۵-۱ نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………..۹۴
۵-۲ پیشنهادها………………………………………………………………………………………………………………………..۹۵
منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………..۹۷
ضمیمه…………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۰۴
فصل اول
کلیات تحقیق
۱-۱ مقدمه
انسان از آغاز خلقت همواره با موضوع بلایای طبیعی مواجه بوده و تلاش نموده­ است تا این حوادث و سوانح طبیعت را مدیریت و کنترل نماید و زندگی خود را از این خطرات، ایمن و محفوظ دارد. از میان بلایای طبیعی، زلزله از ویژگی­های خاصی برخوردار بوده و در قرن گذشته با توجه به عوامل زیر اهمیت بیشتری به مدیریت بحران زلزله داده شده است:

• • افزایش تعداد شهر ها در نقاط مختلف که بسیاری در مناطق فعال لرزه­ خیز واقعند.

• • گسترش و توسعه شهرها به گونه ­ای که گسل­های زیادی در داخل شهرها قرار گرفته­اند.

• • افزایش تراکم جمعیت شهرها که باعث افزایش تعداد قربانیان زلزله گردیده است.

• • افزایش کمی و کیفی تأسیسات و امکانات مختلف شهری، که باعث افزایش سرمایه ­گذاری انسان در شهرها و گسترش خسارات مالی ناشی از زلزله شده ­است.

• • پیشرفت دانش لرزه ­شناسی و مهندسی زلزله، که بشر را قادر به ثبت اطلاعات زلزله ­های گذشته و تجزیه و تحلیل هر چه دقیق­تر آنها نموده است.

ایران از نظر لرزه ­خیزی در منطقه­ فعال جهان قرار دارد و به گواهی اطلاعات حاصل از مستندات علمی و مشاهدات قرن بیستم از خطر پذیرترین مناطق جهان در اثر زمین ­لرزه­ های پرقدرت محسوب می­ شود. در سال­ های اخیر به طور متوسط هر پنج سال یک زمین­ لرزه با صدمات جانی و مالی بسیار بالا در نقطه ای از کشور رخ داده است و در حال حاضر ایران در صدر کشور هایی است که وقوع زلزله در آن با تلفات جانی بالا همراه است.
گرچه جلوگیری کامل از خسارات ناشی از زلزله­ های شدید بسیار دشوار و حتی غیر ممکن است، لیکن با افزایش سطح اطلاعات در رابطه با لرزه­ خیزی کشور و مطالعه دقیق وضعیت آسیب­ پذیری ساختمان ­ها، تأسیسات زیربنایی و شریان­ های حیاتی و ایمن ­سازی و مقاوم­ سازی صحیح و اصولی آنها، می توان تا حد مطلوب تلفات و خسارات ناشی از زلزله­ های آتی را کاهش داد.
امروزه یکی از راه ­های بررسی آسیب ­پذیری ساختمان ­های موجود، استفاده از منحنی ­های شکنندگی^[۱] می­ باشد که این منحنی ­ها می توانند کاربرد های فراوانی قبل و بعد از زلزله داشته باشند.
۱-۲ شرح مسئله
خطر لرزه ­ای بیانگر پتانسیل خسارت ایجاد شده در سازه ناشی از وقوع زلزله است. خسارت یا شکست در سیستم سازه ای، بصورت عدم حفظ عملکرد مطلوب آن در هنگام وقوع زلزله تعریف می­ شود ( Nielson^[2]، ۲۰۰۵ ).
به منظور تحلیل شکست از دیدگاه مهندسی در یک سیستم سازه­ای، بایستی آستانه­ ی رخداد شکست با بهره گرفتن از پارامتر های ریاضی به صورت کمی بیان شود. یکی از پارامتر های مهم در برآورد خسارت سازه­ ای بزرگی و شدت زمین­ لرزه می­باشد. از جمله پارامتر هایی که در تحلیل شکنندگی بعنوان معیار بزرگی و شدت جنبش­ های لرزه­ ای زمین در نظر گرفته می­ شود، می­توان از بیشینه شتاب زمین (PGA)، بیشینه سرعت زمین (PGV)، بیشینه تغییر مکان زمین (PGD)، شتاب طیفی (S_a)، سرعت طیفی (S_v)، تغییر مکان طیفی (S_d) و شدت مرکالی نام برد( شهسوار، ۱۳۸۱).
در برآورد خطر لرزه ­ای سازه پارامتر هایی نظیر شکل پذیری تغییر مکانی، شکل پذیری انحنایی، تغییر مکان مطلق عضو، انرژی هیسترتیک جذب شده توسط المان و …. برای تعیین حالات خسارت مورد استفاده قرار می­گیرد. در تحلیل آسیب پذیری یک سیستم، به دنبال جمع ­آوری و پردازش داده­ های پاسخ سازه تحت اعمال جنبش شدید زمین هستیم. به منظور پردازش آماری رفتار سازه­ های مختلف، با بهره گرفتن از تئوری احتمالات می توان ارتباط بین شدت زلزله و آسیب پذیری سازه ­ها را در قالبی آماری مورد بررسی قرارداد. بررسی این ارتباط از دو دیدگاه حائز اهمیت است:

