چکیده

تجربههاي بهدستآمده از زلزلههاي گذشته نشان میدهد که سازههاي فولادي در برابر خطرات لرزهاي

آسیبپذیر میباشند. از طرفی خسارات ناشی از جابجایی گسل میتواند شامل روانگرایی، آتشسوزي و

آلودگی محیط باشد. این مقاله به بررسی اثر آتش پس از زلزله بر عملکرد قاب فولادي محافظت نشده ي یک، سه و پنج طبقه تحت ۳ رکورد زلزله ي Imperial valley ,Loma prieta, Chi-Chi میپردازد.

خواص مکانیکی فولاد محافظت نشده در حرارت بالا به شدت کاهش پیدا مینماید و این یکی از دلایل اصلی آسیب پذیري فولاد در حرارت بالا می باشد. این بررسی نشان میدهد تغییرمکان افقی در آتش پس

از زلزله با افزایش تعداد طبقات افزایش می یابد و مقدار این افزایش کاملا به مشخصات زلزله ي اعمال شده

وابسته است. حداکثر نیروي جانبی پاي ستون در بارگذاري زلزله و با توجه به مشخصات زلزله ي اعمالی به قاب نسبت به شرایط حرارت بدون حضور زلزله افزایش قابل توجهی پیدا می کند این کاهش در ظرفیت باربري ستون به علت کاهش خواص فولاد با افزایش حرارت می باشد که در عملکرد کل قاب تاثیر قابل توجهی دارد.

واژگان کلیدي:

آتش پس از زلزله، روانگرایی، خواص مکانیکی فولاد، قاب فولادي محافظت نشده

۱ دانشجوي کارشناسی ارشد مهندسی زلزله، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، Ghiasoddin.cvle@yahoo.com
2 دانشیار و عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، Yahyai@Kntu.ac.ir

مقدمه

خطرات ناشی از گسترش آتش میتواند بسیار بیشتر از لرزش زمین باشد. این خطر با قطع جریان ترافیکی، خرابی ساختمانها، شلوغی خیابانها و مشکلات دسترسی به منابع آب، جديتر نیز میگردد. خطر جدي تر آتش سوزي پس از زلزله می باشد، که با

کاهش مقاومت سازه در برابر آتش به علت خسارت هندسی وارد شده به آن در اثر زلزله همراه است. استانداردهاي لرزهاي حاضر

در ایران، ساختمانها را در برابر جابجاییهاي بزرگ زمین طراحی میکنند و آتش پس از زلزله میتواند خطرات به مراتب جديتري

را براي سازه ایجاد نماید که کاهش مقاومت سازه پس از زلزله در برابر آتش باعث افزایش این خطر میگردد.

در طول فرایند طراحی و در مراحل اولیهي آتش، هدف اول محدود نمودن آتش همان قسمت و جلوگیري از گسترش آتش و هدف دوم طراحی سازه در برابر آتش پس از زلزله به طوري که سازه توانایی مقابله با این خطر را حداقل به گونه اي داشته باشد که

ساکنین زمان کافی براي تخلیه ساختمان را داشته باشند.[Scawthorn et al, 2005]

حفظ یکپارچگی سازه در این شرایط از اهمیت بالایی برخوردار است. تجربههاي بهدستآمده از زلزلههاي گذشته نشان میدهد که

عدم توجه کافی به آتش پس از زلزله در آییننامهها و طراحی مناطق شهري میتواند منجر به فجایع جبرانناپذیري گردد [Todd et .al, 1994] بنابراین علاوه بر در نظر گرفتن شرایط طراحی بارهاي عادي مانند بار مرده، زنده و لرزهاي، سازه میبایست توانایی حفظ پایداري در یکزمان مشخص در برابر آتش پس از زلزله را دارا باشد. این مطالعه به بررسی اثر آتش پس از زلزله بر عملکرد قاب فولادي میپردازد.

در حرارت بالا کاهش مقاومت و سختی سازه بهعنوان یک ضعف مهم شناخته میشود. این کاهش مقاومت و سختی در فولاد بسیار

سریعتر از بتن رخ میدهد.
براي مدلسازي خسارت در آتش پس از زلزله باید به دو عامل مهم توجه نمود:

۱٫ خسارت هندسی، که ناشی از تغییر در هندسهي اولیهي سازه ناشی از تغییر شکلهاي پسماند تولیدشده در طول زلزله است.

۲٫ خسارت مکانیکی، که ناشی از کاهش مشخصات مکانیکی آن دسته از المانهایی است که به علت تغییر مکانهاي ناشی از

زلزله وارد حالت پلاستیک شدهاند.[Della Corte et al, 2003]

اهداف ایمنی در برابر آتش پس از زلزله حفاظت از جان ساکنین و به حداقل رساندن خسارت وارد به مصالح و زیان هاي اقتصادي می باشد. این اهداف شامل موارد زیر می گردد:[BS 5990, 1995]

• به حداقل رساندن خطر آتش سوزي با تعبیه وسایل مقابله با آتش در سازه

• تامین خروجی ایمن براي ساکنین

• جلوگیري از پخش آتش در سازه

• به حداقل رساندن خطر شکست سازه اي ناشی از زلزله و آتش پس از آن

مشخصات مکانیکی فولاد در حرارت بالا

افزایش دما موجب می شود که مقاومت و سختی فولاد کاهش یابد. آیین نامه ي اروپا ضریب هاي کاهش مدول الاستیسیته، تنش تسلیم و حد تناسب را دماي بالا ارائه نموده است. این ضرایب به مقادیر متناظر در دماي اتاق ۲۰) درجه ي سانتی گراد) اعمال می گردند. ضرایب کاهش مدول الاستیسیته، تنش تسلیم و تنش حد تناسب را نشان می دهد. در دماي اتاقف تنش حد تناسب مساوي با تنش تسلیم در نظر گرفته می شود. در دماي بالا، حد تناسب در تنشی کمتر از تنش تسلیم رخ می دهد. این به این معنی می باشد که منحنی تنش-کرنش فولاد در دماي بالا، در تنش هاي زیر تنش تسلیم به شدت غیرخطی می شود. آیین نامه ي اروپا تا دماي

۴۰۰ در جه ي سانتی گراد هیچ کاهشی در تنش تسلیم نمی دهد؛ اما مدول الاستیسیته و تنش حد تناسب از دماي ۱۰۰ درجه ي سانتی گراد به بالا با کاهش روبرو می شوند.[Eurocode 3, 2005] مشخصات مکانیکی فولاد در حرارت بالا در شکل ۱ نشان داده شده است.