عناوین پایان نامه‌های دکترا
رشته مهندسی عمران – مهندسی زلزله (گرایش ژئوتکنیک )
دوره چهارم سال تحصیلی ۸۱-۱۳۸۰

غلامرضا نوری
بررسی مشخصات مولفه های دورانی جنبش زمین با استفاده از داده های شبکه شتابنگار متراکم و تاثیر مولفه پیچشی بر پاسخ الاستیک سازه

مولفه های دورانی جنبش شدید زمین در مقایسه ب مولفه های انتقالی برای سالیان متمادی نادیده انگاشته می شد. به دلیل کوچک بودن دامنه این مولفه ها، دستگاه های لرزه نگاری استاندارد قادر به ثبت این مولفه ها نیستند. مولفه های دورانی حرکات زمین (پیچشی و گهواره ای ) از دو جنبه لرزه شناسی و مهندسی سازه دارای اهمیت میباشند. از دیدگاه زلزله شناسی مولفه های دورانی اطلاعات تکمیلی از محیط انتشار موج، پارامترهای چشمه (موقعیت گسل و ..) و همچنین در حوزه نزدیک گسل جزئیات بیشتری از نحوه گسلش ارائه مینماید که این مباحث جزء مطالعات به روز محققین میباشد. در مهندسی زلزله نیز سازه ها عمدتاً برای مولفه های انتقالی طراحی میشوند و از مولفه های دورانی شامل مولفه پیچشی و گهواره ای صرفنظر میشود. این درحالی است که بسیاری از صدمات و خرابیهای ناشی از زمینلرزه را میتواند با تغییرات مکانی جنبش زمین و همچنین مولفه های دورانی مرتبط باشد.
بطور کلی در حال حاضر سه روش متقاوت جهت برآورد مولفه پیچشی جنبش شدید زمین وجود دارد . روش اول ، فرم تحلیلی است که در آن با مدل سازی سیستم گسلش، مولفه دورانی در نقاط مختلف محاسبه می شود. از معایب این روش میتوان به عدم کنترل آن با زمینلرزه های واقعی اشاره نمود . روش دوم استفاده از داده های شبکه های شتانگاری متراکم است. با توجه به اینکه در این روش از روش تفاضلی بهره برده میشود، لازم است که شتابنگارها در فواصل محدود جایگذاری گردند . روش سوم استفاده از سنسورهای خاص وهمچنین تکنولوژی ابزارهای لیزری میباشد، که در چند سال اخیر پیشرفتهایی برای اندازه گیری مستقیم مولفه پیچشی حرکات زمین حاصل شده است. این ابزارها دارای محدودیت جهت ثبت مولفه های دورانی برای پارامترهای مختلف فاصله و بزرگا هستند. نتایج حاصل از مطالعات شبکه های شتابنگاری بیانگر این است که مقادیر مولفه های دورانی حاصل از روشهای تحلیلی بسیار کمتر از مقادیر اندازه گیری شده در شبکه شتابنگاری متراکم میباشد، اما بر اساس آخرین مطالعات ، مقایسه بین مولفه های دورانی حاصل از اندازه گیری مستقیم با استفاده از رینگ لیزری و شبکه شتابنگاری از تطابق بسیار خوب این دو مقدار حکایت دارد.
شبکه های شتابنگاری متراکم دائم که فواصل بین شتابنگارها در آنها در محدوده کوچکی متغییر باشد، تا امکان بررسی تغییرات مکانی و همچنین محاسبه مولفه های دورانی از روابط تفاضلی را فراهم نماید عمدتاً محدود به دو شبکه SMART-1 در تایوان و Chiba در ژاپن میباشد . هر چند شبکه های شتابنگاری مختلفی را میتوان در سایر نقاط یافت اما به دلیل محدودیت مذکور در این زمینه قابلیت کاربرد ندارد. در این مطالعه برای اولین بار داده های شبکه شتابنگاری چیبا جهت اهداف تعیین شده در پایان نامه مورد استفاده قرار گرفته است. از خصوصیات بارز این شبکه این است که چیدمان شتابنگارها از فواصل بسیار نزدیک(۵متر) تا فواصل دور ( ۳۲۰ متر) را شامل میشود که در مقایسه با شبکه SAMART-1 متراکم تر میباشد. همچنین تعداد زمینلرزه های ثبت شده در این شبکه قابل توجه میباشد. لازم به ذکر این است که فاصله کانونی عمده زمینلرزه های ثبت شده در این شبکه کمتر از ۱۰۰ کیلومتر میباشد و از لحاظ بزرگا محدود وسیعی (MJMA=4-6.7 را پوشش میدهند.
