عنوان صفحه
چکيده1
فصل اول ” مقدمه “
1-1 مقدمه3
1-2- بيان مسئله4

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

1-3 اهداف و فرضيات تحقيق6
1-3-1 هدف کلي6
1-3-2 فرضيه اصلي 6
1-3-3 فرضيه فرعي 6
فصل دوم ” تاريخچه و ادبيات فني “
2-1 منحني هاي شکنندگي8
2-2 تاريخچه توليد منحني هاي شکنندگي8
2-3 کاربرد منحني هاي شکنندگي12
2-3-1 منحني هاي شکنندگي و تحليل خطر12
2-3-2 سطوح آسيب13
2-4 تحليل ديناميکي فزاينده (IDA)14
2-4-1 رابطه آماري منحني هاي شکنندگي16
2-5 ترکيب منحني هاي شکنندگي16
2-5-1 منحني هاي شکنندگي توسعه داده شده18
2-6 محدوده هاي عملکرد19
2-7 روش ارزيابي منحني هاي شکنندگي24
2-7-1 روش شبيه سازي براي حرکات زمين27
2-7-2 مدل سازي ساختمان هاي بلند و عدم اطمينان مصالح28
2-8 توسعه منحني هاي شکنندگي30
2-9 روش هاي توليد منحني هاي شکنندگي34
2-9-1 منحني شکنندگي و نوع آناليز34
2-9-1-1 به کمک تحليل هاي تاريخچه زماني و تحليل ديناميکي غيرخطي34
2-9-1-2 روش MPA35
2-9-2 منحني شکنندگي و تعيين محدوده شکست35
2-10 منحني شکنندگي و سطوح عملکرد36
2-10-1 احتمال شکست يا فراگذشت (محور قائم منحني شکنندگي)37
فصل سوم ” مدل سازي و ترسيم منحني هاي شکنندگي “
3-1 مدل سازي40
3-1-1 مشخصات هندسي40
3-1-2 مشخصات بارگذاري41

