18204

18204

گسترش روش MPA-Based IDA براي سيستم هاي خاك-سازه

دكتري

سازه

آبان ماه 1396

دكتر مرتضي رئيسي دهكردي

عمران

تعيين رفتار ديناميكي غير خطي واقعي سازه ها همواره از اهداف اصلي مهندسين سازه و زلزله بوده است. يكي از روش هاي نوين تحليل رفتار لرزه اي سازه ها، تحليل ديناميكي فزاينده مودال (MPA-Based IDA) مي باشد. در واقع اين رهيافت به عنوان جايگزين روشِ سخت و زمان برِ تحليل ديناميكي فزاينده (IDA) معرفي شده است. علي رغم تقريبي بودن نتايج روش MPA-Based IDA، مزيت هايي همچون دقت مناسب، سرعت بالا و كم هزينه بودن اين روش را به يك راهكار كارامد و مناسب تبديل نموده است. از سوي ديگر در حال حاضر با افزايش دقت مهندسي ضرورتِ در نظر گرفتن تمامي عوامل موثر بر پاسخ سازه ها افزايش يافته است. يكي از پارامترهاي موثر بر رفتار سازه ها، اثر خاك موجود در زير سازه مي باشد كه به آن پديده اندركنش خاك و سازه (SSI) مي گويند. خاك به سه طريق بر پاسخ سازه اثر مي گذارد، 1) تغييرات سختي و ميرايي سازه 2) تغييراتي كه در امواج زلزله ورودي بوجود مي آيد و 3) امكان دوران و جابجايي در پي سازه نسبت به خاك زير آن. در اين رساله قصد داريم تا در ابتدا با ارائه راهكاري ابداعي روش MPA-Based IDA را طوري گسترش دهيم تا امكان استفاده از آن براي سيستم هاي خاك-سازه مقدور گردد. پس از توسعه روش MPA-Based IDA براي سازه هاي واقع بر روي خاك، كليه سيستم هاي خاك-سازه مورد بررسي در اين رساله با كمك روش پيشنهادي و نيز روش دقيقِ IDA تحليل مي گردند. در نهايت با مقايسه نتايج روش پيشنهادي با روش IDA به بررسي دقت روش پيشنهادي پرداخته مي شود. به منظور بررسي اثر اندركنش خاك و سازه طيف گسترده اي از خاك هاي موجود شامل سه دسته كلي خاك هاي نرم، متوسط و سخت در نظر گرفته شده است، همچنين حالت بستر صلب نيز منظور گرديده است. خاك نرم شامل ماسه نرم (Loose Sand) و رس نرم (Soft Clay) مي باشد، خاك متوسط شامل ماسه متوسط (Medium Sand)، ماسه متوسطِ متمايل به سخت (Medium-Dense Sand) و رس متوسط (Medium Clay) مي باشد، خاك سخت نيز شامل ماسه سخت (Dense Sand) و رس سفت (Stiff Clay) مي باشد. بدين طريق مجموعا هفت نوع خاك مختلف در نظر گرفته شده است. از سوي ديگر با هدف بررسي سازه هاي بتني با ارتفاعات مختلف، پنج قاب خمشي بتني با تعداد طبقات مختلف (3، 6، 9، 12 و 15 طبقه) منظور شده است. با در نظر گرفتن 5 قاب خمشي و 7 نوع خاك مختلف مجموعا 35 سيستم خاك-سازه مورد بررسي قرار گرفته است و همچنين 5 سازه واقع بر بستر صلب نيز منظور شده است. از سويي 30 ركورد زلزله به منظور انجام تحليل ديناميكي انتخاب شده است و بدين طريق مجموعا 1200 تحليل IDA و همچنين 1200 تحليل MPA-Based IDA انجام شده است. صحت سنجي مدل هاي عددي از طريق مقايسه نتايج بدست آمده با نتايج يك تست آزمايشگاهي ميز لرزه انجام شده است. همچنين روش پيشنهادي از طريق مقايسه نتايج بدست آمده از آن روش با نتايج روش دقيق IDA صحت سنجي خواهد شد. با بررسي نتايج به تعيين تاثير وجود هر يك از انواع خاك ها در زير قاب هاي خمشي بتني با ارتفاعات مختلف پرداخته شده است. به منظور تعيين تاثير وجود هر يك از خاك ها بر آسيب پذيري سازه هاي بتني، منحني هاي شكنندگي براي تمامي سيستم هاي خاك-سازه و نيز سيستم هاي واقع بر بستر صلب استخراج گرديده است. نتايج حاكي از آن است كه تاثير SSI تا حد زيادي به ويژگي هاي خاك، سازه و ركورد زلزله وابسته مي باشد. اما در يك نتيجه گيري كلي مي توان گفت كه اثر اندركنش خاك-سازه با افزايش ارتفاع كاهش مي يابد، از طرفي درخاك هاي ماسه اي اثر SSI با نرم تر شدن خاك افزايش مي يابد اما در خاك هاي رسي بيشترين تاثير اندركنش خاك و سازه مربوط به رس متوسط مي باشد. همچنين نتايج بيانگر اين مساله مي باشد كه روش پيشنهادي پاسخ سيستم هاي خاك-سازه را با دقت مناسبي و قابل قبولي تخمين مي زند و حجم محاسبات بسيار كمتري در مقايسه با روش IDA طلب مي نمايد.

