تعیین نسبت های میرایی سازه

6 می , 2018

0 زمان تقریبی مطالعه 4 دقیقه

نسبت های میرایی مدی توصیه شده

تعیین ویژگی های میرایی و یا زمان های تناوب ارتعاش طبیعی سازه هدف به گونه ای که در مطلب قبل برای ساختمان کتابخانه میلیکان تعیین شد، امکان پذیر و شدنی نیست. در صورتی که هدف ارزیابی امنیت لرزه‌ای سازه باشد، ایده آل است که ویژگیهای ارتعاشی مهم سازه از جمله میرایی به صورت آزمایشگاهی تعیین گردد، که البته اغلب به دلیل کمبود بودجه و یا زمان این کار انجام نمی شود. پر واضح است که برای طراحی یک ساختمان جدید میرایی یا سایر ویژگی های آن قابل اندازه گیری نیست.

بنابراین، نسبت های میرایی برای یک سازه جدید به منظور طراحی از ابتدا می بایست با استفاده از اطلاعات اندازه گیری شده از سازه های مشابه حاصل شود. اگر چه که پژوهشگران مقدار قابل توجهی از داده ها را گردآوری کرده اند، اما این داده ها می بایست با دقت و درایت استفاده شوند به این دلیل که برخی از آن ها قابل استفاده و کاربردی در تحلیل و طراحی لرزهای سازه ها نیستند.

از اطلاعات مربوط به کتابخانه میلیکان که مطالعه آن اکیدا توصیه می شود(لینک مطلب)، مشخص است که نسبت های میرایی تعیین شده از آزمایشات ارتعاش با دامنه کم نباید به صورت مستقیم برای تحلیل پاسخ زلزله هایی با جنبش های بسیار بزرگتر( به صورت تقریبی تا حد جاری شدن مصالح سازه‌ای)، استفاده شوند. نسبت های میرایی مدی برای چنین تحلیل هایی می بایست بر اساس داده‌های جنبش های ثبت شده زلزله باشد.

داده هایی که بیشترین کاربرد را دارد اما به سختی حاصل می شوند داده هایی هستند که از سازه هایی بدست می آیند که به اندازه کافی به لرزه در می آیند اما در بازه غیر الاستیک خود تغییر شکل نمی دهند. نسبت های میرایی که از جنبش های سازه با مقدار کم بدست می آیند بیانگر مناسبی برای میرایی های بیشتر که از دامنه های بزرگتر جنبش های سازه انتظار می رود، نیستند.

از سوی دیگر، جنبش های ثبت شده سازه هایی که حد جاری شدن قابل توجهی را در حین زلزله تجربه کرده اند، نسبت های میرایی را ارائه می کنند که در برگیرنده استهلاک انرژی ناشی از جاری شدن مصالح سازه ای نیز هستند. این نسبت های میرایی در تحلیل دینامیکی کاربردی ندارند زیرا که این گونه شکست مصالح به صورت جداگانه ای با استفاده از روابط غیر خطی نیرو-تغییر مکان لحاظ شده است.

شکست مصالح (شکل1-استهلاک انرژی ناشی از جاری شدن مصالح)

گردآوری داده های سودمند در ارتباط با میرایی روندی بسایر کند دارد، زیرا که نسبتا تعداد محدودی از سازه ها دارای شتاب نگار های نصب شده و آماده برای ثبت جنبش ها هنگام رخداد زلزله است و همچنین زلزله های بزرگتر به ندرت اتفاق می افتند.

سهم عمده ای از جنبش ها سازه ای لرزه ای ثبت شده در آمریکا مرتبط با ساختمان های چند طبقه موجود در کالیفرنیاست:( بیش از 50 ساختمان در محدوده
لس آنجلس در زلزله 1971 سن فرناندو(شکل2)، بیش از 40 ساختمان در سانفرانسیسکو در زلزله 1989 لوما پریتا و بیش از 100 ساختمان در لس آنجلس در زلزله 1994 نورثریج.) علاوه بر این، تنها تعدادی از جنبش های ثبت شده از این ساختمان ها آنالیز شده و زمان های تناوب طبیعی و نسبت های میرایی مدی آن ها تعیین شده است.

رکورد زلزله سن فرناندو (شکل2-رکورد زلزله سن فرناندو)

به صورت ایده آل ، مشتاقیم که داده هایی در ارتباط با میرایی حاصل از جنبش های لرزه ای ثبت شده مربوط به انواع سازه ها را در اختیار داشته باشیم. سازه هایی همچون ساختمان ها، پل ها، سد ها و سایر سازه ها که از مصالح متنوع همچون فولاد، بتن مسلح، بتن پیش ساخته، مصالح بنایی، چوب و یا سایر مصالح ساخته شده باشند.

چنین داده هایی، مبنایی را فراهم می آورند که با استفاده از ان می توان نسبت های میرایی را برای ارزیابی امنیت لرزه ای سازه های موجود و یا طراحی سازه های جدید استفاده کرد. تا زمانی که یک پایگاه اطلاعاتی به حد کفایت کامل فراهم نشود، تعیین نسبت های میرایی بر اساس هر داده ای که در دسترس باشد و یا قضاوت مهندسی کارشناسانه است. مقادیر میرایی پیشنهادی در جدول 1 برای دو سطح جنبش گردآوری شده است: سطوح تنش بهره وری(working) که بیش از نصف تنش حد جاری شدن نیستند و همچنین تنش های نظیر و یا یک اپسیلون پایین تر از نقطه حد جاری شدن.

برای هر سطح تنش، بازه ای از مقادیر میرایی داده شده است؛ مقادیر بیشتر میرایی برای سازه های معمولی به کار برده می شود و مقادیر کمتر برای سازه های خاص که می بایست به صورت محافظه کارانه تری طراحی شوند کاربرد دارد. علاوه بر جدول 1 مقادیر میرایی پیشنهادی برای سازه های بنایی غیر مسلح برابر با 3% و برای سازه های بنایی مسلح برابر با 7% پیشنهاد می شود. بیشتر آیین نامه های ساختمان تغییرات موجود در میرایی را به دلیل مواد سازه ای در نظر نمی گیرند؛ و متداولا نسبت میرایی برابر با 5% در آیین نامه های لرزه ای و طیف طراحی وجود دارد.

(جدول 1-مقادیر میرایی توصیه شده)

نسبت های میرایی پیشنهادی می تواند به صورت مستقیم برای تحلیل الاستیک خطی سازه ها با شرایط میرایی کلاسیک مورد استفاده قرار گیرد. برای چنین سیستم هایی هنگامی که معادلات تعادل به مد های ارتعاش طبیعی سیستم نامیرا تبدیل می شوند، غیر همبسته خواهند شد، و نسبت های میرایی مدی تخمین زده شده به صورت مستقیم در معادله مدی استفاده می شود.