3-1-3 مشخصات منطقه اي42
3-1-4 خصوصيات مصالح43
3-1-5 آئين نامه ها43
3-2 طراحي44
3-2-1 کنترل پارامترهاي طراحي در ETABS44
3-2-2 کلياتي در مورد نرم افزار perform 3D 45
3-2-3 مدل سازي در perform 3D46
3-2-4 روند مشخص کردن اجزاء46
3-3 روابط F-D (نيرو – تغيير مکان)46
3-3-1 روابط F-D در perform47
3-3-2 روابط دوخطي و E-P-P (الاستيک – پلاستيک کامل)48
3-3-3 سختي موازي اضافي48
3-3-4 حالت هاي حدي و نسبت هاي کاربردي49
3-3-5 انواع حالت هاي حدي50
3-4 حالت هاي بار ديناميکي زلزله50
3-4-1 رکوردهاي زلزله50
3-4-2 تحليل ديناميکي فزاينده IDA در PERFORM52
3-4-3 ميرايي53
3-5 مدل سازي تير و ستون53
3-5-1 المان تير53
3-5-2 المان ستون54
3-5-3 المان چشمه اتصال54
3-5-4 ناحيه صلب انتهايي (End Zone Component)56
3-6 مراحل کلي تهيه منحني شکنندگي56
3-7 ترسيم منحني هاي شکنندگي58
3-7-1 منحني شکنندگي قاب هاي سه طبقه58
3-7-1-1 منحني شماره 1 58
فصل چهارم ” ارزيابي منحني هاي شکنندگي “
4-1 خلاصه مقايسه منحني هاي شکنندگي62
4-1-1 قاب 3 طبقه62
4-1-1-1 بررسي افزايش طول دهانه از L=4m به L=6m62
4-1-1-2 بررسي افزايش بار مرده و زنده به ترتيب از 500 و 200 به 700 و 500 62
4-1-1-3 بررسي افزايش شتاب مبناي طرح منطقه اي از A=0/25 به A=0/35 63
4-1-2 قاب 5 طبقه64
4-1-2-1 بررسي اثر افزايش طول دهانه از L=4m به L=6m64
4-1-2-2 بررسي اثر افزايش بار مرده و زنده قاب 5 طبقه از 200 و 500 به 500 و 700 کيلوگرم بر متر مربع65
4-1-2-3 بررسي اثر افزايش شتاب مبناي طرح از A=0/25 به A=0/3566
4-1-3 قاب 8 طبقه67
4-1-3-1 بررسي افزايش طول دهانه از L=4m به L=6m67
4-1-3-2 بررسي افزايش بار مرده و زنده به ترتيب از 500 و 200 به 700 و 500 کيلوگرم بر متر مربع67
4-1-3-3 بررسي افزايش شتاب مبنا طرح از A=0/25 به A=0/35 68
4-1-4 قاب 12 طبقه68
4-1-4-1 بررسي افزايش طول دهانه قاب از L=4m به L=6m68
4-1-4-2 بررسي افزايش بار مرده و زنده به ترتيب از 500 و 200 به 700 و 500 کيلوگرم بر متر مربع69
4-1-4-3 بررسي افزايش شتاب مبنا طرح از A=0/25 به A=0/3569
4-2 بررسي افزايش تعداد طبقات در احتمال فراگذشت70
4-2-1 در حالت طول دهانه 4 متر70
4-2-2 در حالت بار زنده و مرده به ترتيب 500 و 700 کيلوگرم بر متر مربع 71
4-2-3 در حالت شتاب مبناي طرح A=0/3572
4-2-4 طول دهانه L=6m73
4-3 منحني هاي IDA حاصل از مجموعه تحليل ها74
4-4 نمودار تغييرات دريفت طبقات باافزايش شدت زلزله در آناليز ديناميکي فزاينده76
فصل پنجم ” نتيجه گيري “
5-1 ارزيابي طيف 2800 و طيف ميانگين حاصل از 14 شتابنگاشت78
5-2 نتايج82
منابع84
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1 : جابجايي هاي طيفي در سطوح IO , CP22
جدول 2-2 : پارامتر هاي آماري مشخصات مصالح29
جدول 3-1 : مشخصات و پارامتر هاي طراحي قاب هاي مورد بررسي43
جدول 3-2 : ليست و مشخصات زلزله هاي انتخابي51
جدول 3-3 : نمونه اي از مقياس کردن PGAها52
جدول 3-4 : جدول شکنندگي قاب 8 طبقه با طول دهانه 4 متر53
جدول 4-1 : مقادير برش پايه و فولاد مصرفي براي حالت هاي مختلف طراحي66
جدول 4-2 : احتمال فراگذشت قاب هاي فولادي70
جدول 5-1 : SA قاب هاي مورد بررسي بر اساس طيف 2800 و ميانگين80
جدول 5-2 : احتمال فراگذشت قاب ها در سطح عملکرد LS81
جدول 5-3 :احتمال فراگذشت قاب ها در سطح عملکرد IO81
جدول 5-4 :احتمال فراگذشت قاب ها در سطح عملکرد CP82
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 2-1 : نمودار IDA ساختمان 3 طبقه بتني 15
شکل 2-2: منحني شکنندگي ساختمان 5 طبقه با دو نوع مقاومت فولاد 18
شکل 2-3 : منحني شکنندگي ترکيبي ساختمان 5 طبقه به صورت خط چين 18
شکل 2-4 : منحني شکنندگي تسليم در سطح عملکرد خدمت رساني بي وقفه 20
