مطالعه اثر ضربه در سازه¬های پیچشی مجاور با درنظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه

STUDENT

DEGREE

YEAR

During strong earthquakes, adjacent structures with non-sufficient clear distances collide with each other. This phenomenon is called pounding. During such an event, the impact force is applied as a shock on a dynamically system. Such a shock force can alter totally the design forces, an anticipated, for the system under study. Moreover, the local damage sustained by the structure elements under direct impact force, can result in local or global failure in extreme cases. Because of complexity and many uncertainties in modeling an estimation of pounding, both as an event and as an extra force, it has been the traditional of building codes to set a rule to distance the buildings at an amount to completely eradiate the possibility of impact. The problem becomes much more complicated if effects of other existing realities, including torsional response and soil-structure interaction (SSI) are taken into account. Many attempts have been undertaken by various researchers to investigate the detrimental effects of seismic pounding in the past, especially after the 1985 Mexico City earthquake that exhibited many instances of pounding. The larger volume of the research works in the past 30 years on pounding has been on simple one-dimensional or two-dimensional models of adjacent buildings on rigid base. In the past studies on seismic impact of three-dimensional unsymmetric adjacent structures resting on a rigid base or symmetrical buildings often the effect of soil flexibility is disregarded. Only a small portion of research tasks, however, has been devoted to the ones considering simultaneous effects of pounding, torsional coupling, and SSI. The problem of seismic pounding between torsionally coupled multi story buildings is investigated in this thesis. The pair of adjacent structures rest on a flexible soil and the soil-structure interaction phenomenon is taken into account using the winkler beam on nonlinear springs. The buildings are 4 to 10 stories in height. Although a common plan being symmetric with regard to lateral stiffness is considered, a mass eccentricity variable from zero to 30% of the plan dimension is considered. Modeling of nonlinear torsional buildings with common story elevation, the seismic impact can happen anywhere along the buildings edge. Effect of impact, soil flexibility and torsional eccentricity are studied by comparison of nonlinear dynamic responses of building under 11 consistent earthquakes on D soil types at different clear distances including story drift, shear forces, and plastic hinge rotation of stories and pounding forces. The results of the study indicate that Pounding of the adjacent buildings can even happen at the clear distance required by the sample seismic design code although with a small amplitude. It has been found that the soil flexibility increases the relative lateral displacements of the lower stories and increases the pounding force in the lower half of the buildings. Moreover, Combination of the torsional response and pounding at the corners makes the peripheral lateral bearing to be the most critical regarding the nonlinear response and the ductility demand. This is true even at the clear distance required by the code. Keywords : Pounding, torsional adjacent building, soil-structure interaction, time history analysis, OpenSees

