1-3-7-2-3 مدل مدالوس.. 21

1-3-7-2-4 مدل گلاسود.. 22

1-3-7-2-5 مدل ESAs. 22

1-3-7-2-6 مدل LADA.. 23

1-3-7-2-7 پروژه ارزیابی بیابان زاییDesert links. 24

1-3-7-2-8 روش MEDACTION.. 24

1-3-7-3…………………………………………………………. مدلهای ارائه شده در سطح ملی.. 25

1-3-7-3-1 مدل ICD.. 25

1-3-7-3-2 روش IMDPA.. 26

1-3-7-3-3 طرح بیابان زایی.. 27

1-3-7-4 جمع بندی از بررسی مدل ها و روش های مطالعه بیابان زایی 28

عنوان صفحه

2 فصل دوم: مواد و روش ها

2-1 مقدمه.. 29

2-2 موقعیت جغرافیایی.. 29

2-3 موقعیت و ویژگی های ژئومورفولوژی.. 30

2-3-2………………………………………………………………………………………………………………….. سطوح ارضی.. 32

2-3-3…………………………………………………………………. چشم اندازها و واحدهای فرمی.. 33

2-3-4……………………………………………………………………………………………… فرآیند ژئومورفیک.. 36

2-4 موقعیت و ویژگی های زمین شناسی.. 37

2-4-2…………………………………………………………………………………………………………. مورفوتکتونیک.. 38

2-4-3……………………………………………………………. رخساره های ارضی و مواد مادری.. 41

2-5 موقعیت و ویژگی های هیدرولوژی.. 43

2-6 موقعیت و ویژگی های اقلیمی.. 47

2-7 مراحل عمده روش انجام کار.. 53

2-8 پایش وضعیت بیابان زایی.. 55

2-9 شاخص های اکوژئومورفولوژی موثر و لایه های رقومی آنها.. 56

2-9-1……………………………………………………………………………….. شاخص های ژئومورفولوژی.. 57

2-9-1-2………………………………………………………………………………………………… طبقات ارتفاعی.. 57

2-9-1-3…………………………………………………………………………………………………………………………….. شیب.. 59

2-9-1-4………………………………………………………………………………………………………………….. جهت شیب.. 60

2-9-1-5……………………………………………………………………………………… واحدهای ژئومورفیک.. 61

2-9-1-6………………………………………………………………………………………………………………. جنس مواد.. 63

2-9-1-7…………………………………………………………………………………………………………………….. فرسایش.. 65

2-9-2………………………………………………………………………………………………… شاخص های اقلیمی.. 66

2-9-2-2…………………………………………………………………………………………………………………………….. دما.. 67

2-9-2-3………………………………………………………………………………………………………………………….. بارش.. 69

2-9-2-4…………………………………………………………………………………………………………. رطوبت نسبی.. 72

2-9-2-5…………………………………………………………………………….. تبخیر و تعرق پتانسیل.. 74

2-9-2-6……………………………………………………………………………………………………. وضعیت اقلیمی.. 76

2-9-2-7………………………………………………………………………………………………… وضعیت خشکسالی.. 78

2-9-2-8……………………………………………………………………………………………………. ساعات آفتابی.. 80

2-9-2-9…………………………………………………………………………….. حداکثر سرعت باد غالب.. 81

2-9-3………………………………………………………………………………………… پارامترهای اکولوژی.. 82

2-9-3-2……………………………………………………………………………………………………. عوامل انسانی.. 83

2-9-3-2-1 تراکم جمعیت.. 84

عنوان صفحه

2-9-3-2-2 تراکم مراکز انسانی.. 86

2-9-3-2-3 کاربری اراضی.. 87

2-9-3-3………………………………………………………………………………………………… اکولوژی گیاهی.. 89

2-9-3-3-1 تراکمپوشش گیاهی.. 89

2-9-3-3-2 تیپ گیاهی.. 91

2-10 پایگاه داده.. 93

2-11 تعیین وزن پارامترها و روش های مدل سازی.. 95

2-12اعتبارسنجیمدل ها و ارزیابی عملکرد نقشه های پهنه بندی 95

3 فصل سوم: یافته ها و نتایج

3-1 مقدمه.. 97

3-2 پایش وضعیت بیابان زایی.. 97

3-3 مدل سازی ژئومورفولوژی.. 107

3-4 مدل سازی اقلیمی.. 112

3-5 مدل سازی اکولوژیکی.. 117

3-6 مدل تلفیقی بیابان زایی به روش گام به گام.. 122

3-7 مدل سازی بیابان زایی به روش یک جا.. 125

3-8 آزمون میدانی نتایج مدل ها.. 128

4 فصل چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات

4-1 بحث و نتیجه گیری.. 133

4-2 آزمون فرضیات و پاسخگویی به سوالات.. 136

4-3 پیشنهادات.. 137

منابع و مآخذ….. 139

فهرست شکل ها

عنوان صفحه

شکل (1-1): مهمترین فرایندهای بیابان زایی از دیدگاه فائو- یونیپ 17

شکل (1-2): مهترین عوامل موثر در بیابان زایی.. 18

شکل (1-3): مراحل مختلف و چگونگی انجام طرح بیابان زایی.. 28

شکل (2-1): موقعیت جغرافیایی منطقه مطالعاتی.. 30

شکل (2-2): موقعیت کویر حاج علی قلی در کلان سطوح ژئومورفیک ایران 31

شکل (2-3): موقعیت کویر حاج علی قلی در نقشه کلان واحدهای ارتفاعات و ناهمواریهای ایران.. 31

شکل (2-4): نقشه سطوح ارضی حوضه آبی کویر حاج علی قلی.. 32

شکل (2-5): بلوک دیاگرام رابطه زمین شناسی و ژئومورفولوژی چاله دامغان 35

شکل (2-6): نقشه ژئومورفولوژی حوضه آبی کویر حاج علی قلی.. 36

شکل (2-7): موقعیت کویر حاج علی قلی در کلان واحدهای رسوبی- ساختاری ایران 38

شکل (2-8): نقشه تکتونیک گسلی حوضه آبخیز دامغان.. 41

شکل (2-9): رخسارههای زمینشناسی حوضه آبی کویر حاج علی قلی.. 43

شکل (2-10): موقعیت هیدرولوژیکی حوضه آبی کویر حاج علی قلی.. 44

شکل (2-11): شواهد تراسهای دریاچه ای کویر حاج علیقلی.. 45

شکل (2-12): بلوک دیاگرام سطح فعلی کویر حاج علی قلی نسبت به ارتفاعات اطراف 46

شکل (2-13): آبراهه های حوضه آبی کویر حاج علی قلی.. 47

شکل (2-14): موقعیت اقلیمی حوضه آبی کویر حاج علی قلی.. 48

شکل (2-15): نمودار مقادیر مولفه های درجه حرارت در ایستگاه دامغان 50

شکل (2-16): نمودار مقادیر مولفه های بارندگی در ایستگاه دامغان 50

شکل (2-17): نمودار مقادیر مولفه های رطوبت نسبی ایستگاه دامغان 51

شکل (2-18): نمودار حداکثر سرعت باد غالب ایستگاه دامغان.. 51

شکل (2-19): گلباد ایستگاه دامغان.. 52

شکل (2-20): نمودار مجموع ماهیانه ساعات آفتابی ایستگاه دامغان 53

شکل (2-21): پروسه و مراحل عمده روش انجام کار پژوهش حاضر.. 54

شکل (2-22): مراحل اجرایی روش پایش بیابان زایی منطقه.. 56

شکل (2-23): نقشه طبقات ارتفاعی در منطقه مطالعاتی.. 58

شکل (2-24): مساحت طبقات ارتفاعی و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 58

شکل (2-25): نقشه شیب منطقه مطالعاتی.. 59

شکل (2-26): مساحت طبقات شیب و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 60

شکل (2-27): نقشه جهت شیب در منطقه مطالعاتی.. 61

شکل (2-28): مساحت طبقات جهت شیب و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 61

شکل (2-29): نقشه واحدهای ژئومورفیک منطقه مطالعاتی.. 63

شکل (2-30): مساحت طبقات واحدهای ژئومورفیک و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 63

عنوان صفحه

شکل (2-31): نقشه لیتولوژی منطقه مطالعاتی.. 64

شکل (2-32): مساحت طبقات لیتولوژی و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 64

شکل (2-33): نقشه کلاس های فرسایشی منطقه مطالعاتی.. 65

شکل (2-34): مساحت کلاس های فرسایشی و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 66

شکل (2-35): رابطه خطی معکوس بین ارتفاع و دما.. 68

شکل (2-36): نقشه هم دمای منطقه مطالعاتی.. 69

شکل (2-37): مساحت کلاس های دمایی و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 69

شکل (2-38): رابطه خطی مستقیم بین ارتفاع و بارش.. 70

شکل (2-39): نقشه هم بارش منطقه مطالعاتی.. 71

شکل (2-40): مساحت کلاس های بارشی و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 71

شکل (2-41): رابطه خطی معکوس بین دما و رطوبت نسبی.. 72

شکل (2-42): نقشه رطوبت نسبی منطقه مطالعاتی.. 73

شکل (2-43): مساحت کلاس های رطوبت نسبی و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 73

شکل (2-44): رابطه خطی مستقیم بین دما و تبخیروتعرق.. 74

شکل (2-45): نقشه تبخیروتعرق پتانسیل منطقه مطالعاتی.. 75

شکل (2-46): مساحت کلاس های تبخیروتعرق پتانسیل و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه.. 75

