دانلود رایگان ترجمه مقاله آسیب برای سازه‌های غیرخطی (ساینس دایرکت – الزویر 2017)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

3. پارامترها و روندهای محاسباتی
3.1: تعریف سطح عملکردی و مقادیر حدی متناظر
جابجایی افقی یا رانش طبقه پارامترهای مشترک مورد استفاده در سطوح عملکردی در طراحی ساختاری مبتنی بر عملکرد و ارزیابی می باشند. با این حال، آسیب ساختاری تحت یک زلزله شکل های مختلفی را به خود می گیرد و میزان آسیب سازه ممکن است به طور کامل با حداکثر تغییرشکل یا رانش طبقه تنها بازتاب نشود. به همین دلیل است که می بایست شاخص های منطقی به منظور ارزیابی میزان آسیب سازه بکار برده-شود. حداکثر تغییرشکل یک سازه و انرژی پسماند آن فاکتورهای اصلی برای تعیین کمی آسیب سازه می-باشند. براساس مدل مشهور ParkAng [22]، در این جا مدل تصحیح شده پیشنهادی توسط Kunnath et al. [23] به منظور ارزیابی آسیب سازه ها بکار برده می شود، که چنین می باشد:
که درآن D شاخص آسیب، μ_m ضریب شکل پذیری هنگامی که سازه تحت حرکت زمین زلزله به حداکثر تغییرشکل الاستیک – پلاستیک می رسد، μ_u ضریب شکل پذیری وقتی سازه تحت بارگذاری یکنواخت شکست می خورد، F_y مقاومت تسلیم، x_y جابجایی تسلیم، E_h اتلاف انرژی پسماند انباشته تحت حرکت زمین زلزله، و β یک پارامتر ثابت می باشد که نسبت آسیب تجمعی حاصل از انرژی پسماند را نشان می دهد. Negro [24] مقادیر β معمول مرتبط با رفتار کلی سازه ها را از طریق ارزیابی وبرآورد تجربی، ارزیابی کرد. برای سازه با شکل پذیری بالا، β باید مقادیر کم را به خود بگیرد، و برعکس. در این مطالعه، β به منظور نشان دادن طراحی شکل پذیر پایه برابر با 0.1 درنظر گرفته شده است.
برای ارتباط سطوح عملکردی با شاخص آسیب حاصل از مدل Park-Ang پیشنهادی، ابتدا می بایست سطوح عملکردی و محدوده شاخص آسیب تعیین شوند. چهار سطح عملکردی، به نام عملیاتی، اشغال فوری، ایمنی زندگی، و جلوگیری از فروریختگی، توسط FEMA-356 [25] به منظور توصیف حالات آسیب ساختاری پیشنهاد شده اند. مجموعه بزرگی از آسیب ساختاری لرزه ای مشاهده شده است، که به منظور کالیبره کردن شاخص آسیب در معادله (4) بکار می روند؛ این امر نشان می دهد که D=(0.2–0.5) مرز آسیب قابل تعمیر و آسیب غیر قابل تعمیر است در حالی که مقدار D نزدیک به صفر الاستیسیتی بدون آسیب را نشان می دهد. بنابراین، یک سطح عملکردی اضافی به نام کنترل آسیب بین اشغال فوری و ایمنی زندگی [26] پیشنهاد شد. محدوده شاخص های آسیب برای هر سطح عملکردی در جدول 2 لیست شده است.

3.2: روش تحلیل و پارامترهای سازه ای
معادله تعادل دینامیک سیستم SDOF غیرخطی که در معرض زلزله می باشد، با رابطه زیر داده می شود:
که درآن c ضریب میرایی، f_s نیروی بازگرداننده ی سازه، x جابجایی نسبی، و x_g جابجایی زمین می باشد.
برطبق تعریف ضریب کاهش مقاومت در معادله (2)، محاسبه طیف R_D توسط معادله (4) وقتی دوره، نسبت میرایی و مدل نیروی بازگرداننده سیستم SDOF مشخص می باشد، امکان پذیر است. شکل 1 فلوچارت (نمودار گردشی) محاسباتی را برای تعیین طیف های R_D نشان می دهد. برای هر گونه ورودی حرکت زمین، R_D با کاهش تدریجی مقاومت ∆F از مقاومت الاستیک متناظر F_e تحت شکل پذیری معین تا زمانی که D مشخص شده در محدود تلورانس 1% حاصل شود، محاسبه می شود. سپس، مجموعه ای از ضرایب کاهش مقاومت R_D برای سیستم SDOF با ضرایب شکل پذیری μ_i و شاخص های آسیب D_j مختلف را می توان با محاسبه دوره های مختلف و حرکات زمین، که طیف های R_Dرا تشکیل می دهند، بدست آورد.

برای مطالعه جامع ضریب R_D تحت زلزله تنها و زلزله های توالی نوع، مجموعه ای از سیستم های SDOF در محاسبه بکار گرفته شده اند. مدل پسماند مورد استفاده در این مطالعه، مدل پلاستیک کاملا الاستیک، به دلیل رابطه سازنده ساده آن می باشد. دوره طبیعی سیستم SDOF از 0.1 تا 0.3 s با بازه 0.1 s متغیر می باشد و نسبت میرایی آن نیز 5% فرض می شود. پنج ضریب شکل پذیری μ=2,4,6,8 به منظور درنظر گرفتن عملکرد شکل پذیری مختلف، و پنج شاخص آسیب D=0.1, 0.2, 0.5, 0.8, 1.0 نیز برای لحاظ سطح آسیب مختلف انتخاب شده اند.

