سجاد حاجی نیا ¹ ،محمدرضا چناقلو  ²

1-   دانشجوی کارشناسی ارشد ،دانشکده مهندسی عمران ، دانشگاه صنعتی سهند تبریز،ایران

2-   عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی عمران ،دانشگاه صنعتی سهند تبریز، ایران

 

خلاصه

استفاده از روش های تحلیل دقیق ارزیابی سازه های فضایی یا سازه های فضاکار در مقابل زلزله، مسئله ایست که همواره با چالش

هایی روبرو بوده است و کاربرد این روش ها به دلیل پیچیدگیهای موجود در استفاده ازآنها همواره با اشکالاتی روبرو بوده است از

این رو همواره تلاش برای یافتن روش هایی که بتوانند در عین سادگی، الزامات آیین نامه ها را براورده نمایند، وجود داشته است.

روش جدید بارگذاری و تحلیل دینامیکی فزاینده به نام روش زمان دوام از جمله این روشهاست. در این روش سازه فضاکار یا سازه

فضایی تحت اثر یکسری توابع شتاب فزاینده با مشخصات خاص قرار گرفته و رفتار آن(سازه فضاکار یا سازه فضایی) در زمانهای

مختلف و یا سطوح تحریک مختلف مورد ارزیابی قرار میگیرد.سازه های فضاکار یا سازه های فضایی از جمله سازه هایی هستند که

در سالیان اخیر اقبال بیشتری در جهت بررسی و و طراحی آن وجود داشته است. در این پژوهش کارایی روش زمان دوام بر روی

چلیک ها (فرمهای قوسی سازه فضایی یا سازه فضاکار) به عنوان خانواده ی متداولی از سازه های فضاکار یا سازه های فضایی، مورد

بررسی قرار گرفته و کاربرد آن در تحلیل این نوع از سازه ها(سازه های فضایی یا سازه های فضاکار) به بحث گذاشته خواهد شد . از

بررسی چلیک ها (فرمهای قوسی سازه فضایی یا سازه فضاکار) ی با شرایط متفاوت تحت روش زمان دوام، مشخص گردید که نتایج

بدست آمده از این روش با صرف هزینه و محاسبات کمتر در مقایسه با روش های پیچیده دینامیکی، دارای انطباق بسیار مناسبی با

این روش هاست.

 

کلمات کلیدی:سازه فضایی، سازه فضاکار، چلیک ها ، روش زمان دوام، تحلیل دینامیکی

 

1.مقدمه

 روش های تحلیل استاتیکی ،تحلیل طیف پاسخ و تحلیل تاریخچه زمانی به عنوان روش های متداول در ایین نامه طراحی سازه ها

دربرابر زلزله بکار برده میشوند.باتوجه به آن که روش تاریخچه زمانی ،زمان زیادی جهت هم پایه نمودن شتابنگاشت ها نیاز داشته و از

طرفی تعداد تحلیل ها در این روش فراوان است،از این رو روش زمان دوام (ET ) که نقش اساسی در کاهش تعداد تحلیل های لازم

دارد،بر پایه تحلیل تاریخچه ی زمانی ایجاد شد.دراین روش توابع شتاب افزاینده که طیف خطی و غیر خطی آن ها متناسب با طیف

زلزله های واقعی می باشد و بصورت یکنواختبا زمان افزایش می یابند، ایجاد می شوند.(1) .در واقع این روش یک روش تاریخچه

زمانیبر اساس روند پوش آور دینامیکی برای آنالیز و طرح سازه هاست که در آن سازه ها در معرض یک سری شتاب نگاشت افزاینده

 طراحی شده خاص ، قرار گرفته و رفتار سازه در شدت های مختلف تحریک مورد بررسی قرار می گیرد(2). توابع شتاب زمان دوام دارای

طرح های افزایش تحریک مختلفی هستند، برای بررسی اولیه در روش های زمان دوام یک طرح افزایش شدت خطی پیشنهاد شده است .در این طرح طیف پاسخ تابع شتاب زمان دوام متناسب با زمان افزایش می یابد .

 

.پاسخ هدف یک تابع شتاب زمان دوام به صورت رابطه 1 تعریف می شود :

 

 

(1)                                                                                        

 

 

 

  که در آن   S_aT(T,t)  پاسخ شتاب هدف درزمان T,tدوره تناوب ارتعاش آزاد،  S_ac(T)   طیف شتاب طرح آیین نامه به عنوان طیف الگو

و t_Targetزمان هدف و برابر با زمانی می باشد که در آن پاسخ بابر با مقادیر آیین نامه ای می شود(2).این رابطه بیانگرتناسب بین پاسخ

شتاب ایجاد شده توسط تابع شتاب زمان دوام در زمان مشخص tو طیف الگوی در نظر گرفته شده می باشد.

