هیچ کدام از شکلهای توزیع بار جانبی، متغیر و غیر متغیر، توان در نظر گرفتن اثرات مودهای بالاتر در پاسخ سازه را ندارند؛ برای رفع این مشکل روش ترکیب مودها (MPA) توسطChopra و Goel در سال ۲۰۰۲ ]۱۶[ ارائه شده است. در این روش پاسخ سازه نسبت به هر مود به صورت جداگانه ممکن است غیرخطی باشد ولی این روش نمیتواند اندرکنش بین مودها را در نظر بگیرد و پاسخ کلی سازه با بهره گرفتن از ترکیب پاسخ ها با روش جذر مجموع مربعات (SRSS) از پاسخ سازه نسبت به هر مود به دست می آید. در هر مود پاسخ سازه با بهره گرفتن از تحلیل بارافزون و با در نظر گرفتن توزیع بار جانبی متناسب با دامنه شکل مود در هر طبقه و جرم همان طبقه به دست می آید. در این روش فرض می شود شکل مود در تمام طول تحلیل ثابت است (شکل ۱-۷- ز).
شکل ۱- ۷ شکلهای توزیع بار جانبی در تحلیل بار فزآینده ]۱۳[
۱-۶- معیارهای زوال (Failure Criteria)
هدف از معیارهای زوال پیش بینی یا تخمین زوال/ تسلیم اعضای سازهای یا کل سازه است. زوال یک سیستم می تواند در مقیاس موضعی (اعضا و مفصلهای پلاستیک) و یا کلی (طبقه و کل سازه) اتفاق بیفتد. بررسی انواع زوالهایی که در اثر زمینلرزه ممکن است در سازه ایجاد شود همواره مورد توجه محققان بوده است و روشهایی نیز برای بهبود نوع زوال لرزهای در سازهها ارائه شده است ]۱۹-۱۷[.
معیارهای زوال مختلفی برای مقاطع، طبقات و کل قاب معرفی شده است. به عنوان مثال برای یک مقطع بتن آرمه خرد شدن بتن هسته مقطع، پاره شدن میلگرد طولی، افت ۱۵ درصدی در منحنی لنگر - انحنای مقطع و همینطور زوال برشی مقطع می تواند به عنوان معیارهای زوال آن بکار رود. در سطح طبقه محدودیتهایی برای جابجایی نسبی بین طبقات وجود دارد ]۱۸[، علاوه بر این کاهش ۱۵ درصدی ظرفیت طبقه می تواند به عنوان شرایط زوال طبقه مد نظر قرار گیرد. در مورد کل قاب ساختمانی، معیارهایی همچون ایجاد ناپایداری در سازه به علت تشکیل مکانیسم ]۱۹-۱۷[، زوال هر یک از مفصلهای پلاستیک قاب که منجر به از دست دادن ظرفیت قائم عضو مربوطه می شود، و همینطور افت منحنی ظرفیت قاب از نقطه بیشینه آن به اندازه ۱۵ درصد ]۲۰ و ۱۸[ برای شرایط زوال قاب معرفی شده است.
۱-۷- بیان مسئله و هدف تحقیق
مهمترین هدف از انجام این تحقیق بررسی مودهای مختلف زوال قابهای بتن آرمه و اثبات این مطلب که بیشینه شاخص آسیب مقاطع معیار مناسبی برای محاسبه آسیب قابها نیست میباشد.
نوآوری این تحقیق را به این صورت می توان بیان کرد:
با مطالعه مودهای مختلف زوال قابهای بتنآرمه، حالت هایی مد نظر خواهند بود که زوال قابها و طبقات (و نه زوال اعضا یا مقاطع آن) کنترل کننده زوال سیستم باشد. سپس از طریق مطالعه پارامتری، معیار یا پارامتری که در پیش بینی مود زوال قبل از انجام تحلیل پوشآور مؤثر باشد معرفی خواهد شد.
۱-۸- روند دستیابی به هدف تحقیق
در این پایان نامه مطالعه پارامتری روی قابها و اعضای آنها انجام می شود. با تغییر برخی پارامترهای خاص که متعاقباً ذکر خواهد شد، مقدار شاخص آسیب برای همه مقاطع بحرانی قاب محاسبه و مود زوال قاب مشخص می شود.
