نشان می دهد [3]. علوی و کراوینکلر با مقایسه طیف پاسخ مولفه افقی موازی با امتداد گسل و طیف مولفه افقی عمود بر گسل نشان دادند طیف پاسخ مولفه افقی عمود بر گسل دارای اثر بیشتری نسبت به مولفه موازی با امتداد گسل است لذا در نزدیک گسل جهت گیری سازه نسبت به گسل اهمیت پیدا می کند. [2]

بررسی طیف پاسخ مولفه قائم در زلزله های نزدیک گسل

 

در حوزه نزدیک به گسل مولفه افقی عمود بر گسل بیشترین اثر را در پاسخ سازه ها دارد و اثر این مولفه غالب بر مولفه افقی موازی با گسل و مولفه قائم به سطح زمین می باشد. اما اگر برای کارایی سازه مهم باشد، ارتعاش قائم به سطح زمین در نواحی نزدیک گسل نیز ممکن است لازم باشد. در این حالت مولفه قائم به سطح زمین دارای اثرات بیشتری در فرکانس های بالاتر از 10HZ می باشد، به طوری که پریود قائم اکثر سازه ها در این محدوده قرار دارد. بزرگ نیا با اندازه گیری فرکانس قائم 12 ساختمان نشان داد، که پریود اصلی قائم این ساختمان ها بین 0.076s و 0.26s است. کلایر و الناشای پریود اصلی قائم 4 قاب ساختمانی را حدود 0.07s بدست آوردند. همانطور که از شکل (2) پیداست، نقطه اوج مولفه قائم به سطح زمین در پریود 0.1s به حداکثر می رسد [1]. از آنجا که عموما در زلزله های نزدیک گسل مولفه افقی عمود بر گسل دارای اهمیت بیشتری است لذا در این مطالعه به طور خلاصه به بررسی پارامترهای موثر بر طیف پاسخ مولفه قائم زمین نسبت به طیف مولفه قائم به مولفه افقی زمین پرداخته می شود [1].

شکل(2) مقایسه طیف پاسخ شبه شتاب (Sa)، شبه سرعت (Sv)، تغییر مکان (Sd)، دو مولفه افقی (S48WوN42W) با مولفه قائم بر سطح زمین (Vertical) در زلزله نورثریج (1994) [3].

 

بررسی پارامترهای موثر بر طیف مولفه قائم

 

با بررسی طیف مولفه قائم در بزرگی های مختلف مشاهده می شود که با افزایش بزرگی زلزله طیف پاسخ مولفه قائم افزایش می یابد شکل (3). همچنین با افزایش فاصله از گسل مقدار طیف مولفه قائم به شدت کاهش می یابد شکل (4). با مطالعه مقدار طیف قائم زلزله در ساختگاه های مختلف ملاحظه می شود طیف مولفه قائم در پریود های بالا برای خاک های مختلف بسیار نزدیک به هم می باشند، ولی در پریودهای پایین برای خاک های هولوسن (خاک هایی که قدمت شان کمتر از 11000 سال است) از سایر خاک ها بیشتر است شکل (5) الف. مطالعه طیف مولفه قائم برای انواع گسل ها نشان می دهد مقدار طیف قائم برای گسل های معکوس با عمق کانونی سطحی و گسل های معکوس با عمق کانونی زیاد از مقادیر به گسل امتداد لغز بیشتر است و برای پریود های بزرگتر از 1 ثانیه برای انواع گسل ها بر یکدیگر منطبق می باشند شکل (5) ب. [1]

شکل (3) اثر بزرگی زلزله بر روی طیف مولفه قائم بر سطح زمین

شکل (4): طیف شبه شتاب مولفه قائم به سطح زمین در فواصل 3، 10 و 20 کیلومتری از گسل

شکل(5) الف) طیف شتاب مولفه قائم در خاک های مختلف، ب) اثر انواع گسل ها بر طیف مولفه قائم

 

نسبت طیف مولفه قائم به مولفه افقی (V/H)

 