همانطور که اشاره شد توابع شتابی که برای تحلیل تاریخچه زمانی در روش زمان دوام مورد استفاده قرار می گیرند دارای دو ویژگی

اساسی که آن ها را با سایر شتاب نگاشت ها متمایز می سازند هستند این دو ویژگی فزاینده بودن دامنه شتاب ها و کالیبره بودن این

توابع با طیف آیین نامه می باشد(3).در زمینه کارایی روش زمان دوام تحقیقات زیادی صورت گرفته است نتایج انجام شده در این زمینه

نشان دهنده توانایی عملی مناسب این روش می باشد.(4)

سازه های فضاکار (سازه فضاکار یا سازه فضایی) به عنوان سازه هایی جهت پوشش دهانه های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند.سازه های فضاکار مشبک نسبت به

سایر سازه های فضاکار (سازه فضاکار یا سازه فضایی) مشابه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند(5).بررسی روش های دینامیکی و اثرات زلزله روی این سازه ها (سازه فضاکار یا سازه فضایی) با توجه

به بررسی های محدود صورت گرفته در این زمینه مورد نیاز می باشد.از جمله بررسی های صورت گرفته در این زمینه می توان به بررسی

چلیک های دو لایه تحت زوایای مختلف باز شدگی دهانه(6)، بررسی اثر ات مولفه های زلزله بر رفتار خطی و غیر خطی چلیک های دو

لایه (7)و رفتار لرزه های این سازه ها (سازه فضاکار یا سازه فضایی) (8)اشاره کرد.

 

همان طور که اشاره شد مطالعات فراوانی بر روی کارایی روش زمان دوام به خصوص در مورد قاب های ساختمانی انجام گرفته است.می

توان گفت کارایی این روش برای سازه های پیچیده نیازمند تحقیقات بیشتری است.در این تحقیق کارایی این روش بروی سازه های

فضاکار (سازه فضاکار یا سازه فضایی) که دارای رفتار مسلط سه بعدی (5) هستند مورد ارزیابی قرار می گیرد و در ادامه رفتار چلیک های دو لایه یا سازه فضاکار قوسی در مقابل توابع شتاب

زمان دوام سری aکه مناسب جهت تحلیل خطی اسا (9) بررسی شده و کارایی این روش با توجه به نتایج روش های استاتیکی ،طیفی و

تاریخچه زمانی مقایسه شده است.

 

2.مشخصات سازه فضاکار(سازه فضاکار یا سازه فضایی) مورد استفاده

دراین تحقیق چلیک های دولایه با نقش مربع روی مربع ¹ با نسبت خیز به دهانه های 0.15،0.3،0.45تحلیل و طراحی شده اند.در

انتخاب اولیه هندسه و مقاطع سازه (سازه فضاکار یا سازه فضایی)،نیاز به طراحی مناسب اعضا می باشد تا سازه (سازه فضاکار یا سازه فضایی) جوابگوی بارهای وارده باشد.دهانه چلیک یا سازه فضار قوسی 30 متر

،طول آن 42 متر و عمق چلیک 1.5 متر انتخابشده است.مشخصات فوق یک محدوده میانه در این چلیک ها یا سازه فضایی قوسی است. شکل 1 یک نمونه از

چلیک ها یا سازه فضایی قوسی را نمایش می دهد.ساخت تاشه ² چلیک ها توسط نرم افزارFORMAIN صورت گرفته است .در ادامه مدل سازی در نرم افزار

 SAP2000انجام شده است.

3.تحلیل و طراحی اولیه

مقاطع مورد استفاده در طراحی از نوع مقاطع   PIPEمی باشد.بار مرده مطابق با طرح های کاربردی بوده که شامل وزن المان ها

،اتصالات ،پوشانه ها و همه دیگر متعلقات آن است.این مقدار         0.5kN/m2در نظر گرفته شده است. بارگذاری چلیک ها بر طبق

مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران (10) بوده است که در آن بارگذاری برف برای سقف های قوسی سازه فضایی یا سازه فضاکار چلیک به دوصورت متقارن ونامتقارن

انجام می شود. جهت بارگذاری زلزله از طیف پاسخ استاندارد 2800 (11)استفاده شده است.لازم به ذکر است که ضریب رفتار 4 برای

چلیک ها سازه فضایی یا سازه فضاکار قوسی مورد استفاده قرار گرفته است.

مشخصات مصالح فولادی مورد استفاده در تحلیل ها به صورت زیر می باشد:

 

4.توابع شتاب زمان دوام

همانطور که گفته شد سری مورد استفاده در این تحقیق سری aبوده که یک سری سه تایی است.این مجموعهETA20a نام

دارد(9).طول زمان این سری 20 ثانیه است. این سری بر اساس طیف هدف خاک نوع‖ استاندارد 2800 تولید شده است. شکل 2

شتاب نگاشت رکورد ETA20a02 را در زمان های مختلف نمایش می دهد.  