1. 1. با در دست داشتن ارتباط آماری بین شدت زلزله و گسترده آسیب سازه­ ها می توان پیامد های رخداد زلزله­ های آینده را پیش ­بینی نمود.

1. 1. با شناخت بیشتر نقص­ های موجود در طراحی سازه­ ها، امکان بهبود بیشتر آیین­ نامه­ های لرزه­ ای فراهم شده و در نهایت باعث افزایش ایمنی سازه­ ها می­گردد (Nielson، ۲۰۰۵).

یکی از ابزارهای کلیدی در ارزیابی خطر­پذیری لرزه ای ^[۳]که امروزه استفاده از آن رواج یافته است، منحنی شکنندگی است. منحنی شکنندگی، احتمال فراگذشت آسیب سازه از یک سطح آسیب مشخص را برای چندین سطح خطر از جنبش های لرزه ای زمین بیان می­ کند. این منحنی کاربردهای فراوانی قبل و بعد از وقوع زلزله دارد، بطوریکه ضمن ارزیابی آسیب پذیری لرزه­ای در مواردی دیگر از جمله تعیین اولویت­ ها در مقاوم­ سازی سازه­ ها و همچنین برنامه ­ریزی مدیریت بحران مورد استفاده قرار می­گیرد.
۱-۳ اهداف و ضرورت تحقیق
امروزه ارزیابی عملکرد ساختمان ­ها در برابر زلزله، به یکی از بحث­ های رایج در بین محققین تبدیل شده است. با توجه به اینکه در طراحی تعداد زیادی از ساختمان­ های موجود اثرات تخریبی زمین ­لرزه در نظر گرفته نشده است و یا اینکه دانش طراحی لرزه ­ای در حین ساخت آنها ناکافی بوده است، بروز خسارات وسیع در سازه­ های موجود بر اثر وقوع یک زمین­لرزه­ی نسبتاً شدید دور از انتظار نخواهد بود ( رهگذر و همکاران، ۱۳۸۷ ).
همان­ طور که بیان شد منحنی شکست تابعی است که تجاوز خرابی سازه را از یک معیار تعیین شده، در مقابل افزایش شدت زمین­ لرزه تعیین می کند و از این رو یکی از راه­ های بررسی میزان خرابی سازه­ها است.
با توجه به اینکه کشور ما یکی از مناطق لرزه­ خیز است، و نیز با توجه به اینکه اکثر سازه­ های موجود با ضوابط لرزه­ ای ساخته نشده­اند، آسیب ­پذیری لرزه­ ای سازه­ های موجود، به ویژه تیپی از سازه­ها که بیشتر مورد استفاده قرار می­گیرند، لازم و ضروری به نظر می­رسد.
۱-۴ روش اجرای طرح و مدل­ های مورد بررسی
در این پژوهش سعی خواهیم کرد آسیب­ پذیری لرزه­ ای یکی از تیپ­ های ساختمانی رایج در سطح کشور، یعنی سازه ­های فولادی دارای سیستم قاب خمشی ویژه با تعداد طبقات تعداد طبقات ۵، ۸ و ۱۲ را بررسی کنیم و برای این سازه­ها منحنی شکنندگی تولید خواهیم کرد.
برای رسیدن به اهداف این پایان نامه، مدل­ها بصورت دو­بعدی درنرم­افزار opensees مدل سازی شده و تحت اثر ۱۰ رکورد زلزله که هر یک از این رکوردها از مقدار ۰.۱g تا ۱.۵g مقیاس شده ­اند، تحت تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی قرار می­گیرند. سپس مقادیر نیاز و ظرفیت در مؤلفه­ های سازه مقایسه و مؤلفه Drift در ارائه شکنندگی در تعیین آسیب ­پذیری بررسی خواهد شد و سپس با اعمال تکنیک­های آماری لازم بر روی داده­ ها، منحنی­ های شکنندگی برای هریک از مدل ­ها تولید خواهد شد.
