ارزیابی دقت تحلیل استاتیکی غیر خطی برای قاب های خمشی فولادی تحت زلزله های حوزه نزدیک

به محدوده ای که در فاصله 15-20km از گسل مسبب زلزله (منبع اصلی لغزش) باشد حوزه نزدیک گفته می شود. اثر زلزله در محدوده نزدیک گسل به مقدار زیادی وابسته به جهت وقوع زلزله می باشد.به علت نزدیک بودن سرعت گسیختگی گسل به سرعت انتشار موج برشی، امواج آزاد شده در لغزش های متوالی در قسمت های جلوی مسیر گسیختگی جمع می شوند که با تجمع امواج برشی رسیده به سایت مواجه خواهیم بود، در نتیجه جبهه موج تشکیل شده به طور ناگهانی و به صورت یک شوک قوی به سایت می رسد که این امواج باعث ایجاد یک یا چند پالس نیرومند می شوند که معمولا در ابتدای رکوردهای مربوط به سرعت زلزله های نزدیک گسل دیده می شود. این ویژگی به عنوان جهت پذیری پیشرونده گسیختگی (forward directivity) شناخته می شود. به دلیل وجود پالس های نیرومند با دامنه و دوره تناوب بلند tp در رکورد زلزله هایی که در این گروه قرار می گیرند و همچنین به دلیل اینکه این گونه از زلزله ها دارای مدت زمان موثر کوتاهی می باشند، انرژی حاصل از شکست در مدت کوتاهی به سایت می رسد که باعث ایجاد یک حالت پالس گونه و ضربه ای می شود. در روش تحلیل خطی سازه ها، از نیروهای واقعی زلزله با نسبت ضریب رفتار، r، کاسته شده و به سازه اعمال می شود و با فرض رفتار خطی اعضای سازه، نیروهای داخلی هر یک از اعضا محاسبه و طراحی می شود. وقوع زلزله های مخربی مانند لوماپریتا و نورتریج و برجا گذاشتن خسارات هنگفت، محققین را بر آن داشت تا سازه هایی را طراحی کنند که عملکردشان در حین زلزله قابل پیش بینی باشد، بدین منظور روش طراحی براساس عملکرد ایجاد گردید. طبق این روش بررسی و ارزیابی پاسخ دقیق سازه، فقط با استفاده از تحلیل های غیرخطی ممکن خواهد بود. تحلیل های غیرخطی به 2 دسته کلی تقسیم می گردند: 1) تحلیل استاتیکی غیرخطی: این نوع تحلیل نسبت به روش تاریخچه زمانی غیرخطی ساده تر می باشد، به همین دلیل در ارزیابی عملکرد سازه ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش تنها بخشی از منحنی هیسترزیس سازه مورد بررسی قرار گرفته و در ارزیابی عملکرد سازه ها فقط حداکثر جابه جایی های غیرخطی مورد توجه قرار می گیرد. این روش که به تحلیل بار افزون (پوش اور) مشهور است، تحلیل تقریبی است که در آن پس از اعمال بارهای ثقلی، سازه در معرض بارهای جانبی با یک الگوی مشخص که به صورت تدریجی افزایش می یابد، قرار داده می شود. در هر گام که بارهای جانبی به صورت تدریجی افزایش می یابند، سختی سازه اصلاح می گردد، بعبارت دیگر در هر گام معادله تعادل استاتیکی کنترل شده و این عمل تا زمانیکه مرکز جرم بام به یک مقدار تعریف شده (جابه جایی هدف یا نقطه عملکرد) برسد یا قبل از اینکه ناپایدار (فروریزی) شود، ادامه می یابد. در دستورالعمل بهسازی لرزهای، نشریه 360 برای تعیین جابه جایی هدف از روش ضرایب تغییرمکان که برگرفته از fema356 می باشد، استفاده می کند. در این روش جابه جایی هدف از حاصل ضرب تغییرمکان طیفی الاستیک متناظر با پریود مود اول ارتعاش ساختمان در مجموعه ای از ضرایب بدست می آید. 2) تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی: تحلیل تاریخچه زمانی روشی پیچیده و در عین حال دقیق برای ارزیابی نیازهای سازه تحت اثر نگاشت های حرکت زمین است. در این روش، آثار مودهای بالاتر و تغییرات در الگوی بار اینرسی به علت نرم شدگی سازه در خلال زلزله به طور خودکار درنظر گرفته می شود. در این تحقیق، ابتدا تحلیل های استاتیکی غیرخطی روی قاب های خمشی فولادی ویژه با تعداد طبقات 5، 10 و 15 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک انجام می گیرد. سپس بمنظور ارزیابی میزان و نحوه تغییر پارامترهای رفتار لرزه ای، از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی بعنوان روش دقیق استفاده می شود. مقایسه و بررسی نتایج نشان میدهد که به دلیل بارگذاری غیرمتغییر و درنظر نگرفتن مودهای بالاتر و تغییر مشخصه های دینامیکی در حین زلزله، پاسخ طبقات حاصل از تحلیل پوش اور برای سازه های میان مرتبه و بلند مرتبه در مقایسه با تحلیل تاریخچه زمانی متفاوت می باشد؛ به همین جهت استفاده از روش تحلیل پوش اور در تخمین عملکرد سازه در حین زلزله برای سازه های میان مرتبه و بلند مرتبه، نتایج نادرستی را نتیجه می دهد ولی برای سازه های کوتاه مرتبه استفاده از تحلیل پوش اور مناسب می باشد، رکوردهای نزدیک گسل در مقایسه با رکوردهای دور از گسل، به مراتب تقاضای بزرگتری به سازه اعمال می کنند و باعث غیرخطی شدن و اعمال تقاضای شکل پذیری بیشتر به سازه می گردند.