شکل 2-5 : منحني شکنندگي انهدام در سطح عملکرد جلوگيري از فروپاشي 20
شکل 2-6: منحني احتمال تسليم براساس جابجايي طيفي براي يک ساختمان 7 طبقه 22
شکل 2-7 : منحني احتمال فروپاشي ترکيبي براي يک ساختمان 7 طبقه 23
شکل 2-8 : ارتباط جابجايي طيفي و تعداد طبقات براي سطوح عملکرد IO , CP24
شکل 2-9 : مدل مفاصل پلاستيک تاکدا براي ساختمان هاي بلند مرتبه38
شکل 2-10 : نمودار بيشينه تغيير مکان بر اساس افزايش PGA براي زمان هاي مختلف زلرله 32
شکل 2-11 : منحني شکنندگي در زمان هاي مختلف زمين لرزه 32
شکل 2-12 : نمودار بيشينه تغيير مکان بر اساس افزايش PGA بر اساس دو روش آماري32
شکل 2-13 : منحني شکنندگي بر اساس روش مارگارين و گاوسين32
شکل 2-14 :منحني شکنندگي قاب 8 طبقه با طول دهانه 4 متر36
شکل 3-1 : قاب هاي مدل شده در ETABS41
شکل 3-2: قاب 5 طبقه با طول دهانه 4 متر و مقاطع مربوطه45
شکل 3-3 :نمودار F-D47
شکل 3-4 : نمودار سه خطي با و بدون سختي اضافه شده49
شکل 3-5 :شتاب نگاشت زلزله ladspooor51
شکل 3-6 : مدل چشمه اتصال کراوينکلر55
شکل 3-7 : منحني شکنندگي قاب 8 طبقه با طول دهانه 4 متر58
شکل 3-8 : منحني شکنندگي قاب 3 طبقه با طول دهانه 4 متر59
شکل 4-1 : منحني شکنندگي قاب هاي 3 طبقه با تنوع پارامتر هاي طراحي64
شکل 4-2 : منحني شکنندگي قاب هاي 5 طبقه با تنوع پارامتر هاي طراحي66
شکل 4-3 : منحني شکنندگي قاب هاي 8 طبقه با تنوع پارامتر هاي طراحي68
شکل 4-4 : منحني شکنندگي قاب هاي 12 طبقه با تنوع پارامتر هاي طراحي69
شکل 4-5 : منحني شکنندگي قاب هاي 3 ، 5 ، 8 و 12 طبقه با طول دهانه 4 متر71
شکل 4-6 : منحني شکنندگي قاب هاي 3 ، 5 ، 8 و 12 طبقه با بار مرده و زنده 700 و 500 کيلو گرم بر متر مربع72
شکل 4-7 : منحني شکنندگي قاب هاي 3 ، 5 ، 8 و 12 طبقه با شتاب مبناي طرح 35/073
شکل 4-8 : منحني شکنندگي قاب هاي 3 ،5، 8 و 12 طبقه با طول دهانه 6 متر74
شکل 4-9 : نمودار IDA قاب 3 طبقه براي 14 شتاب نگاشت75
شکل 4-10 : نمودار تغييرات دريفت طبقات باافزايش شدت براي قاب 3 طبقه76
شکل 5-1 : مقايسه طيف 2800 و طيف ميانگين79
چکيده
هدف اصلي از طراحي سازه هاي ساختماني تأمين اهداف سطوح عملکردي در رده هاي مختلف بر اساس آئين نامه هاي موجود مي باشد. در رسيدن به اين هدف بررسي احتمال آسيب پذيري
قاب هاي خمشي فولادي با استفاده از منحني هاي شکنندگي روش مناسبي مي باشد. در اين مطالعه 16 عدد قاب خمشي فولادي با مشخصات هندسي، منطقه اي و زلزله اي مختلف با استفاده از آئين نامه هاي 2800 و فولاد ايران طراحي گرديده و با انجام تحليل هاي فزاينده ديناميکي در رده‌هاي مختلف PGA با شتاب نگاشت هاي مختلف، بيشينه جابجايي تغيير مکان بين طبقه اي را به دست آورديم. با انجام عمليات آماري و تعيين محدوده هاي شکست (انحراف معيار) احتمال آسيب پذيري يا فراگذشت از مقادير فوق الذکر را بررسي نموده و با يکديگر مقايسه نموده ايم. در مقام مقايسه از قاب هايي استفاده شده که در آنها، افزايش طول دهانه، بار زنده و مرده و شتاب مبناي طرح عامل تنوع قاب ها مي باشد. در ارزيابي هاي انجام شده مشاهده گرديد افزايش بار مرده و زنده همچنين افزايش طول دهانه باعث افزايش احتمال آسيب پذيري قاب مي گردد ولي در مورد افزايش شتاب مبناي طرح اين افزايش احتمال، کمتر مي باشد. در پايان با معادل کردن PGA طيف پاسخ شتاب نگاشت ها با طيف 2800 ملاحظه گرديد که احتمال آسيب پذيري (فراگذشت) براي قاب هاي 3 و 5 طبقه و تا حدودي 8 طبقه منطقي تر به نظر مي رسد ولي براي قاب هاي 12 طبقه اين احتمال بسيار زياد مي باشد.
واژگان کليدي : سطوح عملکرد، آسيب پذيري، قاب هاي خمشي فولادي، منحني هاي شکنندگي، تحليل فزاينده ديناميکي، بار مرده و زنده، شتاب نگاشت

