تاثیر زمان تناوب و میرایی سازه بر نیروی زلزله

تاثیرزمان تناوب (پریود) و استهلاک (میرایی) سازه

بسیار اتفاق می افتد که پس از وقوع یک زلزله، کارشناسان از اینکه دو سازه نسبتا مشابه رفتار مختلف داشته اند تعجب کرده و یکی را به طور قطع ضعیف تر از دیگری می پندارند. در حالیکه نیروهای زلزله در حوزه ارتجاعی بستگی زیادی به تناوب سازه دارند. و همانطورکه مطابق شکل زیر طیف زلزله طبس را مشاهده می کنید شتاب پاسخ سازه ای با تناوب 0.2 و ضریب میرایی 0.05  برابر 1.96g و نیروی زلزله برابر 1.96W که W  وزن سازه است، می باشد. حال اگر تناوب سازه به 0.25 ثانیه افزایش یابد، شتاب پاسخ ناگهان برابر 2.5g و نیروی زلزله 2.5W می گردد.

به عبارت دیگر دو سازه کاملا مشابه با تناوب های اندکی متفاوت می توانند نیروهای کاملا متفاوتی را در حین زلزله دریافت کنند. حساسیت زلزله به خواص دینامیکی سازه را می توان به دو گروه تقسیم کرد:

1-حساسیت موضعی

در شکل قبل نشان داده شد که گاهی تغییرات جزیی تناوب می تواند موجب تغییرات شدید در شتاب پاسخ و در نتیجه نیروی زلزله شود. مطابق شکل زیر این تغییرات علاوه بر تناوب به استهلاک هم بستگی دارند و با افزایش استهلاک از شدتشان کاسته می شود.

می دانیم  همین که سازه وارد حوزه غیرخطی شود استهلاک اصطکاکی و پسماند به کمک استهلاک لزج شتافته و استهلاک کل سازه را زیاد می کنند و از حساسیت موضعی سازه کاسته می شود. بنابراین با بروز ترک در سازه در حین زلزله استهلاک اضافه شده و از حساسیت موضعی کاسته می گردد. به همین دلیل در طیفهای طراحی، بر خلاف طیف واقعی از نمودارهای صاف شده استفاده می کنند که فاقد حساسیت های موضعی می باشند.

2-حساسیت کلی

افزایش استهلاک همواره موجب کاهش نیروهای زلزله است این مطلب در دو شکل قبل کاملا مشخص است. بنابراین بعنوان یک اصل کلی در مهندسی زلزله، افزایش استهلاک برای کاهش نیروهای زلزله مطلوب و مد نظر است. این موضوع باعث شده است که برخی از محققان و مهندسان بیش از حد لزوم برای استهلاک ارزش قائل شوند. درحالی که به نظر می رسد آنچه بیش از استهلاک در رهاندن سازه از چنگ زلزله دخیل است رفتار غلتکی است. حساسیت نیروی زلزله به تغییرات کلی تناوب یکسان نیست. برای سازه های خیلی سخت، شتاب پاسخ تقریباً برابر شتاب زلزله است. با افزایش تناوب سازه وارد ناحیه تشدید شده و نسبت شتاب پاسخ به شتاب پی افزایش می یابد. پس از گذشتن از این ناحیه، به ناحیه نرم می رسیم که مختص سازه های با تناوب بالاست که نیروی نسبتاً کمی دریافت می کنند. از این جهت طیف پاسخ زلزله مشابه طیف پاسخ دستگاه تک درجه است.

مشکل اینجاست که نواحی سه گانه فوق برای زلزله های مختلف یکسان نیستند، زیرا بستگی به عوامل متعددی دارند که از میان آنها دو عامل بیش از بقیه مؤثرند: یکی خواص اولیه زلزله که ناشی از عمق و بزرگی است و دیگری خواص خاک ناحیه مورد نظر می باشد. هر دو عامل در محتوای فرکانسی زلزله و در نتیجه در تعیین محدوده نواحی سه گانه فوق مؤثرند، بنابراین با توجه به نتایج زلزله های قبلی و شرایط زمین ساختی مناطق مختلف کشورمان می توان محدوده نواحی سه گانه فوق را مورد تحقیق قرار داد که نتایج چنین تحقیقاتی می تواند بسیار سودمند افتد. 

منابع:

آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله، استاندارد 2800 ویرایش چهارم 
مبانی و کاربرد مهندسی زلزله، دکتر حسن مقدم، دانشگاه صنعتی شریف
دپارتمان سازه کارگشا، سامانه جامع صنعت ساختمان