شکل ‏۳‑۱: امواج حاصل از گسلش و تولید جهت داری ۲۰
شکل ‏۳‑۲ : ضربه جهت داری در گسل های امتداد لغز و نرمال – معکوس ۲۰
شکل ‏۳‑۳ : پالس موجود در رکورد سرعت در زلزله بم ۲۱
شکل ‏۳‑۴: اثر جهت داری در تاریخچه زمانی سرعت در زلزله ۱۹۸۹ لوماپریتا [۲۸] ۲۲
شکل ‏۳‑۵ : نمودار شتاب، سرعت و جابه جایی مولفه نمادین زلزله نزدیک گسل ۲۳
شکل ‏۳‑۶ : اثر جابجایی ماندگار در تاریخچه زمانی سرعت مولفه موازی با گسل زمین لرزه[۷] ۲۴
شکل ‏۴‑۱ : نمای شماتیک از فرایند برهم نهی امواج منتشر شده از ریز گسل ها در مدل گسل محدود چشمه زمین لرزه[۵۳] ۳۳
شکل ‏۴‑۲ : نمای کلی از مدل سازی گسل و پارامترهای گسلش ۳۶
شکل ‏۴‑۳ : نمونه ای از مدل های چشمه تولید شده برای زلزله سناریو ۴۲

شکل ‏۴‑۴ : مقایسه طیف پاسخ زمین لرزه های شبیه سازی شده با زمین لرزه های ثبت شده در ۳ ایستگاه نزدیک گسل زمین لرزه نورثریج ۱۹۹۴٫ خط مشکی نقطه چین نشان دهنده طیف رکورد ثبت شده، خطوط خاکستری نشان دهنده طیف های شبیه سازی شده و خظ مشکی توپر نشان دهنده میانگین طیف های شبیه سازی شده می باشد ۴۳
شکل ‏۵‑۱: مشخصات سازه ۳ طبقه SAC 49
شکل ‏۵‑۲: مشخصات سازه ۹ طبقه SAC 50
شکل ‏۵‑۳: پلان سازه ۲۰ طبقه SAC 51
شکل ‏۵‑۴: قاب سازه ۲۰ طبقه SAC 52
شکل ‏۵‑۵: نمونه ای از تاریخچه زمانی زمین لرزه تولید شده و پالس جهت داری جدا شده از آن (a) تاریخچه زمانی سرعت زمین لرزه تولید شده (b) پالس جهت داری جدا شده از آن © زمین لرزه باقی مانده ۵۹
شکل ‏۵‑۶: نمونه ای از تاریخچه زمانی زمین لرزه تولید شده و پالس تغییر مکان ماندگار جدا شده از آن (a) تاریخچه زمانی سرعت زمین لرزه تولید شده (b) پالس جهت داری جدا شده از آن ۵۹
شکل ‏۵‑۷: نتایج تحلیل سازه های ۳، ۹ و ۲۰ طبقه SAC تحت زمین لرزه های نزدیک گسل در شرایط با و بدون پالس جهت داری (a) میانگین نسبت دریفت و (b) انحراف معیار استاندارد نسبت دریفت طبقات ۶۱
شکل ‏۵‑۸: نتایج تحلیل سازه های ۳، ۹ و ۲۰ طبقه SAC تحت زمین لرزه های نزدیک گسل در شرایط با و بدون پالس تغییر مکان ماندگار (a) میانگین نسبت دریفت و (b) انحراف معیار استاندارد نسبت دریفت طبقات ۶۳
فهرست جدول ها
جدول ‏۴‑۱ : عدم قطعیت در پارامترهای مدل چشمه زمین لرزه [۵۸] ۴۲
جدول ‏۵‑۱ مشخصات مودال سازه های ۳ ، ۹ و ۲۰ طبقه SAC 48
جدول ‏۵‑۲: جدول مشخصات ستون های ردیف A و F سازه ۲۰ طبقه ۵۳
جدول ‏۵‑۳: مشخصات جرم وارد شده به قاب سازه ها ۵۳
چکیده
زلزله های نزدیک گسل به دلیل داشتن حرکت پالس گونه با پریود بلند در ابتدای رکورد، اعمال نیروی ضربه ای بر سازه های موجود، نسبت بیشینه سرعت به بیشینه شتاب بالا و وجود بیشینه شتاب و سرعت و جابجایی بالاتر نسبت به زلزله های دور از گسل، تفاوت های حایز اهمیتی با زلزله های دور از گسل دارند.
در این مطالعه عملکرد قاب های خمشی فولادی در سازه های بلند در حوزه نزدیک گسل مورد ارزیابی قرار می گیرد. به دلیل کمبود داده های مربوط به زلزله نزدیک گسل و مرتفع ساختن این مشکل، از روشی جدید برای شبیه سازی زلزله حوزه نزدیک گسل با در نظر گرفتن محتوای فرکانسی استفاده می گردد. برای انجام تحلیل ها از سه سازه سه، نه و بیست طبقه دارای سیستم قاب خمشی فولادی پروژه SAC، طراحی شده در لوس آنجلس استفاده می شود. تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی به جهت تعیین سطوح عملکرد و میزان تغییرشکل اعضای سازهای مورد مطالعه، تحت اثر زمین لرزه های حوزه نزدیک، بر روی مدل های طرح شده انجام می گردد. معیار های مختلف خسارت ازقبیل ماکزیمم تغییر مکان طبقات و تغییر مکان بام به عنوان پاسخ سیستم ها مورد ارزیابی قرار می گیرند. نتایج تحلیل ها نشان می دهد که مشخصات خاص زمین لرزه نزدیک گسل از قبیل اثر جهت داری و اثر تغییر مکان ماندگار، می تواند نیاز لرزه ای قابل توجهی در سازه های مهندسی نسبت به زمین لرزه عاری از پالس سرعت ایجاد نماید.
واژه های کلیدی: زلزله حوزه نزدیک گسل، جهت داری، جابجایی مانگار، تحلیل تاریخچه زمانی

