مقاله و تحقیق دانشجویی

توضیحات :

ادبیات نظری تحقیق ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای پل ها به روش کمی و مبانی نظری آنها در 24 صفحه در قالب ورد قابل ویرایش.

بخشی از متن :

ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای پل ها به روش کمی و مبانی نظری آنها

- مقدمه

روش هاي متنوعي براي ارزيابي آسيب پذيري سازه ها پيشنهاد شده اند كه در اين فصل به
دسته بندي و بررسي تعدادي از اين روش ها پرداخته مي شود. همچنين امروزه به علت
هزينه هاي قابل توجه اجراي سازه ها و به منظور درك عميق تر رفتار آنها تحت بارهاي مختلف و پيچيده نظير زلزله، مدل سازي سازه اي به صورت تجربي (فيزيكي) يا رياضي از جايگاه ويژه اي برخوردار است مدل سازي به چند صورت قابل انجام است ساخت مدل آزمايشگاهي با ابعاد كوچكتر از ابعاد واقعي، مدل واقعي و به كار گيري مدل تحليلي. از اين رو مدل سازي تحليلي به كمك كامپيوتر معمولاً به دو روش نخست ترجيح داده مي شود. برخی از حالات طراحی و آسیب پذیری سازه در ادامه ارائه شده است.

- حالات حدي طراحي و ارزيابي سازه

به طور كلي حالات حدي مختلفي را مي توان در طراحي سازه ها ي جديد يا ارزيابي آسيب پذيري و مقاوم سازي سازه هاي موجود مبنا قرار داد اين حالات را مي توان براي اعضا يا براي كل سازه در نظر گرفت در اين قسمت به تشريح انواع حالات حدي و توصيف و ويژگي هاي آنها با تاكيد بر ارزيابي لرزه اي پل ها پرداخته شده است [14] و [15] و [29].

- حالات حدي اعضا

معمولاً براي طراحي سازه دو حالت حدي مطرح است. حالت حدي اول حالت حدي تسليم نخستين نام دارد در اين حالت تغيير ناگهاني سختي در آستانه تسليم در دورترين نقطه مقطع عضو رخ مي دهد. اين حالت حدي جهت تعريف سختي سيستم هاي شكل پذير در تحليل هاي ارتجاعي خطي با استفاده از منحني هاي هيسترزيس ساده مانند ارتجاعي– خميري كامل يا دو خطي به كار مي رود، حالت حدي دوم حالت حدي نهايي ناميده مي شود كه تعريف آن سليقه اي است مثلاً برخي اين حالت را متناظر با وقوع يك پديده فيزيكي بحراني نظير گسيختگي در ناحيه محتمل لولاي خميري در نظر مي گيرند كه در آن افت ناگهاني مقاومت و سختي نیز ديده مي شود [14].

- حالات حدي سازه

- حالات حدي بهره برداري

همانطور كه از نام اين حالت پيداست حالتي است كه تجاوز از آن در خدمت پذيري سازه خلل ايجاد مي كند. مثلاً براي مقاصد طرح يا ارزيابي لرزه اي، زمين لرزه هايي كه احتمال وقوع آنها زياد است نبايد به قابليت بهره برداري پل ها لطمه اي وارد سازند يعني پس از حادثه و عمليات تعمير پل باعث محدود ساختن تردد نگردد. احتمال وقوع زلزله متناظر با اين حالت حدي تابع اهميت حفظ قابليت عملكرد يك پل است. براي پل هاي كم اهميت اين حالت را مي توان متناظر با زلزله اي دانست كه احتمال وقوع آن در 50 سال است. براي اهداف ارزيابي لرزه اي، بررسي اين حالت حدي چندان رايج نيست اما توصيه شده است كه براي ارزشيابي سازه هاي موجود مقدار كرنش اعضاي فولاد به 005/0 و اعضاي بتني به 001/0 محدود گردد [14].

