پایان نامه رایگان درمورد دینامیکی، نیروهای خارجی، عدم قطعیت

دانلود پایان نامه

خرابی‌های ذیل به وجود آید:
نشست کلی و یا نامساوی (Total & differential settlement)
ناپایداری پی به علت تقلیل باربری
افزایش فشار منفذی و کاهش مقاومت برشی خاک و در نتیجه وقوع روان‌گرایی6
ناپایداری شیروانی‌ها و شیب‌ها به علت وقوع زمین لغزه
تمام این حالات، ناپایداری پی سازه را همراه خواهد داشت.
حالت دوم:
وضعیت عمق و خصوصیات خاک، لرزش‌های ناشی از زلزله را تقویت نموده و در نتیجه نیروهای وارده بر سازه را ممکن است افزایش دهد.
در این حالت با فرض این‌که خود خاک بر خلاف حالت قبل کاملا در مقابل زلزله پایدارمی باشد، ولی با تأثیر بر مشخصه‌های لرزه‌ای زمین نظیر شتاب زلزله، حداکثر سرعت، حداکثر تغییر مکان در سطح زمین و مدت زمان ارتعاشات مؤثر بر زلزله بر واکنش سازه در برابر زلزله اثر می‌گذارد.

2-3- خاک]1[
2-3-1- مقدمه
خاک به عنوان یکی از مصالح که در مهندسی عمران مطرح است، همان اهمیتی که فولاد و بتن دارند را دارا می‌باشد. در کارهای عمرانی، خاک ممکن است مورد حفاری قرار گرفته و یا روی هم انباشته یا پخش گردد. تمام سازه‌های انسان ساز، جز آن‌هایی که شناورند یا در پرواز، بر روی خاک یا سنگ قرار دارند.
برای مشخصات مصالح مهندسین عمران درگیر طراحی و اجرای پروژه‌های عمرانی بوده و مجبور به انجام محاسباتی هستند که ایمنی و امکان بهره‌برداری (سرویس دهی) سازه‌ی مورد نظر را نشان می‌دهد، و لیکن قبل از آن که چنین محاسبات بتواند انجام پذیرد، رفتار مکانیکی مصالح مهندسی از قبیل فولاد، بتن و خاک باید کاملاً درک شود.

2-3-2- مفهوم خاک در مهندسی عمران
بسیاری لغت « خاک» را برای لایه‌ی نسبتاً نازک سطحی که برای رشد و نمو گیاه استفاده می‌شود به کار می‌برند. ولی در مهندسی عمران مراد از خاک، مصالح این لایه نیست، چون در کارهای مهندسی این لایه قبل از شروع به کار از محل برداشته می‌شود. لذا در وهله‌ی نخست باید منظور از خاک در مهندسی عمران را تعریف کرد تا بتوان بین سنگ و خاک تمییز قائل شد.
برای تعریف خاک در مهندسی عمران می‌توان آن‌چه را که ترزاقی و پک گفته‌اند]37[ ذکر کرد:
خاک مجموعه‌ای طبیعی از دانه‌های معدنی است که می‌تواند در آب با کار مکانیکی آرامی مانند به هم زدن آب از هم جدا شوند. از طرف دیگر، سنگ نیز مجموعه‌ای طبیعی از کانی‌هایی است که به وسیله‌ی نیروهای چسبنده‌ی قوی و دائمی به یک‌دیگر متصل شده‌اند. از آن‌جا که اصطلاحات «قوی» و «دائمی» در معرض برداشت‌های مختلف هستند لذا مرز بین خاک و سنگ یک مرز اختیاری است.
اسکات ]33[ نیز تعریفی به شرح زیر ارائه کرده‌است:
در مفهوم کلی، خاک اشاره به ماده و مصالح دانه‌ای غیر سیمانی دارد. که هم از ذرات معدنی و هم آبی تشکیل شده‌است … .
در بسیاری از مواد و مصالحی که توسط مهندسین به عنوان خاک طبقه‌بندی شده‌است، بین دانه‌ها ممکن است به میزان کمی سیمان وجود داشته باشد و بنابراین ممکن است در مشخصات مکانیکی توده دانه ای موثر باشند. لذا اگر قرار است این نوع مصالح به عنوان خاک طبقه بندی گردند، این سیمان نباید به نحوی باشد که مصالح دانه ای، سخت و شبیه به سنگ شود.

