توسعه منحني‎هاي شكنندگي با استفاده از بهينه سازي نتايج تحليل هاي ديناميكي

دكتري

سازه

زمستان 1394

زمستان 1394

دكتر غلامرضا قدرتي اميري

دكتر مرتضي رئيسي دهكردي

عمران

چكيده تعيين وضعيت سازه‎هاي موجود يكي از اولويت‎هاي اصلي در زمينه ارزيابي آسيب‎پذيري و مديريت خطرپذيري است. براي اين منظور، ابزارها و روش‎هاي گوناگوني ارائه شده است. منحني‎هاي شكنندگي به عنوان يكي از ابزارهاي تعيين وضعيت سازه‎هاي موجود هستند. تحقيقات مربوط به تحليل‎هاي شكنندگي همواره مورد توجه پژوهشگران مختلف بوده و مطالعات ارزشمندي در اين زمينه انجام گرفته است. اين پژوهش‎ها هم اكنون نيز بر اساس ديدگاه‎هاي جديد نظير ارزيابي بر مبناي سطوح عملكرد، خطرپذيري، تشخيص آسيب‎هاي كلي سازه‎ و قابليت اعتماد سازه‎ها در حال گسترش مي‎باشند. منحني‎هاي شكنندگي بر اساس روش‎هاي تحليلي، تجربي، آزمايشگاهي يا تركيبي از روش‎هاي مختلف توليد مي‎شوند. روش‎هاي تحليلي به علت لحاظ نمودن كليه شرايط ساختگاهي و مشخصات سازه‎اي و ارائه نتايج دقيق داراي كاربردهاي زيادي هستند. در اين پژوهش، روشي موثر مبتني بر تحليل‎هاي غيرخطي و منحني‎هاي شكنندگي بهينه در ارزيابي آسيب‎پذيري ارائه شده است. براي اين منظور علاوه بر استفاده از تحليل ديناميكي غيرخطي فزاينده دقيق IDA از تحليل ديناميكي غيرخطي فزاينده مودال، تحليل استاتيكي غيرخطي اصلاح شده و تحليل ديناميكي غيرخطي فزاينده مودال اصلاح شده براي تهيه پاسخ سازه‎ها استفاده شده است. براي در نظر گرفتن شرايط مختلف تحليل، مشخصات سازه و بررسي اهميت ناپايداري ديناميكي در ارزيابي بر اساس عملكرد از سازه يك درجه آزاد با مشخصات ديناميكي مختلف استفاده شده است. يك نمونه پل بتني مسلح موجود براي ارزيابي دقت منحني‎هاي شكنندگي و حساسيت‎سنجي اين منحني‎ها تحت اثر زلزله‎هاي حوزه نزديك بررسي شده است. بررسي كارايي روش‎هاي تحليل‎ ديناميكي اصلاح شده در ارزيابي لرزه‎اي سازه‎ها از طريق دو نوع سيستم نوين باربر جانبي قابل اجرا در كشور شامل قاب‎هاي فولادي با سيستم مهاربندهاي كمانش‌گريز و مهاربندهاي زانويي مطالعه شده است و قاب‎هاي خمشي فولادي براي انتخاب و ارزيابي روش‎هاي موثر براي توليد منحني‎هاي شكنندگي بررسي شده‎اند. به دليل انجام تحليل‎هاي ديناميكي و ارزيابي اثرات ناشي از مشخصات زمين‎لرزه‎ها در منحني‎هاي شكنندگي از ركوردهاي مختلف زلزله‎ها با مشخصات ساختگاه منطبق با شرايط طراحي سازه‎هاي مورد مطالعه استفاده و نتايج در سه سطح عملكرد مختلف ارائه شده است. براي استخراج منحني‎هاي شكنندگي از نتايج تحليل‎ها، علاوه بر استفاده از روش‎هاي محاسباتي مرسوم از دو نوع روش تخمين و نمونه‌برداري احتمالاتي و روش‎هاي محاسباتي نرم بهره گرفته شده است. در روش‌هاي احتمالاتي از تابع تخمين درست‎نمايي بيشينه و نمونه‎گيري مكعب لاتين و در روش‎هاي محاسباتي نرم از دو الگوريتم بهينه‎سازي فراكاوشي جستجوي هماهنگي و الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات استفاده شده است. در تحليل‎هاي غيرخطي بهينه از ساده‎سازي‎هاي مختلف