پایان نامه طیف های پاسخ غیر ارتجاعی زلزله های ایران بر اساس نوع خاک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد                                                    

«M.SC»گروه مهندسی عمران - گرایش سازه

 چکیده

کشور ایران به لحاظ موقعیت جغرافیائی و قرار گرفتن در کمر بند آلپ – هیمالیا ، کشوری زلزله خیز است و وقوع زلزله های مخرب ، منجر به بروز خسارت مالی و جانی فراوانی گردیده ، و در نتیجه باعث اتلاف منابع و سرمایه های هنگفت اقتصادی و انسانی شده است . بنابر این با مشاهده خرابیها و خسارات بر جای مانده از پی آمد زلزله های رخ داده در دهه های گذشته ، موضوع طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله اهمیت دو چندانی پیدا کرده است .و برای رسیدن به نقطه مطلوب یعنی طراحی و ساخت سازه های ایمن در برابر زمین لرزه ها ، تحقیقات زیادی در این زمینه صورت گرفته و ضرورت انجام پژوهش های وسیع تری در حوزه طراحی سازه های مقاوم انتظار می رود. در این پایان نامه به تهیه طیف پاسخ شتاب و جابجائی در مقابل زلزله های رخ داده در کشور ایران در یک بازه زمانی ٣٠ساله از سال ١٩٧٥ تا ٢٠٠٥ میلادی پرداخته شده است . و مولفه قوی افقی زمین لرزه ها ، که بیشینه شتاب آنها g ٠.١ و به بالا را داشته است مورد بررسی واقع شده اند .و این مولفه رکوردها پس از فیلتر و تصحیح محور شدن بوسیله نرم افزار Pitsa  ، طیف های پاسخ شتاب و جابجائی آنها تحت نرم افزار

Nonspec  در حالت ارتجاعی و غیر ارتجاعی در دو مدل بدون کاهش سختی و با کاهش سختی و به دو روش میانگین و فوق میانگین بر حسب نوع خاک تهیه شده است . و نتایج حاصله با طیف طرح استاندارد ٢٨٠٠ ایران مقایسه گردید.

طیف های بدست آمده از این تحقیق بیانگر آن است که طیف آیئن نامه ٢٨٠٠ ایران در ناحیه شتاب ثابت بر طیف پاسخ خطی منطبق و در خاک های نوع ٢ و ٣ حد فاصل دو طیف پاسخ میانگین و فوق میانگین واقع شده و برای خاک نوع ٤ بالاتر از طیف پاسخ فوق میانگین می باشد . همجنین مقادیر ضریب تشدید شتاب طیف آیئن نامه درناحیه تغییر مکان ثابت برای پریود های بزرگتر از ٠.٥ ثانیه در خاک های نوع ١ تا ٤ بالاتر از طیف های بدست آمده از  این مطالعه قرار گرفته است .

مقدمه :

پایان نامه حاضر در شش فصل تهیه و تدوین شده است . فصل اول آن به بیان مسئله و ضرورت توجه به این مقوله می باشد . فصل دوم ، شامل شناختی از زلزله و دستگاهای شتابنگاشت و طیف  می باشد. در فصل سوم ، روشهای اصلاح رکودهای زمین لرزه مورد بحث و بررسی قرار گرفته ودر فصل چهارم  روشهای تهیه طیف پاسخ به صورت تحلیلی ارایه می شوند .درفصل پنجم نحوه تهیه طیف های پاسخ ارتجاعی و غیر ارتجاعی زلزله های ایران  مورد بحث و بررسی قرار گرفته است . و در فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات بیان می گردد. و در پایان نیز منابع و مأخذ مورد  استفاده ، آورده شده است .

