مقاله تحلیلی: چالش های آنالیز لرزه ای غیر خطی

هیچ شکی نیست که هنوز هم با ابهامات و عدم وجود دستورالعمل‌هایی برای تجزیه‌وتحلیل لرزه‌ای غیرخطی سازه‌ها روبه‌رو هستیم. چالشی که هنوز هم با آن روبه‌رو هستیم مدل‌سازی از نوع غیرخطی و پارامترهای موردنیاز برای تجزیه‌وتحلیل است که اغلب اوقات مقدار آن‌ها در پروژه‌های مختلف و همچنین از دیدگاه‌های مختلف افراد متغیر است چراکه فرضیات متفاوتی به دلیل محدودیت‌های دستورالعملی وجود دارد. در این مقاله خلاصه‌ای از نکات کلیدی و مباحث مرتبط با تجزیه‌وتحلیل لرزه‌ای غیرخطی ارائه می‌شود تا از این طریق اطلاعات این زمینه به اشتراک گذاشته شود، فرآیند مربوطه توسعه و تکامل یابد و شکاف بین تحقیقات و فرآیند توسعه کاهش یابد.

 انگیزه

از سال 2012 یک کمیته فرعی وابسته به ASCE (جامعه آمریکایی مهندسان عمران) نتایج بررسی‌های روش تجزیه‌وتحلیل در مهندسی زلزله را گرد هم آورد و آن‌ها را در قالب اقدامات تجزیه‌وتحلیل غیرخطی در مهندسی زلزله منتشر کرد. در این سند به چهار مانع اصلی در روند تجزیه‌وتحلیل غیرخطی اشاره شده است که عبارت‌اند از: 1. پیچیدگی بالا 2. هدر رفت زمان 3. عدم وجود دستورالعمل‌های مربوطه 4. گفت‌وگو کردن با مالکان درباره مزایای تجزیه‌وتحلیل پیشرفته. تشکیل این کمیته سبب شد تا درباره این منشور بیشتر گفت‌وگو شود، همچنین شکاف میان دو بخش تحقیقات / توسعه و عمل در زمینه تجزیه‌وتحلیل غیرخطی لرزه‌ای کاهش یابد. برای پیش برد و ادامه این تلاش‌ها، یک گروه متشکل از دانشگاهیان و شاغلان (کسانی که تجربه عملی هم دارند) در کنگره سازه‌ها در سال 2015 تشکیل شد تا در این خصوص گفت‌وگو شود. در این کنگره چالش‌ها و مسائل مهم مورد بحث قرار گرفتند و افراد دیدگاه‌های خود را در این زمینه به اشتراک گذاشتند. در این مقاله خلاصه‌ای از برخی نکات مفید و برجسته این جلسه برای مهندسان سازه‌ای که در تجزیه‌وتحلیل لرزه‌ای غیرخطی با چالش روبه‌رو هستند و ممکن است با چند سؤال اساسی مواجه شوند ارائه خواهد شد:

• آیا این طرح تضمین‌کننده تجزیه‌وتحلیل‌های پیشرفته غیرخطی است؟
• چه کسی هزینه آن را تقبل خواهد کرد؟
• آیا پروژه در صورت انجام چنین تجزیه‌وتحلیل پیچیده‌ای در زمان مقرر پایان خواهد یافت؟
• آیا نتایجی که بر اساس فرضیات حاصل می‌شوند، قابل‌اطمینان هستند؟

ما به‌عنوان مهندسان سازه مسئولیت بزرگی در قبال جامعه و حرفه خود در برابر طرح‌هایی که ارائه می‌کنیم، داریم.

