تحلیل قابلیت اطمینان سازه‌های سه‌بعدی فولادی از طریق ساخت رکوردهای سازگار با شدت تعیین‌شده - دانشکده فنی و مهندسی
تحلیل قابلیت اطمینان سازه‌های سه‌بعدی فولادی از طریق ساخت رکوردهای سازگار با شدت تعیین‌شده
نوع: Type: رساله
مقطع: Segment: دکتری
عنوان: Title: تحلیل قابلیت اطمینان سازه‌های سه‌بعدی فولادی از طریق ساخت رکوردهای سازگار با شدت تعیین‌شده
ارائه دهنده: Provider: مسعود قمری - مهندسی عمران
اساتید راهنما: Supervisors: دکتر محمد شوشتری
اساتید مشاور: Advisory Professors:
اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر آزاد یزدانی، دکتر امین محب‌خواه، دکتر مصطفی مقدسی
زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 11 - 1403/10/9
مکان ارائه: Place of presentation: آمفی‌تئاتر دانشکده مهندسی
چکیده: Abstract: ارزیابی قابلیت اطمینان سازه‌ها ابزاری برای سنجش تأثیر عدم قطعیت‌ها بر سازه است. تحریک لرزه‌ای از جمله عدم قطعیت‌هایی است که بر قابلیت اطمینان سازه بسیار اثرگذار است. برای منعکس کردن عدم قطعیت در شدت زلزله، تعداد زیادی شدت تصادفی تولید می‌شوند و رکوردهای زلزله به آن شدت‌ها مقیاس می‌شوند. تحلیل‌های تاریخچه زمانی با رکوردهای مقیاس شده انجام و احتمال خرابی سازه محاسبه می‌شود. برای انجام این فرآیند یک شاخص شدت مورد نیاز است. شاخص شدت‌های موجود برای قاب‌های دو بعدی توسعه داده شده‌اند. افزون بر این، مقیاس‌سازی باعث ایجاد تمایل در پاسخ‌ها و تضعیف گوناگونی رکورد-به-رکورد می‌شود. بنابراین فرآیند ارزیابی قابلیت اطمینان سازه‌ها تحت تحریک لرزه‌ای خود دارای عدم قطعیت‌های مضاعف است. هدف اصلی این تحقیق از بین بردن عدم قطعیت‌های مضاعف مربوط به شاخص شدت و مقیاس‌سازی است. برای دست‌یابی به این هدف، رکوردهایی مصنوعی ساخته می‌شوند که ساختارهای (طبیعت) آن‌ها با شدت تصادفی تولید شده سازگار باشد. اصطلاح انتزاعی "طبیعت زلزله" با استفاده از ساختارهای هندسی و زمانی (توپولوژی) آن عینی‌سازی می‌شود. برای انجام تحقیق، چهار سازه‌ی سه بعدی فولادی با دو نوع سیستم سازه‌ای (2 سازه‌ی 8 طبقه و 2 سازه‌ی 12 طبقه) طراحی و تحلیل شدند. در مرحله‌ی اول، صلاحیت 22 شاخص شدت برای سازه‌های فولادی سه بعدی بررسی شد. بعد از انتخاب شاخص شدت مناسب برای سازه‌های سه بعدی فولادی، ساختار رکوردهای زلزله مطالعه شدند. مشابهت‌های ساختاری بین دو مؤلفه‌ی افقی یک زلزله، بین طیف‌های پاسخ شتاب دو مؤلفه‌ی یک زلزله، بین دو زلزله‌ی دو مؤلفه‌ای و بین طیف‌های پاسخ شتاب دو زلزله‌ی دو مؤلفه‌ای محاسبه شدند. با استفاده از مشابهت‌های به‌دست آمده، تأثیر مشخصات ذاتی و شدت زلزله بر ساختار رکورد و ساختار طیف پاسخ شتاب مطالعه شد. با در نظر گرفتن زلزله به عنوان یک پدیده‌ی آشوبی و یک سیگنال حافظه‌دار، ساختار