در طی زلزله های نسبتاً شدید، ساختمان هایی که در مجاورت یکدیگر ساخته‌شده‌اند چنانچه دارای فاصله ناکافی از هم باشند به یکدیگر برخورد می کنند که به این پدیده ضربه گویند. از علل اصلی پدیده ضربه می توان به اختلاف بین مشخصات دینامیکی سازه های مجاور که منجر به ارتعاش غیر هم‌فاز آن ها می شود و نیز درز انقطاع ناکافی بین سازه های مجاور، اشاره کرد. به‌منظور جلوگیری از این پدیده در هنگام زلزله، آیین نامه ها رعایت حداقل فاصله لرزه ای را در ساختمان های مجاور الزام می کنند، مدل‌سازی ضربه دارای پیچیدگی های فراوانی است؛ ازاین‌رو در اکثر مطالعات فرض های ساده کننده ای مدنظر بوده است. به‌طور مثال در اکثر تحقیقات از اثر خاک زیر سازه صرف نظرشده است و یا به‌منظور کاهش حجم محاسبات و پیچیدگی معادلات، سازه ها به‌صورت دوبعدی مدل شده اند که مستلزم نادیده گرفتن شدن اثر پیچش و اختلاف‌فاز در نقاط برخورد است. در این تحقیق نقش ضربه در ساختمان های پیچشی ? تا ?? طبقه مجاور در دو حالت تکیه گاه گیردار و انعطاف پذیر بررسی‌شده است. رفتار کلیه ی ساختمان ها به‌صورت غیر خطی منظور شده و اندرکنش خاک و سازه نیز طبق مدل تیر بر فونداسیون غیرخطی وینکلر شبیه سازی شده است. در مدل سازی ضربه نیز از المان تماسی ویسکوالاستیک خطی استفاده شده است. جهت تحلیل تاریخچه زمانی سیستم ها از نرم افزار OpenSees استفاده گردیده است که نرم افزاری متن باز بوده و قابلیت فراوانی برای مدل سازی رفتارهای مختلف سازه و خاک دارد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که الزامات آیین نامه جهت جلوگیری از ضربه در ساختمان های مجاور کافی نیست. همچنین مشخص شد که ضربه در ساختمان کوتاه تر منجر به کاهش نسبت دریفت تمام طبقات و افزایش برش در طبقه ی بام شده و پاسخ برش و نسبت دریفت در ساختمان بلندتر را افزایش می دهد. از طرف دیگر منظور کردن انعطاف پذیری خاک باعث افزایش نیروی ضربه و افزایش نسبت دریفت در طبقات ساختمان بلندتر گردیده و وضعیت ساختمان های مجاور را طی ضربه بحرانی تر می کند.کلمات کلیدی: ضربه، ساختمان های پیچشی مجاور، اندرکنش خاک و سازه، تحلیل تاریخچه زمانی در طی زلزله های نسبتاً شدید ساختمان هایی که در مجاورت یکدیگر ساخته‌شده‌اند چنانچه دارای فاصله ناکافی از هم باشند به یکدیگر برخورد می کنند که به این پدیده ضربه گویند. از علل اصلی پدیده ضربه می توان به اختلاف بین مشخصات دینامیکی سازه های مجاور که منجر به ارتعاش غیر هم‌فاز آن ها می شود و نیز درز انقطاع ناکافی بین سازه های مجاور، اشاره کرد. بررسی موضوع ضربه بین ساختمان های مجاور در چند دهه اخیر خصوصاً بعد از زمین‌لرزه‌ی سال ???? مکزیکوسیتی که به‌وضوح گواه بر تأثیر ضربه در ساختمان ها بود، موضوع تحقیق محققان بوده است. توسعه ی روزافزون زندگی شهرنشینی و پیرو آن کاهش فضای قابل سکونت شهری منجر به قرارگیری ساختمان ها در فاصله ی کم و به‌صورت متراکم در مناطق پرجمعیت شده است. بدیهی است که تمرکز ساختمان های بلند و آسمان خراش ها باعث افزایش چشمگیر احتمال وقوع ضربه خواهد شد. به‌منظور جلوگیری از این پدیده در هنگام زلزله آیین نامه ها رعایت حداقل فاصله لرزه ای را در ساختمان های مجاور الزام می کنند اما این فاصله از طرفی تخمینی بیان‌شده که می تواند منجر به ضریب اطمینان نامطلوب گردد و از طرف دیگر به دلیل قیمت بالا و نیز کمبود فضای خالی رعایت این فاصله دشوار می باشد. بنابراین مطالعه ی بیشتر در این زمینه ازجمله بررسی پدیده ضربه با توجه به مشخصات دینامیکی ساختمان ها و نیز نقش ضربه در پاسخ سازه ضروری به نظر می رسد. مدل‌سازی ضربه دارای پیچیدگی های فراوانی است ازاین‌رو در اکثر مطالعات فرض های ساده کننده ای مدنظر بوده است. به‌طور مثال در اکثر تحقیقات، دیافراگم های سازه‌های مجاور، هم‌تراز در نظر گرفته‌شده‌اند و یا از اثر خاک زیر سازه صرف نظرشده است. پرواضح است که مدل‌سازی پدیده ی غامضی چون ضربه همراه با در نظر گرفتن عوامل دیگری مانند خاک زیر سازه و یا غیر هم‌تراز بودن دیافراگم ها تا چه حد به محاسبات پیچیده، زمان‌بر و صرف هزینه نیاز دارد. از طرفی باید دید که این فرض های ساده کننده تا چه حد موجب تخمین پاسخ واقعی سازه گشته است. همچنین در اکثر تحقیقات انجام‌شده به‌منظور کاهش حجم محاسبات و پیچیدگی معادلات، سازه ها به‌صورت دوبعدی مدل شده اند که مستلزم نادیده گرفتن شدن اثر پیچش و اختلاف‌فاز در نقاط برخورد است. در این تحقیق نقش ضربه در ساختمان های پیچشی ? تا ?? طبقه مجاور در دو حالت تکیه گاه گیردار و انعطاف پذیر بررسی‌شده است. رفتار کلیه ی ساختمان ها به‌صورت غیر خطی منظور شده و اندرکنش خاک و سازه نیز طبق مدل تیر بر فونداسیون غیرخطی وینکلر شبیه سازی شده است. در مدل سازی ضربه نیز از المان تماسی ویسکوالاستیک خطی استفاده شده است.جهت تحلیل تاریخچه زمانی سیستم ها از نرم افزار OpenSees استفاده گردیده است که نرم افزاری متن باز بوده و قابلیت فراوانی برای مدل سازی رفتارهای مختلف سازه و خاک دارد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که ضربه منجر به کاهش نسبت دریفت تمام طبقات و برش طبقه بزرگتر در طبقه بام در ساختمان کوتاه تر شده و پاسخ برش و نسبت دریفت در ساختمان بلندتر را افزایش می دهد. همچنین منظور کردن انعطاف پذیری خاک باعث افزایش نسبت دریفت در طبقات ساختمان بلندتر گردیده و وضعیت ساختمان های مجاور را طی ضربه بحرانی تر می کند.