شکل (2-47): نقشه وضعیت اقلیمی منطقه مطالعاتی به روش دومارتن 77

شکل (2-48): مساحت کلاس های وضعیت اقلیمی و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 77

شکل (2-49): نقشه وضعیت خشکسالی منطقه مطالعاتی بر مبنای روش SPI 79

شکل (2-50): مساحت کلاس های خشکسالی و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه 79

شکل (2-51): نقشه تعداد ساعات آفتابی منطقه مطالعاتی.. 80

شکل (2-52): مساحت کلاس های تعداد ساعات آفتابی و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه.. 81

شکل (2-53): نقشه حداکثر سرعت باد غالب منطقه مطالعاتی.. 82

شکل (2-54): مساحت کلاس های حداکثر سرعت باد غالب و مقدار بیابان زایی رخداده در هر طبقه.. 82

شکل (2-55): نقشه تراکم جمعیت منطقه مطالعاتی براساس آمار سال 1385 85

شکل (2-56): نمودار مساحت کلاسهای عامل تراکم جمعیت در حوضه مطالعاتی 85

شکل (2-57): نقشه تراکم مراکز انسانی منطقه مطالعاتی.. 86

شکل (2-58): نمودار مساحت کلاسهای عامل تراکم مراکز انسانی در حوضه مطالعاتی 87

شکل (2-59): نقشه کاربری اراضی منطقه مطالعاتی.. 88

شکل (2-60): نمودار مساحت کلاسهای عامل کاربری اراضی در حوضه مطالعاتی 88

شکل (2-61): نقشه تراکم پوشش گیاهی منطقه مطالعاتی.. 90

شکل (2-62): نمودار مساحت طبقات عامل تراکم پوشش گیاهی در حوضه مطالعاتی 91

شکل (2-63): نقشه عامل تیپ پوشش گیاهی منطقه مطالعاتی.. 92

شکل (2-64): نمودار مساحت طبقات عامل تیپ پوشش گیاهی در حوضه مطالعاتی 92

عنوان صفحه

شکل (3-1): نقشه تحلیل مولفه مبنا تصویر سال 1987.. 98

شکل (3-2): نقشه تحلیل مولفه مبنا تصویر سال 2006.. 99

شکل (3-3): نقشه تفاضلی تحلیل مولفه مبنا.. 99

شکل (3-4): نقشه تسلدکپ تصویر سال 1987.. 100

شکل (3-5): نقشه تسلدکپ تصویر سال 2006.. 100

شکل (3-6): نقشه تفاضلی تابع تسلدکپ.. 101

شکل (3-7): نقشه شوری سال 1987 براساس رابطه (4-1) ………………………………………………………………………..102

شکل (3-8): نقشه شوری سال 2006 براساس رابطه (4-1) ………………………………………………………………………. 102

شکل (3-9): نقشه تفاضلی شوری خاک براساس رابطه (4-1) …………………………………………………………………… 103

شکل (3-10): نقشه شوری سال 1987 براساس رابطه (4-2) ……………………………………………………………………. 103

شکل (3-11): نقشه شوری سال 2006 براساس رابطه (4-2) ……………………………………………………………………. 104

شکل (3-12): نقشه تفاضلی شوری خاک براساس رابطه (4-2) ………………………………………………………………… 104

شکل (3-13): نقشه شوری سال 1987 براساس رابطه (4-3) ……………………………………………………………………. 105

شکل (3-14): نقشه شوری سال 2006 براساس رابطه (4-3) ……………………………………………………………………. 105

شکل (3-15): نقشه تفاضلی شوری خاک براساس رابطه (4-3) ………………………………………………………………… 106

شکل (3-16): نقشه نهایی بیابان زایی حوضه آبی کویر حاج علی قلی 107

شکل (3-17): مدلسازی ژئومورفولوژیکی رخداد بیابان زایی در حوضه آبی کویر حاج علی قلی 110

شکل (3-18): مساحت طبقات وضعیت بیابان زایی حوضه مطالعاتی براساس مدل ژئومورفولوژیکی.. 111

شکل (3-19): نتایج حاصل از اعتبارسنجی نقشه پهنه بندی مدل ژئومورفولوژی 112

شکل (3-20): پهنه های تخریب اراضی کویر حاج علی قلی براساس مدل اقلیمی 115

شکل (3-21): مساحت طبقات وضعیت بیابان زایی حوضه مطالعاتی براساس مدل اقلیمی 115

شکل (3-22): نتایج حاصل از اعتبارسنجی نقشه پهنه بندی مدل اقلیمی 116

شکل (3-23): پهنه های تخریب اراضی کویر حاج علی قلی براساس مدل اکولوژی 120

شکل (3-24): مساحت طبقات وضعیت بیابان زایی حوضه مطالعاتی براساس مدل اکولوژی 120

شکل (3-25): نتایج حاصل از اعتبارسنجی نقشه پهنه بندی مدل اکولوژی 121

شکل (3-26): پهنه های تخریب اراضی کویر حاج علی قلی براساس مدل نهایی 123

شکل (3-27): مساحت طبقات وضعیت بیابان زایی حوضه مطالعاتی براساس مدل نهایی 123

شکل (3-28): نتایج حاصل از اعتبارسنجی نقشه پهنه بندی مدل نهایی 124

شکل (3-29): پهنه های تخریب اراضی کویر حاج علی قلی براساس مدل اینتر 127

شکل (3-30): مساحت طبقات وضعیت بیابان زایی حوضه مطالعاتی براساس مدل اینتر 127

شکل (3-31): نتایج حاصل از اعتبارسنجی نقشه پهنه بندی مدل اینتر 128

شکل (3-32): موقعیت سایتهای نمونه برداری و تصاویر تهیه شده از وضعیت بیابان زایی آنها.. 131

فهرست جدول ها

عنوان صفحه

جدول (1-1): معرفی اجمالی مدلهای مطالعه بیابان زایی در سطح جهانی 19

جدول (1-2): معرفی اجمالی مدل های مطالعه بیابان زایی در سطح ملی 19

جدول (2-1): جدول راهنمای تألیفی نقشه ژئومورفولوژی منطقه مورد مطالعه 37

جدول (2-2): گسل های موثر در زمین ساخت حوضه آبی کویر حاج علی قلی 39

جدول (2-3): مقادیر عناصر اقلیمی ایستگاه دامغان از بدو تاسیس تا 1391 49

جدول (2-4): شاخص های ژئومورفولوژی مورد استفاده در این پژوهش 57

جدول (2-5): مشخصات و آمار اقلیمی ایستگاههایهواشناسیموجود در منطقه 67

جدول (2-6): شاخص طبقه بندی اقلیمی دومارتون.. 76

جدول (2-7): درجهبندی شدت و احتمال وقوع شاخص SPI. 78

جدول (2-8): شاخص های اکولوژی مورد استفاده در این پژوهش.. 83

جدول (2-9): مراکز سکونتی و تعداد نفرات جمعیت آنها براساس سرشماری سال 1385 84

جدول (2-10): ارتباط بین ارزش عددی پیکسلهای تصویر خروج حاصل از NDVI و پوشش گیاهی 90

جدول (2-11): آمار توصیفی کلاسهای بیابان زایی و پارامترهای اکوژئومورفولوژی 93

جدول (2-12): پایگاه دادهی رقومی براساس مقدار واقعی متوسط پارامترهای کمّی 94

جدول (3-1): ارزیابی دقت توابع پایش تغییرات بیابان زایی.. 106

جدول (3-2): نتایج حاصل از آنالیز رگرسیون بین مناطق بیابان زایی و طبقات عوامل موثر.. 108

جدول (3-3): نتایجاعتبار سنجیمدل ژئومورفولوژی.. 110

جدول (3-4): نتایج حاصل از ارزیابی دقت نقشه پهنه بندی رخداد بیابان زایی در کویر حاج علی قلی.. 111

جدول (3-5): نتایج حاصل از آنالیز رگرسیون بین مناطق بیابان زایی و طبقات عوامل اقلیمی.. 113

جدول (3-6): نتایج اعتبار سنجی مدل اقلیمی.. 115

جدول (3-7): نتایج ارزیابی دقت پهنه بندی بیابان زایی در کویر حاج علی قلی براساس مدل اقلیمی.. 116

جدول (3-8): نتایج حاصل از آنالیز رگرسیون بین مناطق بیابان زایی و طبقات پارامترهای اکولوژی.. 117

جدول (3-9): نتایج اعتبار سنجی مدل اکولوژی.. 119

جدول (3-10) نتایج ارزیابی دقت پهنه بندی بیابان زایی در کویر حاج علی قلی براساس مدل اکولوژی.. 121

جدول (3-11): نتایج اعتبار سنجی مدل تلفیقی بیابان زایی به روش گام به گام 122

جدول (3-12): نتایج ارزیابی دقت نقشه پهنه بندی بیابان زایی براساس مدل تلفیقی …………………… 124

جدول (3-13): مقادیر ضرایب پارامترهای مدل یک جا.. 125

جدول (3-14): نتایج اعتبار سنجی مدل یک جا.. 126

جدول (3-15): نتایج ارزیابی دقت پهنهبندی بیابان زایی در کویر حاج علی قلی براساس مدل یک جا.. 127

جدول (3-16): نتایج انطباق و مقایسه وضعیت بیابان زایی مشاهده شده با وضعیت های پیش بینی شده.. 132

1 فصل اول

زلزله، طبقه نرم، قاب خمشی بتن مسلح، تحلیل دینامیکی خطی طیفی، تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش­آور)