فصل اول : کلیات

مقدمه

بررسی و تبیین ارتعاشات نیرومند زمین در دو شاخه مهندسی سازه (دیدگاه تحلیل رفتار سازه) و مهندسی زلزله (دیدگاه تحلیل رفتار زمین)، دارای اهمیت فراوان است. شایان توجه است که برای حداقل کردن خسارت حاصل از زلزله های بزرگ، نیازمندی به تدوین، تعمیم و گسترش دیدگاه های تحلیلی نسبت به ارتعاشات نیرومند زمین، بیش از پیش آشکار گردیده است.
زمین لرزه نزدیک گسل دارای مشخصات ویژه ای است که آن را از زمین لرزه حوزه دور از گسل متمایز می سازد. تجربه زلزله های گذشته نشان داده است که این مشخصات، اثرات قابل توجهی روی نیاز لرزه ای سازه ها وارد می نماید. به ویژه در رکوردهای سرعت زلزله های نزدیک گسل، عبارت از وجود سرعت های نموی بزرگ زمین، که در پی پالس های بلند مدت شتاب ایجاد می شود. نمودی از این اثرات به شکل ایجاد تغییر مکان های نوسانی بزرگ، که در رکورد تغییر مکان زمین نیز دیده می شود. وجود این مقادیر بزرگ در پارامتر های حرکات زمین در نزدیک گسل، مشخصه بارز رکوردهای زلزله ها نظیر زلزله نورتریج، زلزله کوبه، زلزله چی چی تایوان و برای زلزله های حوزه نزدیک گسل یا به بیان دیگر زلزله های با فاصله کم نسبت به گسل لرزه زا می باشند. با توجه به اینکه بسیاری از شهرهای بزرگ جهان از جمله کلان شهر تهران در معرض زمین لرزه نزدیک گسل قرار دارند، نیاز به شناخت خصوصیات زلزله نزدیک گسل و اثر آن بر سیستم های مهندسی بیش از پیش ضروری به نظر می رسد.