-حالات حدي آسيب پذيري

تحت زلزله طراحي كه احتمال وقوع آن كمتر از زلزله نظير حالت قابليت بهره برداري است، سطح مشخصي از خرابي پذيرفتني است و معمولا اين سطوح توسط آيين نامه هاي طرح لرزه اي تعيين مي شود. مثلا ناحيه مفصل خميري نبايد نياز به تعويض داشته باشد. معمولاً در پل هاي طرح شده مطابق با ضوابط نظري و اجرايي آيين نامه ها چنين حالتي متناظر با ايجاد ضريب شكل پذيري جابجايي در محدوده 6 الي 3 مي باشد [14].

- حالت حدي بقا

هميشه لازم است فراتر از حالت حدي كنترل خرابي يك ظرفيت ذخيره در اعضاي باربر سازه موجود باشد تا پل در اثر بزرگترين زلزله ممكن ساختگاه فرو نريزد همانطور كه مشخص است هدف از مطرح ساختن اين نوع خرابي جلوگيري از تلفات جاني مي باشد و لذا در اين حالت حدي، خرابي هاي بسيار بيشتري نسبت به دو حالت اول حتي به نحوي كه سازه غير قابل تعمير و جايگزيني باشد پذيرفتني است. آستانه اين حالت آن است كه سازه ديگر توان حمل بارهاي ثقلي را نداشته باشد و فروريزش سازه هنگامي كه ظرفيت باقي مانده از ظرفيت لازم براي تحمل بارهاي ثقلي موجود كمتر شود يا اثرات پي- دلتا پايداري سازه را بر هم زند روی می دهد [14] و [15].

- ارزيابي آسيب پذيري لرزه اي

ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای پل هاي موجود در واقع یک نوع پیش بینی خسارت دیدگی آنها در مقابل زلزله های احتمالی است. زلزله های گذشته نشان دادند که پل ها از آسیب پذیرترین
مؤلفه های سیستم حمل و نقل می باشند، خرابی سیستم های حمل و نقل ناشی از زلزله های گذشته، بر ارزیابی خطرپذیری سیستم های حمل و نقل موجود تأکید می کنند. ارزیابی
آسیب پذیری لرزه ای به صورت تابعی از خطر سایت و مشخصه های سازه ای پل تعریف می شود. به طور کلی آسیب پذیری به صورت تابعی از رسیدن به سطح خرابی در یک شدت حرکت مشخص تعریف می شود و می توان آن را به صورت ماتریس های خرابی احتمالي^[1]، گرافی بین نسبت خرابی میانگین و شدت حرکت زمین و یا به صورت منحنی شکنندگی ارائه کرد. از این رو آنالیز شکنندگی یکی از اجزای ارزیابی آسیب پذیری می باشد [30].

در ادبیات فني تعاریف مختلفی از آسیب پذیری سازه ای ارائه شده است. که در ادامه بعضی از این تعاریف ارائه می گردد:

• یائو^[2] [31] معتقد است که آسیب پذیری یک سازه (خاک - پی - سازه) در برابر زلزله مبتنی بر قابلیت اعتماد سازه است و به این صورت بیان می شود، که سازه هنگامی آسیب پذیر است که تقاضای زمین لرزه از ظرفیت مربوطه در مرحله ی بحرانی که منتهی به عملکرد غیر قابل قبول برای سازه شود بیشتر گردد.
• آگراوال و همكارانش^[3] [32] این گونه عقیده دارند، كه سازه زماني آسيب پذير است كه وقوع يك خرابي نسبتاً كوچك موجب ايجاد خرابي هاي بزرگ ناشي از آن شود. سازه اي كه حتي در يك مورد آسيب پذير باشد، ديگر يك سازه مقاوم تلقي نمي شود.
• ليند^[4] [33] معتقد است كه آسيب پذيري نسبت احتمال شكست سيستم آسيب ديده به احتمال سيستم آسيب نديده مي باشد.