فهرست مطالب
فصل اول: تئوری مساله
-11- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………2
1-2- اهمیت موضوع………………………………………………………………………………………………………………..5
1-3- تعریف طبقه نرم………………………………………………………………………………………………………………..6
1-4- سابقه طبقه نرم در آیین­نامه­های مختلف………………………………………………………………………………..6
1-5- بر پیشینه تحقیقاتی…………………………………………………………………………………………………15
1-6- ویژگی­­های طبقه نرم………………………………………………………………………………………………………..18
1-7- عوامل موثر بر ایجاد طبقه نرم…………………………………………………………………………………………….19
1-7-1- اثر میانقاب­ها و دیوارهای جدا کننده………………………………………………………………………………20
1-7-2- اثر ارتفاع…………………………………………………………………………………………………………………..23
1-8- چگونگی طراحی برای جلوگیری از ایجاد طبقه نرم………………………………………………………………24
1-9- تجزیه و تحلیل نیروهای وارد به طبقه نرم…………………………………………………………………………….25
1-10- علت و مکانیسم خرابی…………………………………………………………………………………………………..27
1-11- عوامل موثر در تشدید خرابی…………………………………………………………………………………………..31
1-12- خرابی­های مشابه خرابی­های سازه­های دارای طبقه نرم………………………………………………………….32
1-13- فصل­های مختلف پژوهش………………………………………………………………………………………………36

فصل دوم: کلیات مدلسازی
2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………38
2-2- معرفی قاب­های مورد مطالعه……………………………………………………………………………………………38
2-3- محاسبه ضریب زلزله در قاب­های مورد مطالعه……………………………………………………………………..40
فصل سوم: تحلیل طیفی
3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………44
3-2- محاسبه میزان سختی طبقه در قاب­های مدلسازی شده…………………………………………………………….44
3-3- آنالیز دینامیکی خطی طیفی………………………………………………………………………………………………46
3-4- اثر طبقه نرم بر جابجایی سازه…………………………………………………………………………………………….49
3-5- اثر طبقه نرم بر دریفت سازه……………………………………………………………………………………………….56
3-6- اثر طبقه نرم بر نیروهای داخلی سازه…………………………………………………………………………………..62
3-7- اثر طبقه نرم بر زمان تناوب مودهای سازه…………………………………………………………………………….73
3-8- صحت­سنجی…………………………………………………………………………………………………………………77

فصل چهارم: تحلیل استاتیکی غیرخطی
4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………80
4-2- آنالیز استاتیکی غیرخطی………………………………………………………………………………………………….80
4-3- روش ضرایب فما 356……………………………………………………………………………………………………..81
4-3-1- محاسبه ضرایب فما 356 و جابجایی هدف………………………………………………………………………86
4-3-2- مدول رفتار دوخطی نیرو-تغییر مکان در استاندارد فما 356………………………………………………….87
4-4- الگوی بار جانبی…………………………………………………………………………………………………………….87
4-5- سطوح عملکرد لرزه­ای سازه……………………………………………………………………………………………88
4-6- نحوه مدلسازی برای تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش­آور)……………………………………………………..89
4-7- تجزیه و تحلیل نمودارها…………………………………………………………………………………………………..90
4-7-1- تاثیر حرکت طبقه نرم به سمت بالا بر منحنی ظرفیت سازه…………………………………………………91
4-7-2- تاثیر افزایش ارتفاع طبقه نرم بر منحنی ظرفیت سازه…………………………………………………………98
4-7-3- چگونگی پخش مفاصل پلاستیک در سازه…………………………………………………………………….102
4-8- صحت سنجی……………………………………………………………………………………………………………….105

فصل پنجم: تاثیر خرابی طبقه نرم بر محیط زیست
5-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….107
5-2- تاثیر سازه­های بتنی دارای طبقه نرم بر آلودگی هوا پس از زلزله……………………………………………..108
5-3- کاربرد نانوتکنولوژی برای کنترل ذرات معلق و جلوگیری از آلودگی هوا……………………………….111

فصل ششم:جمع­بندی و ارائه پیشنهاد
6-1- خلاصه و جمع­بندی………………………………………………………………………………………………………115
6-2- نتایج…………………………………………………………………………………………………………………………..116
6-3- پیشنهادهایی جهت ادامه کار……………………………………………………………………………………………120

منابع…………………………………………………………………………………………………………………………121








فهرست اشکال
فصل اول: تئوری مساله
شکل 1-1: نحوه انتقال انرژی زلزله به سازه…………………………………………………………………………………….3
شکل 1-2: ایجاد تغییر مکان جانبی ماندگار 6 درجه­ای در اثر پدیده نرم………………………………………………4
شکل 1-3: نمونه­ای از خرابی ناشی از پدیده طبقه نرم در ژاپن……………………………………………………………4
شکل 1-4: شکست طبقه نرم به علت حذف میانقاب­ها……………………………………………………………………..5
شکل 1-5: زلزله 1382 بم: مدفون شدن 3 طبقه از ساختمان در اثر پدیده طبقه نرم………………………………….8
شکل 1-6: زلزله 1382 بم؛ ایجاد تغییر شکل ماندگار به علت طبقه نرم……………………………………………….9
شکل1-7: زلزله 1994 نورتریج؛ خرابی ساختمان در اثر پدیده طبقه نرم……………………………………………..10
شکل 1-8: شکست طبقه پنجم از ساختمان 8 طبقه……………………………………………………………………….. 11
شکل 1-9: کوبه 1995 …………………………………………………………………………………………………………… 11
شکل 1-10: سطح آسیب وارده به سازه­های با طبقه همکف باز در زلزله 1995 کوبه…………………………….11
شکل 1-11: زلزله 1999 کوجائلی …………………………………………………………………………………………….13
شکل 1-12: زلزله 1999 دوزجه……………………………………………………………………………………………….13
شکل 1-13: زلزله 2003 بینگول؛ شکستن ستون­های طبقه همکف در اثر پدیده نرم……………………………..13
شکل 1-14: زلزله 2008 چین؛ ایجاد تغییر شکل ماندگار در ستون……………………………………………………14
شکل 1-15: زلزله 2002 بهوج؛ شکستن ستون­ها در اثر پدیده طبقه نرم………………………………………………15
شکل 1-16: انعطاف پذیری بیش از حد طبقه نرم در مقایسه با سایر طبقات…………………………………………18
شکل 1-17: ایجاد مکانیسم طبقه در ساختمان در حال ساخت در آستانه ریزش (ایتالیا، 1976)………………19
شکل 1-18: تغییر شکل ناشی از طبقه نرم……………………………………………………………………………………..20
شکل 1-19: مقایسه سازه واقعی و سازه طراحی شده در واقعیت……………………………………………………….22
شکل 1-20: چگونگی عملکرد سازه دارای طبقه نرم در زلزله………………………………………………………….23
شکل 1-21: چگونگی عملکرد سازه دارای طبقه نرم در زلزله………………………………………………………….24
شکل 1-22: منحنی ظرفیت سازه………………………………………………………………………………………………..26
شکل 1-23: مقایسه رفتار قاب­های مختلف…………………………………………………………………………………..26
شکل 1-24: فرآیند خرابی سازه دارای طبقه نرم…………………………………………………………………………….29
شکل 1-25: چیدمان نامتقارن دیوار در پلان………………………………………………………………………………….32
شکل 1-26: ترکیب طبقه نرم و پیچش………………………………………………………………………………………..32
شکل 1-27: ضوابط مربوط به خاموت­ها………………………………………………………………………………………33
شکل1-28: طراحی غلط بر اساس تیر قوی-ستون ضعیف……………………………………………………………….34
شکل1-29: مقایسه دو نوع طراحی متفاوت…………………………………………………………………………………..35
شکل 1-30: خرابی ناشی از طراحی غلط بر اساس تیر قوی-ستون ضعیف………………………………………….35

فصل دوم: کلیات مدلسازی
شکل 2-1: تصویر مدلسازی شده قاب 7 و 9 طبقه­ی دارای طبقه نرم، در حالی که طبقه نرم در طبقه اول قرار دارد………………………………………………………………………………………………………………………………………39

فصل سوم: تحلیل طیفی
شکل 3-1: تغییر شکل قاب 7 طبقه در اثر نیروی زلزله، در حالی که طبقه نرم در طبقات سازه جابجا می شود………………………………………………………………………………………………………………………………….47
شکل 3-2: تغییر شکل قاب 9 طبقه در اثر نیروی زلزله، در حالی که طبقه نرم در طبقات سازه جابجا می شود………………………………………………………………………………………………………………………………….48
شکل 3-3: مشخصات قاب مدل شده توسط یوسف دینار………………………………………………………………..81

فصل چهارم: تحلیل استاتیکی غیرخطی
شکل 4-1: روش ضرایب برای تعیین جابجایی هدف……………………………………………………………………..85
شکل 4-2: معادل­سازی منحنی پوش­آور با منحنی دو خطی……………………………………………………………..86
شکل 4-3: منحنی ساده شده نیرو-جابجایی………………………………………………………………………………….88
شکل 4-4: باند رنگی برای نمایش سطوح عملکردی در ایتبس………………………………………………………..92
شکل 4-5: نمایش سطوح عملکردی روی منحنی نیرو-تغییر مکان……………………………………………………92
شکل 4-6: نمایش توزیع بار متناسب با تحلیل استاتیکی خطی………………………………………………………….93
شکل 4-7: نمایش توزیع بار یکنواخت………………………………………………………………………………………..93
شکل 4-8:مطالعات انجام شده توسط یوسف دینار در مورد چگونگی پخش مفاصل پلاستیک در سازه……………………………………………………………………………………………………………………………………108

