پژوهشنامه زلزله شناسی و مهندسی زلزله
سال بیستم شماره 3 (پیاپی 77، پاییز 1396)

بررسی توزیع فشار آب حفره ای در هسته نفوذناپذیر سدهای خاکی، خصوصا در بارگذاری دینامیکی ناشی از وقوع زمین لرزه، در تحلیل پایداری و قابلیت بهره برداری آنها از اهمیت برخوردار می باشد. با توجه به تاثیر مسیر بارگذاری در تخمین پارامترهای رفتاری مصالح، جهت مطالعات عددی و آزمایشگاهی مرتبط با تحلیل پایداری سدهای خاکی، آگاهی از الگوی بارگذاری لرزه ای این ابنیه مورد نیاز است. این مطالعه به دنبال تعیین الگوی بارگذاری مصالح رسی هسته سدهای خاکی در حین زلزله می باشد. بدین منظور مطالعه عددی جامعی بر روی سد خاکی البرز در استان مازندران با استفاده از نسخه به روز نرم افزار پلکسیس 2017 صورت پذیرفت. جهت افزایش صحت محاسبات، مدل سازی صحیح موقعیت سنگ بستر و مرزهای جانبی، انتخاب مدل رفتاری مناسب در تحلیل، بررسی اثر مخزن سد بر نتایج تحلیل دینامیکی، انتخاب گام زمانی مناسب رکورد لرزه ای و تصحیحات مربوط به نگاشت های ورودی مدنظر قرار گرفتند. جهت به دست آوردن الگوی بارگذاری لرزه ای این سازه ژیوتکنیکی، تغییرات تنش با زمان در هسته سد (در قالب چهار پارامتر، تنش همه جانبه متوسط (P)، تنش تفاضلی (q)، نسبت فشار آب حفره ای اضافی به فشار همه جانبه کل (rup) و نسبت تنش همه جانبه متوسط به تنش تفاضلی (ƞ)) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تغییرات شتاب با ارتفاع در هسته سد، ارایه شتاب نگاشت در ترازهای مختلف هسته سد و محاسبات بار تناوبی یکنواخت معادل برای اعمال در آزمایشگاه از دیگر دستاوردهای این مطالعه می باشد. این مقاله حاوی نکات کاربردی متعددی برای مدل سازی هرچه بهتر سازه های ژیوتکنیکی از جمله سد خاکی و روند کار برای اعمال نتایج یک مطالعه عددی در آزمایشگاه می باشد. محاسبات جامع صورت گرفته می تواند الگویی کاربردی برای تحلیل دینامیکی دو بعدی سازه های ژیوتکنیکی باشد.

رفتار سدهای خاکی در مقابل نیروهای دینامیکی از پیچیدگی های خاصی برخوردار بوده و ارزیابی آن نیازمند تحلیل دقیق و علمی موضوع است. با توجه به قرار گرفتن کشور ما در منطقه زلزله خیز جهان و افزایش تعداد و ارتفاع سدهای خاکی و نیز با نگرش به افزایش مخاطرات سدسازی در این شرایط، اهمیت تحلیل دقیق و علمی پایداری سدهای خاکی آشکار می شود. در این پژوهش با بررسی نتایج تحلیل های استاتیکی و شبه استاتیکی توسط نرم افزار Slope/w از بسته نرم افزاری Geostudio و با روش تعادل حدی بیشاپ و اسپنسر به ارزیابی پایداری شیب‎های سد خاکی ایوشان برای هریک از مقاطع بحرانی در مراحل خاتمه ساخت، تراوش پایدار، مخزن نیمه پر، تخلیه سریع مخزن و وقوع سیلاب حداکثر پرداخته شده است. نتایج به دست آمده نشان دهنده ی بالا بودن ضرایب اطمینان بیشتر تحلیل‎ها نسبت به محدوده مجاز تعریف شده می‎باشد، به گونه ای که حداقل ضرایب اطمینان حالات استاتیکی و شبه استاتیکی مربوط به شرایط تخلیه سریع از مخزن و به ترتیب برابر 1/09 و 1/43 برای شیروانی بالادست و ترازهای 1824 و 1816 حاصل شده است. این مسئله بیانگر بهینه نبودن مقطع سد ایوشان و مصرف بیشتر مصالح در ساخت این سد می‎باشد؛ بنابراین با توجه به نتایج حاصل شده می‎توانست با بازنگری و توجه به مهندسی ارزش در طراحی اولیه در هزینه ساخت صرفه جویی نمود.