فصل اول
” مقدمه “

1-1 مقدمه
يکي از مصيبت بار ترين و غم انگيز ترين حوادث طبيعي که سالانه تعداد زيادي از انسان ها را در نقاط مختلف جهان به کام مرگ مي کشد زلزله است. به طوري که در سال هاي اخير بيشتر اين خسارات مالي و جاني متعلق به کشورهاي ايران، ترکيه، چين بوده است.
با توجه به اهميت اين مسأله مي توان اهميت وجود آئين نامه هاي مناسب طراحي در برابر زلزله و شناخت عوامل ناشناخته در مسير ايمن کردن ساختمان ها، بررسي بيشتر سازه هاي طراحي شده بر مبناي اين آئين نامه ها و شناخت ضعف ها و مشکلات احتمالي اين طراحي ها را به راحتي ملاحظه نمود. بدين منظور يکي از روش هاي بررسي عملکرد ساختمان ها با توجه به روش ها و آئين نامه هاي طراحي موجود ترسيم منحني هاي شکنندگي مي باشد. رسم اين منحني ها از سازه هاي هسته اي آغاز شد چرا که اين سازه ها جز سازه هاي بسيار مهم اند و آسيب ديدگي آنها در هنگام زمين لرزه مي تواند فجايع زيست محيطي و بسيار خطرناک به وجود آورد. در سال 1980 اولين منحني شکنندگي براي يک نيروگاه هسته اي در ژاپن ترسيم گرديد. در ايران اين منحني در سال 1386 براي ساختمان هاي بتن مسلح با ديوار برشي رسم گرديد. اساس اين منحني ها بر مبناي شدت
زلزله ها (PGA) و احتمال آسيب پذيري سازه بر اساس عمليات آماري بر روي پارامترهاي تقاضاي هندسي نظير نسبت بيشينه تغيير مکان جانبي، مي باشد. در محور افقي اين نمودار رده هاي مختلف PGA و در محور قائم احتمال فراگذشت از حدود آئين نامه اي بر اساس سطوح عملکرد IO و LS و CP مي باشد. احتمال فراگذشت به وسيله توزيع لوگ نرمال به دست مي آيد. در سطوح عملکرد
فوق الذکر محدوده هاي به عنوان محدوده شکست در آئين نامه Fema356 ذکر گرديده است که از آن به عنوان انحراف معيار جهت رسيدن به احتمال مورد نظر استفاده مي گردد. تحليل ديناميکي فزاينده مورد استفاده در اين تحقيق يکي از روش هاي آناليز ديناميکي غيرخطي مي باشد. در اين تحليل سازه تحت اثر يک سري از تحليل هاي تاتريخچه زماني قرار گرفته و شتاب نگاشت هاي مد نظر در رده هاي شدت PGA مقياس مي گردد.
جهت ارزيابي منحني هاي شکنندگي و اينکه مشخص گردد احتمالات به دست آمده براي آسيب پذيري قاب ها تا چه حد قابل اعتماد است، مقايسه اي بين طيف آئين نامه 2800 و طيف پاسخ حاصل از 14 شتاب نگاشت مورد استفاده انجام مي گردد و به موجب نتايج مقايسه، PGA آئين نامه را به دست آورده و احتمال آسيب پذيري را بر مبناي آن مشاهده مي نماييم.
بررسي احتمال آسيب پذيري و آناليز قاب ها و شايد بتوان گفت سازه هاي ساختماني مي تواند به دست آوردن احتمال فراگذشت (آسيب پذيري) کمک بسيار مناسبي جهت پيش بيني خسارات زلزله احتمالي در ساختمان، با کاربريهاي مختلف و پيش بيني تمهيدات لازم براي ستادهاي مديريت بحران سازمان هاي بيمه گر و از همه مهمتر مقاوم سازي ساختمات هايي که نياز مبرم به اين مسأله دارند، باشد.

1-2- بيان مسئله
بررسي رفتار سازه ها در شهر هاي مختلف لرزه خيز همواره جزء اصلي ترين مسائل مهندسي زلزله بوده است. با گسترش روش هاي نوين آناليز لرزه اي و استفاده روز افزون از طراحي لرزه اي سازه ها بر اساس عملکرد، لزوم بررسي لرزه اي ساختمان هاي طراحي شده بر اساس آئين نامه هاي موجود کشور به چشم مي خورد. در اين پژوهش عملکرد لرزه اي قاب هاي خمشي فولادي طراحي شده بر اساس مبحث دهم مقررات ملي ساختمان ايران مورد بررسي قرار مي گيرد. براي اين منظور از مفهوم منحني هاي شکنندگي استفاده شده است. منحني هاي شکنندگي اطلاعات عددي تشخيص را در رابطه با سطح خرابي و مشخصات ويژگي هاي زمين لرزه به طراحان مي دهند. دستيابي به رابطه بين زمين لرزه و ميزان خرابي از ابزارهاي ضروري در ارزيابي تخمين خرابي ساختمان در مقياس شهري مي باشد.
جهت رسم منحني‌هاي شکنندگي از متغيرها و مجهولات زير استفاده مي‌شود(مراحل توليد منحني):
1- انتخاب سازه ها و مدل سازي غير خطي اعضاء
2- انتخاب شتاب نگاشت هاي زمين لرزه هاي گذشته با توجه به نوع خاک و مقياس کردن آن به سطوح مختلف
3- مشخص کردن محدوده شکست با توجه به آئين نامه ها و دستور العمل ها
4- مشخص کردن عوامل مؤثر در شکنندگي لرزه اي مثل تغيير شکل محوري خميري و تغيير مکان بين طبقه اي
5- انجام تحليل ديناميکي فزاينده غير خطي در سطوح مختلف شدت لرزه اي
6- انتخاب توزيع آماري و معادله احتمالي مناسب
7- توليد منحني شکنندگي
در اين منحني ها محدوده شکست با عملکرد سازه رابطه مستقيم دارد. پس از تهيه منحني هاي مذکور بر پايه معيار شدت مناسب براي پارامترهاي تقاضاي مهندسي مناسب نظير تغيير مکان بين طبقه اي، چرخش مفصل هاي پلاستيک و تغيير شکل محوري خميري ميزان آسيب پذيري سازه مورد بررسي قرار مي گيرد.

1-3 اهداف و فرضيات تحقيق
1-3-1 هدف کلي
هدف از رسم منحني هاي شکنندگي بررسي احتمال خسارت وارده در شدت زمين لرزه هاي مختلف مي باشد که با تحليل هاي غيرخطي، با اعمال شتاب نگاشت ها با شدت ها و محتواي فرکانسي مختلف و به کارگيري توابع آماري و احتمالاتي و بهره گيري از پارامترهاي تقاضاي مهندسي به دست مي آيند. منحني هاي شکنندگي مورد نظر بر اساس دو مولفه بيشينه شتاب زمين و احتمال فراگذشت قاب ترسيم مي گردند که بر اين اساس مي توان در مورد احتمال تخريب يا آسيب پذيري قاب‌هاي مورد نظر اظهار نظر نمود.