فصل پنجم: تاثیر خرابی طبقه نرم بر محیط زیست
شکل 5-1: آلودگی هوا توسط ذرات معلق بتنی حین تخریب و بازسازی ساختمان­ها پس از زلزله…………111
شکل 5-2: خرابی طبقه ششم ساختمان 8 طبقه شهرداری شهر کوبه در اثر زلزله 1995،که پس از بازسازی ساختمان جدید 5 طبقه شد………………………………………………………………………………………………………113
شکل 5-3: خرابی طبقه اول مرکز خرید روکو در اثر زلزله، که پس از بازسازی ساختمان جدید تنها دارای طبقه همکف می­باشد…………………………………………………………………………………………………………….114
شکل 5-4: خرابی پارکینگ طبقه همکف یک ساختمان مسکونی در اثر زلزله، که برای بازسازی کل سازه تخریب و سازه جدید بنا شد…………………………………………………………………………………………………….114



فهرست نمودارها
فصل اول: تئوری مساله
نمودار 1-1: افزایش سختی سازه به علت وجود دیوار……………………………………………………………………..21
نمودار 1-2: کاهش جابجایی جانبی سازه به علت وجود دیوار………………………………………………………….21
نمودار 1-3: منحنی ظرفیت سازه در دو حالت شکست طبقه نرم و طراحی طبقه نرم ……………………………..30
نمودار 1-4: مقایسه میزان انرژی جذب شده در دو حالت شکست معمولی و شکست طبقه نرم……………….31
نمودار 1-5: منحنی ظرفیت جانبی سازه در دو حالت با و بدون اثر ………………………………………..31

فصل سوم: تحلیل طیفی
نمودار 3-1: سختی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم……………………………………………………………………………..45
نمودار 3-2: سختی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم……………………………………………………………………………..46
نمودار 3-3: جابجایی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/4 متر……………………………………….53
نمودار 3-4: جابجایی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم- ارتفاع طبقه نرم 5 متر…………………………………………..53
نمودار 3-5: جابجایی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم- ارتفاع طبقه نرم 5/5 متر………………………………………..54
نمودار 3-6: جابجایی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم- ارتفاع طبقه نرم 5/4 متر………………………………………..54
نمودار 3-7: جابجایی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم- ارتفاع طبقه نرم 5 متر…………………………………………..55
نمودار 3-8: جابجایی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم- ارتفاع طبقه نرم 5/5 متر………………………………………..55
نمودار 3-9: دریفت قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/4 متر…………………………………………59
نمودار 3-10: دریفت قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5 متر………………………………………….59
نمودار 3-11: دریفت قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/5 متر……………………………………….60
نمودار 3-12: دریفت قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/4 متر……………………………………….60
نمودار 3-13: دریفت قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5 متر………………………………………….61
نمودار 3-14: دریفت قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/5 متر……………………………………….61
نمودار 3-15: نیروی برشی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/4 متر………………………………..67
نمودار 3-16: نیروی برشی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5 متر…………………………………..67
نمودار 3-17: نیروی برشی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/5 متر………………………………..68
نمودار 3-18: نیروی برشی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/4 متر………………………………..68
نمودار 3-19: نیروی برشی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5 متر…………………………………..69
نمودار 3-20: نیروی برشی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/5 متر………………………………..69
نمودار 3-21: لنگر خمشی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/4 متر………………………………..70
نمودار 3-22: لنگر خمشی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5 متر……………………………………70
نمودار 3-23: لنگر خمشی قاب 7 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/5 متر………………………………..71
نمودار 3-24: لنگر خمشی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/4 متر………………………………..71
نمودار 3-25: لنگر خمشی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5 متر……………………………………72
نمودار 3-26: لنگر خمشی قاب 9 طبقه دارای طبقه نرم – ارتفاع طبقه نرم 5/5 متر………………………………..72
نمودار 3-27: نمودار دریفت به مکان طبقه نرم مستخرج از تحقیقات یوسف دینار……………………………….78

فصل چهارم: تحلیل استاتیکی غیرخطی
نمودار 4-1: منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه نرم 5/4 متر تحت بار استاتیکی خطی……………….92
نمودار 4-2: منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه نرم 5 متر تحت بار استاتیکی خطی………………….92
نمودار 4-3: منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه نرم 5/5 متر تحت بار استاتیکی خطی……………….93
نمودار 4-4: منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه نرم 5/4 متر تحت بار استاتیکی خطی……………….93
نمودار 4-5: منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه نرم 5 متر تحت بار استاتیکی خطی…………………..94
نمودار 4-6: منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه نرم 5/5 متر تحت بار استاتیکی خطی……………….94
نمودار 4-7: منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه نرم 5/4 متر تحت بار یکنواخت………………………95
نمودار 4-8: منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه نرم 5 متر تحت بار یکنواخت………………………….95
نمودار 4-9: منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه نرم 5/5 متر تحت بار یکنواخت………………………96
نمودار 4-10: منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه نرم 5/4 متر تحت بار یکنواخت…………………….96
نمودار 4-11: منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه نرم 5 متر تحت بار یکنواخت……………………….97
نمودار 4-12: منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه نرم 5/5 متر تحت بار یکنواخت…………………….97
نمودار 4-13: مقایسه منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه اول نرم تحت بار یکنواخت………………..98
نمودار4-14: مقایسه منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه هفتم نرم تحت بار یکنواخت……………….99
نمودار4-15: مقایسه منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه اول نرم تحت بار استاتیکی………………….99
نمودار4-16: مقایسه منحنی­های ظرفیت سازه 7 طبقه دارای طبقه هفتم نرم تحت بار استاتیکی………………100
نمودار4-17: مقایسه منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه سوم نرم تحت بار یکنواخت………………100
نمودار4-18: مقایسه منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه هشتم نرم تحت بار یکنواخت…………….101
نمودار4-19: مقایسه منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه سوم نرم تحت بار استاتیکی……………….101
نمودار 4-20: مقایسه منحنی­های ظرفیت سازه 9 طبقه دارای طبقه هشتم نرم تحت بار استاتیکی…………….102







فهرست جداول
فصل دوم: کلیات مدلسازی
جدول 2-1: جزئیات مقاطع قاب 7 طبقه……………………………………………………………………………………….40
جدول 2-2: جزئیات مقاطع قاب 9 طبقه……………………………………………………………………………………….40

فصل سوم: تحلیل طیفی
جدول 3-1: مقادیر جابجایی طبقات نسبت به مکان طبقه نرم در قاب 7 طبقه (متر)………………………………..51
جدول 3-2: مقادیر جابجایی طبقات نسبت به مکان طبقه نرم در قاب 9 طبقه (متر) ……………………………….52
جدول 3-3: مقادیر دریفت طبقات نسبت به مکان طبقه نرم در قاب 7 طبقه (متر) )……………………………….57
جدول 3-4: مقادیر دریفت طبقات نسبت به مکان طبقه نرم در قاب 9 طبقه (متر)………………………………….58
جدول 3-5: مقادیر نیروی برشی طبقات نسبت به مکان طبقه نرم در قاب 7 طبقه (نیوتن)………………………..63
جدول 3-6: مقادیر لنگر خمشی طبقات نسبت به مکان طبقه نرم در قاب 7 طبقه (نیوتن.متر)…………………..64
جدول 3-7: مقادیر نیروی برشی طبقات نسبت به مکان طبقه نرم در قاب 9 طبقه (نیوتن)………………………..65
جدول 3-8: مقادیر لنگر خمشی طبقات نسبت به مکان طبقه نرم در قاب 9 طبقه (نیوتن.متر)…………………..66
جدول 3-9: مقادیر پریود سازه نسبت به تغییر مکان طبقه نرم در قاب 7 طبقه……………………………………….74
جدول3-10: مقادیر پریود سازه نسبت به تغییر مکان طبقه نرم در قاب 9 طبقه………………………………………75
جدول 3-11: پریود تحلیلی و آیین­نامه­ای قاب 7 طبقه…………………………………………………………………….76
جدول 3-12: پریود تحلیلی و آیین­نامه­ای قاب 9 طبقه…………………………………………………………………….76
جدول 3-13: مقایسه نمودارها و جداول قاب 7 طبقه و 9 طبقه………………………………………………………….77

فصل چهارم: تحلیل استاتیکی غیرخطی
جدول 4-1: مقادیر ضریب ……………………………………………………………………………………………………83
جدول 4-2: مقادیر ضریب ………………………………………………………………………………………………….84
جدول 4-3: مقادیر ضریب ………………………………………………………………………………………………….84
جدول 4-4: نحوه پخش مفاصل پلاستیک در قاب 7 طبقه تحت بار استاتیکی……………………………………103
جدول 4-5: نحوه پخش مفاصل پلاستیک در قاب 9 طبقه تحت بار استاتیکی……………………………………104
جدول 4-6:مطالعات انجام شده توسط یوسف دینار در مورد چگونگی پخش مفاصل پلاستیک در سازه……………………………………………………………………………………………………………………………………105
