مراحل انجام تحقیق به این صورت خلاصه می شوند:
گام اول : تنظیم کردن[۳۷] و تحلیل حساسیت[۳۸] مدلهای قاب دو بعدی برای تحلیلهای ظرفیت و تقاضا
برای این منظور با داشتن نتایج آزمایشهای انجام شده، از میان مدلهای موجود در نرم افزار مدلی انتخاب می شود که نزدیکترین جواب را با نتایج آزمایشگاهی داشته باشد.
تنظیم کردن نرمافزار برای دو حالت تحلیل دینامیکی غیرخطی قابها و همچنین رفتار چرخه ای یک ستون طره انجام می شود. با انجام تحلیل حساسیت برای یک قاب نمونه، بهترین انتخاب در مورد تعداد عناصر، نوع آنها، فواصل زمانی مربوط به مراحل بارگذاری یا اعمال جابجایی و مشخصات مقاطع Fiber مورد استفاده مشخص خواهد شد.
گام دوم : انتخاب شاخص آسیب برای قاب و اعضای آن
مهمترین شاخص انتخابی در این تحقیق شاخص آسیب شکلپذیری میباشد که می تواند برای مقاطع، مفصلهای پلاستیک، اعضا و نیز کل ساختمان تعریف شود. چرا که میتوان آن را بر اساس انحنا، چرخش، جابجایی یا جابجایی نسبی اعضا و نیز جابجایی تراز بام برای یک قاب نوشت.
در مورد قابها، شاخص آسیب به دو صورت محاسبه خواهد شد:
روش اول با بهره گرفتن از رابطهای است که قبلاً برای شاخص آسیب شکلپذیری قابها ذکر شد، در روش دوم شاخص آسیب کلی به صورت بیشینه شاخص های آسیب محاسبه شده برای مفاصل پلاستیک در نظر گرفته می شود.
گام سوم : تحلیل پارامتری قاب ها
در این تحقیق تنها از قابهای منظم سه طبقه و سه دهانه استفاده می شود. لازم به ذکر است که در اینجا هدف تغییر مقاطع و درصد میلگردهای آن و محاسبه و مقایسه شاخص های آسیب برای هر مدل میباشد، لذا طراحی بهینه قابها در این تحقیق اهمیت چندانی ندارد.
برای محاسبه ظرفیت مقاطع، عناصر و قابها (انحنا و جابجایی حد تسلیم و زوال) نیاز به یک نوع تحلیل استاتیکی معادل غیرخطی میباشد. بدین منظور کلیه قابهای انتخابی پس از طراحی، در نرم افزار OpenSees مدلسازی شده و تحلیل استاتیکی معادل غیرخطی روی آنها انجام میگیرد.
در تحلیل پارامتری قابها، پارامترهای طراحی ثابت و متغیر به این صورت در نظر گرفته می شود:
ارتفاع طبقات، طول دهانهها، مقدار مقاومت فشاری مشخصه بتن (f΄c) و تنش حد تسلیم فولاد (Fy) را ثابت فرض کرده و پارامترهای درصد میلگرد طولی، درصد میلگرد عرضی، ابعاد مقطع برای تیر و ستونها و وزن کل قاب متغیر در نظر گرفته خواهد شد.
گام چهارم : ارائه نتایج و مشاهدات رفتاری
نتایج تحلیل برای مفصلهای پلاستیک و قابها (شامل محاسبات مربوط به تراز بام و نیز طبقات آنها) به تفکیک ارائه خواهد شد. این نتایج شامل تغییرشکلها، نیروهای داخلی، سختی مؤثر و شاخص های آسیب محاسبه شده می باشد.
در نهایت با بررسی نتایج بدست آمده مشاهده خواهد شد که در چه مواردی زوال قابها و در چه حالتهایی زوال اعضا یا مقاطع کنترل کننده زوال سیستم هستند. علاوه بر این معیار یا پارامتری برای پیش بینی مود زوال قابها معرفی می شود.