زمانی زلزله به‌صورت بازگشتی استخراج شد. شدت‌های تصادفی انتخاب شده با تنظیم دو مقدار اولیه‌ی هر رکورد به رکوردها القا شدند تا رکوردهای مصنوعی سازگار با شدت زلزله ساخته شوند. در مرحله‌ی آخر، قابلیت اطمینان یک سازه‌ی 8 طبقه با روش معمول (CSRA) و با استفاده از رکوردهای مصنوعی سازگار با شدت زلزله (ICSRA) (روش پیشنهادی) ارزیابی شدند. نتایج مرحله‌ی اول مطالعه نشان دادند که هیچ شاخص شدتی وجود ندارد که همه‌ی معیارها را برای همه‌ی پارامترهای نیاز و سازه‌ها برآورده کند. شاخص شدت مناسب باید متناسب با شرایط و اولویت‌های هر پروژه انتخاب شود. روش ترکیب شاخص‌های شدت دو مؤلفه‌ی یک زلزله تأثیری در شایستگی یک شاخص شدت ندارد. اندرکنش خاک-سازه در انتخاب شاخص شدت مناسب سرنوشت‌ساز است و حذف آن نتایج به‌دست آمده را به غلط تغییر می‌دهد. I_(∆-PGV) که تابعی از مدت زمان لرزش قوی (∆) و حداکثر سرعت زمین (PGV) است تنها شاخص شدتی است که جز سه شاخص شدت آخر در هیچ معیار و سازه‌ای نیست. هم‌چنین I_(∆-PGV) در بعضی از حالت‌ها جز سه شاخص شدت برتر است. بنابراین I_(∆-PGV) مناسب‌ترین شاخص شدت برای سازه‌های سه بعدی فولادی است. مطالعات ساختار‌شناسی نشان دادند که مشابهت‌های ساختاری معنا‌داری بین دو مؤلفه‌ی یک زلزله، بین طیف‌های پاسخ شتاب دو مؤلفه‌ی یک زلزله، بین دو زلزله‌ی دو مؤلفه‌ای و بین طیف‌های پاسخ شتاب دو زلزله‌ی دو مؤلفه‌ای وجود دارند. هم‌چنین ویژگی‌های ذاتی و شدت زلزله بیش‌تر از 38 درصد در ساختارهای هندسی و زمانی زلزله تأثیر دارند. بر اساس نتایج، شرط برابری شدت دو زلزله برای ایجاد پاسخ سازه‌ای یکسان کافی نیست. ساختار زمانی یکسان و شدت یکسان هر دو باید تأمین شوند تا دو زلزله اثر یکسانی بر سازه داشته باشند. برای نمونه، اختلاف مشاهده شده در انرژی غیرارتجاعی ذخیره شده در سازه بین زلزله‌های دارای شدت یکسان و ساختار متفاوت تا 7 برابر است. افزون بر این، مقیاس‌سازی زلزله‌ها ساختار زمانی آن‌ها را تا 17 درصد تغییر داد. تغییر در ساختار زمانی به معنای ایجاد عدم قطعیت در گوناگونی رکورد-به-رکورد و تحمیل تمایل در احتمال خرابی سازه است. بنابراین قدرت تخریب یک زلزله به هر دوی ساختار زمانی و شدت زلزله بستگی دارد. ارزیابی قابلیت اطمینان یک سازه‌ی 8 طبقه نشان داد که روش ICSRA بسیار زودتر از روش CSRA همگرا می‌شود. همگرایی سریع‌تر به دلیل حذف عدم قطعیت‌های مضاعف است. احتمال خرابی سازه‌ی 8 طبقه و انحراف معیار آن با روش ICSRA به ترتیب برابر 0.0243 و 6.07×〖10〗^(-5) به‌دست آمدند. بنابراین حذف عدم قطعیت‌های مضاعف در گوناگونی و مقیاس‌سازی زلزله‌ها باعث همگرایی سریع‌تر در ارزیابی قابلیت اطمینان می‌شود. با استناد به نتایج به‌دست آمده در مرحله‌ی ساختار‌شناسی، دقت و اعتبار روش ICSRA بسیار بیش‌تر از روش CSRA است.