چکیده

در سالهای اخیر با افزایش فعالیت های تروریستی در ساختمانهای مهم محافظت کردن از جان ساکنین و ایجاد ایمنی در هنگام وقوع این قبیل پدیده هـا اهمیت خاصی پیدا کرده است. خرابی پیشرونده می تواند در اثر عوامل طبیعی و یا انسانی رخ دهد.این پدیده زمانی اتفاق می افتد که خرابـی یـک عضـو سازه ای منجر به خرابی بخش قابل توجهی از سازه و یا حتی کل سازه گردد. خطرات احتمالی و بارهای غیـر عـادی کـه مـی توانـد موجـب گسـیختگی پیشرونده شود شامل برخورد هواپیما، خطای طراحی یا ساخت، آتش سوزی، انفجار گازها، اضافه بار تصادفی، تصادف وسایل نقلیه، انفجار بمب ها و غیـره می باشند. پس از حوادث تروریستی صورت گرفته در سالهای گذشته که در آنها تعداد کشته ها نه بدلیل انفجـار وارده بـه سـازه ، بلکـه بـه دلیـل اثـرات تخریب پیشرونده بر سازه بود، تحقیقات و مطالعات گسترده ای به منظور یافتن راهکارهایی برای مقابله با ایـن رویـداد انجـام شـد و دو راه طراحـی غیـر مستقیم و طراحی مستقیم پیشنهاد شد. در این مقاله خرابی پیشرونده و روش های طراحی ،آنالیز و ارزیابی ساختمان در برابـر ایـن رویـداد شـامل روش های Alternate path، Tie Force و ELR مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. و روش های بهتر انتخاب می گردد.
واژه های کلیدی: خرابی پیشرونده، روش Alternate Load Path ، روش Tie Force، روش ELR

۱

مقدمه

امنیت سازه همیشه درطراحی پروژه های مهندسی عمران برای مهندسان امری کلیدی بوده اسـت . یکـی از مکـانیزم هـایی کـه سازه در آن دچار شکست می شود و در چند دهه توجه زیادی به آن شده است مربوط به تخریب پیشرونده است کـه در آن یـک یـا چند عضو سازه ای ناگهان به علت تصادف یا حمله تروریستی یا غیره دچار شکست شده و سپس ساختمان به شکل پـیش رونـده ای دچار فرو ریزش می گردد. تخریب پیشرونده رویدادی نسبتا نادر است که در آن بارهای غیرمتعارف آسیب موضعی را ایجاد می کننـد و سازه بدلیل کمبود پیوستگی، شکل پذیری و نامعینی آسیب را پخش می کند.

در آیین نامههای موجود ساختمانی، طراحی سازهها برای بارهای قابل قبولی است که ممکن است در طول عمر سازه بـر آن وارد شود. سازهها را معمولا برای حوادث غیر طبیعی که میتوانند موجب خرابیهای فراگیر شوند طراحی نمیکنند. اکثر آیـین نامـههـای رایج فقط دارای توصیههای کلی برای تعدیل تاثیر گسیختگی پیشـرونده در سـازههـایی هسـتند کـه فراتـر از بارهـای طراحـیشـان بارگذاری میشوند(.(۱:۲۰۰۶ خرابی پیشرونده شامل یک مجموعه خرابیهاست که منجر به فرورفتگی جزئی یا کلی در سازه میشود در مجموعه ی بهترین عملکرد برای کاهش خرابی پیشرونده که توسط (۲:۲۰۰۷) NIST منتشر شده است خطرات بالقوه بار غیر طبیعی که می تواند باعث خرابی پیشرونده شود شامل برخورد هواپیما، خطای طراحی یـا سـاخت، آتـش سـوزی، انفجـار گـاز، مـواد خطرناک، برخورد وسایل نقلیه، انفجار بمب و غیره که به دلیل احتمال کم وقوع آنها در طراحی سازهها در نظر گرفته نمـیشـود. در ایالــت متحــده امریکــا اداره ســرویس دهــی عمــومی (۳:۲۰۰۳) (GSA) و وزارت دفــاع (۴:۲۰۰۹) (DOD) اطلاعــات گســترده و دستورالعملهایی را ارائه دادند که شامل راهکارهایی برای مقاوم کردن سـازههـای سـاختمانی در برابـر خرابـی پیشـرونده مـیباشـد. روشهای تحلیل پیشنهاد شده توسط آیین نامهها برای روش مسیر جایگزین، روش استاتیکی خطی، دینامیکی خطی، استاتیکی غیر خطی و دینامیکی غیر خطی میباشد(.(۵:۲۰۰۷

