چکیده

اندرکنش خاك – سازه یکی از مهمترین مسائلی است که در طراحی لرزهاي مطرح میشود. در آنالیز و طراحی سازهها معمولا اینگونه فرض میشود که خاك زیر پی صلب بوده و امکان جدایی پی از خاك وجود ندارد. ایت درحالی است که خاك سختی محدودي داشته و پی فقط براساس گرانش روي خاك قرار گرفته است. حال اگر لنگر واژگونی از مقدار لنگر مقاوم ناشی از بار ثقلی فراتر رود منجر به بلند شدن پی میشود. صلب نبودن خاك و بلند شدن پی حین وقوع زلزله دو فرض اساسی هستند که تاثیر بسزایی در آنالیز و طراحی سازه هاي مختلف میتوانند داشته باشند. در این مقاله تاثیر اندرکنش خاك- سازه در پاسخ غیرخطی لرزهاي قابهاي دوگانه مهاربندي شده فولادي مورد بررسی قرار میگیرد. این مطالعه روي مدلسازي رفتار اندرکنش خاك – سازه از طریق روش تیر غیرخطی وینکلر تمرکز کرده است. مشاهده میشود وقتی که اندرکنش خاك – سازه در نظر گرفته میشود برش پایه و جابجایی مورد تقاضا بطور قابل توجه کاهش یافته و پریود اصلی سازه شکلپذیري و افزایش مییابد.

واژههاي کلیدي: اندرکنش خاك – سازه، سازه دوگانه فولادي، برش پایه، شکل پذیري، پریود اصلی سازه.

-۱ مقدمه

یکی از مهم ترین مسائلی که در طراحی لرزهاي، مهندسان سازه و خاك را در سالهاي اخیر با آن مواجه اند اندرکنش سازه و خاك میباشد که توجه خاصی از طرف محققین به این امر مبذول شده است. در بسیاري از طراحیهاي معمول که براساس آییننامههاي موجود انجام میپذیرد فرض بر این است که حرکت زمین به طور مستقیم و بدون هیچ گونه تغییري به پایه سازه منتقل میشود. فرض ضمنی در این روش این است که خاك زیر سازه کاملا صلب بوده و امکان جدایی پی از خاك وجود ندارد، این در حالیست که سختی خاك محدود بوده و امکان جدا شدن پی از روي خاك وجود دارد.

۷۵۲

ششمین کنفرانس بین المللی زلزله و سازه

۲۲ و ۲۳ مهرماه۱۳۹۴ ، جهاد دانشگاهی استان کرمان

صلب نبودن خاك و متصل نبودن پی به خاك دو فرض اساسی هستند که تاثیر بسزایی در آنالیز و طراحی سازههاي مختلف میتوانند داشته باشند. اندرکنش سینماتیکی خاك و سازه، انعطافپذیري پی و وجود میرایی تشعشعی میتواند منجر به کاهش نیروي زلزله اعمالی بر سازه به خصوص در محدوده سازههاي با پریود پایین شود در اکثر آییننامههایی که اقدام به بررسی اثر اندرکنش خاك – سازه کردهاند، براي در نظر گرفتن اندرکنش بین خاك و سازه به اصلاح پریود نوسانی و نسبت میرایی سازه پرداختهاند. طبق طراحی لرزهاي براساس عملکرد سازه، که مستلزم استفاده از مدلهاي ساده و منحنی بار- تغییرمکان براي المانهاي مختلف سازه میباشد، استفاده از چنین روشهاي سادهاي در آییننامههاي گذشته براي در نظرگیري اثرات اندرکنش خاك – سازه را مجاز

نمیداند. لذا ملزم به استفاده از مدلهاي پی با اهم مشخصات آن در رفتار بار- تغییرمکان میکند.

در سالهاي اخیر آییننامهها چندین روش براي لحاظ نمودن اثر انعطافپذیري پی و کاهش سختی سیستم سازه و خاك، با کاهش برش پایه و افزایش میزان حرکت جانبی سازه ارائه نموده اند .[۱] FEMA 440

روشهاي ارائه شده در این آییننامهها مبتنی بر در نظر گرفتن اثر اندرکنش کلی خاك و سازه بوده و دربرگیرنده اثر حرکت گهوارهاي ( بلند شدن فونداسیون از روي خاك ) و یا انهدام موضعی خاك زیر فونداسیون نمیباشند.
بنابراین در روشهاي طراحی لرزهاي براساس آییننامههاي موجود نیاز به مدلهاي صریحی از المانهاي

فونداسیون براي هر دو رفتار خطی و غیرخطی سازه میباشد. عموما براي مدل کردن فونداسیون و خاك زیرین آن از مدل Winkler استفاده میشود که در این مدل پی توسط تیري که بر روي فونداسیون غیرخطی وینکلر((BNWF قرار میگیرد مدل میشود. علت استفاده از این روش سادگی و قابلیت آن در مدل کردن رفتار

غیرخطی خاك میباشد.

در بررسی عملکرد خوب برخی سازهها در زلزله ۱۹۶۰ شیلی، [۲] Housner دریافت که حرکت گهوارهاي عامل اصلی بوده است. [۳] Gazetas نشان داد که سازههاي به ظاهر ناپایدار از نظر واژگونی، حین

بارگذاري دینامیکی پایداري مناسبی از خود به نمایش میگذارند. در نتیجه حرکت گهوارهاي پی چه در ساختمانها، و چه در پلها، مخازن و . . . در حالت کلی نه تنها آسیبی به سازه نمیرساند بلکه میتواند باعث در امان ماندن سازه از خسارتهاي شدید زلزله شود. با توجه به این امر در سالهاي اخیر مطالعات روي این ویژگی از

حرکت گهوارهاي متمرکز شده است که از آن میتوان به عنوان فیوزي براي کنترل نیروي زلزله وارد بر سازه استفاده کرد( .( [۴] Pollino از طرف دیگر تحقیقات نشان میدهد که پاسخ سازههایی چون ستونها و یا

دیوارهاي برشی کوتاه به سختی فونداسیون بسیار حساس است و اندرکنش خاك و پی میتواند منجر به تغییرات اساسی در عملکرد سیستم شود .( [۵] Nakaki and Hart) در واقع حساسیت سازهها به رفتار گهوارهاي را

میتوان حتی در سیستمهاي دوگانه نیز جستجو کرد. شکل (۴-۱) مقبس از [۶] ATC 40 اندرکنش قاب و دیوار را در حالت پی صلب و انعطافپذیر نشان میدهد. از آنجایی که دیوار برشی به بار و قاب خمشی به تغییرمکان حساس هستند، انتخاب سختی فونداسیون در تعیین اینکه کدام جز از سازه در مسیر بار “ضعیف ترین عنصر زنجیره انتقال نیرو” محسوب میشود، اهمیت دارد. در حالت خاك با سختی مناسب دیوار برشی به دلیل

۷۵۳

ششمین کنفرانس بین المللی زلزله و سازه

۲۲ و ۲۳ مهرماه۱۳۹۴ ، جهاد دانشگاهی استان کرمان

سختی زیاد قسمت عمده بار جانبی را در تراز پی جذب میکند ولی در حالت خاك نرم قسمت عمده بار توسط قاب جذب میشود. این مثال به خوبی اهمیت مدل کردن خاك را براي دست یافتن به ارزیابی مناسبی از عملکرد سیستم نشان میدهد.