1-3-2 فرضيه اصلي
رفتار قاب در زلزله هاي فرضي و مورد بررسي، با رفتار کل سازه يکسان فرض شده است. در اين پژوهش تنها به بررسي لرزه اي قاب هاي خمشي فولادي پرداخته مي شود. اين قاب ها براي منطقه اصفهان و خاک تيپ ? با تعداد طبقات 3، 5 و 8 و 12 و همچنين تعداد دهانه هاي 3 و 5 و ارتفاعات طبقات 10/3 و 1/4 متر طراحي مي شوند. ضمناً طول دهانه قاب ها برابر 4 و 6 متر فرض شده است.

1-3-3 فرضيه فرعي
اطلاعات موجود از سازه دقيق و کافي و درست مي باشد.

فصل دوم
” تاريخچه و ادبيات فني “

2-1 منحني هاي شکنندگي
با توجه به داده هاي عددي موجود در رابطه با سطح خرابي، مشخصات ويژگي هاي زمين لرزه، رابطه بين اندازه زمين لرزه و ميزان خرابي از ابزارهاي ضروري براي ارزيابي و تخمين خرابي
ساختمان ها در مقياس شهري و منطقه اي است. منحني هاي شکنندگي يکي از ابزارهاي مفيد براي اين منظورند. اين منحني ها نشان گر احتمال افزايش شرايط محدود آسيب و خسارت براي
ساختمان هاي در معرض تحريک زمين لرزه هستند، حالت هاي خسارت در آسيب پذيري ها معمولاً به عنوان تغيير مکان بيشينه بين طبقه اي و چرخش مفاصل و … در نظر گرفته مي شود.
منحني هاي شکنندگي براي برآورد خطر آفريني زيرساخت هاي شهري نيز قابل استفاده اند. اين منحني ها سطح محتمل خسارت براي سطوح مختلف شدت تأثير زلزله را نشان مي دهند. به کمک اين منحني ها مي توان با تعيين ميزان آسيب پذيري سازه ها آنها را براي مقاوم سازي اولويت بندي کرد. همچنين مؤسسات مديريت دولتي و بيمه که عهده دار برآورد ميزان خسارت بعد از زلزله هستند مي توانند از اين منحني ها بهره بگيرند.