مطالعه انجام شده در این پایان نامه شامل دو بخش است، در بخش اول تغییرات مشخصه های مولفه های دورانی با پارامترهای لرزه شناسی از قبیل بزرگا و بیشینه شتاب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بیانگر این بود که مقادیر مولفه های دورانی با افزایش فاصله بین شتابنگارها کاهش شدیدی پیدا میکند. نکته قابل توجه این است که تغییرات مقادیر مولفه های دورانی در فواصل بسیار نزدیک زیاد میباشد. مولفه های دورانی در بزرگاها و همچنین بیشینه شتاب بالا، نسبت به سایر زمینلرزه مقادیر قابل توجه تری دارند . همچنین امکان برآورد مولفه پیچشی براساس مولفه انتقالی بر پایه تابع انسجام پیشنهادی توسط هائو(۱۹۹۶) مورد بررسی قرار گرفته است. در این خصوص فواصل بین شتابنگارها به چند بخش تقسیم شده و امکان تخمین چگالی طیفی مولفه پیچشی بر اساس مولفه انتقالی در هر گوه از فواصل جدایی مورد بررسی واقع شد. بر اساس نتایج حاصله میتوان گفت رابطه مذکور دقت لازم در برآورد چگالی طیفی مولفه پیچشی بر حسب مولفه انتقالی را در فواصل جدایی نزدیک (تا ۳۰ متر) را ندارد و استفاده از آن میتواند نتایج گمراه کننده ای ارائه نماید. این رابطه در فواصل جدایی متوسط (۱۰۰-۱۵۰ متر) و دور ( ۲۵۰-۳۲۰ متر) چگالی طیفی مولفه های پیچشی را از لحاظ دامنه و محتوی فرکانسی با دقت قابل قبولی برآورد مینماید. با مطالعه نسبت طیفی مولفه های دورانی و انتقالی مشخص گردید که فواصل جدایی شتابنگارها بر این نسبت موثر بوده و رابطه بین این دو طیف در مقیاس لگاریتمی به صورت خطی قابل تعریف نیست.
علیرغم مطالعات گسترده در زمینه تاثیر مولفه پیچشی بر پاسخ سازه، عمده مطالعات از مدلهای تحلیل و تجربی برای تغییرات مکانی حرکات زمین استفاده کرده اند. در بخش دوم این مطالعه برای اولین بار مولفه پیچشی حاصل از شبکه شتابنگاری متراکم جهت بررسی تاثیر این مولفه بر پاسخ سازه و همچنین میزان خروج از مرکزیت اتفاقی ناشی از مولفه پیچشی بکار گرفته شده و کفایت مقادیر آیین نامه ای بررسی شده است. بدین منظور از یک سیستم یک طبقه با مقادیر مختلف از پارامتر های پریود طبیعی انتقالیTy ، نسبت فرکانس پیچشی به انتقال Ω=ωθY و خروج از مرکزیت استاتیکی e ، استفاد شده و تغییرات نسبت جابجایی با اعمال همزمان مولفه پیچشی – انتقالی و بدون مولفه پیچشی و همچنین خروج از مرکزیت ناشی از مولفه پیچشی با پارامتر های مذکور مطالعه شد است. نتایج نشان داد که در پریود های طبیعی کوتاه (حدود ۲/۰ ثانیه) و برای سازه های با نسبت فرکانسی کوچک و ابعاد پلان بزرگ، مولفه پیچشی باعث افزایش پاسخ تا حدود ۲ برابر نیز میشود. که با افزایش پریود طبیعی و نسبت فرکانسی این تاثیر کاهش پیدا میکند. کاهش تاثیر مولفه پیچشی با افزایش نسبت فرکانسی در پریود های کوتاه قابل توجه می باشد، بطوریکه افزایش نسبت فرکانسی از ۳/۲ به ۲/۳ موجب کاهش تاثیر مولفه پیچشی از ۹۵% به ۵% میشود. با مطالعه خروج از مرکزیت ناشی از مولفه پیچشی مشخص گردید که برای سازه های با پریود طبیعی خیلی کوتاه و ابعاد بزرگ (سازه های صلب و با ابعاد بزرگ) خروج از مرکزیت تصادفی ناشی از مولفه پیچشی تا ۱۷% بعد سازه افزایش پیدا میکند. اما با افزایش نسبت فرکانسی و همچنین پریود های خیلی کوتاه و نسبت فرکانسی کوچک دست پایین بوده، ولی در پریودهای بلند ( ty>0.50s) و نسبت فرکانسی بزرگ ( Ω>۱) ضرایب خروج از مرکزیت اتفاقی قابل قبول میباشد. هر چند مقدار ضریب خروج از مرکزیت تصادفی آیین نامه های صرفاً جهت در نظر گرفتن مولفه پیچشی پیشنهاد نشده و عوامل دیگری را نیز تحت پوشش دارند.