بررسی‌ها و مذاکرات

در کنگره سازه ASCE / SEI، هفت نفر از دانشگاهیان و صنعتگران گرد هم آمدند تا در مورد برخی از مسائل چالشی در این حرفه به بحث و گفت‌وگو بپردازند. برخی از این چالش‌ها عبارت‌اند از: مدل‌سازی اعضای سازه‌ای غیرخطی، ثبت واکنش‌های هندسی غیرخطی، تحلیل فشار بیش‌ازحد، تحلیل تاریخچه زمانی، انتخاب حرکات زمین و تعیین مقدار جزئیات برای اینکه نتایج قابل‌قبولی کسب شود. از اعضای متخصص این کمیته در زمینه آنالیز لرزه‌ای و طراحی می‌توان از افراد زیر نام برد:

• Ibrahim Almufti، معاون شرکت خدمات مهندسی بریتانیایی و چند ملیتی Arup
• Finley Charney، استاد دانشگاه ایالتی و موسسه پلی‌تکنیک ویرجینیا (Virginia Tech)
• Amir Gilani، متخصص سازه در شرکت بین‌المللی Miyamoto
• Walterio A.Lopez، رئیس شرکت مهندسی ژئوتکنیک و سازه (Rytherford & Chekene)
• Weichange Pang، دانشیار دانشگاه کلمسون (Clemson University)
• Rafael Sabelli، رئیس بخش طراحی لرزه‌ای در Walter P Moore
• James Dabiel Dolan، استاد دانشگاه ایالتی واشنگتن (Washington State University)

در این توافق عمومی 8 موضوع اصلی به‌صورت زیر خلاصه و دسته‌بندی شدند:

1. زمان انجام آنالیز غیرخطی
2. چالش‌ها
3. توجیه مالکان
4. چالش‌های موجود در صنعت نرم‌افزاری سازه
5. سنجش اعتبار آنالیز غیرخطی
6. نیاز به دستورالعمل‌های بیشتر
7. تحلیل فشار بیش‌ازحد
8. آینده

۱- زمان انجام آنالیز غیرخطی

همه افراد حاضر در این جلسه متفقاً اعلام کردند که آنالیز غیرخطی نباید در شرایطی استفاده شود که سازه نامتقارن است و یا فرضیات استاندارد آنالیز خطی به‌هیچ‌وجه قابل‌قبول نیست.

۲- چالش‌ها

نکته اصلی که در این گفت‌وگوها مورد تأکید قرار گرفت این بود که لازم است نتایج حاصل از آنالیز پیشرفته مورد تفسیر قرار بگیرند و این خود مستلزم داشتن تجربه در این زمینه و بررسی دقیق نتایج است. هزینه اضافه‌شده، زمان احتمالی برای بررسی دقیق نتایج و همچنین هزینه‌های مرتبط با روش‌های غیرخطی ممکن است مانع از انجام این آنالیز شوند {گیلانی}. این موضوع سبب می‌شود تا نگرانی در خصوص تعیین زمانی که آنالیز پیشرفته واقعاً نیاز است برجسته شود، به‌ویژه با در نظر گرفتن زمان پردازش، زمان موردنیاز برای تفسیر نتایج و هزینه انجام این آنالیز. چالش دومی که شناسایی شد، مقیاس‌گذاری برای حرکات زمین بود. همه این چالش‌ها در بررسی‌های 2012 شناسایی شدند، اما این دو مورد به‌عنوان چالش‌برانگیزترین موضوعات از جانب این اعضا معرفی شدند.

۳- توجیه مالکان

یکی از ابتدایی‌ترین نکات قبل از اینکه یک مهندس فرآیند آنالیز لرزه‌ای غیرخطی را آغاز کند، توجیه مالک یا مالکان است به‌خصوص در مواردی که این آنالیز قابل‌اطمینان نیست. هر یک از این اعضا دیدگاه متفاوتی نسبت به تجربه‌ها و درک خود از این موضوع داشتند. Almufti و Pang اشاره کردند که خسارت‌های مالی و خرابی‌های پس از یک زمین‌لرزه می‌تواند انگیزه‌ای برای مالکان محسوب شود. Lopez اشاره کرد که آنالیز غیرخطی می‌تواند سبب صرفه‌جویی چشم‌گیری در مصالح، زمان‌بندی و غیره شود. Charney ذکر کرد که احتمالاً توجیه مالک در شرایطی که بتوان همان ساختمان یا مشابه آن را با همه استانداردهای موردنیاز طراحی کرد، لزومی نخواهد داشت. Sabeli و Gilani اشاره کردند در شرایط خاصی که روش خطی قابل‌اطمینان نیست می‌توان از این موضوع به‌عنوان عامل محرکی برای انجام آنالیز غیرخطی و توجیه مالک استفاده کرد. Sabeli همچنین اضافه کرد که می‌توان از عوامل اقتصادی و نوآوری در طراحی در مورد سیستم‌های غیرخطی بهره گرفت. به‌طورکلی، همه اعضا بر سر این موضوع که روش آنالیز غیرخطی وقت‌گیر، همراه با محاسبات بسیار پیچیده و مستلزم صرف هزینه اضافی برای بررسی دقیق است، اتفاق‌نظر داشتند.