2-2 تاريخچه توليد منحني هاي شکنندگي
رسم و توليد منحني هاي شکنندگي از سازه هاي هسته اي آغاز شده است چرا که اين سازه ها جزء سازه هاي بسيار مهم اند و آسيب ديدگي آنها در هنگام زمين لرزه مي تواند فجايع زيست محيطي و بسيار خطرناک به وجود آورد. در سال 1980 منحني شکنندگي براي نيروگاه هسته اي رسم شد [1]. رسم منحني ها با استفاده از عوامل شکنندگي چون فشار آب ، مقاومت بتن، جابجايي و تنش ايجاد شده در پوسته هاي مخازن بر اساس سطوح مختلف PGA صورت گرفت.
مي توان گفت که بعد از زمين لرزه نورثريج (1994) توجه بيشتري به تخمين ميزان خسارت سازه ها شد و مهندسين توجه بيشتري به پيش بيني ميزان خسارات مالي سازه – که رقمي چشمگير مي باشد – در زلزله هاي شديد نشان دادند.
در سال 1994 آنانوس و همکاران طي مطالعه اي بر سازه هاي ايالت کاليفرنيا از ضوابط 13- ATC براي رسم منحني هاي شکنندگي استفاده کردند. در اين تحقيق منحني هاي شکنندگي براي سازه هاي چوبي، فولادي قاب خمشي وبتن مسلح رسم شد.
در سال 1996 هو و هانگ منحني هاي شکنندگي را براي ساختمان هاي شهر ممفيس توليد نمودند. رسم اين منحني ها با استفاده از نرم افزار IDarc و براي تغيير مکان بين طبقه اي در سطوح مختلف PGA صورت گرفت.
همچنين در سال 2000 ريهورن و بارن روشي براي توليد منحني هاي شکنندگي با استفاده از روش طيف ظرفيت ارائه نمودند [2]. در اين خصوص پژوهشگران با استفاده از روش تحليل استاتيکي غير خطي منحني هاي شکنندگي را براي تغيير مکان بين طبقه اي رسم کردند.
در سال 2004 نيز اسميت و همکاران منحني هاي شکنندگي را براي مقاوم سازي سازه ها تهيه نمودند [3]. در اين پژوهش، محققين چهار مدل 4 طبقه اي بتني را تهيه کردند و به منظور طرح مقاوم سازي از مدل هاي مختلفي چون بادبندي و ديوار برشي بهره گرفتند. آنان روش ديناميکي غيرخطي را براي تحليل لرزه اي به کار گرفتند و منحني هاي شکنندگي را براي تغيير مکان بين طبقه اي در سطوح مختلف PGA رسم کردند.
در سال 2006 نيز آريزاگا منحني هاي شکنندگي را براي ساختمان هاي فولادي قاب خمشي با استفاده از نرم افزار Ram Perform و با استفاده از تحليل ديناميکي غيرخطي براي قاب هاي 10، 8، 6، 4، 3 و 2 طبقه رسم کرد [4]. آريزاگا با استفاده از آئين نامه Fema و بر اساس PGA و تغيير مکان بين طبقه اي منحني هاي شکنندگي را توليد کرد.
منحني هاي شکنندگي به وسيله توزيع احتمالاتي تابع (نرمال يا لوگ نرمال) بيان مي شود. اين منحني ها حالت هاي متفاوت جنبش زمين و سطوح خسارت را به عنوان محور افقي و احتمال وقوع را به عنوان محور قائم در نظر گرفته و فرمول احتمالاتي آن نيز با فرض لوگ نرمال در نظر گرفته شده است.
آنانوس و همکاران در سال 1995 مطالعات بيشتري بر مبناي توزيع بار مندرج در ATC انجام دادند و مدل جديدي از منحني هاي شکنندگي را ارائه دادند. آنان محاسبات لرزه اي را بر مبناي ATC-13 انجام دادند و اين بار محور افقي مقاديري از مرکالي اصلاح شده بود که حالت علمي تر براي آناليز شکنندگي محسوب مي شد و تابع توزيع احتمالاتي به صورت نرمال فرض شده بود و ايده هاي مناسبي براي پيشنهاد جهت استفاده از رکورد زلزله در اين منحني جهت کارهاي آينده ارائه دادند.
شينوزوکا در سال 1998 مقاله اي تحقيقي در مورد منحني شکنندگي در پل ها را ارائه نمود و آناليز ديناميکي غيرخطي بهره برد. او براي اولين بار نشان داد که ترسيم منحني شکنندگي در صورتي که هدف به دست آوردن دقيق آن باشد يک مقوله آماري است. مدل پل استفاده شده در اين تحقيق تک دهانه بود [5]. در سال 2001 شينوزوکاو همکاران همين رويه را براي پل هاي چند دهانه بتن مسلح توسعه دادند. منحني هاي شکنندگي براي دو حالت تهيه شده اند: 1) فرض شده پل متقارن بوده و تمامي پايه ها روي يک تيپ خاک باشند 2) پل متقارن اما خاک زير پايه ها متفاوت باشد و سپس با تغييرات خاک زير پايه پل اين منحني ها توسعه داده شدند. از روش مونت کارلو براي تهيه رکوردها استفاده شد و آنها براي درجات مختلف شتاب زمين مقياس شدند [6].
در همين سال مصطفي براي اولين بار منحني هاي شکنندگي را براي سيستم هاي غير سازه اي به دست آورد [7]. در اين تحقيق يک منبع آب 40 تني بر بام يک بيمارستان 20 طبقه که يک مورد مطالعاتي واقعي بود تحت بررسي قرار گرفت در اين مقاله بيمارستان تحت تحريک هاي متفاوت از لحاظ PGA قرار گرفت و پاسخ لرزه اي بام به عنوان ورودي در تحريک سيستم ثانويه (منبع آب) در نظر گرفته شد و تفاوت منحني شکنندگي به دست آمده در اين مطالعه با ساير موارد اين بود که اين بار محور افقي نمودار، تغيير مکان نسبي طبقات (Drift) بود.
در ايران نيز در سال 1386 عظيمي نژاد و مقدم منحني هاي شکنندگي براي سازه هاي بتن مسلح داراي ديوار برشي رسم کردند [8]. براي اين کار با لحاظ کردن اثرات توزيع سختي و مقاومت و پيچش بر روي منحني هاي شکنندگي، 8 مدل يک طبقه با استفاده از نرم افزار Opensees تحت تحليل‌هاي ديناميکي غيرخطي قرار گرفت و منحني‌هاي شکنندگي بر اساس تغيير مکان بين طبقه‌اي و چرخش مفاصل و شکل پذيري در سطوح مختلف PGA رسم شدند.
در سال 1390 زرفام و همکاران طي مطالعه اي لرزه اي، تأثير تعداد طبقات بر منحني هاي شکنندگي را بررسي کردند [9].
هدف از اين مطالعه توسعه منحني هاي شکنندگي براي ساختمان هاي نيمه بلند بتن مسلح نسبت به تعداد طبقات در مناطق با لرزه خيزي زياد بود که بر اساس آئين نامه هاي ايران طراحي و مقادير حدي آنها تخمين زده شده بود به عنوان نمونه از ساختمان هاي 4، 6 و 8 طبقه استفاده شد که سيستم باربر جانبي آنها به صورت قاب خمشي متوسط و محل احداث آنها در منطقه با نوع خاک تيپ 2 بود و با استفاده از آئين نامه 2800 طراحي شده بودند. تحليل مورد استفاده در اين تحقيق ديناميکي افزايشي، با استفاده از 30 رکورد زمين لرزه براي تعيين ظرفيت هاي تسليم و فروپاشي نسبت به PGA ، بود.
زرفام و همکاران با بررسي منحني هاي شکنندگي در حالت تسليم و حالت فروپاشي به اين نکته رسيدند که تسليم در بازه کمتري اتفاق مي افتد که نشان دهنده وقوع سريع تسليم در سازه است در حالي که بازه فروپاشي بزرگتر است، پس احتمال وقوع فروپاشي در بازه بزرگتري از شتاب مي باشد. همچنين با مقايسه نمودار شکنندگي سه ساختمان در حالت فروپاشي مشخص شد که با افزايش ارتفاع ساختمان ها فروپاشي سازه افزايش پيدا مي کند. با مقايسه نمودار شکنندگي سه ساختمان در حالت تسليم مشخص مي شود که سازه هاي کوتاه تر سريع تر تسليم مي شود. در پاياه با بررسي تأثير تعداد طبقات در يک ارتفاع مشخص به اين نتيجه مي توان رسيد که ساختمان 6 طبقه به علت بلند بودن ارتفاع ستون ها نسبت به ساختمان 7 طبقه با توجه به پديده – P سريع تر به حالت تسليم و فروپاشي مي رسد.

