وبلاگ

1-1- کلیات
نگاهی به خسارتهای ناشی از زلزله‌های گذشته نشان می‌دهد که درصد بالایی از ساختمان‌های بتن مسلح که در کشور ساخته شده‌اند در برابر زلزله مقاوم نیستند و یا مقاومت کافی و قابل قبولی ندارند. زیرا سازه‌های بتن مسلح موجود غالباً براساس آیین نامه‌های قدیمی طراحی شده و اکثراً الزامات آیین نامه‌های جدید زلزله را ارضا نمی‌کنند. همچنین ضعف‌های اجرایی مزید برعلت شده و ساختمان‌ها را آسیب پذیرتر ساخته است. از این رو، ضرورت تقویت این ساختمان‌ها به خصوص برای مقابله با نیروهای جانبی و با روش‌های مقاوم سازی، قابل اعتماد، آسان و سریع، احساس می‌شود. از آنجایی که تعداد قابل توجهی از ساختمان‌های آسیب پذیر قبلاً ساخته شده‌اند، افزایش مقاومت لرزه‌ای آنها به شیوه‌های گوناگون کم و بیش مشکلات اجرایی و تغییر در معماری را به همراه خواهد داشت[12].
هدف اصلی در طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها بر این مبناست که رفتار ساختمان، در مقابل نیروهای ناشی از زلزله‌های کوچک بدون خسارت و در محدوده خطی مانده، و در مقابل نیروهای ناشی از زلزله‌های شدید، ضمن حفظ پایداری کلی خود خسارت‌های سازه‌ای و غیرسازه‌ای را تحمل کند. به همین دلیل مقاومت لرزه‌ای که مورد نظر آیین نامه‌های طراحی در برابر زلزله است، عموماً کمتر و در برخی موارد، خیلی کمتر از مقاومت جانبی مورد نیاز برای حفظ پایداری سازه در محدوده ارتجاعی، در یک زلزله شدید است. بنابراین رفتار سازه‌ها به هنگام رخداد زلزله‌های متوسط و بزرگ وارد محدوده غیر ارتجاعی می‌گردند و برای طراحی آنها نیاز به یک تحلیل غیر ارتجاعی است، ولی به دلیل پرهزینه بودن این روش و عدم گستردگی برنامه‌های تحلیل ارتجاعی و سهولت روش ارتجاعی، روش‌های تحلیل و طراحی متداول، براساس تحلیل ارتجاعی سازه و با نیروی کاهش یافته زلزله صورت می‌گیرد. کاهش مقاومت سازه از مقاومت ارتجاعی مورد نیاز عموماً با بهره گرفتن از ضرایب کاهش مقاومت انجام می‌شود. بدین منظور آیین نامه‌های طراحی لرزه‌ای کنونی با شیوه ذکر شده، نیروهای لرزه‌ای برای طراحی ارتجاعی ساختمان را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی ساختمان و شرایط خاک محل احداث ساختمان است به دست می آورند و برای ملحوظ کردن اثر رفتار غیر ارتجاعی و اتلاف انرژی بر اثر رفتار هیسترتیک، میرایی و اثر مقاومت افزون سازه، این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت (ضریب رفتار) به نیروی طراحی تبدیل می‌کنند [13].
در این پژوهش یکی از روش‌های مقاوم سازی لرزه‌ای ساختمان‌های بتن مسلح که اخیراً در کشور معمول شده مورد مطالعه قرار گرفته است. این روش که اضافه کردن بادبندهای فولادی به سازه قابی بتن مسلح است. با جزئیات مختلف محل اتصال بادبندی به قاب قابل اجرا است.
1-2- هدف
به منظور افزایش مقاومت لرزه‌ای سازه‌های قابی، اغلب بادبندهای فولادی یا دیوارهای برشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از دیوارهای برشی در سازه‌های قابی بتن مسلح و بادبندهای فولادی در سازه‌های قابی متداول است. با عنایت به سهولت اجرا و هزینه نسبتاً پایین بادبندی فولادی، در سال‌های اخیر از این سیستم در سازه‌های بتن مسلح استفاده شده است. با توجه به نظر کارفرما و انتظاراتی که از عملکرد ساختمان بعد از زلزله می‌رود، برای مهندس بهساز مشخص می‌شود که به عنوان مثال اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای باید تا چه حد دچار خرابی شوند و تا چه حد کارایی خود را حفظ کنند.
طراحی و بهسازی در FEMA و دستورالعمل بهسازی [‍3] بر مبنای سطوح عملکرد است ولی طراحی بر مبنای سطوح عملکرد روشی جدید است که هنوز بسیاری با آن آشنا نیستند. سطح عملکرد ساختمان بر اساس میزان ترک خوردگی یا خرابی اجزای سازه‌ای (Structural) و غیر سازه‌ای (Non Structural) تعریف می‌شود.

در این پژوهش ضریب رفتار سازه بر اساس سطوح عملکرد موجود در دستورالعمل بهسازی برای قاب خمشی بتنی مسلح، مقاوم شده با مهاربندهای هشتی محاسبه می‌گردد. لازم به ذکر است که در تحقیقات گذشته تغییر مکان هدف که برای انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی (Push-over) نیاز است، بر اساس معیارهای خرابی کلی سازه مثلاً بر اساس آئین نامه 2800 [10] برای سازه‌های با 7/0> T برابر h 036/0 و برای سازه‌های با 7/0T> برابر h029/0 که، h ارتفاع سازه است، در نظر گرفته شده است در حالی که در طراحی بر اساس سطح عملکرد این مقدار با فرمول بندی خاصی که در فصل سوم به طور کامل توضیح داده خواهد شد بیان می‌گردد.