2-4- رفتار سازه در برابر زلزله]2[
رفتار سازه در برابر زلزله یک مسئله از نوع ارتعاشات و دینامیک سازه‌ها است. هرچند بارهای ناشی از باد و زلزله هر دو ماهیت دینامیکی دارند لیکن لازم است تفاوت‌های اساسی بین رفتار سازه در برابر زلزله با رفتار سازه در برابر باد، کاملاً مورد توجه قرار گیرد.
بار باد به صورت نیروهای خارجی به بدنه و سطحی از سازه که در برابر آن قرار گرفته، اعمال می‌شود. به عبارتی بزرگی بار باد مستقیماً به سطح و شکل هندسی سازه که در معرض وزش باد قرار دارد، بستگی دارد. مشخصه‌های دینامیکی بار باد نیز در تعیین میزان نیروی آن مؤثر است. این در حالی است که میزان نیروی زلزله نه تنها به فاصله‌ی محل وقوع آن تا سازه و میزان بزرگی و به عبارتی مشخصه‌های دینامیکی امواج ناشی از آن بستگی دارد، بلکه شدیداً به پارامترهای دینامیکی سازه از قبیل جرم، سختی و استهلاک سازه و نیز نوع زمین و خاکی که سازه روی آن بنا شده وابسته است. مجموعه‌ی این عوامل همراه با عدم قطعیت در خصوص نوع و مشخصات زلزله‌ای که قرار است هر سازه‌ای در طول عمر خود آن را تجربه کند شرایطی را فراهم می‌کند که تخمین دقیق نیروهای زلزله به آسانی میسر نباشد.
شاید بتوان تفاوت عمده بارهای باد ونیروهای زلزله را در این واقعیت جست‌وجو کرد که بارهای ناشی از باد به سازه اعمال می‌شوند در حالی که نیروهای ناشی از زلزله در سازه ایجاد می‌شود.
بزرگی نیروهای ناشی از زلزله شدیداً متأثر از جرم سازه است. در طراحی سازه در اثر باد، شاید بتوان با انتخاب مقاطع قوی‌تر حاشیه ایمن ایجاد نمود، لیکن این امر در خصوص طراحی لرزه‌ای سازه‌ها لزوماً به یک طرح مطمئن در برابر نیروی ناشی از زلزله منجر نخواهد شد.
نیروهای زلزله اصولاً از نوع نیروهای داخلی هستند که در نتیجه مقاومت سازه در برابر تکان و حرکت شدید زمین و در اثر زلزله حاصل می‌شوند. برای درک بهتر از ایده‌ی رفتار سازه در برابر زلزله، واکنش ساده شده‌ی یک سازه که تحت امواج زلزله مطابق شکل (2-1) قرار گرفته‌است در نظر بگیرید. با حرکت زمینی که سازه در روی آن بنا شده‌است، پایه‌ی سازه نیز تمایل به حرکت با زمین متصل به خود دارد. لیکن
سازه‌ی قرار گرفته در بالای پایه به دلیل مقاومت ذاتی حاصل از جرم و سختی خود تمایلی به حرکت همراه با زمین ندارد و این عدم تمایل حرکت همسو با زمین، موجب ایجاد تغییر شکل‌هایی در سازه خواهد شد.(شکل 2-1) با ادامه حرکت زمین که کاملاً دینامیکی و وابسته به زمان است، تغییر شکل‌ها در ارتفاع سازه گسترش یافته و موجب خواهد شد سازه نوسانات پیچیده‌ای را تجربه کند. این نوسانات و ارتعاشات پیچیده همراه با تغییر شکل‌های ایجاد شده در اعضا و اتصالات، نیروهای داخلی را در جرم سازه پدید می‌آورد.