2-3 کاربرد منحني هاي شکنندگي
اگرچه اطلاعات عددي محدودي در رابطه با سطح خرابي و مشخصات و ويژگي هاي زمين لرزه وجود دارد، دستيابي به روابط بين اندازه ي زمين لرزه و ميزان خرابي از ابزارهاي ضروري در ارزيابي و تخمين خرابي ساختمان ها در مقياس شهري و منطقه اي است. منحني هاي شکنندگي يکي از ابزارهاي مفيد در جهت تحقق اين منظورند. اين منحني ها علاوه بر آن که کارايي بالايي در مقايسه سيستم هاي سازه اي دارند، نشان دهنده احتمال افزايش شرايط محدود آسيب و خسارت براي ساختاري هستند که در معرض تحريک زمين لرزه قرار دارند. در ارزيابي آسيب پذيري معمولاً خسارات ناشي از بيشينه تغيير مکان بين طبقه اي، چرخش مفاصل خميري و مواردي از اين دست مدنظر قرار مي گيرد.

2-3-1 منحني هاي شکنندگي و تحليل خطر
رفتار سازه هاي فولادي تحت حرکات زمين همواره يک موضوع تحقيق، به خصوص در مناطق لرزه خيز بوده است.
نياز به تحليل ريسک از نياز ساختمان هاي موجود به برآورد خسارت احتمالي زمين لرزه هاي آينده مي انجامد. تحليل ريسک لرزه اي ساختمان براي شناسايي آسيب پذيري لرزه اي يک سيستم ساختماني تحت اثر پتانسيل لرزه اي زمين امري مهم است.
براي اين منظور منحني هاي شکنندگي ابزار مفيدي هستند، چرا که آنها اجازه مي دهند احتمال آسيب پذيري ساختمان به علت زلزله به عنوان تابعي از حرکت هاي زمين و يا پارامترهاي مختلف طراحي مثل اوج شتاب زمين (PGA)، شبه شتاب طيفي الاستيک (Sa) و جابجايي طيفي الاستيک (SD) تخمين زده شود. اين روش براي تصميم گيري هاي مقاوم سازي و برآورد خسارت و تلفات و برنامه ريزي براي واکنش در برابر بلايا بسيار مفيد مي باشد.
مطالعه منحني هاي شکنندگي به منظور توسعه آن براي ساختمان هاي در طبقات مختلف با استفاده از زلزله هاي گوناگون و برآورد نسبت جابجايي بين طبقه اي و ارضا دو سطح عملکرد IO و CP مي باشد.
همچنين مي توان به جاي بررسي سطوح مختلف خطر از سطوح عملکرد CP و تسليم سازه استفاده نمود. بررسي تسليم و فروپاشي اين مزيت را دارد که مي توان آن را با دلائل منطقي و تئوري بيان نمود.
کريسل و همکارانش بر اساس دوازده حرکت مصنوعي زمين و انجام آناليزديناميکي فزاينده (IDA) روي ساختمان هاي بتني نيمه بلند، ظرفيت تسليم و فروپاشي ساختمان ها را در PGA و Sd بررسي نمودند ]11[. براي ارزيابي ساختمان ها و توسعه منحني هاي شکنندگي استفاده از روش هاي آماري، توزيع نرمال، PGA،Sa و Sd ظرفيت هاي مناسبي بودند.
ماهيت تصادفي زلزله باعث خساراتي مي شود که ناشي از مشکل برآورد احتمالاتي آن مي‌باشد. کرنل و همکارانش با اعمال 10 تا 20 رکورد زمين لرزه هاي قبلي ساختمان هاي نيمه بلند يافتند که اين تعداد رکورد دقت کافي در برآورد تقاضاهاي لرزه اي را اغنا مي کند [10].