فصل1
تئوری مساله و
اهمیت موضوع


1-1- مقدمه
زلزله به عنوان یک پدیده مخرب در اکثر مناطق دنیا ایمنی سازه­ها و زندگی ساکنان آن را در معرض تهدید قرار داده است، به طوری که کاهش خسارات جبران­ناپذیر پدیده زلزله همواره هدف نهایی محققین و دانشمندان علم مهندسی زلزله بوده است. عامل زلزله موجب اهمیت طراحی سازه­ها در کشورهای لرزه­خیز می­باشد. اصولاً طرح لرزه­ای سازه­ها بدون داشتن درک درستی از نحوه­ی خرابی های ایجاد شده توسط زلزله، غیر ممکن است. طرح لرزه­ای فقط عبارت از تحلیل، محاسبه و برآورده کردن شرایط آیین­نامه نیست بلکه پارامترهای متنوع دیگری نیز در آن دخالت دارند. آگاهی دقیق از رفتار ساختمان­ها در زلزله موضوع اساسی در علم مهندسی زلزله است. بررسی انواع خرابی های ایجاد شده بر اثر زلزله­های گذشته، همواره یکی از زمینه­های مهم در مهندسی زلزله بوده است. دلایل این امر عبارتند از روزآمد کردن آیین­نامه­های طراحی و نیز آموختن درس­هایی که مانع از خسارت­های مشابه در زلزله­های بعدی شود. وقوع زمین لرزه آزمونی طبیعی برای رفتار سازه بوده و همواره به عنوان مهمترین رخداد در زمینه مهندسی زلزله مورد توجه مهندسان بوده است. آشنایی و توجه دقیق به مکانیزم­های مختلف خرابی و شکست، یکی از ابزار عمده برای روزآمد کردن آیین­نامه­های طراحی است. از این آزمایش طبیعی می­توان برای طراحی و ساخت بهینه سازه­ها استفاده کرد.
ایران نیز به دلیل قرارگیری بر روی کمربند زلزله آلپ-­هیمالیا جزء کشورهای لرزه­خیز محسوب می­شود که هر چند سال یکبار زلزله­ای ویرانگر در نقاط مختلف کشور رخ می­دهد. در بین سال­های 1900 تا 2010 میلادی 13655 زلزله با بزرگای بیش از 4 ریشتر در ایران رخ داده که از این تعداد 117 زلزله با بزرگای بیشتر از 6 ریشتر بوده است. ممکن است گاهی این تصور پیش آید که زلزله قاتل جان انسان­هاست. اما واقعیت چیز دیگری است: این زلزله نیست که جان انسان­ها را می­گیرد، بلکه سازه­های ضعیف مسبب آن هستند. بنابراین باید رفتار سازه­ها را در زلزله بیشتر شناخت و آیین­نامه­ها و روش­های اجرایی را بهبود بخشید.
در اثر زلزله، انرژی زیادی از درون زمین آزاد شده که این انرژی باعث تکان خوردن صفحات پوسته می­گردد. لرزش و تکان زمین باعث به وجود آمدن پارامترهای زمین (جابجایی، سرعت و شتاب) می­شود. در مورد زلزله آنچه که باعث حرکت سازه می­شود تکان­های زمین بوده و هیچ نیروی خارجی به سازه وارد نمی­شود. پس از تکان زمین، ابتدا پی و سپس ستون­ها و در نهایت سقف­ها تکان می­خورند بنابراین انرژی زلزله به صورت جابجایی به پی سازه وارد می­شود و چون سازه­ دارای جرم قابل ملاحظه­ای می­باشد، این جرم سازه است که منجر به ایجاد شتاب، حرکت سازه و نیروی اینرسی در سازه می­گردد. با تکان پی، جابجایی به اندازه Δ در سازه ایجاد می­شود که ابتدا ستون­ها و سپس سقف­ها دچار این جابجایی می­شوند.

5-4- سهم پوزولان از مقاومت بتن 82
5-4-1- سهم پوزولان از مقاومت فشاری 83
5-4-2- سهم مواد پوزولانی از مدول گسیختگی 86
5-5- طاقت خمشی 90
5-5-1- بررسی شاخص­های طاقت 91
در بتن مسلح به الیاف شیشه 94
در بتن مسلح به الیاف شیشه 95
در بتن مسلح به الیاف شیشه 97
5-5-5- نحوه­ی شکست نمونه­های خمشی 100
5-6- خلاصه­ی فصل 102
فصل ششم: خلاصه, نتایج و پیشنهادات
6-1- مقدمه 103
اجمالی بر فعالیت­های انجام گرفته در تحقیق حاضر 104
6-3- نتایج به­دست آمده در این تحقیق 105
6-3-1- مقاومت فشاری 105
6-3-2- مدول گسیختگی 105
6-3-3- سهم مواد پوزولانی از مقاومت بتن 106
6-3-4- شاخص­های طاقت 106
6-4- پیشنهادات جهت انجام تحقیقات آینده 107
پیوست: نمودارهای بار- تغییر مکان. 108
مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..138

یازده

چکیده
خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترک­ها و ریز ترک­ها بستگی دارد. با افزایش بار­گذاری, ریز ترک­ها به هم متصل شده و ترک­ها را تشکیل می­دهند. به منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یک­سری رشته های نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده است، استفاده می­گردد؛ که به آن­ها الیاف گفته می­شود. از جمله­ی پر کاربرد­ترین الیاف مورد استفاده در بتن, الیاف شیشه می­باشد. بتن مسلح به الیاف شیشه، ماده­ای کامپوزیت شامل یک ملات از سیمان هیدرولیکی و سنگدانه­ی ریز است که با الیاف شیشه تقویت می­شود. استفاده از الیاف شیشه در بتن باعث بهبود ویژگی­های بتن می­شود که از جمله می­توان به افزایش مقاومت کششی, افزایش مقاومت خمشی, بهبود مقاومت ضربه, افزایش میزان جذب انرژی, بهبود رفتار بتن در ناحیه­ی غیرخطی و شکل پذیری بالا اشاره کرد. از آنجا که خواص بتن مسلح به الیاف شیشه در ارتباط مستقیم با شرایط الیاف شیشه­ی استفاده شده در سطح بتن می­باشد, موضوعات مرتبط با عملکرد الیاف شیشه در طول زمان, همواره مورد توجه محققین بوده است. عواملی همچون محیط قلیایی بتن و محصولات تولید شده ناشی از فرآیند هیدراسیون سیمان, در طول زمان با تخریب الیاف شیشه, باعث ایجاد تغییر در خواص مکانیکی بتن مسلح به الیاف شیشه می­شوند. در این تحقیق به منظور کاهش ﺗﺄثیرات ناشی از محیط قلیایی بتن, از الیاف شیشه­ی مقاوم در محیط قلیایی و برای جلوگیری از ﺗﺄثیر مخرب فرآیند هیدراسیون سیمان, از مواد پوزولانی با درصد­های مختلف استفاده شده است. به منظور بررسی مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و شاخص­های طاقت در بتن تولید شده به دو روش پیش مخلوط و اسپری, 15 طرح اختلاط حاوی درصد­های مختلف الیاف شیشه و مواد پوزولانی (میکروسیلیس, متاکائولین و نانوسیلیس) در روش پیش مخلوط و 14 طرح اختلاط در روش اسپری, مورد آزمایش قرار گرفته است. از نتایج بدست آمده چنین می­توان برداشت کرد که مقاومت فشاری در بتن مسلح به الیاف شیشه, تا حد زیادی به کیفیت ملات بستگی دارد. بر این اساس ملاحظه می­شود که اضافه نمودن الیاف شیشه باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می­شود. با توجه به این نتایج, کاهش مقاوت فشاری نمونه­های تقویت شده با الیاف شیشه در حضور مواد پوزولانی به حداقل می­رسد. در این شرایط مقاومت فشاری در برخی از نمونه­های مسلح به الیاف شیشه و حاوی مواد پوزولانی, نسبت به نمونه­های شاهد افزایش یافته است. با توجه به نتایج بدست آمده, مسلح کردن بتن به الیاف شیشه, باعث افزایش قابل توجه مدول گسیختگی می­شود. مدول گسیختگی با افزایش میزان الیاف شیشه, ابتدا روندی صعودی و سپس روندی نزولی طی می­کند. استفاده از مواد پوزولانی در نمونه­های تقویت شده با الیاف شیشه, باعث بهبود مدول گسیختگی می­شود. همچنین کاهش مدول گسیختگی در طول زمان و با حضور مواد پوزولانی به حداقل می­رسد. در این تحقیق به منظور بررسی طاقت نمونه­های مسلح به الیاف شیشه از سطح زیر نمودار بار- تغییر مکان استفاده شده است. به طور کلی استفاده از الیاف شیشه در بتن, باعث افزایش طاقت بتن می­شود. با توجه به نتایج بدست آمده ملاحظه می­شود که با افزایش الیاف شیشه, هر سه شاخص طاقت افزایش می­یابد؛ هر چند در شاخص I₅این افزایش ناچیز می­باشد. در واقع این امر نشان دهنده­ی این است که در جابجایی بزرگتر, جذب انرژی بیشتر توسط الیاف شیشه صورت می­گیرد. در بین نمونه­های مسلح به الیاف شیشه, بیشترین مقادیر مشخصه­ی خصوصیات مکانیکی, مربوط به طرح­های حاوی 10% و 15% متاکائولین می­باشد. استفاده از نانوسیلیس در طرح­های اختلاط, باعث کاهش شدید مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و طاقت در بتن مسلح به الیاف شیشه می­شود.
کلمات کلیدی:بتن مسلح به الیاف شیشه، میکروسیلیس، متاکائولین، نانوسیلیس، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، شاخص طاقت

