26644

وليد شتاب‌نگاشت‌هاي مصنوعي نزديك گسل با اثرات گام جهشي با استفاده از تبديلات رياضي و توابع آماري

دكتري

مهندسي عمران گرايش سازه

1401

1401/3/8

دكتر غلامرضا قدرتي اميري، دكتر مرتضي رِئيسي دهكردي

مهندسي عمران

زلزله در ميان بلاياي طبيعي بالقوه ويرانگر و پر هزينه است كه بر زير ساخت هاي عمراني تأثير گذار است و بر رفاه اقتصادي، اجتماعي و سياسي جامعه مدرن تأثير مي گذارد. با توجه به نياز جامعه مهندسي در مورد طراحي سازه هاي پيچيده با روش هاي ديناميكي غير ‌خطي و اهميت زياد تحليل ديناميكي تاريخچه زماني و عدم وجود شتاب نگاشت مناسب در مناطق مختلف، توليد شتاب نگاشت هاي مصنوعي ضروري به نظر مي رسد. با توجه به اين مهم كه اكثر شهر ها و كلان شهر ‌ها همچون تهران در مجاورت گسل هاي فعال واقع شده اند. لذا بررسي زلزله هاي نزديك گسل از اهميت ويژه اي برخوردار است. در اين رساله ضمن بررسي روش هاي موجود توليد زمين لرزه هاي نزديك گسل، سعي بر اين دارد كه روشي كارا بر منباي تبديلات رياضي و توابع چند جمله اي، به منظور توليد و شبيه سازي زمين لرزه هاي نزديك گسل حاوي پالس سرعت ناشي از اثر پرتابي، كه ويژگي هايي از جمله غير ايستايي در دامنه و فركانس و غيره دارد، را ارائه نمايد. فرض اساسي در اين رساله اين است كه هر نگاشت زلزله نزديك گسل از دو مؤلفه اصلي تشكيل شده كه اين دو شامل مؤلفه پالس و مؤلفه بدون پالس مي باشد. روند توليد و شبيه سازي نگاشت زلزله نزديك گسل در اين رساله به اين صورت است كه ابتدا با استفاده از روش هموار سازي بر مبناي تبديل موجك مؤلفه پالس گام جهشي زلزله نزديك گسل را استخراج نموده و با استفاده از توابع چند جمله اي رياضياتي پالس را شبيه سازي مي كند. سپس با استفاده از روشي تركيبي بر مبناي تابع چگالي طيفي توان و يك تابع پوش مؤلفه بدون پالس زلزله را منطبق با طيف هدف آيين نامه اي شبيه سازي كرده و با تركيب اين دو مؤلفه نگاشت زلزله پالسي نزديك گسل داراي ويژگي گام جهشي را شبيه سازي مي كند. در نهايت براي بررسي اثرات زلزله هاي نزديك گسل بر تقاضاي لرزه اي سازه هاي فولادي، سه سازه كوتاه، متوسط و نسبتاً بلند، طراحي شده توسط آيين نامه AISC360-16، را به صورت دو بعدي در نرم افزار متن باز OpenSees مدل سازي نموده و تحت تحليل تاريخچه زماني غير خطي قرار داده است. نتايج تحليل ها نشان دهنده اين است كه در سازه هاي بلند با دوره تناوب بالاتر در زلزله هاي نزديك گسل تقاضاي لرزه اي به مراتب بالاتري ايجاد مي گردد.

1401/03/31

Simulation of Near-Fault Ground Motion Records with Fling-Step Effects Using Mathematical Transformations and Statistical Functions

5/29/2023 12:00:00 AM

Earthquake is paramount among potentially and costly natural disasters impacting civil infrastructure and affecting the economic, social, and political well-being of modern society. According to the demand of the engineering community to design complex structures with nonlinear dynamic methods and the great importance of time-history dynamic analysis, and the lack of proper records in different regions, the simulation of artificial ground motion records seems necessary. Since most cities and metropolises like Tehran are located near active faults, studying near-fault earthquakes is essential. This dissertation studies the existing methods of generating near-fault earthquakes and tries to present an efficient model based on mathematical transformations and polynomial functions in order to generate and simulate nearfault earthquakes containing velocity pulse caused by the fling-step effect. This model has features such as nonstationary amplitude, nonstationary frequency, etc. The primary assumption of this dissertation is that each near-fault earthquake ground motion consists of two main components: the pulse and the non-pulse component. The process of generation and simulation of near-fault earthquake records in this dissertation is as follows: first, using the smoothing method based on wavelet transform, the fling-step pulse component was extracted, and the pulse was simulated using mathematical polynomial functions. Then, using a combined method based on the Power Spectral Density Function (PSDF) and an envelope function, the nonpulse component was simulated that complies with the ASCE7-16 target spectrum. Then, the pulse-type near-fault earthquake records with a fling-step characteristic were simulated by combining these two components. Finally, to investigate the effects of near-fault earthquakes on the seismic demand of steel structures, three short, medium, and relatively tall structures, designed by AISC360-16, were modeled in two dimensions in OpenSees open-source software and analyzed by nonlinear time history. The analysis results indicate that seismic demand is much higher in tall structures with a higher period in near-fault earthquakes.

زمين لرزه مصنوعي نزديك گسل , پالس سرعت , جابجايي ماندگار , تبديلات رياضي , توابع چند جمله‌اي

Artificial Near-Fault Ground Motion , Velocity Pulse , Fling Step , Mathematical Transformations , Polynomial Function

Amir Ezzodin

Prof. Gholamreza Ghodrati Amiri, Dr. Morteza Raissi Dehkordi