20163

۲۰۱۶۳

مطالعه و ارزيابي روش تحليل تاريخچه زماني با مقياس كردن زلزله‌هاي انتخاب شده سازگار با طيف طراحي استاندارد ASCE 7

كارشناسي ارشد

زلزله

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۱۲/۱۲

دكتر مصطفي خانزادي

دكتر احمد نيكنام

عمران

تحليل تاريخچه زماني روشي است كه براي تعيين پاسخ لحظه‌اي سازه تحت شتاب زلزله وارد به پي سازه (كه به آن شتاب‌نگاشت گفته مي‌شود) به كار مي‌رود. شتاب‌نگاشت بايد تا حد امكان نمايانگر حركت واقعي زمين در ساختگاه باشد. به دليل اينكه اگر سازه تحت زلزله‌هايي ناسازگار با طيف طراحي ساختگاه قرار داده شود داراي پراكندگي زيادي مي‌باشد، اين روش تحليل نيازمند به مقياس كردن زلزله‌ها براي سازگار كردن با طيف طراحي است. انگيزه اصلي‌ اين تحقيق در مورد چگونگي سازگارسازي شتاب‌نگاشت‌هاي انتخاب شده با طيف طراحي است. در گذشته محققين بسياري روش‌هايي براي انتخاب و اصلاح ركوردها ارائه كرده‌اند، ولي اكثر اين روش‌ها ماهيت فيزيكي زلزله را دچار تغيير كرده و يا به نوعي روش مقياس ارائه شده محافظه كارانه بوده است. اين مطالعه به بررسي و ارزيابي ضرايب مقياس ارائه شده توسط روش‌هاي موجود به ويژه روش آيين‌نامه ASCE۷-۰۵ مي‌پردازد، همچنين روش جديدي كه حاوي اثرات پارامتر شكل طيفي زلزله است براي مقياس كردن زلزله‌هاي انتخابي به منظور سازگار شدن با طيف طراحي منطقه به گونه‌اي كه رفتار سازه در سطح عملكرد ايمني جاني باقي بماند، ارائه مي‌شود. در اين پايان‌نامه ۲۸ سازه بتن مسلح (كه قبلا توسط هسلتون طراحي شده است) با برنامه كامپيوتري OpenSees به صورت دوبعدي مدل‌سازي شده و براي ۱۰۰ شتاب‌نگاشت‌ زلزله‌هاي حوزه دور (far-field) مورد مطالعه قرار داده شده است. يك مدل شاخص (indicator) شكل طيفي در برگيرنده ميانگين سهم شتاب‌هاي طيفي در پريود مود اول سازه و پريود افزايش‌يافته تحت رفتار غيرخطي سازه دستاورد كليدي اين پايان‌نامه مي‌باشد. شاخص شكل طيفي ارائه شده داراي رابطه خطي با شتاب طيفي مود اول سازه با ضريب تعيين ۰.۹ (متوسط R^۲ براي ۲۸ سازه) مي‌باشد. اين پريود افزايش‌يافته با استفاده از الگوريتم بهينه‌يابي چند هدفه MSSA به طوري تعيين شده است كه شاخص شكل طيفي محاسبه شده به طور همزمان با پاسخ سازه تحت اثر زلزله و همچنين شتاب طيفي مود اول سازه ارتباط قوي دارد. نتايج اين مطالعه با روش‌هاي متعارف ديگر نظير روش مقياس كردن بر اساس آيين‌نامه لرزه‌اي آمريكا (ASCE ۷-۰۵)، روش طيف متوسط شرطي (CMS) و روش طيف شرطي (CS) مقايسه شده است. در حاليكه ساير روش‌ها ممكن است ضريب مقياسي را ارائه دهند كه سبب فروريختگي سازه‌ها شود، ركوردهاي مقياس شده از طريق روش ارائه شده رفتار سازه را در سطح عملكرد ايمني جاني قرار مي‌دهد و باعث فروريختگي سازه‌ها نمي‌شود. ضرايب مقياس بدست آمده از اين روش نسبت به ساير روش‌ها مقادير كوچك‌تري را ارائه مي‌دهد. مقادير پاسخ سازه تحت مجموعه ركوردهاي مقياس شده توسط اين روش داراي پراكندگي كمتري نسبت به ساير روش‌ها مي‌باشد كه نشان‌دهنده انحراف كمتري در پاسخ سازه‌ها است و منجر به اعتماد بيشتر در پيش‌بيني پاسخ‌هاي متوسط براي تعداد معيني از زلزله‌هاي ورودي‌ مي‌شود. واژه‌هاي كليدي: تحليل تاريخچه زماني، مقياس شتاب‌نگاشت، شكل طيفي، آيين‌نامه ASCE ۷-۰۵ ، حوزه‌ي دور، پريود افزايش‌يافته

1397/12/19

Study and assessment of time-history analysis method via scaling the selected records compatible with the ASCE’s design response spectra

3/2/2020 12:00:00 AM

Time history analysis is a method for determining the momentary response of a structure under exerted earthquake acceleration at foundation, (called Accelerogram). Accelerogram must represent the real ground motions at site as much as possible. Because of high dispersion due to incompatible exerted earthquake to structure with The design spectrum, this analysis needs scaling to make them compatible. How to adapt the selected accelerograms to the design spectrum is the main motivation of this research. In the past, many researchers presented Methods for selecting and modifying records, But most of these methods has changed the physical nature of the earthquake or in some way the conservative scale has been proposed. This study examines and evaluates the scale coefficients provided by existing methods, especially the ASCE 7-05 code method, also a new method that includes the effects of earthquake spectral shape parameter is presented to scale the selected earthquakes in order to adapt to the design spectrum of the area so that the behavior of the structure remains at the level of the safety performance. In this thesis, 28 reinforced concrete structures (previously designed by Hesselton) are modeled two-dimensional with a OpenSees computer program and is studied for 100 Accelerograms of far-field earthquakes. A spectral shape indicator model including average contribution of spectral accelerations in the first period of the structure and incremental period under the nonlinear behavior of the structure is the key achievement of this thesis. Presented spectral shape indicator has linear relation with spectral accelerations of the first period of the structure with determining coefficient of 0.9 (average of R^2 for 28 structures).This increased period has been determined using the Multi-objective Salp Swarm Algorithm (MSSA) so that the calculated spectral shape indicator is strongly correlated with the response of the structure under the impact of the earthquake as well as the spectral acceleration of the first mode of structure.The results of this study were compared with other conventional methods, such as the scale-up method based on the ASCE 7-05, the Conditional Mean Spectrum (CMS) method and the Conditional Spectrum Method (CS).While other methods may provide a scale factor that causes the collapse of structures, scaled records by the proposed method will place the behavior of the structure at the level of safety performance and do not cause the collapse of the structures. The scale coefficients obtained from this method provide smaller amounts than other methods. Structural response values under the scaled-down record set by this method have less dispersion than other methods, which indicates a lower variation in the response of the structures and leads to greater confidence in the prediction of mean responses for a certain number of incoming earthquakes. Keywords: time history analysis; scaling accelerograms; spectral shape; ASCE’s code; far-field; increased period