از آن جایی که کشورما ، در یک منطقه زلزله خیز واقع شده و هر چند سال یک بار، زلزله ای مخرب در آن رخ می دهد و باعث ایجاد خسارات جانی و مالی فراوان میشود و از طرفی ،  به دلیل شرایط خاص طبیعی و جغرافیایی خود ، همواره در معرض  زلزله بوده و هست و حوادث ناگواری را نیز در این زمینه تجربه کرده است ، لذا با توجه به اهمیت موضوع ، و لزوم پرداختن به بخش کوچکی ازمسائل طراحی مقاوم سازه ها در برابر زمین لرزه

،  پایان نامه حاضر تدوین گردید. و در آن به مطالعه مولفه قوی  رکورد زمین لرزه های ایران با بیشتنه شتاب 0.1g و به بالا ، در طول یک  بازه زمانی ٣٠ساله پرداخته شده است . و در نهایت  طیف های پاسخ ارتجاعی و غیر ارتجاعی زلزله های ایران بر اساس نوع خاک ارائه شده است . امید است این پژوهش ، هر چند ناچیز ، روزنه ای باشد در افزایش شناخت و آگاهی ، در زمینه طراحی و مقاوم سازی سازه ها ی موجود  ، تا با طراحی مناسب و بهسازی اصولی ساختمانها از شدت خسارات وارده کاسته گردد.

فصل اول

 کلیات تحقیق

١-١بیان مسأله :ارائه طیف های پاسخ غیر خطی برای مولفه قوی زمین لرزه های ایران در یک بازه زمانی ٣٠ ساله در خلال سالهای ١٩٧٥ تا ٢٠٠٥ میلادی ، که براساس مدل دو خطی ، کاهنده سختی ، برای سیستم سازه یک درجه آزاد با میرائی ٥% و شکل پذیری های مختلف ٢ ، ٤ ، ٦ ، ٨ و ١٠ می باشد.

٢-١ ضرورت تحقیق :زمین لرزه یکی از مهمترین پدیده های طبیعی است ، که با آسیب رسانی به ساختمانها و سایر تاسیسات مهم ، اثرات نا مطلوب اقتصادی و اجتماعی فراوان را به دنبال دارد .طراحی و ساخت مناسب سازه می تواند تاثیر عمده ای بر پایداری لرزه ای و در نتیجه کاهش صدمات وارده داشته باشد . بدین منظور تحقیقات وسیعی دراین زمینه انجام گرفته است .تا

با طراحی مناسب سازه ها ، و با تامین حداقل ایمنی جانی ساکنین ، این خسارات به حداقل برسد.

٣-١ پیشینه تحقیق :تحقیقات بسیاری درزمینه تهیه طیف های پاسخ زلزله صورت گرفته است از آن جمله به مطالعات انجام شده توسط نیو مارک و هال ، سید ، محرز و.... می توان اشاره کرد

.در کشور ما نیز تحقیقات در رابطه با این موضوع انجام پذیرفته است که برخی از آنها عبارتند از :

١- بررسی شتابنگاشتهای زلزله های ایران جهت تعیین طیف طراحی ، پایان نامه دکتری سرکار خانم فرزانه حامدی به راهنمایی دکتر محسن تهرانی زاده در دانشگاه صنعتی امیر کبیر

٢- طیف های ارتجاعی و غیر ارتجاعی زلزله های ایران ، پایان نامه کارشناسی ارشد ، آقای نادر فنایی به راهنمایی دکتر حسن مقدم در دانشگاه صنعتی شریف

٣- تهیه طیف بازتاب طراحی ایران وحید میر احسنی ، گزارش تحقیقاتی مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ، ....می توان اشاره نمود . توجه محققین به مطالعه این موضوع و ارایه مقالات علمی فراوان در کنفرانس ها و سمینارها ، اهمیت این موضوع را به وضوح بیان می نماید.

٤-١ اهداف تحقیق : ارایه طیف های پاسخ ارتجاعی و غیر ارتجاعی زلزله های ایران بر اساس نوع خاک

٥-١ روش تحقیق :کلیه وسایل و مراحل جمع آوری سیستماتیک اطلاعات و نحوه تجزیه و تحلیل منطقی آنها را برای رسیدن به یک هدف معین راروش تحقیق علمی گویند.

داده ها و اطلاعات مورد نیاز را می توان از راههای گوناگون برای انجام تحقیق به دست آورد.