 

  

اطلاعات مربوط به زلزله های به کار رفته در تحلیل دینامیکی در جدول 1 آمده است:

 

5.تحلیل زمان دوام و مقایسه ان با نتایج تحلیل های استاتیکی ،طیفی و تاریخچه زمانی

در این تحقیق هر دو مولفه افقی و قائم توابع شتاب و نیز رکوردهای زلزله ای انتخابی مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به خصوصیات یکسان توابع شتاب زمان دوام از ضرایب  2/3 برای رکوردهای مجموعه ETA20a به منظور در نظر گرفتن آن ها بعنوان رکورد قائم استفاده شده است. (12). برای بررسی نتایج در گره ها ناشی از بارگذاری مولفه های زلزله ،سطوح و ارتفاع نسبی متناظر برای

نیروهای معادل مطابق شکل های 4 تا 7 بدست آمده است.:

  

 

 

 اشکال 8،9و10 نمودار مقایسه توزیع نیروی جانبی تحت مولفه افقی رکوردهای زلزله و نتایج روش زمان دوام را درچلیک های با نسبت

ارتفاع به  دهانه های  0.15و 0.3و0.45  نمایش میدهد. در چلیک با نسبت ارتفاع به دهانه 0.15 مقادیر توزیع نیروی جانبی بدست

آمده از روش زمان دوام با مقادیر بدست آمده از روش های استاتیکی ، طیفی و تاریخچه زمانی دارای انطباق مناسبی است.همچنین از

مقایسه مقادیر بدست آمده درروش  زمان دوام برای چلیک های با نسبت ارتفاع به دهانه های 0.3 و0.45 با مقادیر بدست آمده از

روش های استاتیکی ،طیفی و تاریخچه زمانی می توان به انطباق نتایج پی برد.همانطور که از بررسی اشکال بدست می آید هنگامی که

اختلاف وجود دارد مقادیر روش زمان دوام به مقادیر تحلیل های طیفی و تاریخچه زمانی نزدیک تر است .در گره های با ارتفاع نسبی

کمتر از0.2 و یا بیشتر از 0.9 اختلاف روش ها به کمترین میزان خود میرسد.

 

 

اشکال 11،12و13 نمودار مقایسه توزیع نیروی جانبی تحت مولفه قائم رکوردهای زلزله و نتایج روش زمان دوام را در چلیک های با

نسبت ارتفاع به دهانه های 0.15،0.3، 0.45 نمایش می دهد. در چلیک با نسبت ارتفاع به دهانه 0.15 مقادیر توزیع نیروی بدست

آمده از روش زمان دوام کمتر از مقادیر بدست آمدهدر روش های طیفی و تاریخچه زمانی است. این اختلاف در گره های با فواصل

نسبی بین 0.2 تا 0.8 بسیار ناچیز است.مقادیر بدست امده در روش زمان دوام برای چلیک های با نسبت ارتفاع به دهانه 0.3 و0.45

کمتر از مقادیر بدست آمده در روش طیفی است. در این چلیک ها نیز در گره های بافواصل نسبی 0.2 تا 0.8 اختلاف روش ها به

کمترین میزان خود می رسد.

 

 

 

 

6. نتیجه گیری

 

از بررسی نتایج روش زمان دوام و روش های تحلیل استاتیکی ،طیفی و تاریخچه زمانی برای مولفه افقی می توان گفت که مقادیر

بدست آمده از روش زمان دوام دارای انطباق بسیار مناسبی با سایر روش هاست. هنگامی که اختلاف وجود دارد مقادیر روش زمان دوام

به مقادیر روش های طیفی و تاریخچه ی زمانی نزدیک تر است . علت اختلاف را می توان بیشتر در عدم انطباق طیف  پاسخ  با طیف

الگو دانست. همچنین مقادیر بدست آمده در گره های با ارتفاع نسبی کمتر تز 0.2 و یا بیشتر از 0.9 نشان دهنده یکسان بودن  مقادیر

بدست آمده در هر چهار روش است. از بررسی نتایج برای مولفه قائم ، مقادیر بدست امده از روش زمان دوام دارای انطباق نسبتا قابل

قبولی با روش های طیفی و تاریخچه ی زمانی است. اختلاف مقادیر در گره های با فواصل نسبی 0.2 تا 0.8 به گمترین میزان خود می

رسد . در انتها می توان گفت که نتایج بدست آمده از روش زمان دوام  با دقت بسیار مناسبی به نتایج روش پیچیده تحلیل  تاریخچه

زمانی نزدیک است .مزیت های ذکر شده در مورد روش زمان دوام در واقع به علت استفاده از روش تاریخچه زمانی در روند تولید توابع

و فزاینده بودتوابع شتاب زمان دوام است.