- روش هاي ارزيابي آسيب پذيري

به منظور زيان هاي وارده ناشي از يك زمين لرزه، لازم است براي هر نوع سازه رابطه بين شدت حركات زمين و ميزان آسيب وارده به سازه ها تعيين شود. رابطه ي اخير تابع آسيب پذيري خوانده مي شود روش هاي مختلفي براي ارزيابي خرابي ايجاد شده در سازه بر اثر زلزله موجودند. به طور كلي همه اين روش ها را مي توان در گروه هاي زير طبقه بندي كرد [30] و [34]:

-1 روش هاي طبقه بندي: دسته بندي سازه ها به كلاس هاي گونه شناسي

-2 روش هاي بازرسي و امتياز دهي: نسبت دادن مقادير عددي (امتياز) به هر يك از اجزاء مهم سازه

-3 روش هاي تحليلي: مقاومت مورد انتظار سازه در برابر حركات زمين

-4روش هاي آزمايشگاهي: انجام آزمايش به منظور تعيين ويژگي هاي سازه يا اجزاي آن.

در روش هاي تحليلي ارزيابي آسيب پذيري سعي مي شود رابطه اي بين آسيب وارده به يك سازه مشخص و پارامترهاي كليدي و مهم پاسخ برقرار شود. به روش اول و دوم تحليل تجربي آسيب پذيري نيز گفته مي شود. در ادامه هر يك از اين روش ها مختصري توضيح داده شده اند.

- روش هاي طبقه بندي

اين روش ها كاملاً بر پايه مشاهدات آماري خرابي هاي ناشي از زلزله هاي گذشته قرار دارند و معمولاً براي انواع مختلف سازه ها، توابع آسيب پذيري حاصل از اين روش ها، رابطه اي بين درصد خرابي و يكي از معيارهاي شدت حركت زمين در حين زلزله، شتاب، سرعت يا جابجايي حداكثر زمين يا طيف پاسخ را بيان مي كنند. ذكر اين نكته لازم است كه اين روابط تجربي تنها براي يك سازه متوسط در دسته سازه هاي مورد مطالعه كاربرد دارند و پاسخ شان به شدت مشخصي از حركت زمين تخمين زده مي شود. بنابراين اين روابط نمي توانند براي يك سازه خاص اعمال شوند.

مراحل به دست آوردن توابع آسيب پذيري در اين دسته از روش ها، شامل سه گام اساسي زير مي باشد:

1- بازرسي و برآورد خسارات ناشي از زلزله هاي گذشته به وسيله پردازش آماري داده هاي مربوط به انواع متداول سازه ها، كيفيت ساخت و ساز، شرايط خاك و شرايط محلي و سطوح خرابي شناسايي شده.

2- تعيين پارامتر شدت ميانگين لرزش زمين در منطقه مورد مطالعه براي زلزله هايي كه تهيه داده هاي آسيب سازه اي و نيز پردازش آماري اين داده ها براي زلزله هاي مذكور در گام قبلي صورت گرفته است.

3- تركيب داده هاي آسيب سازه اي و شدت زمين لرزه متناظر با آنها به منظور توليد توابع
آسيب پذيري براي اين منظور، رابطه اي بين خسارات ناشي از زمين لرزه براي عناصر در معرض ريسك موجود در منطقه و پارامترهاي ثبت شده حركت زمين برقرار مي شود.

- روش هاي بازرسي و امتيازدهي

در اين روش ها با توجه به شرايط لرزه خيزي و شرايط ساخت و ساز براساس مشاهدات خرابي در زلزله هاي گذشته، فرم هاي امتياز دهي ويژه اي تهيه مي شوند. بازرسان ساختمان و يا انواع ديگر سازه ها، با استفاده از اين فرم ها به هر يك از عوامل مؤثر بر آسيب پذيري لرزه اي سازه از قبيل وضعيت كاربري و اهميت سازه، سيستم باربر قائم، سيستم لرزه بر جانبي، كيفيت اتصالات، شكل پذيري اعضا، نحوه ساخت، شرايط محل ساختمان، وضعيت پي و ... امتيازاتي اختصاص مي دهند. با جمع زدن امتيازات مي توان تشخيص داد كه سازه مورد نظر آسيب پذير است يا خير، در صورتي كه توسط اين روش مشخص شود كه سازه آسيب پذير است و احتياج به ترميم و بهسازي دارد از روش هاي دقيق تر ارزيابي آسيب پذيري استفاده مي شود. بنابراين به كمك روش هاي امتياز دهي مي توان نوعي غربال كردن انجام داد و با صرف تلاش نسبتاً كمي سازه هاي با ريسك كمتر را از محدوده ي سازه هاي مورد مطالعه حذف نمود [35].