جمع آوری این اطلاعات از طریق مطالعات کتابخانه ای (اسنادی ) و عملیات میدانی و از طریق مشاهده مستقیم امکان پذیر است .

در هر تحقیق و پژوهش ، روش تحقیق و متدولوژی به کار گرفته شده با توجه به نحوه نگرش محقق به موضوع و چارچوب و اصولی که آن را تعقیب می کند ، متفاوت است .

آنچه در تعیین نوع روش تحقیق مهم می باشد، موضوع تحقیق و اهداف آن است . در پژوهش حاضر نیز اطلاعات عددی مربوط به رکورد زلزله های ایران با مراجعه به مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن و مراکزی که این اطلاعات را ثبت می نمایند دریافت شده است . و سایر اطلاعات مورد نیاز را می توان با استفاده از اسناد و مدارک و به روش کتابخانه ای تهیه کرد . در مطالعات کتابخانه ای ، اطلاعات مورد نیاز شامل مسائل آماری ، مطالعات قبلی که در این زمینه انجام گرفته و همچنین گزارشها، جمع آوری می شود که ابزار جمع آوری اطلاعات در این مرحله فیش تحقیق می باشد و همچنین استفاده از انواع سایتهای اینترنتی می توان استفاده کرد.

فصل دوم

زلزله شناسی ، دستگاه های شتابنگاری و طیف پاسخ

فصل دوم : زلزله شناسی ، دستگاهای شتابنگاری و طیف پاسخ

مقدمه

زمین لرزه یکی از مهمترین پدیده های طبیعی است که با آسیب رسانی به ساختمان ها و سایر تاسیسات مهم ، اثرات نا مطلوب اقتصادی و اجتماعی فراوانی را به دنبال دارد.

در طی سالهای ١٩٠٠ تا ١٩٩٠ میلادی ، حدود ١١٠٠ زلزله مرگبار در ٧٥ کشور جهان رخ داده و بیش از ٨٠ درصد مرگ و میرهای حاصله در شش کشور جهان اتفاق افتاده است .

ایران با ١٢٠ هزار نفر تلفات انسانی در زمره این کشورهاست . همچنین در سالهای ١٩٨٢ تا

١٩٩١ کشور ایران بیشترین تعداد زلزله را تجربه کرده است . حدود ٦٠٠٠ زلزله میان سالهای

٦٠٠ تا ١٩٧٦ میلادی در ایران به ثبت رسیده است . عدم رعایت ابتدایی ترین نکات ایمنی در ساخت و سازها و وضعیت نامناسب بخش اعظم ساخت و سازهای شهری و بدون برنامه بودن این ساخت و سازها، پیش بینی خسارتهای سنگین ناشی از هر گونه حادثه ای در آینده را دور از ذهن نمی دارد.

بنابر این طراحی و ساخت وساز مناسب ، سازه می تواند تاثیر عمده ای بر پایداری لرزه ای و در نتیجه کاهش صدمات وارده از زمین لرزه داشته باشد.

٢-١ تعریف زلزله

برای شناخت هر پدیده ای در جهان در واقع لازم است ابتدا از آن تعریف مناسب و نسبتاَ جامعی داشته باشیم ، چرا که بدون دانستن تعریفی مناسب از آن نمی توان به ماهیت پدیده پی برد و آن را به خوبی درک نمود. در فرهنگ تک جلدی عمید زلزله را با فتح حروف «زَ»و «لَ» یعنی زلزله برخلاف آنچه در زبان عامه مردم رایج است ، آورده و می نویسد:«زمین لرزه ، لرزش و جنبش شدید و یا خفیف قشر کره زمین که به نقصان درجه حرارت مواد مرکزی و احداث چین خوردگی و فشار یا در اثر انفجارهای آتشفشانی بوقوع می رسد.»                        

