ارزیابی رفتار ستون قوی - تیر ضعیف در برابر زلزله از سوی پژوهشگران دانشگاه امیرکبیر

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محمد قربان زاده دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «ارزیابی ستون قوی - تیر ضعیف در ساختمان‌های بتنی با لحاظ اثر اندرکنش خاک و سازه تحت تاثیر رکورد‌های زلزله‌های حوزه نزدیک» گفت: در بسیاری از نقاط جهان، زلزله عامل خرابی‌های گسترده و خسارت‌های جانی و مالی فراوانی بوده است.

وی با بیان اینکه قاب‌های خمشی بتنی، یکی از سیستم‌های باربر لرزه‌ای متداول هستند که به دلیل عملکرد لرزه‌ای مناسب به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، گفت: با این حال موارد متعددی نیز از خرابی مشاهده شده است که دلایل آن را می‌توان ناشی از ناکافی بودن ظرفیت باربری جانبی طرح در برابر شدت زمین‌لرزه بوقوع پیوسته، اثرات بزرگ‌نمایی ناشی از خاک نرم، فقدان شکل‌پذیری مورد انتظار برای اعضا و خطا‌های موجود در فرآیند ساخت و طراحی دانست.

قربان زاده خاطر نشان کرد: افزون بر این، مشاهدات بدست آمده از عملکرد این ساختمان‌ها در زلزله‌های پیشین بر خرابی‌های قابل توجه‌تر زمانی که در حوزه نزدیک گسل قرار دارند در مقایسه با سازه‌های موجود در حوزه دور اشاره دارد.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر ادامه داد: این موضوع ناشی از خصوصیات پالسی رکورد‌های چنین زلزله‌هایی است.

این محقق با بیان اینکه در سال‌های اخیر مطالعات زیادی درباره اثر رکورد‌های زلزله‌ای که از حوزه نزدیک گسل ناشی می‌شوند بر رفتار سازه‌ها انجام شده است، گفت: این نوع از رکورد‌ها می‌توانند تقاضای نیرویی و جابه‌جایی متفاوتی را حتی در سطوح یکسان شدت زلزله نسبت به رکورد‌های حوزه دور گسل ایجاد کند.

به گفته قربان زاده، یکی از دلایل خرابی سازه‌ها در زلزله‌های گذشته عدم وجود شکل‌پذیری مناسب در آن‌ها بوده است. وی اضافه کرد: ساختمان‌های بتنی دارای سیستم باربر جانبی قاب خمشی ویژه، با نیروی جانبی کمتری طراحی می‌شوند که یکی از الزامات آن برقراری ضابطه ستون قوی - تیر ضعیف است. به صورت ساده یعنی ستون‌ها باید دارای بیشینه مقاومتی نسبت به تیر‌ها باشند که با یک نسبت تعریف می‌شود.

وی با تاکید بر اینکه کارآیی این ضابطه آیین‌نامه‌ای تاکنون برای این نوع زلزله‌ها بررسی نشده است، گفت: علاوه بر این، در طراحی‌های متداول ساختمان‌ها، از اثر اندرکنش خاک و سازه نیز بر رفتار لرزه‌ای سازه صرف نظر می‌شود. این تاثیر شامل اتلاف انرژی لرزه‌ای، تغییر پریود سازه و فرم تغییر شکل آن خواهد بود.

وی ادامه داد: در حالی که در این مطالعه با لحاظ رفتار غیرخطی خاک، شامل تسلیم در فشار، دوران پی و بلند شدگی آن در کشش نشان داده شد که رفتار خاک اثر مثبت قابل توجهی در احتمال فروریزش سازه‌ها بخصوص برای سازه‌های بلندتر می‌تواند داشته باشد.