۱-۹- خلاصه
سازهای را میتوان ایمن و مقاوم در برابر زمینلرزه توصیف کرد که علاوه بر حفظ جان ساکنان خسارات اقتصادی ناشی از زلزله را نیز به کمترین حد ممکن برساند. دستیابی به این هدف مستلزم کاربرد روشهای جدید طراحی لرزهای بر اساس سطح عملکرد میباشد، چرا که در این روش طراحی اطمینان حاصل می شود که سازه بعد از پشت سر گذاشتن زمینلرزههایی با شدتهای مختلف در شرایط قابلقبولی (که به میزان اهمیت سازه یا خواست کارفرما بستگی دارد) باقی بماند. بیتردید اساسیترین مرحله در طراحی یا مقاومسازی سازهها در برابر زمینلرزه، تعیین نیروهای لرزهای در سازهها میباشد. روشهای تحلیل استاتیکی غیرخطی نقش قابل توجهی در تعیین این نیروها ایفا می کنند.
مهمترین هدف این پایان نامه اثبات امکان زوال سیستم (طبقه یا کل قاب) میباشد، که در نتیجه آن میتوان گفت بیشینه شاخص آسیب مقاطع همواره نمیتواند معیار مناسبی برای محاسبه آسیب قابها باشد. لذا نیاز است که طراح معیاری را برای بررسی زوال کل قاب یا طبقات مختلف آن مد نظر قرار دهد. دستیابی به هدف این پایان نامه مستلزم بررسی مود زوال قابهای بتنآرمه میباشد، لذا قابها تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون قرار گرفته و معیارهای زوال مختلفی برای تعیین مود زوال آنها در نظر گرفته شده است.
فصل دوم
۲- تاریخچه تحقیقات گذشته
۲-۱- پیشگفتار
در حوالی سال ۱۹۹۰، مسئلۀ ارزیابی و تقویت ساختمانهای موجود در برابر نیروهای لرزهای مطرح شد. آیین نامه هایی که برای طراحی ساختمانهای جدید مورد استفاده قرار میگرفتند، قادر به حل این مسئله، یعنی ارزیابی سازههای موجود نبودند. به این ترتیب ایدۀ طراحی بر اساس سطح عملکرد مطرح گردید و بعضی از پژوهشگران تحقیقات خود را به این سمت هدایت کرده و با به کارگیری پژوهشهای گذشته در رابطه با آسیبهای لرزهای، تحلیلهای غیرخطی و مدلسازی رفتار سازهها، سعی در ارائه روشهایی برای ارزیابی سازههای موجود نمودند. در سال ۱۹۹۲، بنیاد مدیریت بحران فدرال آمریکا (FEMA) برای کاهش خطرات ناشی از زلزله در رابطه با سازههای موجود، تهیۀ مجموعه ای از شیوه ها و راهکارها برای طراحی بر اساس سطح عملکرد را در دستور کار خود قرار داد. با انتشار مجموعۀ FEMA 273 ]6[ تحت عنوان «رهنمودهایی برای بهسازی لرزهای ساختمانها» و مجموعۀ مکمل آن FEMA 274 ]5[، این فعالیت به اوج خود رسید. همزمان با فعالیتهای FEMA، انجمن مهندسان سازه کالیفرنیا نیز با فعالیت در این زمینه، اقدام به انتشار مجموعه Vision 2000 ]2[ تحت عنوان «مهندسی لرزهای بر اساس سطح عملکرد برای ساختمانها» نمود؛ که یک چارچوب طراحی لرزهای بر اساس سطح عملکرد برای طراحی ساختمانهای جدید را توصیف مینمود.
فرآیندهای اولیۀ تولید شده در مجموعههای فوقالذکر، مفهوم عملکرد را در ترمهایی از سطوح عملکردِ تعریف شدۀ مجزا، تحت نامهایی که تمایل به جلوگیری از وقوع میزان مشخصی از آسیب را دارند، تعریف نمودند: “عدم فروریزی"، “عدم تلفات جانی"، “بهره برداری بی درنگ"، و “در حال بهره برداری یا فعال". در این مجموعهها، مفهوم عملکرد هم به آسیب سازهای و هم آسیب غیرسازهای مرتبط شده و اهداف عملکرد به صورت مرتبط کردن این سطوح عملکرد به یک میزان مشخصی از خطر زلزله تعریف شده است. در این مجموعهها، روشهای تحلیلی با سطوح مختلفی از پیچیدگی که بتوان توسط آنها پاسخ سازه را شبیهسازی نمود، ارائه شده و همچنین مجموعۀ گستردهای از رهنمودها در رابطه با فنون تحلیل غیرخطی و معیارهای پذیرش[۳۹] فراهم آورده شده است.
