منحنی شکنندگی، Fragility Curve

منحنی شکنندگی، Fragility Curves

منحنی شکنندگی، Fragility Curve

به منظور بيان كمی آسيب‌پذيری اجزای مختلف سازه‌ای و يا غير سازه‌ای بر حسب ميزان خطر زلزله می‌توان در مورد هر نوع از سازه‌ها يا اجزای غير سازه‌ای حساس به جابجایی نسبی و اجزای غير سازه‌ای حساس به شتاب، احتمال وقوع يا فراگذشت از یک ميزان خسارت خاص را بر حسب یک ويژگی معرف زلزله نظير PGA ،PGV ،PGD بيان کرد. تكرار اين عمليات برای مقادير مختلف PGA يا ساير تک‌پارامترها، منجر به توليد منحنی‌های نرمال شده‌ای موسوم به منحنی شكنندگی (Fragility curve) می‌شود.

منحنی‌های شكست، خرابی را بين حالات ناچيز، متوسط، سنگين و كامل توزيع می‌كنند، اين منحنی‌ها كه می‌توانند به صورت نمودار نيز نشان داده شوند برای هر، حالت خرابی در هر جنبش زمين جداگانه رسم می‌شوند و به عنوان ورودی در جريان محاسبه خسارت سازه‌ای وارد می‌شوند.

نكته مهم در توليد منحنی‌های شكست اين است كه مشخصات ويژه سازه‌ها در هر كشور را مد نظر بگيريم. به دليل اينكه آيين‌نامه‌ها در كشورهای مختلف روش‌های متفاوتی را برای طراحی سازه‌ها بيان می‌دارند و از آنجا كه خصوصيات طراحی بطور مستقيم در منحنی‌های شكست و بر نتايج ارزيابی خسارت تأثير گذارند، بايد روش‌های ارائه شده برای توليد منحنی‌های شكست در هر كشور كاليبره شوند.

بطور كلی برای بدست آوردن منحنی‌های شكنندگی ۴ روش وجود دارد:

۱- روش تجربی (Empirical method)

۲- بر اساس قضاوت مهندسی (Judgemental approach)

۳- روش تحليلی (Analytical method)

۴- روش تركيبی (Hybrid approach)

روش تجربی

اين روش بر اساس مشاهدات خرابی سازه‌ها در زلزله‌های گذشته عمل می‌كند و اگر تمام جزئيات و تأثيرات اندركنش خاک- سازه، توپوگرافی، خصوصيات چشمه لرزه‌ای و فاصله تا ساختگاه، در نظر گرفته شوند، در كارهای عملی روشی قابل اعتماد است، اما به دليل مربوط بودن اين اطلاعات به یک موقعيت و منطقه خاص و همچنين كم بودن داده‌های زلزله‌های گذشته در مناطق پرجمعيت، كاربرد منحنی‌های توليد شده به اين روش محدود است.

فوايد استفاده از روش تجربی:

الف- برای ساختمان‌های قديمی كه با اصول مهندسی ساخته نشده‌اند و تخمين آسيب‌پذيری آنها با مدل كردن امكان‌پذير نيست، كاربرد دارد.

ب- خسارت واقعی وارد شده بر اجزای سازه‌ای وغيرسازه‌ای در یک منطقه را نشان می‌دهد.

ج- مودهای واقعی شكست را در نظر می‌گيرد.

د- روش استفاده از آن آسان است و فرضيات كمی دارد.

محدوديت‌های روش تجربی:

الف- به دليل تغيير سازه‌ها در اثر بازسازی نسبت به زمانی‌كه زلزله رخ داده است، تخمين شدت زمين‌لرزه دشوار است.

ب- پارامترهای بالقوه خسارت را به خوبی در نظر نمی‌گيرد.

ج- امكان مدلسازی صحيح اندركنش خاک- سازه و جنبش زمين دشوار است.

د- اعمال اين روش به سازه‌های جديد و يا اصلاح شده دشوار است.

روش قضاوت مهندسی

منحنی‌های توليد شده به اين روش مثل منحنی‌های FEMA/NIBS و ATC-13، بر اساس اطلاعات كارشناسان بدست می‌آيند. اين روش تحت تأثير محدوديت‌هایی كه كميت و كيفيت آمارهای خسارت سازه‌ای را مد نظر قرار می‌دهد، نیست. قابل اعتماد بودن اين منحنی‌ها زياد كمی نيست و بستگی به تجربه فردی كارشناس و طبيعت منطقه‌ای روابط بدست آمده دارد، واگر نتوان از روش‌های ديگر استفاده کرد، اين روش انتخاب می‌شود.

روش تحليلی

بر اساس تحليل مدل‌های مختلف كه طبق آيين‌نامه‌های لرزه‌ای طراحی شده‌اند و تحت شدت‌های افزاينده زمين‌لرزه، پايگاه داده‌های آماری برای رسم منحنی‌ها بدست می‌آيد. با افزايش تعداد تحليل‌های انجام شده، درصد خطا كاهش يافته و منحنی‌هایی با درصد اطمينان بالاتر نسبت به دو حالت قبل بدست می‌آيد، اين تحليل‌ها می‌توانند به صورت تحليل تاريخچه زمانی غيرخطی، تحليل طيفی خطی و تحليل استاتیکی غيرخطی باشند.