۱-۵ ساختار پایان نامه
پایان ­نامه­ی حاضر در ۵ فصل تهیه شده است. در فصل اول اطلاعاتی کلی در خصوص پایان ­نامه، اهداف آن و روش تحقیق ارائه شده است. در فصل دوم در مورد انواع منحنی شکست و روش­ های تهیه­ آن و نیز در مورد اطلاعات و داده­ های مورد نیاز برای تهیه­ منحنی شکست توضیحاتی ارائه شده است. دستور العمل HAZUS نیز به صورت مختصر دراین فصل معرفی شده است. و همچنین مروری بر تعدادی از پژوهش­های انجام شده در زمینه­ منحنی شکست برای سازه­ ها در این فصل انجام شده است. در فصل سوم مطالعاتی در مورد قاب های مقاوم خمشی فولادی انجام شده است.
مطالعات عددی در مورد مدل ­ها و روش این پایان­ نامه در فصل چهارم آمده است که در آن فرضیات و مراحل کامل روش­ های مورد استفاده برای رسیدن به نتیجه­ مورد نظر ارائه شده ­اند. منحنی­ های شکست تولید شده نیز در همین فصل نمایش داده شده ­اند. نهایتاً فصل پنجم به نتیجه­ گیری و ارائه­ پیشنهادات برای تحقیقات آتی اختصاص یافته است.
فصل دوم
منحنی های شکنندگی
۲-۱ منحنی­های شکنندگی لرزه­ای
منحنی شکنندگی، احتمال خرابی متناظر با یک حالت خرابی معین را در چندین سطح از جنبش­ های لرزه ­ای زمین بیان می­ کند. در واقع منحنی شکنندگی، نسبت بین شدت زمین ­لرزه و سطح خرابی لرزه­ ای محتمل را توصیف می­ کند. جهت تعیین دقیق چنین نسبتی انتخاب صحیح شدت زلزله در منطقه­ ی سازه­ی تحت بررسی مهم می­باشد. از شاخص ­هایی که شدت زلزله را بطور مناسب جهت تحلیل شکنندگی معرفی می­نمایند می­توان از بیشینه شتاب زمین PGA، بیشینه سرعت زمین PGV، بیشینه تغییر مکان زمین PGDنام برد. این منحنی ­ها را می­توان از تحلیل رگرسیون منطقی اطلاعات خرابی واقعی یا شبیه­ سازی شده و یا روش­های حل عددی بدست آورد.
با توجه به اینکه آسیب ­پذیری لرزه ­ای زمانی رخ می­دهد که احتمال فراگذشت سازه از سطح خرابی تعریف شده وجود داشته باشد، گسیختگی زمانی رخ می­دهد که سازه­ی موجود نتواند شرایط لازم برای سطح عملکرد تعریف شده را ارضا کند.
استفاده از منحنی شکست برای ارزیابی رفتار سازه­ ها و خطر ناشی از زلزله، در دو دهه ی اخیر به طور گسترده ­ای توسط جامعه­ علمی مورد استفاده قرار گرفته است. روش منحنی شکست یک امتیاز مهم دارد و آن امتیاز، این است که آسیب ­پذیری سازه و مؤلفه­ های آن را با یک روش ساده نشان می­دهد و اجازه می­دهد که سطح خرابی مورد انتظار برای شدت زلزله­ی معین را تخمین بزنیم ( مارانو ،۲۰۰۹)^[۴].
روش­ های مختلفی برای تهیه­ منحنی شکست وجود دارد که مهم­ ترین آنها به شرح زیر است:

1. 1. روش تجربی^[۵]یا آزمایشگاهی

1. 1. روش قضاوت مهندسی^[۶]

1. 1. روش تحلیلی^[۷]

1. 1. روش ترکیبی ^[۸]که توضیحات مربوط به هر روش در ادامه آمده است.