 

1

فصل اول بررسی کلیات و اهداف تحقیق

1-1- مقدمه

توانایی سرویس دهی و افزایش ظرفیت باربری مصالح سازه­ای از دیر باز به عنوان یک مسئله­ی مهم اقتصادی محسوب می­شده است.
بتن به عنوان یک ماده­ی سازه­ای پر کاربرد, امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می­گیرد. از سال 1992 تا 1993 میلادی، تنها در کشور آمریکا 63 میلیون تن سیمان پرتلند برای تولید 500 میلیون تن بتن مصرف شده است؛ که این خود پنج برابر تولید فولاد، به صورت وزنی در مدت مشابه است. در اغلب کشور­های جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته است[1]. تا کنون تعاریف زیادی از بتن ارائه شده است. بر اساس این تعاریف, بتن از سه ماده­ی اصلی تشکیل شده است. این مواد عبارتند از: مواد سیمانی, آب که مواد سیمانی با آن واکنش داده و خاصیت چسبندگی پیدا می­کنند؛ و مواد پر کننده­ که حجم قابل توجهی از بتن را تشکیل می­دهند.
با وجود ویژگی­های قابل توجه این ماده از جمله شکل­پذیری بالا, مقاومت و عمر زیاد, در دسترس و ارزان قیمت بودن, بتن ماده­ای ترد است و تحت بارهای خمشی و کششی به شدت ضعیف عمل می­کند.
آرماتور­های فولادی, بتن را تحت کشش مسلح می­کنند؛ ولی تقریباً اثری بر روند گسترش ترک ندارند. به عبارت دیگر با رسیدن انتهای ترک به موقعیت آرماتورهای کششی، نرخ افزایش باز­شدگی دهانه­ی ترک و هم­چنین انتشار ترک کاهش یافته و سپس با عبور ترک از آرماتور، توسعه­ی ترک با نرخ بیشتری افزایش می­یابد. علاوه بر آن وجود آرماتور در نواحی خاص کششی، بتن را از حالت همگن و یکنواخت خارج کرده و فرض همگنی بتن در روش­های آنالیز را با اشکال مواجه می­کند ]1[.
به طور کلی خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترک­ها و ریز ترک­ها بستگی دارد. با افزایش بار­گذاری, ریز ترک­ها به هم متصل شده و ترک­ها را تشکیل می­دهند [2]. به منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یک سری رشته های نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده، استفاده می شود؛ که به آن­ها الیاف گفته می­شود.

1-2- بتن الیافی

با توجه به تعریف ACI 544.2R-89 [3], بتن الیافی بتنی است كه با سیمان هیدرولیكی, مصالح سنگی ریزدانه و درشت­دانه ساخته شده و به ­وسیله­ی الیاف تقویت می­شود.
كاربرد گسترده­ی بتن الیافی از اواسط سال 1960 برای روسازی جاده­ها، كف سالن­های صنعتی، جداره­ی كوره­ها و غیره, آغاز گردید [4]. مهمترین مشخصه­ی بتن الیافی, خاصیت جذب انرژی و انعطاف پذیری آن است. به همین دلیل امروزه این بتن نقشی بسیار جدی در پیشرفت تکنولوژی بتن ایفا می­کند.
در کل از بتن الیافی می­توان انتظار ارتقای پارامتر­های مرتبط با ضرایب باربری نظیر مقاومت فشاری، کششی، خمشی، برشی و مقاومت در برابر خزش، سایش و فرسایش را داشت.

1-3- الیاف مورد استفاده در بتن

همان­طور که گفته شد, با رسیدن تنش­های وارده به حداکثر مقاومت ملات, ترک­ها تشکیل می­شوند. در نهایت تجمع این ترک­ها در یک ناحیه باعث انهدام بتن می­شود. در این شرایط استفاده از الیاف باعث جلوگیری از گسترش ترک­ها و اتصال آنها به یکدیگر می­شود.
استفاده از الیاف در بتن از حدود 50 سال پیش شروع شد و روز­ به ­روز بر استفاده از این ماده در طرح­های اختلاط بتن افزوده می­شود. مزایای گوناگون كاربرد الیاف در بتن نظیر افزایش مقاومت خمشی, افزایش مقاومت برشی, افزایش مقاومت كششی, افزایش مقاومت در برابر بارهای ضربه­ای, افزایش میزان جذب انرژی و افزایش مقاومت مقطع در مقابلترک خوردگی, باعث شده که از الیاف در تقویت و مرمت انواع سازه­های بتنی استفاده شود [5].
انتخاب نوع الیاف، تعیین کننده­ی خواص کامپوزیت­ها است. امروزه به منظور تقویت بتن از الیاف مختلفی منجمله الیاف فولادی, الیاف پلی­پروپیلن, الیاف آرامید (کولار), الیاف کربن و الیاف شیشه استفاده می­شود (شکل 1-1).
الیاف مورد استفاده در بتن را می­توان از نظر جنس به 4 گروه زیر تقسیم کرد [6]:

• مواد مصنوعی آلی مانند پلی­پروپیلن و کربن

• مواد مصنوعی غیر آلی مانند فولاد و شیشه

• مواد طبیعی آلی مانند سلولز

• مواد طبیعی غیر آلی مانند آزبست

الف	ب	ج	د

شکل‏1‑1–انواع الیاف کامپوزیتی؛ الف) الیاف شیشه؛ ب) الیاف کربن؛ ج) الیاف پلی­پروپیلن؛ د) الیاف فولاد

1-3-1- الیاف طبیعی

2-3-روش طراحی لرزه­ای براساس عملکرد سازه…………. 30
2-3-1-فواید طراحی براساس عملکرد………………. 31
2-3-2-شکل­پذیری در روش طراحی براساس عملکرد……… 32
2-3-3-معیارهای پذیرش اعضا در روش طراحی براساس عملکرد 34
2-3-4-فلسفه ی طراحی براساس عملکرد…………….. 35
2-4- بر یافته های دیگر محققین……………… 36
2-4-1-تحقیقات طاهری بهبهانی………………….. 36
2-4-2-تحقیقات Repapis و همکاران……………….. 37
2-4-3-تحقیقات Kunnath و همکاران………………. 38
2-4-4-تحقیقات Elnashai و همکاران……………….. 39
2-5-جمع بندی و نتیجه گیری…………………….. 40
فصل 3: روش تحقیق……………………………… 42
3-1-مقدمه…………………………………… 43
3-2-معرفی نمونه ها…………………………… 43
3-2-1-تعیین جزئیات سازه ای…………………… 44
3-2-1-1-مدلسازی و هندسه……………………. 44
3-2-1-2-بارگذاری………………………….. 45
3-2-1-3-نتایج طراحی نمونه ها……………….. 48
3-3-ارزیابی…………………………………. 50
3-3-1-مدلسازی……………………………… 50
3-3-1-1-مدلسازی کلی سازه…………………… 50
3-3-1-2-مدلسازی اعضا………………………. 51
3-3-1-3-مدلسازی رفتار مصالح………………… 52
3-3-1-4-مقاومت اعضای سازهای………………… 52
3-3-1-5-بررسی منحنی رفتاری اعضاء……………. 53
3-3-2-بررسی نرم افزارهای کاربردی……………… 54
3-3-3-بررسی مشخصه های تحلیل نمونه ها………….. 54
3-3-3-1-روش تحلیل…………………………. 54
3-3-3-2-بارگذاری………………………….. 55
3-3-3-2-1-الگوی بارگذاری…………………. 56
3-3-3-3-تغییر مکان هدف…………………….. 56
فصل 4: نتایج و تفسیر………………………….. 61
4-1-مقدمه…………………………………… 62
4-2-بررسی نتایج……………………………… 63
4-2-1-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه سه طبقه….. 66
4-2-2-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه پنج طبقه…. 69
4-2-3-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه هفت طبقه…. 72
4-2-4-بررسی نتایج حاصل از شکل پذیری سازه………. 72
4-3-تعیین عملکرد لرزهای اعضاء…………………. 74
4-3-1-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان سه طبقه……. 79
4-3-2-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان پنج طبقه…… 84
4-3-3-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان هفت طبقه…… 89

فصل 5: جمع بندی و نتیجه گیری…………………… 90
5-1-جمع بندی………………………………… 91
منابع و مراجع………………………………… 95






فهرست اشکال
شکل(2-1) ارتباط بین ضریب کاهش نیرو ، اضافه مقاومت ، ضریب کاهش به علت شکل پذیری و ضریب شکل پذیری ………………….. 19
شکل(2-2) منحنی نیرو- تغییر شکل عضو……………… 32
شکل(2-3) معیارهای پذیرش اعضا در سطوح مختلف عملکردی… 34
شکل(2-4) نتایج مطالعاتKunnath و همکاران………….. 38
شکل(3-1) نمایی از قاب نمونههای مورد مطالعه در تعداد طبقات 3، 5 و 7 44
شکل(3-3) منحنی رفتاری عضو……………………… 51
شکل(3-4) منحنی ساده شده برش پایه- تغییرمکان………. 58
شکل (4-1) منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع اول 64
شکل (4-2) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع یک 64
شکل (4-3)منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 65
شکل (4-4) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 65
شکل(4-5) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول 67
شکل (4-6) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول 67
شکل (4-7) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 68
شکل (4-8) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 68
شکل (4-9) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول 70
شکل (4-10) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول 70
شکل (4-11) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل (4-12) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل(4-13) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-14) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-15) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-16) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-17) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-18) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-19) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78
شکل(4-20) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78
شکل(4-21) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80

