ضریب رفتار (2)

نمودار-رفتار-واقعی

تحلیل استاتیکی غیرخطی(pushover):

در این روش نیروها یا جابجایی های جانبی وارد بر مدل سازه به طور تدریجی افزایش داده شده و در هر گام کاهش سختی ناشی از المان ها با افت مقاومت در مفصل های پلاستیک منظور گردد. افزایش بارتا حدی ادامه می یابد که المانهای دیگر نیز جاری شوند در  تحلیل استاتیکی غیرخطی به روش ساده شده، مدل رفتار اعضا بصورت دو خطی در نظر گرفته می شود. برای این منظور بر اساس دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران، مطابق شکل (2)  نقطه B باید چنان انتخاب شود که:

منحنی-پوش-اور-مدل-دو-خطی
شکل 2 :منحنی-پوش-اور

 

  • سطح زیر منحنی رفتار غیرخطی، برابر سطح زیر دو خط BC و AB باشد.
  • خط AB باید منحنی غیرخطی را در 0.6 طول خط قطع کند. نقطه D در شکل (2)

 

برای تحلیل استاتیکی غیر خطی ابتدا باید مشخصات مفاصل پلاستیک را تعریف نمود و سپس به محل های مورد نظر اختصاص داد از این رو، جهت معرفی مفاصل، از پیش فرض برنامه ETABS2000 یا SAP که منطبق بر دستورالعمل بهسازی لرزه ای می باشد، استفاده می گردد.

تحلیل Pushover بگونه ای تعریف می گردد که با حالت واقعی زلزله همخوانی داشته باشد. بدلیل آنکه در زمان وقوع زلزله، سازه تحت اثر بارهای ثقلی قرار داشته لذا در مدلسازی و تحلیل باید بگونه ای عمل شود تا محاسبات به واقعیت نزدیکتر گردد. در نتیجه ابتدایک بارترکیب بار ثقلی بصورت زیر طبق دستورالعمل بهسازی لرزه ای به سازه اعمال می گردد و پس از محاسبه سختی سازه در اثر آن بار، بار جانبی (زلزله) به سازه اعمال می شود.

الگوی بارگذاری جانبی

توزیع بار جانبی بر مدل سازه باید تا حد امکان شبیه به آنچه که هنگام زلزله رخ خواهد داد، باشد و حالتهای بحرانی تغییرشکل و نیروهای داخلی را در اعضا ایجاد نماید. به همین جهت توزیع بار جانبی نیز متناسب با توزیع بار جانبی در روش استاتیکی خطی یعنی مطابق رابطه زیر انتخاب می گردد :

تعیین تغییرمکان هدف :

روش های مختلفی برای تعیین تغییرمکان هدف وجود دارد که تنها تفاوت در آن ها اختلاف در روش تعیین نیاز و ظرفیت سازه است. در استاندارد 2800 زلزله ایران:

نمودار رفتار غیر خطی(برش پایه – تغییرمکان) بعداز رسیدن تغییر مکان نقطه کنترل(مرکز جرم بام ) به  1/5 برابر تغییر مکان هدف بدست آمده. سپس این نمودار با یک مدل رفتار دو خطی ساده جایگزین شده و تغییر مکان هدف واقعی طبق دستورالعمل بهسازی لرزه ای از رابطه زیر محاسبه گردید:

پارامترهای بکار رفته در رابطه فوق، مطابق دستورالعمل بهسازی لرزه ای می باشد. در جدول (1) تغییرمکان هدف واقعی برای ساختمانها آورده شده است بعداز محاسبه تغییر مکان هدف واقعی، تغییر مکان نقطه کنترل )مرکز جرم ب ( ام برابر این مقدار داده شده و دوباره سازه ها آنالیز غیر خطی می گردد.

جدول 1 – تغییر مکان هدف واقعی طبق دستورالعمل بهسازی لرزه ای

بررسی پارامترهای لرزه ای مورد نظر:

رفتارکلی سازه ها شامل رفتار خطی وغیر خطی واقعی آنها مطابق نمودا رزیر است. رفتار واقعی غیر خطی سازه با یک رابطه دو خطی معادل می شود بنحویکه سطح زیر منحنی واقعی و منحنی ایده آل شده یکسان گردد.