بیان مسئله

افزایش جمعیت شهرهای نزدیک به گسل های فعال (مانند تهران، تبریز، لوس آنجلس و توکیو)، احتمال وقوع زلزله ای با تلفات بسیار زیاد را در آینده نزدیک دوچندان می کند. این مسئله از این حقیقت ناشی می شود که زلزله نزدیک گسل^[۱] در مقایسه به زلزله دور از گسل، نیاز لرزه ای بزرگتری می تواند به سازه تحمیل نماید و در نتیجه باعث وقوع خسارات زیادی در زلزله های گذشته شده است[۱]. این مسئله نشان می دهد که بررسی رفتار لرزه ای سازه ها تحت زلزله نزدیک گسل دارای اهمیت بسیاری می باشد.
برخی از مشخصاتی که زلزله نزدیک گسل را از زلزله دور از گسل متمایز می سازد عبارتند از اثر جهت داری^[۲] ، اثر جابجایی ماندگار^[۳] زمانی که جهت پارگی گسل به سمت یک سایت به خصوص باشد و سرعت پارگی گسل نزدیک به سرعت انتشار امواج برشی باشد، در آن سایت اثر جهت داری مشاهده می شود. در این حالت سهم قابل توجهی از انرژی در یک بازه زمانی کوتاه به سایت منتقل می گردد[۲]. مقدار زیاد انرژی وارده در بازه زمانی کوتاه، موجب بوجود آمدن یک پالس مجزا در تاریخچه زمانی سرعت زمین لرزه می گردد. این اثر اغلب در مولفه عمود بر گسل قابل مشاهده می باشد[۳]. وجود این پالس باعث بزرگتر شدن معیار شدت طیف پاسخ (Sa) در پریودهای نزدیک به پریود پالس می گردد. بنابراین پاسخ سازه ها تحت زلزله دارای پالس، در مقایسه با زلزله دور از گسل متفاوت خواهد بود. گذشته خصوصیت فوق، نگاشت های ثبت شده در طی زلزله های نزدیک گسل اخیر همانند زمین لرزه کوکائلی^[۴] ترکیه (۱۹۹۹) و همچنین زلزله چی چی^[۵] تایوان (۱۹۹۹)،حاوی مقادیر بزرگی جابجایی دائمی زمین می باشند که به این پدیده جابجایی ماندگار گفته می شود. این تغییر شکل در طول زمان لغزش در راستای لغزش گسل رخ داده و بنابراین عموما در مولفه موازی گسل قابل مشاهده می باشد. به همین جهت در اکثر موارد با اثرات ناشی از جهت داری ترکیب نمی گردد[۴].
پاسخ سازه های چند درجه آزاد تحت زلزله نزدیک گسل دارای مشخصات ویژه ای می باشد. بر خلاف پاسخ سازه تحت زمین لرزه معمولی، توزیع نیازها در ارتفاع سازه برای زلزله نزدیک گسل کاملا غیر یکنواخت می باشد[۵]. این مشخصات ویژه برای پاسخ سازه ها تحت زلزله نزدیک گسل، مطالعه رفتار سازه ها را تحت این زمین لرزه ها سزاوار موشکافی بیشتر می کند. توسعه دستورالعمل های طراحی برای سازه های نزدیک به چشمه های فعال لرزه ای، نیازمند درک و دیدگاهی درست و مناسب از پاسخ و عملکرد سازه ها تحت این قبیل زلزله ها می باشد.
یکی از مشکلاتی که در بررسی پاسخ لرزه ای سازه ها تحت زلزله نزدیک گسل وجود دارد، این است که تعدادِ رکوردهای زمین لرزه کمی که دارای خصوصیات زلزله نزدیک گسل باشند، تا کنون به ثبت رسیده است. در مناطقی که اطلاعات زلزله های گذشته موجود نمی باشد، این مشکل مضاعف می باشد. یکی از راهکارهایی که برای این مناطق وجود دارد، استفاده از زمین لرزه مصنوعی می باشد. روش های زیادی برای تولید زمین لرزه مصنوعی برای یک منطقه به خصوص وجود دارد. به طور کلی می توان این روش ها را به روش های احتمالاتی و روش های تعینی تقسیم بندی نمود. روش های احتمالاتی به دو روش کلی چشمه نقطه ای^[۶] و چشمه گسترده^[۷] قابل تقسیم بندی می باشند[۶]. از آنجایی که زلزله دور از گسل دارای ماهیت احتمالاتی می باشد، برای این گونه زلزله ها از روش های احتمالاتی استفاده می شود. زلزله های نزدیک گسل دارای ماهیتی متفاوت از زلزله دور از گسل می باشند و برای شبیه سازی این زمین لرزه ها از روش های تعینی استفاده می گردد. هیسادا و بیلاک[۷] روش کارآمدی بر اساس مدل چشمه کینماتیکی ارائه دادند که به خوبی قادر است اثرات زلزله نزدیک گسل شامل اثرات جهت داری و جابجایی ماندگار را شبیه سازی کند. در این روش چشمه زلزله به صورت یک گسل سطحی مدل شده و مشخصات گسل و همچنین مشخصات لایه های مختلف خاک نیز مدل می شوند. در نهایت با حل توابع گرین، نگاشت زلزله در سایت مورد نظر قابل محاسبه می باشد.
در این مطالعه قصد داریم به بررسی پاسخ لرزه ای سازه ها تحت زلزله نزدیک گسل بپردازیم. برای این منظور از زلزله تولید شده برای سایت به خصوص در نزدیک گسل استفاده می نماییم و پاسخ لرزه ای سازه را تحت این زلزله مورد بررسی قرار می دهیم. در نهایت به مقایسه پاسخ لرزه ای سازه تحت زلزله نزدیک گسل دارای پالس سرعت و همچنین زمین لرزه فاقد پالس می پردازیم.

فرضیه ها و سوالات تحقیق

فرضیات:
روش های شبیه سازی مبتنی بر مدل کینماتیکی چشمه، به خوبی قادر به تولید زمین لرزه نزدیک گسل می باشند.

• • زلزله نزدیک گسل دارای اثرات قابل توجهی روی عملکرد لرزه ای سازه ها می باشد.

سوالات:

• • آیا نیاز تغییر مکانی رکوردهای نزدیک گسل در مقایسه با نیاز تغییر مکانی رکوردهای دور از گسل بالا می باشد؟

• • آیا اثرات ناشی از زلزله های نزدیک گسل بر سازه ها و طراحی سازه های مقاوم در برابر این نوع حرکات، بدون شناخت کامل خصوصیات لرزه ای این پدیده و تفاوت آن با حرکت زمین در حوزه دور امکان پذیر است؟

اهداف تحقیق