بعدها FEMA با هدایت بیشتر تحقیقات در راستای بهبود طراحی بر اساس سطح عملکرد، اقدام به انتشار مجموعۀ FEMA 356 ]7[ نمود؛ که نسخۀ بهبود یافته FEMA 273 ]6[ به شمار می رود و در حال حاضر از آن جهت بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود استفاده می شود. با توسعۀ فرآیندهای طراحی بر اساس سطح عملکرد و آشنایی مهندسان با این مفهوم، طراحی بر اساس سطح عملکرد، اهمیت ویژهای در کارهای عملی مهندسی پیدا نمود و استفاده از روش های تحلیل غیرخطی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت که منجر به انتشار مجموعه FEMA 440 ]11[ شد. در سال ۲۰۰۶، با وجود فعالیتهای زیادی که در رابطه با طراحی لرزهای بر اساس سطح عملکرد صورت گرفته بود، به علت وجود خلاء هایی که هنوز در رابطه با این روش طراحی وجود دارد، FEMA اقدام به انتشار مجموعه FEMA 445 ]8[ نمود که در آن چشمانداز تحقیقات آتی در رابطه با طراحی لرزهای بر اساس سطح عملکرد در قالب یک برنامه مشخص شده است.
ارزیابی عملکرد یک سازه شامل مراحل مختلفی است که هر مرحله به صورت مجزا قابل پژوهش بوده و پژوهشگرانِ زیادی در رابطه با هر مرحله به تحقیق پرداختهاند: مهندسی زمین شناسی و لرزهشناسی[۴۰]، دینامیک خاک[۴۱]، دینامیک سازه[۴۲]، مکانیک مواد[۴۳] و غیره. بعضی از محققان نیز با تلاش برای برقرار کردن ارتباط بین این پژوهشهای مجزا، سعی در ارائه روشهایی برای طراحی بر اساس سطح عملکرد داشته‌اند. بدین ترتیب اگر نظر بر ارائه تحقیقات موجود در همۀ زمینه های فوق را باشد، بحث بسیار وسیع و گسترده خواهد بود. لذا در اینجا تنها با اشاره به بعضی پژوهشهای انجام شده در مراحل مختلف، تحقیقات مرتبط با اهداف این پایان نامه دنبال خواهد شد. در مرجع شماره ]۲۱[ تا حدودی تاریخچه پژوهشهای مجزا در مراحل مختلف و همچنین تاریخچه تحقیقات مرتبط کننده این مراحل، مورد بررسی قرار گرفته است.
۲-۲- شاخص آسیب
شاخص آسیب از جمله موضوعات مهم در زمینۀ طراحی لرزهای بر اساس سطح عملکرد است که مورد توجه پژوهشگران قرار دارد. این شاخص ها در مقالات مختلفی از جمله مقالات کوسنزا و همکارانش[۴۴] (۱۹۹۳) ]۲۲[؛ ویلیامز و سکسمیت[۴۵] (۱۹۹۵) ]۲۳[؛ غباراه و همکارانش[۴۶] (۱۹۹۹) ]۲۴[؛ تران-گیلمور و جیرسا[۴۷] (۲۰۰۵) ]۲۵[ مرور شده اند و به طور واضح نیاز به شاخص های آسیب بهتر را مورد تأکید قرار می دهند. همانطور که قبلاً ذکر شد، شاخص های آسیب به دو دسته موضعی و کلی تقسیم میشوند. در ادامه برخی تحقیقات صورت گرفته روی این دو نوع شاخص به اختصار بررسی می شود.