ضریب رفتار کلی سازه (R):

ضریب رفتار کلی سازه که در واقع نیروی خطی اعمالی به سازه را به نیروی خطی طراحی کاهش می دهد عبارت است از حاصلضرب ضریب کاهش مقاومت در اثر شکل پذیری در ضریب اضافه مقاومت :

وهمچنین ضریب اضافه مقاومت عبارت است از خارج قسمت نیروی متناظر با حد تسلیم کلی سازه در هنگام تشکیل مکانیزم خرابی  Vy به نیروی متناظر با تشکیل اولین مفصل پلاستیک در سازه :

بطور کلی می توان گفت که شکل پذیری،اضافه مقاومت،سختی و درجه نامعینی از عوامل مهم در ضریب رفتار می باشند خود ضریب بیانگر ظرفیت استهلاک انرژی در ناحیه غیر خطی می باشد.

این ضریب برای میرایی های معمول از حاصل ضرب سه آیتم تشکیل شده است :

 

  • ضریب مقاومت وابسته به پریود که برای لحاظ نمودن مقاومت افزون سازه در مقایسه با مقاومت طرح می باشد.
  • ضریب شکل پذیری وابسته به تغییرمکان به منظور لحاظ نمودن ظرفیت شکل پذیری سازه در محدوده غیر خطی.
  • ضریب مربوط به نامعینی سازه به منظور لحاظ نمودن قابلیت اعتماد سیستم لرزه بر با توجه به تعداد قابهای مقاوم در هر راستا از ساختمان.

باید توجه داشت که ضریب رفتار در آئین نامه 2800 و مبحث ششم مقررات ملی بر مبنای طراحی به روش تنش مجاز می باشد و برای روش حدی و مقاومت تنظیم نگردیده است. حال که ما سازه های بتنی را بر اساس روش حدی طراحی می کنیم این مقدار چگونه باید تعیین گردد؟ به همین جهت محاسبه ضریب زلزله در سازه های فولادی و بتنی هیچ فرقی با هم در حال حاضر ندارندو طبق آیین نامه 2800 صفحه 21 برای روش های حدی یا مقاومت باید نیرو را افزایش داد(R کاهش میابد). بنابراین عملاً نیروی زلزله در ساختمان ها ی بتنی کمتر محاسبه می گردد و متاسفانه سازه های بتنی ما در حال حاضر دست پایین محاسبه می شوند.بنابراین باید از ضرایبی که در آیین نامه IBC است،استفاده شود.

همچنین هم اکنون دستورالعمل بهسازی نشریه (360) طراحی به روش عملکرد را اساس کار خود قرار داده و در صورتیکه از روشهای خطی برای طراحی سازه مطابق این دستورالعمل استفاده شود،عناصر مختلف ظرفیتهای مجاز متفاوتی را برحسب عملکرد مورد انتظار سازه خواهند داشت!

در آئین نامه 2800 ضریب رفتار R و ضریب اهمیت I برای جبران کمبودهای ناشی از عدم امکانبررسی دقیق عناصر سازهای بصورت تک به تک، در نظر گرفته است که با این وجود این ضرایب به  هیچ عنوان نمی تواند رفتار واقعی یک سازه را در مدل ملحوظ نماید !

در آیین نامه های ASCE و AISC و ACI نیز این مطلب ذکر شده است ولی در آنجا موضوع برعکس است یعنی ضریب رفتار بر اساس روش حد نهایی تعیین شده است ولی برای اینکه از همین ضرایب رفتار در روش تنش مجاز بتوان استفاده کرد، مقدار نیروی زلزله برای ترکیب بارهای تنش مجاز در عدد 0.7 ضرب شده است درUBC97 همین موضوع با تقسیم نیروی زلزله بر عدد 1/4 (که در واقع همان 0.7می شود) بیان شده است.

با توجه به آئین نامه  2800 و مبحث ششم، عوامل موثر در ضریب رفتار ،تنها تا حداکثر مقدار ارتفاعی قابل قبول و مورد اطمینان می باشند که در جدول مربوط به مقادیر ضریب رفتار در ستون اورده شده است.همانطور که اشاره گردید یکی از پارامترهای تاثیرگزار در ضریب رفتار سازه ،شکل پذیری می باشد.