شکل(4-22) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80
شکل(4-23) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-24) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-25) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-26) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-27) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83
شکل(4-28) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83
شکل(4-29) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-30) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-31) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-32) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-33) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-34) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-35) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88
شکل(4-36) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88












فهرست جداول
(3-1) مقادیر ضریب بازتاب ( ) و ضریب زلزله ( ) در نمونه های مورد مطالعه 47
جدول(3-2) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 3 طبقه 48
جدول(3-3) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 5 طبقه 49
جدول(3-4) مقاطع تیر،ستون و بادبند نمونه 7 طبقه 49
جدول (3-5) مقادیر 59
جدول (3-6) مقادیر ضریب . 60
جدول (3-7) مقادیر ضریب 60
جدول(4-1) پارامترهای رفتاری ساختمان سه طبقه 66
جدول(4-2) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 69
جدول(4-3) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 72







فصل 1: مقدمه











1-1-مقدمه
در سالهای اخیر فلسفه روش­های سنتی که در طراحی سازه در مقابل مخاطرات طبیعی بر مبنای آنها صورت میگرفت، دچار تغییرات عمده­ای شده است. تخریب گسترده سازه­های طراحی شده بر مبنای آئین­نامه­های قدیمی در زلزله­های اخیر، پیشرفت­های به وجود آمده در روشهای تحلیل و نیازهای عملکردی پیچیده­تر مورد انتظار صنایع ساختمانی منجر به معرفی روشهای موثرتری در طراحی سازه­ها شده­است. یکی از این روش­ها که در بسیاری از آئین­نامه­ها وجود دارد و سبب ساده­سازی مراحل طراحی میشود، روش تحلیل استاتیکی معادل میباشد که در آن نیروهای طراحی به وسیله ضریب رفتار کاهش داده میشوند. این روش بر این فرض استوار است که مقاومت سازه از مقداری که طراحی بر اساس آن صورت میگیرد، بزرگتر است و به علاوه سازه تحت زلزله با ورود به مرحله غیر خطی، بخشی از انرژی زلزله را جذب می­کند. طراحی لرزه­ای مطلوب برای ساختمان را می­توان دستیابی به سازه­ای با عملکرد مطلوب، به مفهوم امکان ایجاد خسارت کنترل شده و از قبل پیش­بینی شده در حین زلزله برای ساختمان دانست ضمن آنکه تخمین نادرست مشخصات زلزله و رفتار سازه و عملکرد آن در مواجهه با زلزله از دلایل مهم آسیب­های شدید وارد بر سازه میباشد. به جهت شناخت هر چه بهتر این مشخصات و ویژگی ها، در قبال روش­های تجویزی مرسوم در آئین­نامه­های پیشین که طراحی را بر اساس نیروهای کاهش یافته زلزله بیان میکرد، آئین­نامه­های طراحی و بهسازی لرزه­ای ارائه گردید که طبق آن طراحی لرزه­ای سازه به روش طراحی بر اساس عملکرد پیشنهاد میگردد.
به دلیل غیر اقتصادی بودن رفتار الاستیک سازه تحت زلزله، هدف اصلی در طراحی لرزه­ای ساختمان­ها بر این مبناست که رفتار ساختمان، در مقابل نیروی ناشی از زلزله­های کوچک بدون خسارت و در محدوده خطی مانده و در مقابل نیروهای ناشی از زلزله شدید، ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارت­های سازه­ای و غیر سازه­ای را تحمل کند. به همین دلیل مقاومت لرزه­ای که مورد نظر آئین­نامه­های طراحی در برابر زلزله است، عموما کمتر و در برخی موارد، خیلی کمتر از مقاومت جانبی مورد نیاز برای حفظ پایداری سازه در محدوده ارتجاعی، در یک زلزله شدید است. بنابر این، رفتار سازه­ها به هنگام رخداد زلزله های متوسط و بزرگ وارد محدوده غیر ارتجاعی میگردند و برای طراحی آنها نیاز به یک تحلیل غیر ارتجاعی است. ولی به دلیل پر هزینه بودن این روش و عدم گستردگی برنامه­های غیر ارتجاعی و سهولت روش ارتجاعی، روشهای تحلیل و طراحی متداول، بر اساس تحلیل ارتجاعی مورد نیاز عموما با استفاده از ضرایب کاهش مقاومت انجام میشود[2].
یکی از مشکلات موجود در زمینه ضریب رفتار در آئین­نامه­های قدیمی، مربوط به تجربی بودن مقادیر پیشنهاد شده بود. یعنی با وجود اینکه ضرایب رفتار تعیین شده در آئین­نامه­های لرزه­ای در نظر داشتند بیانگر رفتار هیستریک، شکل پذیری، مقاومت افزون، میرایی و ظرفیت استهلاک انرژی باشند، مقادیر این ضرایب در آئین نامه های زلزله، اصولا بر اساس مشاهدات عملکرد سیستم­های ساختمانی مختلف، در زلزله­های قوی گذشته، بر مبنای قضاوت مهندسی بود. بر این اساس، پژوهش­های زیادی در این زمینه صورت گرفت تا مقادیری مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در آئین­نامه­های زلزله بیان شود که در نهایت منجر به اصلاح این ضرایب بر اساس مطالعات علمی شد.
ضریب رفتار اولین بار در گزارش 06-3 ATC در سال 1978 ارائه گشت. در این گزارش، مقادیر پیشنهاد شده برای ضریب رفتار بر اساس نظر مجموعه­ای از مهندسان خبره استوار بود. به همین دلیل روش مشخصی برای تعیین مقدار آن ارائه نشده بود. همچنین در مقررات NEHRP مربوط به سالهای 1997 و 2000 (FEMA369 و FEMA303) که الهام گرفته از 06-3 ATC بود، بر تجربی بودن ضرایب کاهش تاکید شده است[11و13]. در برخی از آئین نامه های طراحی لرزه­ای، مطلبی ناظر در محاسبه این ضرایب ارائه شده، حال آن که در بیشتر آئین­نامه­ها مقادیر آنها بر مبنای قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد ساختمان­ها در زلزله­های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون آن­ها استوار است[15]. از این رو و با توجه به مطالب فوق، ارزیابی ضرایب رفتار و بررسی ارتباط میان پارامترهای مؤثر در آن برای سازه­هایی که مطابق آئین­نامه­های طراحی میشوند، اهمیت ویژه­ای دارد. لذا در اکثر آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای جدید، روش­های تعیین آن ذکر شده است.
در این پژوهش بر خلاف آئین­نامه ایران، ضرایب رفتار برای فهم بهتر به اجزای تشکیل دهنده آن تجزیه میشود. البته امروزه در اکثر آیین­نامه­ها، به جای تعریف یک مقدار معین برای یک نوع قاب سازه­ای، اجزای ضریب رفتار برای قاب­های با شکل­پذیری­های مختلف و بسته به لرزه­خیزی منطقه تعریف می شوند، که از جمله آن­ها میتوان به آیین­نامه کانادا اشاره نمود.
با توجه به تحولات زیادی که از زمان تدوین آئین­نامه ایران در طرح ساختمان­ها در برابر زلزله (استاندارد 2800) در سال 1366 تاکنون در امر مهندسی زلزله صورت گرفته است و نیز با وجود کاربرد وسیع این آئین­نامه در طراحی ساختمان­های مختلف کشور، آگاهی از محتوای این آئین­نامه و مفاهیم آن امری مهم میباشد. تدوین اغلب آیین­نامه های کاربردی طرح لرزه­ای ساختمان­ها، با هدف جلوگیری از تلفات جانی و خسارات احتمالی و نیز دستیابی به طرحی اقتصادی برای سازه انجام گرفته­است. از جمله عوامل تأثیر­ گذار در دستیابی به این هدف می­توان به دو عامل مقاومت و شکل­پذیری سازه اشاره کرد. عوامل مذکور از مهمترین پارامترهای موثر در طراحی لرزه­ای بسیاری از آئین­نامه­ها، از جمله استاندارد 2800 است. تأمین این دو پارامتر در روش طراحی آئین­نامه­های مذکور با توجه به برآورد اهداف مورد نظر این آئین­نامه­ها در زلزله­های خفیف، متوسط و شدید میباشد. این اهداف با توجه به انتظاراتی که از رفتار سازه­ها در هنگام وقوع زلزله­هایی که ممکن است در طول مفید ساختمان اتفاق بیافتد و نیز میزان خسارات احتمالی وارده به سازه در حین زلزله در نظر گرفته شده­است.
در دهه­های اخیر با بررسی نتایج زمین لرزه­های پیشین و خسارات وارده به سازه­های موجود، پرداختن به مفاهیم شکل­پذیری بیش از پیش مورد توجه محققین قرار گرفته­است. از آن جمله، پس از وقوع زلزله در شهر سان­فرناندو در ایالات کالیفرنیای آمریکا در سال 1971 و با توجه به خرابی­های زیاد ایجاد شده در اثر این زلزله، تحولات بسیاری در ضوابط آیین­نامه­های طراحی لرزه­ای آمریکا حاصل گردید و مفاهیم شکل­پذیری مورد توجه ویژه قرار­گرفت. همچنین بررسی­ها بر علل خرابی­های زلزله­های رخ داده در سال­های اخیر از جمله زلزله­ی نور­تریج (لس آنجلس) در سال 1993، زلزله­ی سال 1994 در کوبه (ژاپن) و نیز زلزله رودبار­– منجیل (ایران) در سال 1369 اهمیت قابلیت شکل­پذیری سازه در استهلاک انرژی زلزله را نمایان ساخت و ضوابط طراحی بسیاری از آیین­نامه­های لرزه­ای با نگرشی جدید در جهت تأمین این پارامتر در سازه مورد باز بینی و تحول قرار گرفت.
در آئین­نامه­های موجود طراحی لرزه­ای نیز استفاده از قابلیت جذب انرژی زلزله با در نظر گرفتن رفتار غیر­خطی سازه از اهداف اصلی طراحی میباشد. از آنجا که تعیین دقیق ظرفیت تغییر شکل سازه مستلزم تحلیل­های غیر خطی سازه بوده و با توجه به زمان بر بودن این نوع تحلیل­ها و از طرفی سهل بودن آنالیزهای خطی نسبت به تحلیل­های غیر خطی، در این آئین­نامه­ها به صورت کلی برای سیستم­های مختلف سازه­ای ضرایب کاهنده­ای موسوم به ضریب رفتار ® ارائه گردیده­است که این ضرایب به منظور کاهش نیروهای زلزله با در نظر گرفتن عملکرد غیر خطی سازه­ها میباشد. تعیین ضریب مذکور در آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای با توجه به عوامل متعددی از جمله شکل­پذیری سازه، اضافه مقاومت، میرایی و نیز ضرایب اطمینان بکار گرفته شده در ضوابط طراحی ساختمان­ها می­باشد. بدین ترتیب در این آئین­نامه­ها اجازه داده میشود با استفاده از این قابلیت سازه و بکارگیری ضرایب فوق الذکر، سازه را برای نیرویی به مراتب کوچکتر از نیروی واقعی زلزله طرح نمود. در این آئین­نامه­ها این ضرایب با توجه به مشخصات سازه مورد نظر، به لحاظ سیستم باربر جانبی، مشخص و در قالب جداولی به عنوان ضرایب کاهش نیروی پیشنهادی آئین­نامه، به منظور تعیین نیروی زلزله طراحی سازه در اختیار طراح قرار داده شده­است.
از طرفی در نسل جدید آیین­نامه­های طراحی و بهسازی لرزه­ای که از روش طراحی بر اساس عملکرد در جایگزینی با روش­های تجویزی استفاده می شود، بررسی دقیق­تر این موضوع مد نظر قرار­ گرفته­است. در این فرآیند با توجه به رفتار واقعی اعضا تحت اثر نیروهای وارده و با در نظرگیری کلیه­ی پارامتر­های اثر گذار، از جمله مصالح، هندسه و مشخصات اعضا، شکل­پذیری متناظر با هر تلاش در هر المان برآورد می گردد. در این آیین­نامه­ها (از جمله آیین­نامه و نیز دستورالعمل بهسازی لرزه­ای ساختمان­های موجود) در تحلیل خطی، با معرفی پارامتر ” “m، موضوع شکل­پذیری مورد توجه قرار گرفته­­­است و به عنوان معیاری برای ارزیابی و پذیرش عملکرد هر یک از اعضا در سازه استفاده شده­است. در روش تحلیل غیر خطی طراحی بر اساس عملکرد نیز رفتار مورد انتظار هر یک از اعضا سازه و نیز قابلیت­های شکل­پذیری آن در حین زلزله مدنظر قرار گرفته و با تعیین منحنی رفتاری عضو و نیز معیار­های در­نظر گرفته­ شده برای سطوح عملکردی مختلف سازه در حین زلزله، اعضاء سازه مورد بررسی قرار می گیرد. بدین ترتیب در این روش طراحی لرزه­ای ، قابلیت استهلاک انرژی زلزله در سطح عضو و با توجه به میزان این توانایی در تک تک اعضای سازه­ای مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد و بر این اساس رفتار کلی سازه در حین زلزله تعیین می گردد.
امروزه روش رایج و مرسوم طراحی لرزه­ای کشور، استفاده از روش طراحی بر اساس نیروهای کاهش یافته و استفاده از ضرایب پیشنهادی آئین­نامه طراحی لرزه­ای ایران، با توجه به سیستم باربر جانبی سازه مورد نظر، می­باشد. بر این اساس بررسی اعتبار ضرایب عنوان شده در آئین­نامه های لرزه­ای مورد استفاده امری مهم است.از طرف دیگر با توجه به کاربرد روز افزون از روش طراحی لرزه­ای بر اساس عملکرد در طراحی سازه­ها، پرداختن به مفاهیم این روش طراحی و استفاده از نحوه نگرش آن در بررسی اعتبار ضرایب کاهش نیروی پیشنهادی آئین­نامه لرزه­ای مرسوم و در صورت لزوم تعدیل و تصحیح این ضرایب، مؤثر می­باشد.
بر این اساس در این پایان­نامه با بهره­گیری از نتایج مطالعات انجام شده در این زمینه، مفاهیم شکل پذیری و ضرایب کاهش نیروی متأثر از شکل­پذیری و همچنین ضرایب شکل­پذیری مورد استفاده در آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای به دو شیوه فوق­الذکر مورد تحقیق قرار گرفته­است. بدین منظور سه ساختمان 3، 5 و 7 طبقه منظم با سیستم قاب مهاربندی شده با استفاده از مهاربند­های هم محور (CBF) مورد بررسی قرار کرفته است. در بررسی این ساختمان­ها، پارامتر­های رفتاری محاسبه و با مقادیر پیشنهادی آن در نتایج آئین­نامه لرزه­ای ایران (استاندارد 2800) مقایسه شده و همچنین ضریب شکل­پذیری اعضاء برای نمونه­های مورد مطالعه محاسبه و ارتباط بین این ضریب و ضریب کاهش نیروی زلزله متأثر از شکل­پذیری سازه، تعیین شده­است و در نهایت در جهت تصحیح و تعدیل ضریب کاهش، پیشنهاداتی ارائه میگردد.