۲-۲-۱- شاخص های آسیب موضعی
در سال ۱۹۸۲، بنن و ونزیانو[۴۸] بر اساس تستهای بارگذاری چرخهای بر روی عناصر و مجموعههای بتنآرمه با مقیاس بزرگ، یک مدل احتمالی از شکست اعضا ارائه دادند ]۲۶[. این مدل احتمال بقا و قابل استفاده بودن سازه در زمان t را به صورت ابرتابعی[۴۹] از نسبت آسیب و انرژی مستهلک شده تا زمان t به دست میدهد. این مدل برای محاسبه ایمنی قابهای بتنآرمه که تحت تحریکهای ورودی مشخصی قرار گرفتهاند استفاده شده است. توسی و یائو[۵۰] (۱۹۸۳) روشی برای تعریف خواص دینامیکی از قبیل انرژی مستهلک شده، تغییرشکلهای ماندگار و کاهش مقاومت سازههای آسیب دیده ارائه کردند ]۲۷[. در این روش، روابط نیرو-تغییرشکل وابسته به زمان هستند. کاربرد این روش برای تعیین رفتار هیسترتیک بین طبقه-ای سازههای بلند با بهره گرفتن از یک مدل جرم متمرکز نشان داده شده است. در سال ۱۹۸۵استفنس[۵۱] یک تابع آسیب جدید که آسیب لرزهای را در ترمهای محدود و تعداد چرخههای تغییرشکل پلاستیک که توسط سازه تجربه می شود را تشریح می کند، ارائه کرده است ]۲۸[. یکی از شناختهشدهترین شاخص های آسیب در رابطه با اعضای بتنآرمه توسط پارک و انگ[۵۲] (۱۹۸۵) ارائه شده است ]۲۹[؛ که ترکیبی از معیارهای شکلپذیری و اتلاف انرژی را در بر دارد. اگر چه مدل پارک و انگ به صورت وسیعی مورد استفاده قرار میگیرد، اما این مدل در حد بالایی و پایینی خودش همگرا نمی شود. به این صورت که: ۱- شاخص آسیب زمانی که سازهها در محدوده ارتجاعی بارگذاری شده اند بزرگتر از صفر است؛ ۲- شاخص آسیب زمانی که سازه تحت بارگذاری یکنواخت تا نقطه شکست پیش میرود بزرگتر از ۰/۱ است. به همین دلیل جیانگ، چن و چن[۵۳] در سال ۲۰۱۱ یک مدل آسیب اصلاح شده پارک و انگ ارائه کردند که در آن عدم همگرایی در حدود بالایی و پایینی وجود ندارد ]۳۰[. در سال ۱۹۸۷ استفنس و یائو[۵۴] دو تابع آسیب که از اطلاعات موجود در پاسخ نیرو-تغییرشکل سازه برای دستیابی به معیار کمّی شرایط سازه استفاده می کند به منظور ارزیابی آسیب سازهای ارائه کرده اند ]۳۱[. در این مقاله یک تابع آسیب تغییرشکل پلاستیک تجمعی و یک تابع آسیب جابجایی بیشینه/انرژی مستهلک شده تجمعی برای ارزیابی شرایط سازههای چند طبقه بتنآرمه تحت آزمایش و یک سازه واقعی که در اثر زلزله آسیب دیده است، استفاده شده است. پاول و الله آبادی[۵۵] در سال ۱۹۸۸ مفاهیمی را که در پیش بینی آسیب استفاده می شود مرور کرده و چندین تکنیک خاص را تعریف و دستهبندی می کنند ]۳۲[. تکنیکهای دو روش مدنظر آنها بوده است، که اولی بر پایه تعادل بین چند تقاضا[۵۶] روی سازه و ظرفیتهای مربوط به آنها و دومی بر اساس کاهش برخی از خواص بوده است. برای هر تکنیک یک یا چند پارامتر آسیب می تواند محاسبه شود و با بهره گرفتن از آنها یک شاخص آسیب می تواند تخمین زده شود. آنها چندین انتخاب جایگزین را برای پارامترهای آسیب تعریف کرده اند و فرایند محاسبه مقادیر این پارامترها و مربوط کردن آنها به شاخص های آسیب را پیشنهاد دادهاند. غباراه و همکارانش[۵۷] در سال ۱۹۹۹ تعدادی از شاخص های بر پایه پاسخ را بررسی کرده و به صورت منتقدانه برای کاربرد آنها در محاسبه آسیب لرزهای محاسبه نموده اند ]۲۴[. آنها یک روش جدید منطقی برای ارزیابی آسیب ارائه کرده اند که معیاری از مشخصات پاسخ فیزیکی سازه را فراهم می کند و برای تحلیل سازهای غیرخطی مناسبتر است. یک روش عملی نیز بر اساس تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون برای تخمین آسیب مورد انتظار سازهها هنگام وقوع زمینلرزههای با شدتهای مختلف معرفی نموده اند. آنها با بررسی نتایج تحلیل سازههای بتنآرمه شکلپذیر و غیرشکلپذیر به این نتیجه رسیدند که روش ارائه شده توسط آنها برای ارزیابی آسیب، یک شاخص ساده، سازگار و منطقی برای سازهها میباشد.
