assessment of the park- ang damage index for performance levels of rc moment resisting frames

چکیده هدف اصلی از طراحی لرزه ای تامین ایمنی جانی در هنگام وقوع زلزله و تعمیر پذیر بودن سازه خسارت دیده، پس از وقوع زلزله است. تجربه زلزله های اخیر نشان داده است که ساختمان های طراحی شده با آیین نامه های مبتنی بر نیرو از نظر محدود نمودن خسارت وارده بر سازه دقت لازم را ندارند. این امر سبب پیدایش نسل جدید آیین نامه های مبتنی بر عملکرد شده است. در این آیین نامه ها بر اساس تغییرشکل های غیرارتجاعی اعضا، سطوح عملکرد تعریف می شود و بر این مبنا طراحی صورت می گیرد. بنابراین لازم است میان سطوح عملکرد و خسارت های ایجاد شده در اعضا، ارتباط مناسب برقرار شود. برای ارزیابی و برآورد خسارت اعضا معیارهایی تحت عنوان شاخص های خسارت تعریف شده اند. شاخص های خسارت معیارهایی هستند که شامل چند متغیر خسارت بوده و اثرات آن متغیرها را روی خسارت عضو نشان می دهند. یکی از مهمترین شاخص های خسارت موجود، شاخص خسارت پارک و انگ (1987) است. شاخص خسارت پارک-انگ، خسارت اعضای بتن مسلح را به صورت ترکیب خطی از بیشینه تغییرشکل ها و انرژی چرخه ای جذب شده به صورت زیر ارائه می دهد: d_pa=?_m/?_u +?_pa (??de)/(q_y ?_u ) به صورت تحلیلی مقدار d_pa برای حالت بدون خسارت برابر صفر بوده و برای فروریزش سازه، باید برابر با یک باشد. ضریب ? بیان کننده کاهش مقاومت عضو در رفتار چرخه ای است و سهم خسارت های ناشی از استهلاک انرژی یا خسارت مقاومتی عضو را مشخص می کند. پارک و انگ از این ضریب برای کالیبره کردن شاخص خسارت خود استفاده کرده اند و رابطه ضریب ?_pa را به گونه ای بدست آوردند که شاخص در نقطه گسیختگی به مقدار یک همگرا شود. بر اساس نتایج بدست آمده، رابطه زیر ارائه شده است: ?_pa=(-0.447+0.073 l/d+0.24n_?+0.314?_t )*?0.7?^(?_w ) وجود پراکندگی زیاد در نقطه گسیختگی و عدم قطعیت موجود در ضریب ?_pa، محققان را به انجام پژوهش های بیشتر در این زمینه واداشت. با گذشت چند سال کوناث و همکاران (1992) رابطه اصلاحی خود را ارائه کردند: d_k=(?_m-?_y)/(?_u-?_y )+?_k (??de )/(m_y ?_u ) مهمترین تفاوت های رابطه ی اصلاحی کوناث، بازنویسی این رابطه بر اساس منحنی لنگر- انحنا و حذف ضریب ?_pa و بجای آن استفاده از ضریب کاهش مقاومت در مدل چرخه ای است. ثابت گرفتن مقدار ضریب ? باعث افزایش پراکندگی شاخص در نقطه گسیختگی و سطوح عملکرد بالا می شود. رجبی و برقی (1390) شاخص خسارت پارک- انگ را برای نمونه ستونهای بتن آرمه مورد بررسی قرار دادند. آنها بر اساس نتایج بدست آمده از آزمایش ها و با استفاده از همان متغیرهای ضریب ?_pa، رابطه ی زیر را برای این ضریب ارائه داده اند: ?_rb=(-0.287+0.098 l/d+0.229n_.+0.21?)*?0.687?^(?