2-3-2 سطوح آسيب
سطوح مختلف آسيب يا به عبارتي محدوده هاي شکست سازه اي به صورت خفيف، متوسط و بزرگ يا گسترده است. همچنين به صورت تسليم و يا فروپاشي نيز در نظر گرفته شده است.بيشينه نسبت جابجايي بين طبقه اي به عنوان پارامتراندازه گيري آسيب در نظر گرفته شد و فرض شد هر سطح آسيب بزرگي محدود جابجايي بين طبقه اي خود را دارد. جاوانسکا از سطوح آسيب مشابه استفاده نمود با اين حال پارک آنگ فهرستي از سطوح آسيب را به عنوان شاخص آسيب به کار برد [12[، [13].
تقريباً تمام سطوح آسيب مورد استفاده در مطالعات قبلي به فرض بزرگاي محدود و اندازه گيري آسيب مورد نظر وابسته هستند. تعيين اين مقدار حد آسيب مورد نظر با استفاده از روش تحليلي بسيار دشوار است. آنها اساس کار را بر نتايج چند آزمايش و قضاوت مهندسي و تجربه زمين لرزه هاي قبلي گذاشتند.

2-4 تحليل ديناميکي فزاينده (IDA)
اين نوع آناليز يک تجزيه و تحليل پارامتريک براي برآورد عملکرد ساختمان تحت چند حرکت زمين است. اين به طور عمده شامل يک يا بيشتر از منحني هاي اندازه گيري آسيب در مقابل اندازه شدت حرکت مقياس شده زمين است که به عنوان يک نتيجه از تحليل هاي غيرخطي پويا مطرح مي‌شود.
چنانچه بيش از اين ذکر شد، در تحقيقي که کريسل و همکاران انجام داند، بيشينه جابجايي بين طبقه اي به عنوان بهترين شاخص آسيب و شتاب طيفي الاستيک به عنوان ميزان شدت حرکت زمين انتخاب شد ]11[.
هر حرکت زمين به صورت يکنواخت با يک طيف شتاب منحصر به فرد بر اساس زمان تناوب اصلي الاستيک متناظر با هر ساختمان واحد مقياس شده است. يک افزايش 0/05g در طيف شتاب به منظور به دست آوردن ظرفيت فروپاشي و تسليم ساختمان با حساسيت معقول انتخاب شده است.
در پايان هر بار اجراي آناليز پوياي غيرخطي (تاريخچه زماني) حداکثر نسبت تغيير مکان بين طبقه اي ثبت مي گردد تا نقطه تسليم، يعني جايي که رابط بين شتاب طيفي و حداکثر نسبت جابجايي بين طبقه اي خطي است، مشخص گردد. ظرفيت تسليم ساختمان به عنوان نقطه اي از نمودار مي باشد که در آن منحني، مسير خطي را ترک مي کند.
براي تعيين ظرفيت فروپاشي ساختمان، شدت حرکت زمين به صورت صعودي مقياس مي گردد و چندين تحليل غيرخطي پويا انجام مي شود تا ناپايداري ديناميکي به عنوان يک غيرهمگرايي رخ دهد. اگر ناپايداري ديناميکي در نسبت جابجايي کمتر از 3 درصد اتفاق بيفتد، جابجايي درون طبقه اي متناظر به عنوان ظرفيت فروپاشي در نظر گرفته مي شود. اين روش به طور جامع توسط شومي و کرنل مورد بررسي قرار گرفته است [10].
شکل زير نمونه اي از منحني IDA را نشان مي دهد.

شکل 2-1 : نمودار IDA ساختمان 3 طبقه بتني ] 11 [

به طور کلي شکل منحني IDA براي هر حرکت زمين متفاوت است. همانطور که از شکل مشخص است گاهي اوقات ممکن است براي افزايش شدت معيار خرابي مثلاً دريفت افزايش پيدا نکند و حتي کمتر هم مي شود که باعث ايجاد يک قوز در منحني IDA مي شود.
همانطور که در شکل 2-1 ديده مي شود، در نسبت تغيير مکان بين طبقه اي 03/0 شتاب Sa براي ساختمان 3 طبقه 5/2 است. با بررسي ساختمان هاي با طبقات بيشتر ملاحظه گرديد هر چه ار تفاع بيشتر شده است ساختمان در Sa کمتري به دريفت مورد نظر رسيده است. همچنين نقطه تسليم يا شروع ناحيه غيرخطي IDA براي سه طبقه در 009/0 بوده است. ساختمان 3 طبقه در دريفت 009/0 و ساختمان 7 طبقه در 014/0 تسليم شده است.


پاسخ دهید