ساختمان ها باید قادر به مقاومت در برابر نیروهای جانبی ناشی از زلزله و باد باشند. سازه ها نیاز به سختی کافی دارند در غیر این صورت بارهای جانبی آسیب های شدیدی را به سازه ساختمان ها وارد خواهند کرد. یک روش ارایه پایداری جانبی، استفاده از دیوار برشی در سازه هاست. نحوه آرایش دیوار برشی نقش مهمی را در عملکرد لرزه ای سازه ها ایفا می کند، به گونه ای که انتخاب بهینه آن مورد توجه مهندسان قرار گرفته است. در این مقاله نحوه چیدمان دیوار برشی بتنی در ارتفاع یک سازه بتنی 10 طبقه مورد بررسی قرار گرفته و پاسخ سازه ها شامل تغییر مکان سازه، دریفت و سختی طبقات در دو راستای صفحه ای و همچنین وزن و برش پایه سازه ها، مورد ارزیابی مقایسه ای قرار گرفته است. 9 حالت آرایش چیدمان دیوار برشی در ارتفاع توسط نرم افزار ETABS 2013 مدل سازی شد. چهار مدل در دو راستا دارای یک نوع آرایش دیوار برشی هستند و در پنج مدل دیگر ترکیبی از این آرایش ها در دو راستا استفاده شده است که به روش تحلیل استاتیکی معادل و بارگذاری جانبی بر اساس استاندارد 2800 ایران ویرایش چهارم مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است که سازه ای که در هر دو راستا دارای چیدمان دیوار برشی به صورت ضربدری در ارتفاع است، پاسخ و عملکرد سازه ای مناسب تری نسبت به 8 آرایش دیگر دیوارهای برشی و سازه مبنا دارد. تغییر مکان سازه منتخب نسبت به سازه مبنا 68/18 درصد کاهش نرخ، حداکثر دریفت سازه منتخب نسبت به سازه مبنا 53/38 درصد کاهش نرخ، حداکثر سختی سازه منتخب نسبت به سازه مبنا 83/7 درصد افزایش نرخ، وزن و برش پایه سازه منتخب نسبت به سازه مبنا 3/23 درصد کاهش نرخ داشته است.

در تدوین آیین نامه ساختمان ها در برابر زلزله، استاندارد 2800 ضوابط و مقرراتی را برای طرح و اجرای ساختمان ها در برابر اثرات ناشی از زلزله در نظر گرفته که با رعایت این ضوابط انتظار می رود اهداف ارایه شده در آیین نامه تامین شوند؛ اما در زمینه تامین اهداف عملکردی که این استاندارد مد نظر قرار دارد و میزان خساراتی که ساختمان ها در حین وقوع زمین لرزه های مختلف ممکن است از خود بروز دهند، ابهاماتی وجود دارد. در این مقاله هدف مقایسه ضوابط ویرایش سوم و چهارم استاندارد 2800 ایران در رابطه با سطح عملکرد خدمت رسانی ایمنی جانی (LS) و نحوه تشکیل مفاصل خمیری با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی می باشد. در این راستا سه سازه 5، 10 و 15 طبقه با سیستم قاب خمشی بتن آرمه با شکل پذیری متوسط یک بار با ضوابط ویرایش سوم و بار دیگر با ضوابط ویرایش چهارم بارگذاری و تحلیل شده اند و سازه ها برای خدمت رسانی در سطوح عملکرد تعریف شده (ایمنی جانی)، طراحی می شوند. نتایج نشان می دهد که سازه های طراحی شده با ویرایش چهارم استاندارد 2800 می توانند سطح عملکردی ایمنی جانی (LS) را در جابه جایی بیشتری نسبت به ویرایش سوم حفظ کنند. همچنین با بررسی اختلاف درصد مفاصل نقض ایمنی جانی در مدل های ویرایش چهارم و سوم مشاهده می شود که به طور میانگین 6 درصد از مفاصل سازه های طراحی شده با ویرایش سوم استاندارد 2800 از محدوده ایمنی جانی خارج شده اند.