منظور از شکل پذیری ،خاصیت تجربه تغییر شکل های غیرالاستیک و پایدار می باشد. شکل پذیری توسط رفتار چرخه ای اعضای خاص سازه نظیر سیستم مقاوم در برابر زلزله ، و بعضا ستون ها و اتصالات سازه ای ارزیابی می شود. به عبارت دیگر ارزیابی شکل پذیری با اعمال تغییر مکان به صورت چرخه ای به سازه مورد نظر و ترسیم نمودار نیرو – جابه جایی بر حسب تکرار های متعدد منحنی نیرو – تغییر مکان حاصل می گردد. که متاسفانه نوع اتصالات و محدودیت های آیین نامه ای که ضامن شکل پذیری و بالطبع ضریب رفتار در سازه هستند،رعایت نمی گردند.

به طور خلاصه میتوان گفت که :

در خصوص تفاوت های موجود در مقادیر ضرایب رفتار سازه ها توجه به مسائل زیر ضروری است:

 

 

  • اصولا تعیین مقادیر نیروی زلزله در دو سطح سرویس (Service Level) و سطح مقاومت(Strength) امکان پذیر می باشد که بی شک هر یک از این دو مقدار قابل تبدیل به یکدیگر می باشد.

 

  • در آیین نامه ایران استاندارد 2800 نیروی زلزله در سطح سرویس و در آیین نامه های جدید آمریکایی از سال 1997نیروی زلزله در سطح مقاومت تعیین می گردد و دلیل آنهم به رویکرد جدیدی است که این آیین نامه ها در طراحی سازه های خود در پیش گرفته اند. در این رویکرد که تاثیر آن علی الخصوص در طراحی سازه های فلزی دیده می شود آنچه مهم است عملکرد کل مقطع عضو و ظرفیت های مقاومتی بالقوه موجود در آن در برابر نیروهای وارده می باشد بدین معنی که یک عضو علیرغم رسیدن برخی نقاط آن به حد تنش مجاز هنوز غیر قابل بهره برداری نبوده و همچنان دارای مقداری مقاومت می باشد. دقیقا به همین دلیل بود که روش ASD را که بر پایه تعیین نیروهای داخلی عضو در سطح بهره برداری، تعیبن تنشهای موجود در آن و مقایسه آن با تنش های مجاز بود کم کم در ایین نامه های جدید کم رنگ می گردید که ناگهان در سال 2005 با ابتکار محققین آمریکایی این مشکل نیز بر طرف گردید و فلسفه نیروی مجاز در کنار نیروی نهایی در آیین نامه AISC-2005 وارد گردید.

 

  • با توجه به آنچه گفته شد و رویکرد مقاومتی در سازه ها سبب گردید تا نیروی های زلزله در آیین نامه های آمریکایی نیز در ان سطح تعیین گردد و بدنبال آن تغییراتی در ضرایب ترکیبات بار بوجود آید که در ادامه به آن خواهم پرداخت.

 

  • در مورد تبدیل این نیروها به یکدیگر نیز همانگونه که اشاره گردید از ضرایب 4 استفاده میشود این بدان معناست که چنانچه از ایین نامه 2800 ایران استفاده نماییم برای تبدیل نیروی وارده به سطح مقاومت آن را در 1.4 ضرب نماییم و چنانچه از ایین نامه های امریکایی استفاده می کنیم برای تبدیل آن به سطح بهره برداری آن را در 0.7 ضرب می نماییم.

 

  • در مورد ضرایب موجود در ترکیبات بار ایین نامه ها هم توجه کنید در آیین نامه ACI-02 به بعد ضرایب بار بر حسب نیروی زلزله در سطح مقاومت است و در آیین نامه ACI-99 به قبل و آیین نامه های بتن و فولاد ایران ضرایب بار بر حسب نیروی زلزله در سطح سرویس است که بسته به نحوه تعیین نیروی زلزله باید از ضرایب بند 4استفاده کرد.

 

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