1-3- تاریخچه تحقیقات
به دلیل گستردگی موضوع این پژوهش تاریخچه تحقیقات در دو بخش بیان می‌گردد. در بخش اول در مورد تاریخچه مقاوم سازی قابهای خمشی بتنی توسط بادبند و در بخش دوم در مورد تحقیقات انجام شده روی ضریب رفتار قابهای خمشی بتنی با بادبند توضیح داده می‌شود.
بررسی و مطالعه قابهای بادبندی شده از دیرباز مورد توجه پژوهشگران بوده است، ولی مطالعه قابهای بتن مسلح بادبندی شده تقریباً جدید بوده و پیشینه تحقیقاتی چندانی ندارد. پژوهش‌هایی که در ادامه به صورت فهرست وارد در دو بخش بیان می‌گردد غالباً جدید بوده، و اکثراً زوایای دیدی غیر از موضوع پژوهش حاضر در آنها مد نظر بوده است.
1-3-1- تاریخچه مقاوم سازی قابهای خمشی بتنی توسط بادبند
در سال 1980، سوگانو وفوجی مورا [41] [Csugane and fujimura] روی تعدادی قابهای بتن مسلح بادبندی شده با باد بندهای K و X و همچنین قابهای مشابه مقاوم شده با میان قابهای بنایی و بتنی آزمایشهایی را هدایت کردند. هدف از این بررسی‌ها تعیین میزان تأثیر هر یک از سیستم‌ها در افزایش مقاومت درون صحفه‌ای و شکل پذیری قابها بود.
در سال 1981 هیگاشی و اندو [27] (higashi and Endo) و نیز کاواماتا و اهنوما [28] (kavamata and ohnuma) بر روی استفاده از باد بندهای هم مرکز و خارج از مرکز د ر قابهای بتنی مطالعاتی انجام دادند. نتایج امکان استفاده موثر از این روش‌های مقاوم سازی را نشان داد.
در سال 1984 هیگاشی، اندو و شیمیزو [26] higashi, Endo and shimizu انواع روش‌های مقاوم سازی قابهای بتن مسلح موجود را با انتخاب مدل‌هایی از قاب یک دهانه و سه طبقه مقاوم شده با روش‌های مخلتف، مورد آزمایش قرار دادند. رفتار تمام نمونه‌ها به صورت مدلهای قاب غیر الاستیک تحلیل شده و رابطه بار- تغییر مکان به دست آمده از تحلیل با نتایج آزمایش همخوانی خوبی نشان داد. روش‌های مقاوم سازی به کار رفته در این پژوهش عبارت بودند از پانلهای پیش ساخته بتنی، بادبندهای فولادی قاب فولادی و دیوارهای میانقاب.
در سال 1987 و 1991 بوش و همکاران [21و20] (Bush et-al) سیستم قاب فولادی بادبندی شده پیچیده‌ای را در یک قاب بتنی مورد استفاده قرار داده و به افزایش قابل توجهی در مقاومت برشی درون صحفه قاب دست یافتند.
در سال 1988 اوهیشی و همکاران [34] (Ohishi et-al) و سگی گوچی و همکاران [39] (sekiguchi et-al) بررسیهای مشابهی روی استفاده از باد بندهای V شکل انجام دادند.
در سال 1990 بادوکس و جیرسا [19] (badoux and jirsa) استفاده از بادبندهای فولادی برای افزایش مقاومت لرزه‌ای قابهای بتن مسلح را مورد آزمایش قرار دادند این پژوهش یک مطالعه تحلیلی است که برای درک رفتار قابهای بادبندی شده تحت بارگذاری سیکلی جانبی به ویژه برای قابها با ستون‌های کوتاه ضعیف انجام شده است. کمانش غیرالاستیک بادبندها بررسی شده و روش اصلاح تیرهای یک قاب بادبندی شده با ستون‌های کوتاه ضعیف تشریح شده است.
پژوهشگران به این نتیجه رسیده‌اند که باد بندی فولادی مزایای غیره سازه‌ای فراوانی بر دیگر طرحها داشته و می‌تواند با کمترین اخلال در کاربری نصب شود همچنین فضای زیادی را هم اشغال نمی‌کند. از جنبه سازه‌ای هم بادبندی فولادی برای مقاوم سازی جانبی یا سخت کردن ساختمان‌های بتن مسلح چند طبقه خیلی مناسب است. سیستم بادبندی بایستی برای پاسخ الاستیک طرح و برای رفتار شکل پذیر دیتیل شود. برای محدود کردن کمانش غیرالاسیتک بایستی نسبت لاغری بادبندها پایین نگه داشته شود. استفاده از با دبندهایی که یا کمانه نمی‌کنند (لاغری خیلی کم) و یا به صورت الاستیک کمانه می‌کنند (لاغری خیلی زیاد) بایستی مورد توجه قرار گیرد. در قابهای با ستون‌های ضعیف و تیرهای قوی ترکیب بادبندی فولادی با اصلاح تیر می‌تواند رفتار قاب را به طرز قابل توجهی بهبود بخشد.
در سال 1990 گول ولی [24] (Goel and lee) مقاوم سازی لرزه‌ای سازه‌های بتن مسلح به کمک سیستم بادبندی فولادی شکل پذیر را مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار دادند. در این پژوهش روی مدلی به مقیاس 3: 2 از یک قاب بتن مسلح دو طبقه مقاوم شده با سیستم بادبندی فولادی شکل پذیر، بار سیکلی اعمال شد. نتایج آزمایش نشان دادند که قاب مقاوم شده از خود پایداری و نیز حلقه‌های هیسترزیس کاملی بروز می‌دهد. همچنین شکل پذیری و اتلاف انرژی خوبی تحت تغییر مکان‌های سیکلی بدست آمد……