4.میانگین ضرایب کاهش مقاومت
با استفاده از روند توصیف شده، در مجموع 513000 ضریب کاهش مقاومت، متناظر با سیستم های SDOF با 30 دوره تحت پنج سطح مختلف از شکل پذیری و پنج سطح مختلف از شاخص آسیب محاسبه شد، سیستم در معرض 342 حرکت زمین لرزه اصلی و 342 حرکت زمین پس لرزه قرار گرفته شد. نتایج به طور آماری برطبق دوره، شکل پذیری، شاخص آسیب سیستم و شرایط مکانی که درآن رکوردها ثبت شدند، تجزیه وتحلیل شد. برای مثال، شکل 2 به ترتیب منحنی های R_D محاسبه شده و منحنی های شتاب های شبه فضایی (PSA) را برای μ=6، D=10 و کلاس مکان C برای لرزه اصلی و دنباله لرزه نگار را نشان می دهد. طیف میانگین آن ها نیز در خطوط برجسته رسم شده است. به دلیل محدودیت فضایی، تنها نتایج اصلی در بخش های زیر نشان داده شده است، با این حال دیگر موارد نتایج مشابهی را دارند که نشان داده نشده اند.
طیف میانگین R_D سیستم های SDOF با کلاس های شکل پذیری مختلف و شاخص های آسیب برای دو کلاس که در معرض حرکات زمین لرزه اصلی و حرکات زمین لرزه اصلی – پس لرزه با γ=0.5 می باشند، در شکل های 3 و 4 نشان داده شده است. همان طور که در این دو شکل نشان داده شده است، ضریب R_D صرف نظر از شکل پذیری، شاخص آسیب، شرایط مکان و نوع حرکات زمین روند مشابهی را نشان می دهند. ضریب R_D با افزایش دوره سیستم افزایش می یابد، تغییرات در ناحیه با دوره کوتاه (0–1.0 s) بسیار چشمگیر می باشد. در ناحیه با دوره بلند (1.0–3.0 s)، ضریب R_D تقریبا مستقل از دوره است و براساس شکل پذیری و شاخص آسیب نزدیک به یک مقدار ثابت می باشد.
برای یک شاخص آسیب معین، میانگین R_D با افزایش ضریب شکل پذیری افزایش می یابد. می توان گفت که، تقاضای مقاومت سازه ها با شکل پذیری بالا کمتر از مورد سازه های با شکل پذیری ضعیف می باشد. این امر نشان می دهد که سازه های با شکل پذیری کافی قادر به تحمل درجه مشخصی از آسیب ناشی از زلزله می-باشند. شکل پذیری اثر چشمگیری بر R_D دارد. برای مثال، متوسط اختلاف بین میانگین R_D با μ=2 و μ=4 برای سازه های با D=0.1 در کلاس مکان B که در معرض حرکات زمین توالی نوع می باشد، حدودا 34% می باشد.
برای یک ضریب شکل پذیری معین، میانگین R_D با افزایش شاخص آسیب هدف افزایش می یابد. این امر نشان می دهد که برای دو سازه که در معرض حرکات زمین یکسانی هستند، آسیب سازه با مقاومت بالا کمتر از آسیب سازه با مقاومت کمتر می باشد. اثر شاخص آسیب بسیار قابل توجه است. برای مثال، متوسط اختلاف بین میانگین R_D با D=0.2 و 0.5 برای سازه با μ=6 در کلاس B که در معرض حرکات زمین توالی نوع می باشد، تقریبا 31% می باشد.
تغییرات ضرایب مستقل از دوره می باشند و در کلاس های مکان مختلف یک روند تقریبی را نشان می دهند. با این حال، برای یک دوره مشخص، تغییر COVs با تغییر شاخص آسیب و ضریب شکل پذیری به سرعت تغییر می کند. حداکثر ضریب تغییرات از میانگین ضریب کاهش مقاومت محاسبه شده تحت هر شرایط مکانی از 45% فراتر نمی رود، که این امر تصادفی بودن و مجزابودن حرکت زمین در یک حد معین را نشان می دهد.
به منظور مطالعه اثر آسیب تجمعی بر ضریب کاهش مقاومت، ارزیابی پارامترهای آسیب سازه ای به ترتیب با استفاده از جابجایی و شاخص آسیب Park-Ang تصحیح شده مقایسه شده اند و ضریب مقاومت R_μ مبتنی بر اختلاف شکل پذیری و ضریب مقاومت R_D مبتنی بر آسیب تحت حرکات زمین توالی نوع یکسان مقایسه شده اند که در شکل 6 نشان داده شده است. وقتی شاخص آسیب و ضریب شکل پذیری یکسان هستند، تغییر R_μ و R_D با دوره سازه عمدتا یکسان می باشد. به دلیل مشارکت آسیب به لحاظ انرژی، تقاضای جابجایی R_D کمتر از مقدار R_μ می باشد، بنابراین مقدار R_D همواره کمتر از مقدار R_μ می باشد. تحت حرکات زمین توالی نوع، نسبت بین R_D و R_μ برای ضریب شکل پذیری پایین (μ=2) برابر با 0.8–0.9، و برای ضریب شکل پذیری زیاد (μ=6) برابر با 0.6–0.9 می باشد.