چندین شاخص آسیب نیز در سال های اخیر ارائه شده است. اردوران و یاکوت[۵۸] (۲۰۰۴) ]۳۳[ معیار آسیبی ارائه کردند که به صورت جابجایی نسبی طبقه بیان شده و اثر تاریخچه بارگذاری در آن لحاظ نشده است. کیم و همکارانش[۵۹] (۲۰۰۵) ]۳۴[ معیار آسیبی بر اساس نتایج تحلیل اجزاء محدود ارائه کردند که در آن مدلهای مصالح به گونه ای اصلاح شده اند که آسیب ناشی از خستگی را بر اساس نتایج آزمایشهای عددی در نظر بگیرد. کلمبو و نیگرو[۶۰] (۲۰۰۵) تلاش در معرفیِ شاخص آسیبی مستقل از نوع ماده نمودند که بتوان از آن هم در سازههای فولادی و هم بتنی استفاده نمود ]۳۵[. آنها توانستند با محاسبه مقاومت کاهش یافته به صورت ضریبی از مقاومت اولیه، شاخص آسیب را به صورت نسبتی از کاهش ظرفیت به ظرفیت اولیه تعریف نمایند. در ضریبِ کاهشِ تعریف شده اثر شکلپذیری و اتلاف انرژی دیده می شود؛ که اتلاف انرژی برای اعضای شکلپذیر و ترد تفکیک شده است. در سال ۲۰۰۹، رودریگز و پادیلا[۶۱] شاخص آسیبی را برای تحلیل لرزهای اعضای بتنآرمه با بهره گرفتن از انرژی هیسترتیک مستهلک شده توسط یک عضو سازهای و یک نسبت جابجایی نسبی وابسته به زوال در سازه ارائه کردند ]۳۶[.
۲-۲-۲- شاخص های آسیب کلی
در سال ۱۹۸۷، رافائل و مِیِر[۶۲] روشی که امکان ارزیابی قابلیت اعتماد قابهای بتنی که در معرض زلزله قرار گرفته و آسیب دیدهاند را ارائه کردند ]۳۷[. در این روش با بهره گرفتن از شبیه سازی Monte Carlo، ماتریس احتمال آسیب تولید شده که در آن تنوع پارامترهای مقاومتی سازهها و خواص تصادفی زمین لرزهها در نظر گرفته شده است. این روش می تواند به عنوان یک ابزار کمکی در تصمیم گیری برای روشهای تقویت و تعمیر برای مالکین و مقامات رسمی عمومی به کار رود. یکی دیگر از شاخص های آسیب کلی شاخص آسیب پارک و انگ (۱۹۸۵) است که قبلاً به آن اشاره شد ]۲۹[. این شاخص را میتوان هم برای کل قاب و هم برای هر یک از اعضای تیر و یا ستون به کار برد، که روابط آن متعاقباً معرفی میشوند. دیپاسکال و کاکمک[۶۳] در سال ۱۹۸۹ یک شاخص آسیب کلی با بهره گرفتن از پارامترهای ارتعاشی سازه خطی معادل ارائه کردند که به نام شاخص آسیب نرمشدگی بیشینه[۶۴] شناخته می شود ]۳۸[. عقیده رایج به این صورت است که آسیب لرزهای سازههای بتن مسلح بیشتر به کرنش بیشینه مشاهده شده در طول زمینلرزه بستگی دارد، در حالی که سکانسها یا مسیر بارگذاری در تعیین میزان آسیب چندان مهم نیست. بنابراین منطقی است که نرمشدگی بیشینه، Mδ، که به اثرات ترکیبی کاهش سختی و غیرخطی بودن بستگی دارد، به عنوان شاخص آسیب برای سازههای بتنآرمه استفاده شود ]۳۹[. در جدول ۲-۱ سه نوع شاخص آسیب بر اساس مدلهای خطی معادل که توسط همین نویسنده معرفی شده، ارائه شده است و همبستگی آنها را با متغیرهای آسیب موضعی و مشخصات درشتنمود[۶۵] آسیب برای سازههای بتن مسلح توصیف می کند.