تحقیقات نشان می دهد که طیف مولفه قائم با طیف مولفه افقی زلزله متناسب است. نسبت طیف قائم به طیف افقی تابعی از پریود طبیعی، فاصله از مرکز زلزله و شرایط ساختگاه (جنس خاک) است [3]. در بعضی از مراجع هم نسبت V/H را تابع ضعیفی از بزرگی زلزله و نوع گسل دانسته اند. بزرگینیا نشان داد با افزایش فاصله نسبت V/H تغییر می کند و برای خاک های سخت و ساختگاه های سنگی نسبت V/H به راحتی از واحد فراتر رفته و در محدوده پریود های کوتاه (فرکانس های بالا) مقادیر آن از 1.8 نیز بالا تر می شود. این موضوع نشان می دهد که نسبت V/H = 2/3 (در محدوده پریود های کوتاه) برای خاک های سخت غیر محافظه کارانه است [3]. برخی از آیین نامه ها مقدار عددی V/H = 2/3 را برای بدست آوردن طیف مولفه قائم زلزله از طیف مولفه افقی آن پیشنهاد نموده اند. طیف مولفه قائم زلزله با طیف مولفه افقی آن متناسب می باشد اما این نسبت یک عدد ثابت نیست و بستگی به پارامترهایی نظیر پریود، فاصله از گسل، جنس خاک، بزرگی زلزله و نوع گسل دارد. این موضوع در شکل (6) نشان داده شده است. [1]

شکل (6) – مقایسه نسبت V/H

بر اساس مطالعات بزرگینیا مقدار V/H = 2/3 در تعدادی از مراجع از جمله UBC97 و FEMA356 آورده شده که مقادیری غیر محافظه کارانه است. [3] بر اساس بند 2-3-12-2 استاندارد 2800 مقدار ثابت 0.7AIWP به عنوان نیروی قائم زلزله پیشنهاد شده است. که به وضوح مشخص است این مقدار در پریود کم (با فرکانس بالا) مطابق شکل (6) در محدوده 0.1s مقادیری غیر محافظه کارانه می باشد. لذا در نزدیک گسل اگر برای کارایی سازه مهم باشد بایستی طیف مولفه قائم نیز تهیه شود و یا با روش های معتبری نسبت V/H تعیین و از روی طیف مولفه افقی زلزله، طیف مولفه قائم نیز تهییه گردد [1].

 

جمع بندی

 

بر اساس مطالعات انجام گرفته طیف مولفه افقی عمود بر گسل دارای مقادیر بیشتری از طیف مولفه افقی موازی با گسل در حوزه نزدیک است. لذا در تهیه طیف طرح بایستی اثر این مولفه اعمال شود. طیف پاسخ حاصل از مولفه افقی عمود بر گسل با کوچک تر شدن زاویه بین گسل و ساختگاه و بزرگتر شدن سطح شکست بین ساختگاه و گسل، افزایش تعداد نوسان پالس حوزه نزدیک، بزرگی زلزله و کاهش فاصله از گسل، افزایش می یابد. این طیف شدیدا در محدوده با فرکانس پایین موثر از جنس خاک است به طوری که در حوزه نزدیک با رفتار غیر خطی خاک مقادیر طیف در محدوده با پریود بالا افزایش می یابد. در بررسی رفتار سازه ها در نزدیک گسل اثر میرایی قابل توجه نیستند لذا در تهیه طیف ویژه ساختگاه برای جمع آوری اطلاعات باید به پارامترهای اشاره شده توجه شود، با استفاده از روابط کاهندگی در نزدیک گسل می توان تخمینی از پارامترهای فوق زد. [1]

 

منابع:

  1. عبدالله زاده، د. گرامی، م. مستعلی، م. (1390). بررسی پارامترهای موثر بر طیف پاسخ ویژه ساختگاه به منظور طراحی و بهسازی سازه ها در حوزه نزدیک گسل، اولین کنفرانس ملی سازه و فولاد.
  1. B, Helmut. K, (2001), “Effects of near-fault ground motions on frame structures”, A report of The John A. Blume Earthquake Engineering Center Department of Civil and Environmental engineering Stanford University, California, Report No. 138.
  2. Bozorgnia, Y. (2004). “Earthquake Engineering: From Engineering Seismology to Performance-Based Engineering”, Published by CRC Press LLC.
به اشتراک بگذارید:

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert