انتخاب رکوردهای مناسب برای آنالیز تاریخچه زمانی

امروزه با گسترش نرم افزارهای مختلف، امکان انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی بسیار افزایش یافته است. از این رو استفاده از این آنالیزها در جوامع مهندسی رو به افزایش است. با این حال باید به این موضوع دقت شود که پیچیدگی های بسیار در مدلسازی، ورودی های زلزله، تحلیل و خروجی های آن، می تواند منجر به نتایج دور از واقع شود. لذا به صرف استفاده از این نوع تحلیل ها نمی توان به خروجی آن اطمینان کرد.

یکی از مهمترین بخش های آنالیز تاریخچه زمانی انتخاب ورودی مناسب یا همان زلزله متناسب با شرایط مد نظر می باشد. آیین نامه های فعلی مانند آیین نامه 2800 ایران، شرایطی چون بزرگا و فاصله از گسل را جزو مهمترین عوامل موثر در انتخاب رکورد معرفی کرده اند. جدول زیر نتایج بدست آمده از آنالیزهای انجام شده بر روی یک ساختمان بتن مسلّح 4 طبقه را نشان می دهد که هر دو دسته رکورد شرایط آیین نامه ای انتخاب شتاب نگاشت را برآورده کرده اند.

Table Reference: Jennie Anne Watson-Lamprey, Selection and Scaling of Ground Motion Time-Series, PhD Dissertation, Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley, 2007.

اختلاف موجود خود بیانگر اخطاری است که مهندسین را در استفاده از این نوع تحلیل ها محتاط می کند.

براساس آیین نامه 2800 ایران، حداقل سه رکورد زلزله که شرایط ذیل را داشته باشند، جهت انجام تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی نیاز است (شرایط نسبتاً مشابهی در آیین نامه های ASCE و IBC موجود است):

 

1- فاصله از گسل، مکانیزم گسل و بزرگای زلزله باید تطابق مناسبی با شرایط ساختگاه مورد نظر داشته باشد. در آیین نامه ایران زلزله طرح (DBE) با دوره بازگشت تقریباً 475 سال مورد استفاده قرار می گیرد و الزامات طراحی بگونه ای است که بصورت آیین نامه ای ایمنی جانی (Life Safety) تضمین می شود. در آیین نامه های ASCE و IBC از ماکزیمم زلزله مورد انتظار (MCE) برای طراحی در تراز عملکردی آستانه فروریزش استفاده میشود. بطور تقریبی جهت تبدیل طیف های این دو زلزله بهم می توان فرض کرد که طیف زلزله DBE دو سوم (2/3) طیف زلزله MCE می باشد. نکته قابل توجه دیگر درباره فاصله از گسل می باشد. عمدتاً تمام مبانی بر روی زلزله های حوزه دور (Far Field) متمرکز می باشد. تقریباً زلزله هایی با فاصله از گسل بیش از 10 کیلومتر در این حوزه دسته بندی می شوند. البته شایان ذکر است آیین نامه طراحی نیوزلند طراح را ملزم به انتخاب حداقل سه رکورد حوزه نزدیک (Near Field) در یک مجوعه رکورد هفت تایی می کند. 

 

2- طول زمان موثر (Significant Duration) رکورد یا مدت زمان حرکت شدید زمین باید بیشتر از 10 ثانیه و یا سه برابر زمان تناوب اصلی سازه باشد. برای سازه ها و سیستم های ژئوتکنیکی که عملکردشان را می توان براساس خسارت هایی که در طول زلزله بصورت تجمعی افزایش می یابند بررسی کرد، علاوه بر پارامترهایی چون دامنه و فرکانس زلزله، زمان نیز می تواند یک عامل تأثیرگذار باشد. زمان موثر بصورت بازه زمانی که مقدار مشخصی از انرژی زلزله اتلاف میشود، تعریف می گردد. انرژی را می توان بصورت انتگرال مربع شتاب یا سرعت زلزله در نظر گرفت. رابطه آریاس (Arias) انتگرال اشاره شده در فوق را براساس شتاب زلزله و بصورت زیر محاسبه می کند.

که در آن a(t) شتاب رکورد، g شتاب ثقلی و T زمان کلی زلزله است. با استفاده از گراف های هیوسید (Husid) که در شکل زیر نشان داده شده اند، می توان زمان موثر را محاسبه نمود. دو تعریف پرکاربرد، زمان بین 5 تا 75% و یا بین 5 تا 95% آریاس  می باشد.