مطلب مرتبط :   مقاله رایگان با موضوعقوه مجریه، نظام های پارلمانی، افکار عمومی، نظام پارلمانی

شکل (2-1) رفتار ساده شده یک سازه در برابر زلزله
افزایش جرم علاوه بر تشدید نیروی زلزله ایجاد شده در سازه، باعث وقوع پدیده‌ی کمانش در ستون‌ها و کاهش مقاومت آنان در برابر بارهای جانبی خواهد شد. به این پدیده اثر p – Delta گفته می‌شود.
همان‌گونه که اشاره شد مشخصه‌های دینامیکی سازه تأثیر زیادی در نحوه‌ی رفتار آن در برابر بارهای زلزله دارد. به عبارت دیگر میزان نیروی ایجاد شده در اثر زلزله علاوه بر جرم سازه به پارامترهایی از قبیل شتاب زمین، نوع و مشخصات ژئوتکنیکی آن و نیز مشخصه‌های دینامیکی سازه از قبیل سختی، پریود سازه و میزان استهلاک آن بستگی دارد. بنابراین رفتار سازه‌های بلند و کوتاه با یک‌دیگر کاملاً متفاوت خواهد بود.

شکل (2-2) بیان شماتیکی از نیروهای زلزله

شکل (2-2) سه نوع سازه با جرم یکسان و با مشخصات دینامیکی متفاوت را نشان می‌دهد. چنان‌چه هرکدام از سازه‌ها تحت اثر شتاب زمین به میزان u ̈_g قرار گیرند رفتار هریک را تحت تأثیر این شتاب بررسی می‌کنیم.
چنان‌چه سازه و پی آن کاملاً صلب و بدون تغییر شکل در نظر گرفته شوند، شتاب سازه همان شتاب ناشی از حرکت زمین، “u”  ̈_”g” خواهد بود و در سازه نیروی “F=m” “u”  ̈_”g” ایجاد می‌شود (شکل 2-2 الف). برای سازه‌ای که دارای تغییر شکل محدودی است (شکل 2-2ب) نیروی ایجاد شده‌ی F در سازه کم‌تر از “m” “u”  ̈_”g” می‌باشد. سازه‌های بلند (شکل2-2ج) انعطاف‌پذیرتر از سازه‌های کوتاه می‌باشند و اصولاً شتاب‌های کم‌تری نسبت به سازه‌های کوتاه تجربه می‌کنند، اما این‌گونه سازه‌ها در صورتی که تحت اثر حرکت زمین که دارای پریودهای متعدد است قرار گیرند، ممکن است به دلیل فیزیکی پریود آنان به پریود امواج زلزله نیروهای بسیار زیادتری را تحمل کند (شکل 2-2ج).
بنابراین میزان نیروی زلزله‌ی ایجاد شده در سازه نه تنها تابعی از جرم آن و شتاب زمین است، بلکه بسیار متأثر از نحوه‌ی واکنش سازه و پی متصل به آن می‌باشد. پریود سازه یکی از پارامترهای مؤثر در واکنش سازه به حرکت زمین است. تعداد پریودهای یک سازه به مدل ریاضی که برای آن مدنظر گرفته می‌شود بستگی دارد. هرچند با تحلیل دینامیکی می‌توان پریودهای یک سازه را تعیین کرد، لیکن آیین‌نامه‌های طراحی روش‌های تجربی و نظری سازه‌ای برای محاسبه‌ی پریودهای سازه ارائه می‌کنند. بیشترین پریود سازه که مترادف با کم‌ترین فرکانس طبیعی آن است را پریود اصلی یا پریود پایه می‌نامند.
پریود اصلی یک سازه تابعی از جرم، سختی و میزان استهلاک آن است. به عنوان یک تقریب اولیه برای یک ساختمان فولادی با تعداد طبقات N پریود اصلی آن “T” _”1″ را می‌توان برابر “T” _”1″ “=0.15N” و پریودهای دوم و سوم “T” _”3″ ” و ” “T” _”2″ آن را به ترتیب معادل یک سوم و ویک پنجم پریود پایه در نظر گرفت. برای مثال در یک ساختمان 20 طبقه پریود اصلی معادل 3 ثانیه و پریودهای دوم و سوم به ترتیب 1 ثانیه و 6/0 ثانیه تخمین زده می‌شوند. در طول چند ثانیه اول وقوع زلزله، شتاب زمین که همراه با پریودهای نسبتاً کوتاه در محدوده‌ی صفر تا 5/0 ثانیه است، به حداکثر مقدار خود می‌رسد. لذا شتاب زمین در این محدوده‌ی زمانی بر روی واکنش اصلی مترادف با پریود اصلی، اثر چندانی ندارد.
لیکن مؤلفه‌های شتابی که با پریود طولانی در انتهای وقوع زلزله پدید می‌آید و با پریود اصلی سازه نزدیک است، اثر مؤثر و شگرفی در رفتار سازه به وجود می‌آورند.
شدت حرکت زمین با افزایش فاصله از کانون زلزله کاهش می‌یابد. آن بخش از حرکات زمین که دارای پریود کوتاه می‌باشند در فواصل کم به تدریج مستهلک می‌شوند. لیکن امواجی از زمین که دارای پریود زیاد می‌باشند ممکن است صدها کیلومتر حرکت کند. ارتعاشات با پریود زیاد با پریود طبیعی سازه‌های بلند منطبق و باعث تشدید ارتعاشات این‌گونه سازه‌ها می‌شوند. بنابراین سازه‌های بلند که دارای پریود طبیعی زیادی هستند ممکن است در فواصل خیلی دور از مرکز زلزله دچار خسارت شوند.