یکی از سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی استفاده از سیستم مهاربندهای همگرا می باشد. مهاربند شورون به علت ایجاد فضای مناسب معماری مورد استفاده بیشتری در سازه های فولادی قرار می گیرد، ولی به علت معایب این سیستم که کمانش عضو فشاری مهاربند و ایجاد یک نیروی نامتعادل در تیر طبقه می شود باعث بروز مشکلاتی بعد از زلزله می شود. استفاده از میراگرهای جاری شونده به علت قابلیت بالا در اتلاف انرژی زلزله با استقبال قابل توجهی در دهه اخیر روبه رو شده است. با توجه به پیشرفت های فاحش روش های کنترل غیرفعال برای استهلاک انرژی زلزله و نیز جلوگیری از خسارات لرزه ای در اعضای اصلی سازه، در این مقاله، با استفاده از رویکرد جدید برای استهلاک انرژی در سازه های با مهاربند شورون به معرفی سیستم جدید اصلاحی می پردازیم. سیستم پیشنهادی می تواند به عنوان یک روش مناسب جهت ارتقای عملکرد لرزه ای سازه های موجود محسوب شود. برای تحلیل المان پیشنهادی از نرم افزار اجزای محدود ABAQUS استفاده شده است. به همین منظور مدل پیشنهادی این مقاله در شش مدل هندسی با ابعاد مختلف مدل سازی شده است. مزیت تمرکز خرابی در سیستم پیشنهادی سبب می شود که از ورود اعضای سازه ای به مرحله غیرخطی جلوگیری کند و اعضای سازه ای به حالت الاستیک باقی بمانند. نتایج بررسی ها از مدل سازی، میزان شکل پذیری قابل قبول المان پیشنهادی و قابلیت بالای استهلاک انرژی را نشان می دهد.

شناخت ویژگی ها و مشخصات زلزله های حوزه نزدیک، به ویژه در دو دهه اخیر از موضوعات مهم در مهندسی عمران و بحث طراحی لرزه ای سازه ها بوده است. بررسی اثرات زمین لرزه های نیرومندی همچون نورثریج کالیفرنیا (1994)، کوبه ژاپن (1995)، بم (2003) و طبس (1978) در ایران، نشان می دهد که رکوردهای نیرومند حوزه نزدیک به دلیل داشتن ماهیت پالس گونه، اثرات جهت داری و ایجاد حرکات پر دامنه زمین، دارای خصوصیات ویژه ای می باشند. این خصوصیات سبب بروز تفاوت هایی آشکار با رکوردهای حوزه دور است. با توجه به ماهیت تصادفی و نمود بسیار متغیر ویژگی های فیزیکی رکوردهای حوزه نزدیک، ارزیابی عملکرد لرزه ای سازه ها تحت این گونه فرآیندها بسیار پیچیده است. بر این پایه، می توان از مدل های فرم بسته ریاضی برای برازش و شبیه سازی ساختارهای پالس گونه موجود در تاریخچه زمانی رکوردهای نیرومند استفاده نمود. در این مطالعه، با استفاده از مدل سازی فرم بسته بر اساس کاربرد برازش عددی با دو نوع توابع ترکیبی ریاضی، فرآیند شبیه سازی پالس پیوسته سرعت مربوط به سه جنبش نیرومند حوزه نزدیک صورت گرفته است. همچنین مشخصات برازش تحلیلی مربوط به کاربرد توابع ترکیبی پارامتری به همراه نمودارهای تاریخچه زمانی، نمودار تجمعی انرژی، طیف پاسخ شبه سرعت و تغییر مکان متناظر با سیستم یک درجه آزادی، تحت دو نوع مدل فرم بسته و رکورد واقعی آورده شده است.