_w ) در این مطالعه شاخص خسارت پارک-انگ و روابط اصلاحی آن در سطوح عملکرد اعضا شامل سطح قابلیت استفاده بی وقفه، ایمنی جانی و آستانه فروریزش مورد بررسی قرار گرفته است. به این ترتیب که مقادیر شاخص در این سطوح، سهم خسارتهای تغییرمکانی و مقاومتی در اعضای مختلف و نحوه توزیع خسارت میان اعضا ارزیابی شده است. برای این منظور سه قاب خمشی بتن مسلح با تعداد طبقات مختلف در نظر گرفته شده و در سه سطح عملکرد طراحی شده است. بر روی این قابها تحت هفت شتابنگاشت تحلیل دینامیکی غیرخطی انجام شده و در نهایت تحلیل خسارت روی آنها صورت گرفته است. به طور کلی در این نه قاب، سه شاخص خسارت مورد نظر برای همه اعضا بدست آمده و روی مقادیر و نحوه توزیع خسارت ها بحث شده است و به طور خلاصه برخی از این نتایج در ادامه اشاره می شود. شاخص خسارت تیرها با مقدار دوران ایجاد شده در مفاصل پلاستیک رابطه ی مستقیم دارند. در اعضا با سطح عملکرد قابلیت استفاده بی وقفه این رابطه خطی بیشتر نمایان است اما با افزایش مقدار دوران در اعضا یا به عبارت دیگر در سطح عملکرد آستانه فروریزش، پراکندگی بیشتری برای شاخص ها وجود دارد. در این سطح عملکرد، سهم زیادی از خسارت عضو ناشی از رفتار چرخه ای است و به علت ضعف ضرایب ?، این خسارتها نشان داده نمی شوند. در شکل 1 شاخص خسارت تیرهای قاب شش طبقه و سه دهانه در سطح عملکرد آستانه فروریزش در مقابل دوران مفصل پلاستیک ترسیم شده است. شکل 1. شاخص خسارت تیرهای قاب شش طبقه و سه دهانه در مقابل دوران مفصل پلاستیک این قاب در سطح عملکرد آستانه فروریزش به گونه ای طراحی شده است که ستون ها کنترل کننده سطح عملکرد باشند، به عبارت دیگر ابتدا ستونها به حداکثر دوران مجاز در مفصل های پلاستیک خود می رسند، در این نوع قابها از ظرفیت استهلاک انرژی تیرها به طور کامل استفاده نمی شود و سهم خسارت مقاومتی آنها به شدت کاهش می یابد. در این حالت شاخص خسارت کمتری برای تیرهای با سطح عملکرد آستانه فروریزش در مقایسه با تیرهای با سطح عملکرد ایمنی جانی بدست می آید. توزیع خسارت های ناشی از رفتار چرخه ای (strength damage) در ارتفاع متناسب با بیشینه تغییرمکان نسبی طبقات است. به طور معمول در قابهای خمشی بتن مسلح بیشینه تغییرمکان نسبی طبقات (drift)، در طبقه های میانی ایجاد می شود و به همین ترتیب خسارت تیرها در این طبقه بیشتر خواهد بود. می توان نتیجه گرفت که خسارت تیرها و همچنین توزیع خسارت مقاومتی تیرها در ارتفاع، متناسب با تغییر مکان نسبی طبقات است. اختلاف میان سه شاخص خسارت در ستونها بسیار کم بوده و مقادیر آنها بسیار نزدیک به هم است. در سه شاخص خسارت سهم خسارت مقاومتی ستونها بسیار کم بوده و در حدود 10 درصد است. این امر نشان می دهد که این شاخص ارتباط ضعیفی با خسارتهای چرخه ای یا خسارت های مقاومتی ستونها داشته و نمی تواند این نوع خسارت ها را برآورد کند. بیشینه شاخص خسارت تیرها در طبقات میانی و بیشینه شاخص خسارت ستونها در طبقه اول روی می دهد، در مقابل در طبقه های میانی خسارت ستونها نزدیک به صفر است. به عبارت دیگر می توان گفت که توزیع خسارت ستونها دقیقا برعکس توزیع خسارت در میان تیرهای طبقات است.