نظير سازه‎هاي يك درجه آزاد معادل استفاده مي‌شود. بر اساس نتايج بدست آمده در اين تحقيق، ضروري است كه در ارزيابي لرزه‎اي سازه‎ها بر اساس اين تحليل‎هاكليه مشخصات سازه‌هاي مورد مطالعه شامل مصالح، هندسه، رفتار اجزاي تشكيل‎دهنده و خواص ديناميكي سازه‎ها در مدلسازي سازه‎هاي يك درجه آزاد معادل لحاظ گردد. مطابق نتايج اين پژوهش، مشخصات مربوط به زلزله‎هاي انتخاب شده تاثير بسزايي در رفتار لرزه‌اي پل‎ها دارد. بنابراين ويژگي‎هاي مبتني بر فاصله از گسل با لحاظ نمودن اثرات مولفه‎هاي‌ قائم و افقي جنبش‌هاي زمين لرزه‌اي در ارائه نتايج تاثيرگذار خواهند بود. همچنين در ارزيابي پل‎ها به دليل اهميت و رفتار مختلف اجزاي تشكيل دهنده تحت اثر بارهاي جانبي لازم است اعضاي مختلف به طور جداگانه مورد ارزيابي قرار گيرند. بر اساس نتايج اين تحقيق، مدلسازي كامل سيستم‎هاي نوين باربر جانبي براي امكان در نظر گرفتن رفتار لرزه‎اي بهينه اين سيستم‎ها ضروري است. بنابراين ساده‎سازي‎هاي موجود در تحليل‎هاي غيرخطي بايد با دقت بيشتري براياين سازه‌ها مدنظر قرار گيرد و در صورتيكه استفاده از ساده‎سازي‎ها باعث حصول نتايج غيرقابل انطباق با رفتار مورد انتظار اين سيستم‎هاي سازه‎اي گردد آنگاه از روش‎هاي تحليل دقيق براي تهيه پاسخ سازه‎ها استفاده شود. قاب‎هاي خمشي فولادي به عنوان سازه‎هاي مرجع مورد مطالعه قرار گرفته‎اند. وجود درجات نامعيني زياد در اين نوع سازه‌ها موجب شده كه مشخصه‎هاي مربوط به سطوح عمكلرد مختلف به دقت مورد بررسي قرار گيرند و امكان استفاده از معيارهاي مختلف براي ارزيابي سطوح عمكلرد مربوط به اين نوع سازه‎ها فراهم گردد. مشخصات اجزاي تشكيل‌دهنده قاب‎هاي خمشي و نحوه مدلسازي تاثير عمده‎اي در نتايج داشته است. بنابراين انتخاب مدل مناسب قاب‎هاي خمشي در تعيين روش بهينه آسيب‎پذيري تاثيرگذار بوده است. علاوه بر آن، تغيير مشخصات ديناميكي سازه‌ها در قاب‌هاي كوتاه و ميان‌مرتبه باعث گرديده كه ساده‎سازي‎هاي موجود در تحليل‎هاي غيرخطي به عنوان يكي از عوامل مهم در تعيين ميزان كارايي اين تحليل‎ها در نظر گرفته شود. بر اساس نتايج، كاربرد روش‌هاي تخمين و نمونه‎برداري مناسب باعث استفاده از مجموعه محدودي از داده‎ها براي توليد منحني‎هاي شكنندگي به عنوان جايگزيني براي گستره زيادي از داده‌ها شده است. نتايج براي سازه‎هاي مختلف مورد مطالعه نشان‎دهنده كارايي روش‎هاي جديد احتمالاتي و همچنين ايجاد زمينه‎هاي كاربردي براي استفاده از روش‎هاي محاسباتي نرم در ارزيابي آسيب‎پذيري سازه‎ها است. همچنين پيشنهاداتي براي كاربرد انواع تحليل‎هاي غيرخطي ديناميكي به عنوان جايگزين تحليل‎هاي ديناميكي غيرخطي فزاينده دقيق IDA ارائه شده است. بنابراين بر اساس دستاوردهاي اين پژوهش مي‎توان چارچوبي موثر جهت ارزيابي آسيب‎پذيري لرزه‎اي سازه‎هاي موجود با استفاده از منحني‎هاي شكنندگي بهينه مبتني بر تحليل‎هاي غيرخطي و روش‎هاي محاسباتي نرم پيشنهاد نمود. واژه‌هاي كليدي: منحني‎هاي شكنندگي، تحليل ديناميكي‎ غيرخطي، روش‎هاي احتمالاتي، روش‎هاي محاسباتي نرم.