در این مقاله روش تحلیل استاتیکی معادل آیین نامه آشتو در برآورد نیروی برش پایه پل ها در برابر زلزله در سه حالت پل های یکپارچه، پل های جداسازی شده و پل های جداسازی شده مجهز به میراگرهای ویسکوز با استفاده از تحلیل های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل بردارهای ویژه حاکی از آن است که با بهره گیری از جداسازهای لرزه ای زمان تناوب پل های جداسازی شده نسبت به پل های یکپارچه تا چندین برابر افزایش می یابد. با توجه به اینکه مطابق نمودارهای ARS مربوط به آیین نامه آشتو، با افزایش زمان تناوب سازه از حدود 0/5 ثانیه به بعد نیروی برش پایه استاتیکی معادل سازه کاهش می یابد، مشخص است که با استفاده از جداسازهای لرزه ای می توان نیروی برش پایه پل ها در حالت جداسازی شده را نسبت به حالت یکپارچه به میزان چشمگیری کاهش داد. نتایج حاصل از تحلیل بردارهای ویژه حاکی از آن است که بهره گیری یا عدم بهره گیری از میراگرهای ویسکوز در سازه های جداسازی شده تاثیری بر میزان زمان تناوب سازه ندارد که در نتیجه ی آن بهره گیری از میراگر ویسکوز بر مقدار نیروی برش پایه حاصل از تحلیل استاتیکی معادل اثرگذار نخواهد بود؛ ولی نتایج حاصل از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی حاکی از آن است که بهره گیری از میراگر ویسکوز منجر به کاهش بیش ازپیش مقدار نیروی برش پایه در پل های جداسازی شده نسبت به پل های یکپارچه می شود و در این مورد نتایج تحلیل استاتیکی معادل را نقض می کند، همچنین نتایج حاصل از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی حاکی از آن است که در نظر گرفتن مقداری حداقلی از نیروی برش پایه برای تمام پل های جداسازی شده در تحلیل استاتیکی معادل بدون در نظر گرفتن میرایی قابل توجه و دیگر خواص جداسازهای لرزه ای و میراگرها بسیار محافظه کارانه است و بیشینه درصد کاهش نیروی برش پایه سازه را نشان نمی دهد. نهایتا نتایج این پژوهش مبین آن است که روش تحلیل استاتیکی معادل آیین نامه آشتو برای پل هایی که در ساختار آنها از تجهیزات مستهلک کننده انرژی با عملکرد غیرخطی و میرایی قابل توجه استفاده شده است، نمی تواند تخمین مناسبی از مقدار نیروی برش پایه را داشته باشد.

ساعت 7:02 صبح روز 27 مرداد 1393 مطابق با 18 اوت 2014 زلزله ای با بزرگای 6 در مقیاس امواج محلی (ML) و 6/2 در مقیاس بزرگی گشتاوری (MW) جنوب بخش مورموری شهرستان آبدانان در استان ایلام را لرزاند. بر اساس اطلاعات ثبت شده توسط شبکه شتاب نگاری ایران، بیشینه شتاب ثبت شده در ایستگاه آبدانان برابر با 216/2 سانتی متر بر مجذور ثانیه بوده است. این زلزله با پس لرزه های نسبتا شدید متعدد تا حدود 5/8 همراه بوده است. لرزه های ناشی از زلزله اصلی در محدوده شمال استان ایلام، شمال استان خوزستان و غرب استان لرستان احساس شده است. بلافاصله پس از زلزله، نگارندگان این مقاله در قالب گروهی از پژوهشگران پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله به منظور بررسی آسیب های ناشی از این زلزله به منطقه اعزام شدند. مشاهدات نشان داد وقوع دو پیش لرزه با بزرگای 3 و 5 در شب پیش از رویداد اصلی باعث اعلام هشدار به ساکنان از سوی مسیولان مدیریت بحران استان در منطقه شد. با توجه به شدت نسبتا کم و آمادگی مردم، این رویداد تلفاتی به همراه نداشت؛ اما آمار مصدومان ناشی از لرزه اصلی و پس لرزه های آن بیش از 400 نفر گزارش شده است. روستاهای محدوده جنوب و شرق مورموری بیشترین آسیب ها را تجربه نموده اند. در طی بازدید پیامدهای ژیوتکنیکی، عملکرد لرزه ای ساختمان ها به ویژه ساختمان های بخش مسکن روستایی، مسکن مهرشهر آبدانان، مخابرات و سد ها، سامانه های آب، برق و حمل ونقل در منطقه زلزله زده مشاهده و ارزیابی شدند. این مقاله، نتایج مشاهدات و بررسی های نگارندگان را راجع به موارد فوق ارایه نموده است.