در سالهای اخیر چندین شاخص آسیب کلی با بهره گرفتن از معیارهای مختلف پاسخ برای سازههای بتنآرمه ارائه شده، که این شاخص ها عموماً با بهره گرفتن از مدلهای عددی محاسبه میشوند. علاوه بر این، دقت روابط ارائه شده با بهره گرفتن از شبیهسازی عددی ثابت شده است.
جدول ۲- ۱ شاخص های آسیب بر پایه مدلهای خطی معادل ]۳۹[
در سال ۲۰۰۶، جیانگ و الناشای[۶۶] شاخص آسیب سهبعدی را تعریف کردند که به پاسخهای خارج از صفحه نیز حساس بوده و توسط آن بتوان آسیبهای ناشی از پیچشهای نامتعادل به علت نامتقارنی در پلان را در نظر گرفت ]۲۰[. در این روش از مفهوم تجزیه سطحی سازه سهبعدی مرکب استفاده شده و از سطح مشارکت[۶۷] هر قاب مسطح به عنوان وزن نسبی برای محاسبه آسیب کلی استفاده می کند. انتخاب شاخص آسیب موضعی یک قسمت مهم و ضروری از معیار آسیب ارائه شده نیست، اما می تواند با توجه به شکل سازهای تصمیم گیری شود. بنابراین با توجه به قابلیت پارامتر آسیب استخراج شده برای ترکیب معیارهای آسیب مختلف، این پارامتر بر قابهای فولادی، بتنی و مرکب قابل اعمال است. این پارامتر همچنین نشاندهنده حساسیت پیچشی قابهای خمشی و مهاربندی و نیز سازههای قاب-دیوار میباشد. امزیان و دوبه[۶۸](۲۰۰۸) یک روش محاسباتی برای تخمین شاخص آسیب کلی یک ساختمان بتنمسلح ارائه کردند ]۴۰[. روش آنها بر مبنای محاسبه آسیب موضعی در ترکیب با تحلیل مکانیزم شکست میباشد. این شاخص کلی از یک فرمول خاص که آسیبهای ثبت شده در نواحی بحرانی سازه (مفصل های پلاستیک سودو) و نیز در نواحی با آسیب کمتر را در نظر میگیرد استخراج شده است. در سال ۲۰۰۹، اسکوتا، تسر، ویتالیانی و سائتا[۶۹] دو سری شاخص به نامهای شاخص های آسیب کلی (GDIs) که نماینده عملکرد کل سازهاند و شاخص های آسیب مقطع (SDIs) که شرایط مقاطع تیر–ستونهای بتنآرمه را ارزیابی می کند ارائه کردند ]۴۱[. این شاخص ها با بهره گرفتن از مدل عددی کارآمدی که قادر به انجام تحلیلهای غیرخطی قابهای بتنآرمه بر اساس نظریه مکانیک آسیب پیوسته و رویکرد fiber است محاسبه میشوند. علاوه بر این آنها اصلاحیهای از یک مدل دو پارامتری برای بتن، ارائه شده توسط برخی از نویسندگان، که همبستگی بهتری را بین شاخص های آسیب موضعی (LDIs) و مشخصات مکانیکی مصالح تضمین می کند ارائه کرده اند. برای میلگردهای تقویتی، یک LDI ویژه به نام “شاخص آسیب فولاد” که پیشرفت کرنش پلاستیک و اثر کمانش میلگرد را در نظر میگیرد، معرفی کرده و یک مدل عددی برای شبیهسازی چندین آزمایش تجربی به منظور اثبات دقت روش ارائه شده در پیش بینی رفتار اعضای بتن آرمه را به کار گرفتهاند.