فصل دوم : زلزله شناسی ، دستگاهای شتاب نگاری و طیف پاسخ

٢-١-١ ساختمان زمین

زمین جسمی تقریباٌ کروی به شعاع متوسط ٦٣٧٠ کیلومتر میباشد .با توجه به اینکه زلزله در واقع انتشار امواج ناشی از انرژی ،آزاد شده در پی اغتشاشات درونی زمین میباشد ، نحوه رفتار کاملاٌ به ساختار زمین در مسیر انتشار امواج بستگی دارد.

زیر سطح زمینی که ما بر آن گام می گذاریم برخلاف سطح سخت و جامد آن ویژگیهای خاص خود را دارد. با افزایش عمق هم جنس و هم حالت مواد سازنده زمین تغییر می کند. این همان چیزی است که باعث تعجب و شگفتی می شود. کره زمین را براساس تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی آن به چند لایه تقسیم می نمایند.[ ١ ]

٢-١-١-٢ پوسته

پوسته زمین از دو بخش تشکیل می شود:

الف ) بخش سیال (SIAL) که بیشتر از سنگهای گرانیتی و گرانودیوریت تشکیل و بعلت فراوانی عناصر سیلیسیم و آلومینیوم (SI-AL) بنام سیال خوانده می شود.

ب) بخش سیما(SIMA ) که قشر زیرین پوسته است و بیشتر از سنگهای بازالتی تشکیل شده و به علت دارا بودن سیلیسیم ومنیزیم (SI-MG) به نام سیما معروف است .

البته از تخریب سنگهای دو بخش بالا طبقه رسوبی تشکیل می گردد که شامل آبرفتها و نهشته های مختلف است . ضخامت این طبقه در گودیها گاهی به ١٠ کیلومتر می رسد و در بعضی جاها این ضخامت دگرگون شده است . 

(تصاویر و جداول در فایل اصلی موجود است)

٢-١-١-٣  گوشته

دومین گستردگی که در روند امواج منتشر شده از زلزله ها مشاهده می شود در عمق ٢٩٠٠ کیلومتری از سطح زمین است و بنام « گوتنبرگ » معروف است ، و  به چند بخش تقسیم می

شود: 

 الف )لایه بالایی : بخش بالایی همراه با پوسته یک لایه به ضخامت ٧٠ تا ١٠٠ کیلومتر را تشکیل می دهد که از سنگهای سخت و شکننده تشکیل شده و بنام « سنگ کره » خوانده می شود. سنگ کره به قطعاتی تقسیم شده که به هر یک از آنها صفحه می گویند. صفحه ها نسبت به یکدیگر در حال تغییر و جابجائی می باشند که این حرکتها رویدادهای زمین شناسی را به وجود می آورد . [ ٢ ]  محققین زمین شناسی بر وجود سنگهای فوق بازی در این قسمت اتفاق نظر دارند، اما در مورد توزیع آن اتفاق نظر ندارند.

Abstract

Being in Alpine – Himalaya belt and having geographic conditions, Iran

is counted as a seismic region. On the other hand destroyer earthquakes

have caused economical damages and lots of populations have died in

these disasters, so too many expenditure and human resources are missed.

Therefore having in mind these defects, designing stronger and reinforced

structures has much importance than last decades. To reach the goal and

designing and producing secure structure against earthquake, too many

scholars are worked about but it is necessary to research more.

In this thesis displacement and accelerate response spectra against

earthquake in Iran between 1975 until 2005 is prepared and strong

earthquake horizontal factor with accelerate equal to 0.1g and upper are

considered. After filtering and axis correction with Pitsa software,

displacement and acceleration response spectra in elastic and non elastic

modes with Nonspec software was prepared. This was possible with two

models of hardness decreasing and non hardness decreasing and two

methods of average and over average according to soil type. Results are

compared with standard plan spectra no. 2800 of Iran.

Obtained  spectrums  describe  Iran Instruction No.2800  in  constant

acceleration spectrum is equal to linear response spectrum and in soil

types 2 and 3 locates between average and over average response

spectrum. So for soil type 4 it is upper than over average response

spectrum. Furthermore  acceleration resonance coefficient values of

Instruction spectrum in constant displacement location are studied in

upper spectrums for periods upper than 0.5 sec in soil types of 1 to 4.