فصل 2: بر ادبیات موضوع

• مدل سازی آن در روش اجزا محدود در تحلیل استاتیکی و دینامیکی ارائه می گردد.

• در فصل چهارم ابتدا صحت مدل سازی کامپیوتری مورد بررسی قرار گرفته و سپس نتایج تحلیل سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس تنیده با قرارگیری کابل ها در نقاط مختلف و تغییر شیب پایین دست سد بررسی می گردد.

• در فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهاد هایی برای ادامه کار ارائه می گردد.

فصل دوم–ادبیات موضوع و پیشینه تحقیق





2-1- مقدمه
با توجه به اهمیت سازه سد و آسیب پذیر بودن این سازه لزوم مقاومت این سازه در برابر نیروهای اعمالی امری اجتناب ناپذیر است. سدها می بایست در برابر نیروهای اعمالی به آن از جمله نیروهای استاتیکی نظیر زیرفشار، فشار مخزن، و تنش های وارده ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای دینامیکی نظیر زلزله و سیلاب و … مقاومت کافی داشته باشند. مدل سیستم سد-پی-مخزن با در نظر گرفتن نیروهای وارده همواره توسط محققین زیادی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. به طوریکه در ابتدا با روش های تحلیلی و در نظر گرفتن فرضیات ساده شونده زیاد و سپس با روشهای عددی مبادرت به حل مدل سد نمودند. در این فصل در ابتدا نگاهی گذرا به روشهای تحلیلی و عددی در حل سیستم سد-پی-مخزن خواهیم داشت. سپس تعریف و تاریخچه و کاربرد روش پس تنیدگی در مقاوم سازی و بهسازی سدها ارائه می گردد و نتایج محققین در این زمینه بیان می شود.
2-2- روش های تحلیلی
روش های تحلیلی اولین روش هایی بودند كه محققین برای حل مسئله تحلیل سد و مخزن تحت اثر زلزله بكار بردند. در این نوع روش ها، در ابتدا طبق فرضیات مصالح، معادلات حاكم و شرایط مرزی مسئله بیان و سپس مستقیماً معادلات دیفرانسیل مربوطه حل می شود.

به دلیل پیچیدگی زیاد حل این گونه معادلات، برای مسائل با شكل هندسی و یا شرایط مرزی پیچیده، این روش قابل استفاده نیست ولی برای مسائل ساده پاسخ هایی توسط محققین مختلف به دست آمده است.
جواب های حاصل از این روش ها، به دلیل سهولت در استفاده برای تحلیل تقریبی سدها و طراحی اولیه آنها، ابزاری بسیار مناسب و كاربردی می باشند. در ادامه خلاصه ای از این روش ها ارائه خواهد شد.
2-2-1- تحلیل مدل سد-مخزن بدون در نظر گرفتن اثر اندر کنش
اولین راه حل جهت تحلیل سد تحت اثر زلزله توسط وسترگارد ]40[ در سال 1933 میلادی مطرح گردید. فرضیاتی كه وسترگارد، با توجه به شکل 2-1 در نظر گرفت به شرح زیر می باشد:

• رفتار سیستم دو بعدی است.

• سد صلب می باشد.

• كف مخزن افقی و صلب می باشد.

• طول مخزن در جهت بالادست تا بی نهایت ادامه دارد.

• سیال غیر چرخشی می باشد.

• دانسیته آب ثابت است.

• شتاب زمین افقی و هارمونیك برابر می باشد كه در آن:

ضریب زلزله وgشتاب ثقل زمین وTزمان تناوب تحریك می باشند.

• تغییر شكل ها كوچك در نظر گرفته شده است.

• آب تراكم پذیر خطی است.