مطلب مرتبط :   دانلود مقاله با موضوعحقوق کیفری، مقاصد شریعت، حقوق کیفری ایران، امام خمینی

2-5- سیستم‌های مقاوم در برابر بار جانبی]2[
در علم مهندسی سازه سیستم‌های متعددی برای تحمل و انتقال نیروهای جانبی ناشی از زلزله شناخته شده و به کار می‌روند. در کلیه‌ی این سیستم‌ها لازم است بر این نکته توجه شود که هر سیستم باید تحت تأثیر نیروی زلزله به صورت یک واحد منسجم و یک‌پارچه رفتار کند. به عبارت دیگر طراح همواره باید به این نکته توجه کند که سازه‌ی مقاوم در برابر زلزله از اعضای مجزا و بدون ارتباط، نظیر تیرها، ستون‌ها، دیوارها و بادبندها تشکیل نشده‌است، بلکه این عملکرد مشترک و یک‌پارچه‌ی سیستم است که بار جانبی ناشی از زلزله را به طور مطمئن به زمین منتقل می‌کند. البته هر‌یک از اعضا در مسیر انتقال نیرو باید به تنهایی و بدون انهدام، قادر به تحمل و انتقال نیرو باشند. طراح باید مسیر نیرو را در هر عضو از طریق اتصال مناسب آن به
عضو دیگر تعقیب کرده، و از سرانجام آن یعنی انتقال به شالوده و نهایتاً به زمین اطمینان حاصل نماید. نکته‌ای که باید همواره مورد توجه طراح قرار داشته باشد، این است که نیروهای ناشی از زلزله نیروهای استاتیکی نیستند و ماهیت دینامیکی داشته و به صورت رفت و برگشتی به سازه اعمال می‌شوند. ضمناً طراحان باید همواره به این نکته توجه کنند که تغییر شکل‌هایی که در سازه خصوصاً اعضای شکل‌پذیر ایجاد می‌شود، تغییر شکل‌هایی فراتر از محدوده‌ی الاستیک خواهند بود.
طراحان به این نکته باید توجه کنند که به دلیل ماهیت دینامیکی نیروی زلزله و ارتباط تنگاتنگ آن با مشخصه‌های دینامیکی سازه، نیروهای ایجاد شده در سیستم مقاوم در اثر زلزله به نوع سیستم سازه‌ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد بستگی دارد. بنابراین انتخاب سیستم سازه‌ای مناسب در برابر نیروی زلزله یکی از قدم‌های اساسی در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها است.
برخی از سیستم‌های رایج و مورد قبول برای تحمل نیروهای زلزله عبارتند از:

دیدگاهتان را بنویسید