طراحی لرزه ای سازه ها بر اساس تغییر مکان

اگر چه طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد به طور وسیعی توسط محققان مورد استفاده قرار می گیرد، اما در حال حاضر در روند طراحی و اجرا چندان بکار گرفته نمی شود. این روش، ملاحظات احتمالاتی بسیاری را در بر می گیرد که به ورودی های لرزه ای، ویژگی های مصالح، ابعاد، بارهای ثقلی و هزینه های مالی مربوط به آسیب، فروریزش و یا از دست دادن قابلیت استفاده بواسطه زلزله، وابسته است. همچنین این روش، ابزاری مفید جهت ارزیابی سازه های موجود است، اما در طراحی سازه های موجود که هندسه آن متغیر بوده یکی از معدود راه حل های طراحی می باشد.

در حال حاضر، در تعیین زلزله ورودی از تئوری احتمال استفاده می شود که عموماً بر اساس طیف خطر یکنواخت است. مهندسان برای طراحی سازه ها از نیروهای مشخص شده در آیین نامه استفاده می کنند که در تعیین این نیروها میزان خطر ناشی از آسیب یا فروریزش بطور واقعی در نظر گرفته نشده است. کنترل تغییرمکان های سازه ای که از طریق کرنش های مصالح (آسیب سازه ای) و تغییرمکان های نسبی (آسیب غیر سازه ای) مستقیماً به میزان آسیب مربوط می شوند، در انتهای روند طراحی با روش های تقریبی انجام می گیرد. در بهترین حالت، این روش منجر به طرحی می شود که معیار کنترل آسیب را با تراز خطرپذیری متغیر ارضاء می نماید. اما در بدترین حالت، طراحی با ایمنی نامشخص صورت خواهد گرفت.

این کتاب، با بهره گیری از رویکردهای قطعی، پلی بین طراحی سازه ای سنتی و یک روش طراحی کاملاً احتمالاتی (و غیر ممکن) ایجاد می کند که بر اساس بهترین اطلاعات موجود از تحلیل و ویژگیهای مصالح است تا سازه ای بدست آید که بتواند به یک حالت حدی سازه ای یا غیرسازه ای تحت یک زلزله خاص دست یابد. سازه های طراحی شده با این معیار، سازه های با «خطرپذیری یکنواخت» نامیده می شوند. رویکرد استفاده شده بسیار ساده بوده و معادل روش طراحی لرزه ای مجاز در آیین نامه ها یعنی روش نیروی جانبی معادل است، اما به هر حال برای اکثر طراحان نا آشنا خواهد بود، زیرا انتخاب تغییر مکان طراحی نقطه شروع می باشد. روش طراحی نیروی برش پایه و توزیع مقاومت در سازه را تعیین نموده تا این تغییرمکان بدست آید. لذا، این فرآیند (تغییرمکان های منتهی شده به مقاومت) برخلاف طراحی سنتی بوده که در آن مقاومت به تعیین تغییرمکان منجر می گردد.

در واقع، این کتاب مستقیماً متوجه طراحان سازه بوده و در ادامه دو کتاب قبلی نویسنده اصلی به نام های ("طرح لرزه ای سازه های بتن مسلح و بنایی (T.Paulay, John Wiley 1992) " و "طرح لرزه ای و مقاوم سازی پل ها (F.Seible و G.M.Calvi, John Wiley 1992) " ). این کتب در اصل، به جزئیات طراحی و توزیع نیروی مربوط به سازه های مورد اشاره می پردازد. اگر چه تأکید اصلی در این کتب بر روی فلسفه طراحی لرزه ای از نظر ملاحظات طراحی ظرفیت بوده، اما بطور مقایسه ای کمی هم به بررسی تراز بهینه مقاومت مورد نیاز ساختمان یا پل توجه نموده است. این کتاب، این جنبه را بطور مشخص بررسی نموده و نیز راهی را در نظر می گیرد که با آن مقاومت مورد نیاز سیستم (نیروی برش پایه) در سرتاسر سازه توزیع می شود. خواهیم دید که روش های سنتی تحلیل، با فرضیات مربوط به سختی عضو ناسازگار است. در نظر گرفتن تعادل به جای سختی منجر به توزیع واقعی تر و ساده تر مقاومت خواهد شد. مفاهیم جدید در زمینه پاسخ پیچشی غیرالاستیک، بکار گرفته شده و به طراحی بر اساس تغییرمکان تعمیم می یابد. ترکیب اثرات لرزه ای و ثقلی و نیز   در نظر گرفته می شوند.