- روش هاي تحليلي ارزيابي آسيب پذيري

روش هاي تحليلي ارزيابي آسيب پذيري بر اساس انجام تحليل مدل هاي رياضي سازه بنا شده است. با اعمال زلزله هاي متفاوت با شدت هاي متفاوت به سازه و انجام تحليل روي مدل رياضي سازه، مقادير مختلف آسيب كه همان شاخص هاي آسيب هستند محاسبه مي شوند. اين روش نسبت به طبقه بندي و امتيازدهي دقيق تر و هزينه برتر مي باشد هر زمان پس از انجام روش هاي تجربي نياز به اطلاعات بيشتري در مورد آسيب پذيري سازه باشد از اين روش استفاده مي گردد [30].

- روش هاي آزمايشگاهي ارزيابي آسيب پذيري

در اين روش پاسخ لرزه اي مدلي از سازه يا جز سازه اي توسط آزمايش هاي سيكليك استاتيكي، ديناميكي و يا شبه ديناميكي تعيين مي گردد. به علت هزينه ي بالاي روش هاي آزمايشگاهي، ارزيابي آسيب پذيري خصوصاً براي مدل هاي هم مقياس تنها براي سازه هاي خاص و ارزيابي صحت نتايج حاصل از روش هاي ارزيابي آسيب پذيري خصوصاً روش هاي تحليلي، استفاده
مي گردد همين طور يكي از منابع كاليبره كردن مدل هاي استفاده شده در روش هاي تحليل آسيب پذيري استفاده از نتايج روش هاي آزمايشگاهي مي باشد [34].

- ارزیابی تحلیلی آسیب پذیری سازه

انجام ارزيابي آسيب پذيري سازه به صورت تحليلي را مي توان به صورت زير مرحله بندي كرد:

1- تعيين پارامترهاي لرزه اي ساختگاه 2 - مدل سازي سازه مورد نظر 3 - تحليل سازه 4 - بررسي نتايج تحليل براي مشخص كردن مقدار آسيب پذيري سازه [30].

يكي از نكات مهم در تحليل نظري آسيب پذيري انتخاب توابع مناسبي از مقادير پاسخ كه از تحليل مدل مكانيكي تحت اثر مجموعه اي از حركات ورودي بدست آمده اند مي باشد، به طوري كه اين توابع بتوانند درجه خرابي و يا آسيب وارده به يك عضو از سازه و در قسمت بعد آسيب وارده به كل سازه را نشان دهند. به اين توابع معمولا تابع آسيب و به مقدار بدست آمده از آنها شاخص آسيب گفته مي شود. اين شاخص ها مي توانند تابعي از يك يا چند متغير باشند و هر متغيير مي تواند نشان دهنده يك تغيير شكل در سازه باشد مانند جابجايي و دوران. شاخص هاي آسيب به دو دسته كلي و موضعي تقسيم مي شوند كه مي توان برحسب مقدار وسعت قسمت آسيب ديده يا آسيب پذير سازه اين دو را از هم تفكيك نمود. در زمينه شاخص كلي و موضعي در بند 2-4-1 فصل دو توضيحاتي ارائه شده است.

- ارزيابي تفصيلي آسیب پذیری مطابق با ^[5]FHWA – 95

- جمع آوري اطلاعات

اولين گام در ارزيابي تفصيلي بدست آوردن جمع آوري اطلاعات پل مي باشد اطلاعاتي در خصوص نوع پل، سيستم و رفتار پل، نقشه هاي اجرايي، وضعيت كنوني پل، گزارش آسيب ديدگي هاي پل، منطقه قرار گيري و روش تحليل آن مي تواند اطلاعات خوبي در خصوص مقاومت پل مورد نظر به ما بدهد [36].

¹ Damage Probability Matrices

[2] Yao

[3] Aggarwal and colleagues

[4] Lind

¹ Federal HighWay Administration