قربان زاده با تاکید بر اینکه البته این مزیت، وابستگی زیادی به محتوی فرکانسی رکورد‌های زلزله دارد عنوان کرد: در مطالعات گذشته کارآیی ضابطه ستون قوی - تیر ضعیف به شکلی که در آیین نامه مطرح شده زیر سوال برده شده است. اما در تحقیق صورت گرفته، با استفاده از رویکرد احتمالاتی، معیاری برای کمی‌سازی کارآیی نسبت ستون قوی - تیر ضعیف ارائه شد تا وضعیت خرابی المان‌های سازه‌ای را بهتر توصیف کند.

وی با اشاره به نتیجه این پروژه گفت: نتایج پژوهش نشان داده‌اند که موثر بودن ضابطه ستون قوی - تیر ضعیف با افزایش ارتفاع سازه‌ها و کاهش پریود پالس روند نزولی داشته و به صورت کلی برای سازه‌های میان مرتبه مفیدتر از سازه‌های کوتاه و بلند مرتبه عمل می‌کند.

این محقق افزود: در مطالعه حاضر بیش‌تر از 60 مدل سازه‌ای استفاده شدند. برای پوشش عدم قطعیت‌های لرزه‌ای، رکورد‌های مختلف زلزله به گونه‌ای انتخاب شدند تا طیف وسیعی از پریود‌های پالس از نیم تا پنج برابر پریود اصلی سازه‌ها را دربرگیرند.

وی با اشاره به استفاده این پروژه گفت: طراحی سازه‌های عمرانی به صورت کلی بر رعایت مجموعه الزامات آیین‌نامه‌ای استوار است که در طی زمان به کمک تست‌های آزمایشگاهی، مشاهدات عینی از زلزله‌ها و البته محاسبات نرم‌افزاری وسیع بدست آمده‌اند.

وی گفت: طبیعتا میزان قابلیت اعتماد این ضوابط بر ایمنی سازه احداث شده اثر قابل توجهی دارد. با توجه به قدمت برخی از این ضوابط از یک طرف و محدودیت ذاتی در کار‌های آزمایشگاهی و مشاهدات تجربی از سوی دیگر همواره این نیاز وجود داشته است تا آیین‌نامه‌ها مورد بازبینی و در صورت نیاز اصلاح قرار گیرند.

وی ادامه داد: به همین دلیل تعداد زیادی از مطالعات در حوزه مهندسی عمران به این حوزه اختصاص یافته‌اند. در این پژوهش نیز سعی شده تا کفایت یکی از ضوابط مهم موجود در آیین‌نامه‌ها که کمتر مورد توجه بوده در شرایط جدید بررسی شود. وی با اشاره به ویژگی‌های این طرح گفت: استفاده از مدل‌های سازه‌ای متعدد با شرایط تکیه‌گاهی، ارتفاعی و مقاومتی مختلف، ارزیابی رفتار ساختمان‌ها تحت تاثیر بیش از 100 رکورد زلزله دارای ماهیت شتاب نگاشتی متفاوت، لحاظ اثر رفتار غیرخطی المان‌ها در آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی، توجه ویژه به رفتار ساختمان‌ها در شرایط فروریزش با لحاظ اثر خاک و استفاده از رویکرد‌های احتمالاتی به جای روش‌های تعینی مرسوم از ویژگی‌های این طرح به شمار می‌رود.

وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: برای آنکه عدم قطعیت‌های زیادی که در فرآیند طراحی و ارزیابی ساختمان‌ها وجود دارد را بتوان تحت پوشش قرار داده و نگاه همه جانبه به آن‌ها داشت، استفاده از رویکرد‌های احتمالاتی اجتناب ناپذیر است.

وی در خصوص کاربرد‌های پروژه گفت: مدل‌های احتمالاتی ارائه شده، در تسهیل آنالیز ریسک خرابی لرزه‌ای و کاهش حجم آنالیز‌های دینامیکی موردنیاز برای ارزیابی آسیب‌پذیری ساختمان‌ها در برابر زلزله تاثیر به سزایی می‌توانند داشته باشند.

گفتنی است: اساتید راهنمای این پروژه فرامرز خوشنودیان، تورج تقی خانی اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بوده اند.