۲-۲-۳- بررسی مقایسه ای چند شاخص آسیب
نتایج محاسبه آسیب با شاخص آسیب سهبعدی ارائه شده توسط جیانگ و الناشای ]۲۰[ با روشهای ارائه شده در مقالات مقایسه شده است، (شاخص آسیب پارک و انگ و شاخص آسیب جابجایی نسبی بینطبقهای[۷۰]). شاخص آسیب پارک و انگ با قابهای مسطح مورد استفاده قرار گرفته است، به عبارتی این شاخص بر قابهای مجزا اعمال شده است. در این روش سطح آسیب عمومی از طریق ترکیب شاخص های آسیب موضعی با ضریب وزنی جذب انرژی موضعی محاسبه می شود. با وجود این که شاخص آسیب پارک و انگ با تفکیک صفحهای، به پیچش حساس میباشد ولی به پاسخهای خارج از صفحه حساس نیست. شاخص آسیب جابجایی نسبی بینطبقهای به عنوان نسبت بیشینه جابجایی نسبی بین طبقه در مرکز جرم (IDmax) به جابجایی نسبی بین طبقه نهایی (IDultimate) شناخته می شود که IDultimate بر نقطهای با کاهش مقاومت ۱۵ درصدی روی منحنی ظرفیت کل طبقه منطبق میباشد. این روش نسبت به هر دو مورد پیچش و پاسخ خارج از صفحه غیر حساس میباشد. محاسبه آسیب برای سازه مطلوب که یک قاب بتنآرمه یک طبقه با دو دهنه در هر جهت میباشد و یک پلان نامنظم دارد تحت سه حالت مختلف انجام شده است:
بارگذاری تکمحوره و پاسخ دوبعدی (از پاسخ خارج از صفحه جلوگیری شده است.)
بارگذاری تکمحوره و پاسخ سهبعدی
بارگذاری دومحوره و پاسخ سهبعدی
نتایج محاسبات انجام شده توسط جیانگ و الناشای در شکل ۲-۱ ارائه شده است.
شکل ۲- ۱ مقایسه نتایج ارزیابی آسیب با شاخص آسیب سهبعدی، شاخص آسیب پارک و انگ، و شاخص آسیب جابجایی نسبی بینطبقهای: (a) بارگذاری تکمحوره، ۲D؛ (b) بارگذاری تکمحوره، ۳D؛ و © بارگذاری دومحوره، ۳D ]20[
حالت بارگذاری تکمحوره و پاسخ دوبعدی (شکل a.2-1)، نتایج ارزیابی به وسیله هر سه روش مشابه بوده است، چون نه پیچش و نه پاسخ خارج از صفحه ایجاد نمی شود. تفاوت کوچک بین شاخص آسیب جابجایی نسبی بینطبقهای با دو نوع دیگر شاخص آسیب، ناشی از تاثیر بارگذاری چرخهای میباشد. با وجود اینکه این اثر در روش جابجایی نسبی بینطبقهای در نظر گرفته نشده است، در دو روش اول از طریق وارد کردن کاهش مقاومت در روش شاخص آسیب سهبعدی و جمع کردن[۷۱] انرژی در روش پارک و انگ وارد شده است.
در حالت بارگذاری تکمحوره و پاسخ سهبعدی (شکل b.2-1)، پیچش باعث ایجاد تفاوتهای بزرگی بین نتایج ارزیابی آسیب در روش شاخص آسیب سهبعدی با روش جابجایی نسبی بینطبقهای شده است. باید توجه شود که در حالیکه سازههای نامنظم، هم پاسخ خارج از صفحه و هم پیچش را تحت بارگذاری تکمحوره نشان می دهند اما پیک پاسخ در دو جهت عمود، بر هم منطبق نیست. برعکس، زمانی که پاسخ در یک جهت در حالت پیک میباشد، پاسخ در جهت دیگر معمولاً کوچک است. بنابراین نتایج ارزیابی با روش شاخص آسیب سهبعدی و شاخص آسیب پارک و انگ مشابه هستند چرا که پاسخ خارج از صفحه در پیک پاسخ قابل صرف نظر است.