Khandelwal و همکاران با روش مسیر جایگزین به تجزیه و تحلیل پتانسیل فروپاشی تـدریجی قـاب خمشـی فـولادی ، بـا تحلیل دینامیکی غیرخطی در حالت های مختلف پرداختنـد(Ronald Hamburger .(10:2009 در سـال ۲۰۰۷، بـه توضـیح و تفسیر انواع روش های تحلیل بر اساس مسیر جایگزین انتقال بار پرداخته است. روش های تحلیلی ارزیابی خرابی پیشـرونده عبارتنـد از: -۱ روش استاتیکی خطـی -۲ روش اسـتاتیکی غیرخطـی – ۳ روش دینـامیکی خطـی -۴ روش دینـامیکی غیرخطـی(.(۵:۲۰۰۷ Jinkoo kim, Taewan kim در سال ۲۰۰۸، در تحقیقی ظرفیت مقاوم در برابر خرابی پیشرونده در قاب های خمشـی فـولادی را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق روش های تحلیلی اسـتاتیکی و دینـامیکی خطـی و غیرخطـی بـر طبـق آیـین نامـه هـای GSA2003 و DOD2005 برای مقایسه ارائه شده است.با مقایسه نتـایج تحلیـل هـا، نتیجـه مـی شـود کـه تحلیـل دینـامیکی غیرخطی ابزاری دقیق برای ارزیابی پتانسیل خرابی پیشرونده در سازه مـی باشـد(Tan KH, Yang B .(6:2009 تحقیقـاتی جهت بررسی عملکرد اتصالات با روش مسیر باربری جایگزین برای خرابی پیشرونده با نرم افزار اجـزا محـدود ABAQUS در سـال ۲۰۱۲ انجـام دادند، همچنین آنها اتصالات را در آزمایشگاه برای خرابی پیشرونده مورد بررسی قرار دادنـد و در نتیجـه تحقیقاتشـان متوجـه شدند که روش مسیر باربری جایگزین و تحلیل دینامیکی غیرخطی به درستی جوابگوی آنالیز در خرابی پیشـرونده اسـت .(۷:۲۰۱۲) H.M. Elsanadedy و همکاران در سال ۲۰۱۴ با روش مسـیر جـایگزین بـه تحلیـل خرابـی پیشـرونده یـک سـاختمان فـولادی چندطبقه در ریاض تحت بار انفجار پرداختند. برای این منظور برای شبیه سـازی المـان محـدود سـازه از نـرم افـزار (LS-DYNA) استفاده کردند. مدلسازی عددی با استفاده از نتایج حاصل از یک لوله با بارگذاری انفجار صحت سنجی شد. بر اسـاس نتـایج تحلیـل FE، برای کاهش (یا کنترل) پتانسیل فروپاشی تدریجی ساختمان فولادی پیشنهاداتی داده می شود(.(۱۱:۲۰۱۴

۲

زمینه پیدایش و علل ایجاد کننده تخریب پیشرونده

گسیختگی پیشرونده در ابتدا توجه محققـین را در دهـه ۷۰ مـیلادی، پـس از گسـیختگی جزئـی برجـی درRonan Point انگلستان که در شکل ۱ نشان داده شده است به خود جلب کرد . آپارتمان مذکور یک ساختمان ۲۲ طبقه ساختهشده از پانـل هـای پیشساخته از کف و دیوار باربر غیرمسلح بود .در ۱۶ مه۱۹۶۸ ، انفجار گاز در نزدیکی یکی از گوشههای ساختمان در طبقه ۱۸ رخ داد .این انفجار دیوار غیر باربر جلویی و دیوار باربر کناری را منفجر کرد و بنابراین تکیهگاه طبقات بالا را از بین برد .عدم پیوستگی بین اجزاء سازهای و نبود مسیر فرعی حمل بار منجر به گسیختگی همه طبقات بالا و پایین گردید .این یک نمونه از گسیختگی پیشرونده است که از دست دادن عضو باربر منجر به خرابی کلی سازه گردید.

شکل ۱ خرابی پیشرونده در ساختمان [۸] Ronan Point

ساختمان Bunkers Trust مثالی از یک سازه است که از خرابی پیشرونده سالم ماند. ایـن سـازه ۴۰ طبقـه کـه در شـکل۲ نشان داده شده است، اوایل سال ۱۹۷۰ در نیویورک ساخته شد درست جایی که برج تجارت جهـانی جنـوبی ایسـتاده بـود. سیسـتم سازهای شامل قاب فولادی معمولی بود با تیرهایی که در دو جهت با اتصال خمشی بـه سـتونهـا متصـل بودنـد. ایـن سـازه ضـربات نخالههای برج منهدم شده تجارت جهانی جنوبی را تحمل کرد. بخشی از دیوارهای خارجی برج جنوبی در طبقه ۲۳ به این ساختمان برخورد کرد که خسارت شامل خراب شدن سیستم های سقف، تیرهای محیطی، بین طبقـات ۹ تـا ۲۳ و خـراب شـدن سـتونهـای خارجی بین طبقات ۹ تا ۱۸ بود. علیرغم از بین رفتن عضو باربر قائم، خرابی بیشتری جز آنچه مسـتقیم بـه دلیـل نخالـههـای بـرج منهدم شده تجارت جهانی جنوبی به وجود آورد ایجاد نشد. به طور واضح قابهای خمشی نامعینی و شکلپذیری کافی برای مقابله با تنشهای باز توزیعشده بعد از حذف ستون دارند و انرژی جنبشی ناشی از حذف ناگهانی ستون و افتادن نخالهها را جذب میکنند.