فوايد روش تحلیلی:

الف- نتايج وابسته به جنبش شديد زمين (ورودی) است.

ب- به سازه‌هایی اعمال می‌شود كه قبلاً آسيب نديده‌اند.

ج- اندركنش بين سازه- خاک و جنبش شديد زمين را در بر می‌گيرد.

د- از شدت زمين‌لرزه استفاده نمی‌شود.

محدوديت‌های روش تحلیلی:

الف- ساختار ويژه و فرضيات پيچيده‌ای دارد.

ب- یک مكانيزم فروريزش و خرابی ويژه را در بر می‌گيرد.

ج- بر اساس داده‌های واقعی خسارت نيست.

د- جنبه‌های دقيق معماری، ديوارهای پركننده تأثير زيادی بر رفتار مدل می‌گذارد كه در اين روش در نظر گرفته نمی‌شود.

توصيه می‌شود كه منحنی‌های بدست آمده از تحليل با نتايج زلزله‌های واقعی كاليبره شوند و برای در نظر گرفتن تعداد بيشتر سازه، اختصاص مدل‌های پاسخ ساده شده روش مناسبی است. چرا كه كاربرد روش‌های تحليلی به دليل مراحل محاسباتی وقت‌گير، محدود است.

روش ترکيبی

اين روش برای متعادل كردن كمبود اطلاعات مشاهده‌ای (تجربی) روش دوم و كم كردن خطاهای مدل كردن در روش سوم، از طريق جمع‌آوری اطلاعات از منابع مختلف استفاده می‌شود. روش تركيبی منحنی‌های شكنندگی قابل اعتمادی را با تركيب ارزيابی‌های رياضی و داده‌های خسارت مشاهده شده از سازه‌ها در زلزله‌های قبل توليد می‌كند. اساس روش، استفاده از مدل‌های تحليلی برای تكميل اطلاعات بدست آمده از بررسی‌های آماری است. منحنی‌هایی كه از روش‌های متفاوت ذكر شده بدست می‌آيند در منابع مورد نياز توليد ودقت نتايج با يكديگر متفاوتند و انتخاب استفاده از هر یک از روش‌ها با در نظر گرفتن دقت در نتايج و يا حجم عمليات صورت می‌گيرد.

دقت بررسی‌ها و ارزيابی‌های آسيب‌پذيری كه بر مبنای منحنی‌های شكنندگی صورت می‌گيرند، مبتنی بر ميزان دقت اين منحنی‌ها است، به گونه‌ای كه هر قدر در خلال روند تهيه منحنی آسيب‌پذيری بيشتر دقت شود نتايج تحليل‌های آسيب‌پذيری از قابليت اعتماد بيشتری برخوردارند، اين در حالی است كه اطلاعات مورد نياز برای تهيه منحنی‌های شكنندگی به طور ذاتی خاصيت رندوم دارند. رندوم بودن اطلاعات هم درمورد مشخصات تحریک ورودی و هم درمورد مشخصات مكانیکی سيستم سازه‌ای صادق است، چرا كه اصولا زلزله خاصيت غير تعيينی و رندوم دارد و از سوی ديگر مشخصات سيستم سازه‌ای نيز به دلايل گوناگون نظير تغيير مشخصات مكانیکی مصالح بر اثر خوردگی، تفاوت رفتار به دليل تغيير دائمی مركز جرم و... غيرمطمئن است. بنابراين افزايش دقت منحنی‌های شكنندگی مستلزم انجام عمليات رياضی و مطالعات آماری و احتمالاتی دقيق است.

شناخت عوامل ايجاد خطا مهم‌ترين گام در امر افزايش دقت منحنی‌های شكنندگی است، عوامل موثر در ايجاد خطا در منحنی‌های شكنندگی عبارتند از:

۱) كمبود اطلاعات موجود

۲) وجود اطلاعات نادرست يا كم دقت

۳) خطا در عمليات رياضی

مسئله اساسی ديگری كه در خلال روند تهيه منحنی‌های شكنندگی بايد به آن دقت کرد، استفاده از یک روش رياضی منطقی برای تلفيق داده‌های آماری با يكديگر است. توجه لازم بايد به اين نكته معطوف شود كه داده‌های مختلفی كه از زلزله‌های گذشته و يا مطالعات عددی آزمايشگاهی بدست آمده اند از حيث دقت در یک سطح نیست، لذا بايد در خلال انجام تحليل‌های آماری به داده‌های مختلف بر حسب ميزان دقت آنها وزن داده شود.

در مجموع برای تعيين منحنی‌های شكنندگی سازه‌ها به منظور افزايش دقت محاسبات، بهتر است برای حالت خاص سازه از نظر شرايط هندسی، شرايط تكيه‌گاهی و شرايط ساختگاهی یک منحنی شكنندگی خاص برای هر حالت تخريب بدست آيد.

منبع: انجمن مهندسی زلزله ایران

دسته بندی : 
برچسب ها: 
مشاوران دارای این تخصص: 
#: 3
پرهام شعاعی
نقش‌ها: Vip, مشاور, همکاران
عضو به مدت: 9 ماه 4 روز
#: 2
محمد هوشمند
نقش‌ها: Vip, مشاور, همکاران
عضو به مدت: 5 ماه 3 روز
#: 1
افشین
نقش‌ها: Vip, مشاور, همکاران
عضو به مدت: 2 هفته 2 روز