1396/10/02

12/23/2017 12:00:00 AM

Determining the actual nonlinear behavior of structures is one of the main objectives of civil engineers. The MPA-Based IDA method is a novel idea to achieve the mensioned objective. In fact, the MPA-Based IDA is an alternative method for the laborious IDA (Incremental Dynamic Analysis) method. Inspite of resulting approximate outcomes, some benefites such as easiness, low cost procedure and high accuracy make the MPA-Based IDA method to an efficient and versatile analysis method. On the other hand, with recent progresses at engineering calculation, the necessity of considering all effective parameters increased. One of the substantial effective factors on the structural behavior is soil-structure interaction (SSI) effect. Subsoil could affect the structure responses by three manners, 1) Altering the stiffness and damping of the structure 2) Filtering the input earthquake record 3) Generating the possible movement and rotation at foundation. In current research, it is intended to develop the MPA-Based IDA method for exerting the method on soil-structure systems. Afterwards, the developed method and also the exact IDA method will be used for analyzing the soil-structure systems considered in this study. The accuracy of proposed method is eva​luated by comparing the results of developed MPA-Based IDA method with the results of exact IDA method. In order to eva​luate the SSI effect, a wide range of soils considered. Assumed soils are including loose sande, medium sand, medium-dense sand, dense sand, soft clay, medium clay, stiff clay and rigid based. This way seven types of sub-soil as well as rigid based situation are considered. Five concrete moment frames with different stories (3, 6, 9, 12 and 15 stories) are chosen to cover various height of structures. Considering five different frames and seven soil types leads to generating thirty-five soil-structure systems, these systems as well as five rigid based frames are eva​luated herein. Exerting thirty records on aforemensioned systems leads to 1200 IDA analyses and 1200 MPA-Based IDA analyses. The verification of numerical models has been done by comparing the obtained results with the outcomes of a shaking table test. Moreover, the proposed method is verified by comparing the proposed method results with the outcomes of the exact IDA method. Evaluating the results reveals the effect of existing each assmed soil types beneath any of given structures. The fragility curves were generated for soil-structure systems and for rigid-based systems as well, the vulnerability of structures is eva​luated through that curves. Results reveal that the effect of SSI is highly dependant to the specifications of structure, soil and input earthquake. However, general speaking it could be said that the SSI effect decreases with increasing structure height. In the case of sandy soils, it could be said that the looser the soil the more effect of the SSI; however, in the case of clayey soil the medium clay leads to the most effect of SSI. Moreover, the outcomes show that the proposed method is able to approximate acceptable response of soil-structure systems with high accuracy, and requires much less calculation in compare with the IDA method and has a low cost procedure.