امروزه بتن یکی از محبوب ترین مصالح در ساخت سازه ها می باشد؛ اما باید در نظر داشت که استفاده از این مصالح محبوب مشکلاتی را به دنبال خواهد داشت. ترک پدیده ای است که همواره همراه بتن بوده و با توجه به نوع کاربری از سازه ی بتن این ترک ها در سازه رشد می کنند. این ترک ها رفته رفته باعث فرسودگی سازه شده و در هنگام زلزله احتمال تخریب سازه را افزایش می دهد. در این مقاله به مقایسه دال بتنی که بخشی از یک دیواره نگهداری مواد شیمیایی بوده پرداخته شده است. رفتار بتن با توجه به کششی و فشاری بودن آن مدل شده و رفتار رفت و برگشتی با وجود آرماتور در دل آن مورد بررسی قرار گرفته است. نگرانی اصلی ما در این سازه خاص ترک هایی بوده که در سطح دیواره رشد کرده و موجب کاهش عمر سازه شده است. همچنین با توجه به اینکه در دل سازه بتنی آرماتور وجود دارد در مدت طولانی آرماتورها خورده شده و ویژگی های اصلی آرماتور نظیر کرنش مناسب و تنش تسلیم آرماتور تغییر قابل توجهی خواهد داشت. در نتیجه پیوستگی و چسبندگی آرماتور به محیط پیرامونی خود کمتر شده و در نتیجه سازه رفتار واقعی خود را نشان نخواهد داد. این مهم خود به رشد و پیشروی ترک ها کمک کرده و کاهش عمر سازه را به دنبال خواهد داشت. این دیواره و آرماتورها به شکل عددی مدل شده و مدل رفتار ترک بتن برای آن تعریف شد و سپس با توجه به نیروی وارد شده به دیوار و انواع شرایط مرزی روند رشد ترک ها مورد برسی قرار گرفت.

لازمه ی تحلیل و طراحی دقیق سازه ها با استفاده از مدل سازی های عددی و شبیه سازی های نرم افزاری، اعتبارسنجی آنها بر اساس نتایج واقعی و یا آزمایشگاهی می باشد. در این راستا به منظور بررسی میزان اعتبار شبیه سازی های عددی و همچنین سنجش دقت پاسخ های به دست آمده از تحلیل نرم افزاری برای قاب های خمشی فولادی کوتاه مرتبه، یک سازه 4 طبقه که در مقیاس واقعی در سال 2007 در ژاپن به صورت آزمایشگاهی ارزیابی شده است در فضای نرم افزارOpenSees  مدل سازی شده و تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی انجام گرفته است. در این تحلیل از رکوردهای مقیاس شده زلزله کوبه جهت تحریک سازه استفاده شده است. پس از انجام تحلیل های مودال و تاریخچه زمانی غیرخطی، نتایج سازه ای استخراج و با نتایج به دست آمده از برنامه آزمایشگاهی مقایسه شده است. مقایسه و تفسیر نتایج نشان دهنده ی کارایی مناسب و صحت شبیه سازی های عددی در نرم افزار OpenSees می باشد، به طوری که در اغلب موارد اختلافات اندک و بین 0/1 تا 14 درصد می باشند و مقادیری قابل قبول برای تحلیل های پیچیده همچون تحلیل غیرخطی هستند. علاوه بر این، رفتار هیسترتیک المان ها نیز بررسی شده و شواهد حاکی از آن است که ایجاد مکانیسم در سازه 4 طبقه به علت ایجاد مفاصل پلاستیک در ستون های طبقه اول و ایجاد طبقه ضعیف می باشد. نتایج تحقیق حاضر این موضوع را بیان می دارد که مدل سازی های نرم افزاری با استفاده از روش های عددی می توانند جایگزین مناسبی برای آزمایش های سازه ای در مقیاس واقعی باشند و با دقت بالایی در حدود بیش از 90 درصد پاسخ قاب های خمشی فولادی را تحت تحریکات زلزله و در فاز غیر الاستیک تخمین بزنند.