ملاحظات مربوط به روش طراحی ظرفیت بر اساس مجموعه وسیعی از مطالعات تحقیقاتی اخیر بازبینی و اطلاعات کاملاً واقع بینانه و جدید برای دسته وسیعی از سازه ها فراهم می گردد.

اطلاعات موجود در این کتاب نه تنها برای طراحانی که قصد دارند از اصول طراحی بر مبنای تغییرمکان استفاده کنند مناسب است، بلکه برای آن دسته از افرادی که طراحی را بر اساس روش نیرویی سنتی انجام می دهند و علاقه مند به درک پاسخ لرزه ای سازه ها به صورت جزئی تر هستند نیز مفید خواهد بود تا بتوانند این درک را در طراحی خویش بکار گیرند.

اگر چه تمرکز اصلی این کتاب طراحی حرفه ای است، اما این انتظار می رود که برای جامعه محققین نیز جذابیت لازم را برای افزایش دانش ایشان جهت رسیدن به یک روش طراحی کامل فراهم آورد. اطلاعات وسیع و جدیدی که پیشتر منتشر نشده در این کتاب ارائه می گردد. امیدواریم که مباحث این کتاب محققان را بیشتر به این زمینه علاقه مند نماید. همچنین برای دانشجویان مهندسی زلزله ترم های آخر کارشناسی و نیز کارشناسی ارشد که علاقه مند به فراگیری عمیق تر مفاهیم طراحی و پاسخ لرزه ای هستند نیز استفاده از این کتاب توصیه می شود.

در فصل 1 دلیل نیاز برای حرکت از طراحی لرزه ای نیرویی به سمت طراحی بر اساس تغییرمکان بیان می شود. در واقع این موضوع به نیاز برای تخمین سختی اولیه در روش طراحی نیرویی بر می گردد. در حالی که استفاده از این مقادیر اولیه سختی جهت توزیع نیروی جانبی لرزه ای در سازه صحیح نیست. در فصل 2 به روش نوین انتخاب زلزله ورودی برای طراحی بر اساس تغییرمکان بخصوص برای خصوصیات طیف تغییرمکان غیرالاستیک و الاستیک پرداخته می شود. مفاهیم اساسی مربوط به "طراحی لرزه ای مستقیم بر اساس تغییرمکان" که در آن هیچ فرآیند تکرار شونده در روند طراحی نیاز نمی شود در فصل 3 توسعه داده شده است. ابزار مورد نیاز بویژه در طراحی بر اساس تغییرمکان در فصل 4 فراهم می گردد. سپس اصول روش طراحی بر اساس تغییرمکان برای سیستم های سازه ای مختلف اعم از قاب ها، دیوارها، قاب های دو گانه، پل ها و ساختمان های دارای جداساز لرزه ای و میراگرهای الحاقی در فصول بعدی بکار می رود و متعاقب آن ارزیابی لرزه ای در فصل 13 انجام می گیرد. سرانجام اصول روش مذکور در فصل 14 در یک قالب شبه آیین نامه ای تهیه می شود تا مبنایی برای نسل های آینده آیین نامه ها باشد. در سرتاسر این کتاب مثال های طراحی متنوعی آورده شده است.

روش طراحی مذکور اولین بار در آغاز دهه 90 میلادی پیشنهاد شد و اکنون به فرم کاملتر و مناسب تری برای طراحی رسیده است. تحقیقات زیادی در 5 سال گذشته جهت توسعه و کالیبره کردن این رویکرد انجام شده که از آن جمله می توان به کار Juan Camillo و Alexandro Amaris، Katrin Beyer، Carlos Blandon، Chiara Casarotti، Pio Miranda، Juan Camillo Oritz، Didier Pettinga، Dario Pietra و Tim Sullivan و شماری دیگر اشاره نمود.

مثال های طراحی در این کتاب توسط Rui Pinho، Daria Pietra، Laura Quaglini، Luis Montejo و Vinicio Suarez آماده و تحلیل های سازه ای نرم افزاری مربوط به این مثال ها توسط Prot.Athol Carr، Dr.Stelios Antoniou، Dr. Rui Pinho و Mr.Luis Montejo انجام شده است.

در اینجا باید از پروفسور Tom Paulay و Dr. Rui Pinho به طور ویژه ای تشکر نمایم. ایشان دست نوشته های مربوط به هر بخش را خوانده و اشتباهات را ویرایش نمودند. توضیح های این اشخاص باعث بهبود کتاب شده و اشتباهات باقیمانده بر عهده نویسندگان است.

فصل اول از این کتاب را به رایگان از انتهای این صفحه میتوانید دانلود  و مشاهده بفرمایید:

node_4080-ddbe_chapter_1.pdf

از این صفحه از فروشگاه سایت میتوانید این کتاب را به صورت پستی سفارش دهید