۴- چالش ضعف نرم‌افزار سازه

نظر این جمع در خصوص این موضوع این بود که یک نرم‌افزار باید دارای ابزاری برای مدیریت مؤثر داده‌ها، پس پردازش آن‌ها و کاهش زمان اجرای آنالیز تاریخچه زمانی غیرخطی باشد.

۵- سنجش اعتبار آنالیز غیرخطی

این مرحله را هر مهندس باید برای تضمین ساختمان در طول آنالیز غیرخطی طی کند. متأسفانه، هیچ دستورالعمل استانداردی در این راستا وجود ندارد، تنها مجموعه‌ای از قوانین کلی که حاصل تجربه و اصول آنالیز سازه‌ای است در اختیار قرار دارد. گفته‌های اعضای حاضر در این جلسه در این باره: مشاهده نتایج در حالت‌های مختلف، مدت‌زمان لرزش{Pang و Charney}، مطالعه میزان حساسیت به‌طور مداوم در مراحل مختلف زمانی، تغییرات در تعاریف پدیده‌شناسی، مشخصات مفصل‌ها {Gilani}از طریق مقایسه تحلیلی و نتایج تجربی، تطبیق شرایط اولیه مانند بار مرده و زنده در ستون‌ها {Lopez}. گیلانی اشاره کرد که این چالش به دلیل سختی این چنین روش اعتبار سنجی است که دستورالعمل‌های آن نیازمند بازنگری دقیق طرح بر اساس آنالیز غیرخطی هستند.

۶- دستورالعمل‌های بیشتر

یکی دیگر از موضوعاتی که در این گفت‌وگو بررسی شد، نیاز به مدیریت داده‌ها با توجه به میزان داده‌های زیاد تولید شده در یک آنالیز پیشرفته بود. چیزی که اهمیت دارد تشخیص این نیاز است چراکه این داده‌ها دست‌به‌دست منتقل می‌شوند و نیاز به تفسیر آن همواره وجود دارد. علاوه بر این، دستورالعمل‌های بیشتری برای اینکه مدل‌سازی قابل‌اطمینان باشد نیاز بود، فرض کنید که نتایج مدل‌سازی قابل‌اطمینان هستند، درحالی‌که اسناد معین ASCE 7/41 و FEMA P – 695 نیز در انتخاب و مقیاس‌گذاری حرکات زمین کمک‌کننده هستند {Pang}.

۷- آنالیز فشار بیش‌ازحد

چه شما آنالیز فشار بیش‌ازحد را انجام دهید و چه انجام ندهید باز هم این موضوع قابل‌بررسی است. تصور کلی اعضای این جلسه این بود که تحلیل فشار بیش‌ازحد نباید به‌تنهایی برای اندازه‌گیری استفاده شود و انجام آن درصورتی‌که آنالیز تاریخچه زمانی غیرخطی انجام شده باشد لزومی ندارد. علاوه بر این، انجام آنالیز فشار بیش‌ازحد برای ساختمان‌های چند حالته مناسب نیست {Almufti}.

۸- آینده

با توجه به بحث اخیر و آرای گرفته‌شده نیاز به آموزش بیشتر در خصوص مباحث پیشرفته مانند آنالیز غیرخطی اصلاً اغراق‌آمیز نیست. آموزش، کارگاه‌های آموزشی، واحدهای آموزشی مداوم و انواع دیگر توسعه حرفه‌ای در این زمینه دارای اهمیت هستند. بااینکه در این جلسه مباحث مفیدی انجام شد و تبادل اطلاعات در خصوص تجربه‌های آنالیز پیشرفته در بین اعضا صورت گرفت، اما هنوز هم اقدامات بیشتری باید برای ساده‌تر کردن این روند و آموزش مهندس‌های آینده در رابطه با آنالیز غیرخطی پیشرفته انجام شود.

منبع

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.