در کشور ایران، ضرورت وجود مدوّنی از کتاب‌های مهندسی زلزله و طراحی ساختمان‌های مقام، برکسی پوشیده نیست. آموزش مبتنی بر سرفصل‌های مناسب در دانشگاه‌ها و مراکز آموزشی، ارتقاء دانش و تجربه‌ی مهندسان، تعریف و طرح مسائل پژوهشی مورد نیاز در این زمینه، مستلزم وجود کتاب‌هایی است که علاوه بر کیفیت علمی، با نیاز‌های بومی انطباق کاملی داشته باشد. در راستای رسیدن به هدف بزرگ جامعه‌ی ایمن که لازمه‌ی حیات بشری برای سیر تکامل است، طی تلاشی مستمر در بیش از یک دهه، دوره‌ی «دستنامه‌ی مهندسی زلزله»، تدوین شده است.
سخن مؤلف
با توجه به لرزه خیزی کشور ایران باید به دروس و سرفصل های مربوط به مهندسی زلزله و طراحی ساختمان های مقاوم در برابر زلزله توجه خاصی شود. تدوین کتاب های درسی منطبق با سرفصل های مناسب از فعالیت های مهم در این راستا است. به منظور انجام وظیفه در راستای این رسالت، اینجانب بر آن شدم تا بر اساس دستاوردهای مهندسی زلزله و با توجه به تجربیات مربوط به زلزله های گذشته، دوره ی «دستنامه ی مهندسی زلزله» را به جامعه ی مهندسی عمران و معماری کشور تقدیم کنم. این دوره شامل مجموعه ی نسبتاً کاملی از مطالب علمی این زمینه است. کتاب حاضر بیست و پنجمین کتاب از این سری بوده و در هفت فصل و دو پیوست تدوین شده است.
تحلیل غیرخطی سازه ها به منظور درک رفتار نسبتاً دقیق و پیش بینی قابل قبول رفتار سازه ها در زلزله ضروری است. مهم ترین ابزار در مطالعات آسیب پذیری و بهسازی لرزه ای سازه ها، تحلیل غیرخطی است. تحلیل غیرخطی را می توان به روش های استاتیکی و دینامیکی انجام داد. در تحلیل غیرخطی استاتیکی که به آن پوش آور یا تحلیل بار افزون می گویند، ظرفیت های سازه به دست می آید و منحنی حاصل به نام منحنی ظرفیت است. البته با استفاده از روش های ساده ای می توان با دقت خوبی با کمک منحنی ظرفیت، نیاز لرزه ای سازه را پیش بینی کرد. در روش تحلیل دینامیکی غیرخطی، می توان نیاز لرزه ای سازه را تحت نگاشت زلزله، تعیین کرد. البته با استفاده از روش تحلیل دینامیکی غیرخطی می توان ظرفیت سازه را نیز تعیین کرد. از آن جا که در کشور ایران، فرآیند بهسازی لرزه ای سازه های موجود، اهمیت خاصی دارد، ضرورت آشنایی با روش های تحلیل غیرخطی سازه ها، بیشتر احساس می شود.
امروزه اصلی ترین بحث در مهندسی زلزله، طراحی ساختمان ها براساس عملکرد است. در این روش باید از تحلیل های غیرخطی استفاده شود. طراحی براساس عملکرد باعث استفاد ه ی بهینه از ظرفیت مصالح و اطمینان بالا از رفتار مورد نظر سازه در زلزله ای با شدت مشخص است.
از آقای مصطفی اخوات که جزو دانشجویان پرتلاش کارشناسی ارشد در دانشگاه علم و صنعت هستند، به خاطر بازخوانی کتاب و تبدیل واحدها تشکر می شود.
آقای یونس کماچی (فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی شریف و عضو هیأت علمی)، فصل های سوم و ششم کتاب را بازخوانی و ویرایش کرده اند، از لطف و زحمت ایشان تشکر می شود.
آقای امیر آزاد فارغ التحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی شریف (شعبه ی کیش) بازخوانی و ویرایش فصل های اول، سوم و پنجم و پیوست اول را برعهده گرفتند، از زحمت ایشان تقدیر می شود.
از زحمات آقای مهندس حسن محمدی در ترجمه ی قسمت هایی از فصل های دوم و ششم تقدیر می شود. از سرکار خانم هانیه عمرانی که حروف چینی قسمت های عمده ای از کتاب را برعهده داشته اند؛ تشکر می شود. سرکار خانم مونا سروری بازخوانی و ویرایش ادبی قسمت های عمده ای از کتاب و صفحه آرایی آن را برعهده داشته اند که از زحمات ایشان صمیمانه تقدیر می شود.
آقای محمد کرمی شاهنده کمک بی شائبه ای در فرآیند تولید این کتاب داشته اند. از لطف ایشان صمیمانه تشکر می شود. آقای رضا کرمی شاهنده علاوه بر مدیریت تولید انتشاراتی فدک ایساتیس، تلاش های زیادی در راستای افزایش کیفیت چاپ کتاب و صفحه آرایی آن انجام داده اند. آقای مجیدرضا زروئی مدیرعامل این انتشاراتی با دقت فراوانی فرآیند تولید کتاب را پی گیری می کنند؛ از حوصله و زحمات این عزیزان تقدیر می شود.
از حمایت مادی و معنوی بنیاد ملی نخبگان که تأثیر قابل ملاحظه‌ای در سرعت تولید این اثر داشته است، صمیمانه تشکر و قدردانی می‌شود.
از اساتید، دانشجویان و مهندسان محترم تقاضا می شود که نظرات و پیشنهادات خود را برای اصلاح و رفع نقایص کتاب برای نویسنده ارسال فرمایند. پیشاپیش از تمامی منتقدان و پیشنهاد‌دهندگان که اینجانب را مورد منت قرار داده و زحمت ارسال نظرات و انتقادات خود را تقبل می‌کنند، صمیمانه تشکر می‌شود.
برای تفکیک حل مسائل بعد از تبدیل واحد به SI از زمینه ی خاکستری استفاده شده است.
از حمایت مادی و معنوی بنیاد ملی نخبگان که تأثیر قابل ملاحظه‌ای در سرعت تولید این اثر داشته است، صمیمانه تشکر و قدردانی می‌شود.
محمدرضا تابش پور
فهرست مطالب
فصل اول: رفتار غیرخطی مصالح و سازه ها 1
1.1 مقدمه 3
2.1 رفتار غیرالاستیک ایده آل 4
1.2.1 منحنی تنش-کرنش فولاد 4
2.2.1 منحنی تنش-کرنش بتن 6
3.1 منحنی ممان-انحناء 10
4.1 رفتار ناحیه ی بحرانی در تیر باربر فولادی 12
5.1 رفتار غیرخطی در مقیاس سازه 12
6.1 آزمایش سیکلی 14
7.1 ضرورت بررسی رفتار غیرالاستیک 17
8.1 مفهوم «جابه‌جایی- یکسان (برابر)» در طرح لرزه‌ای 21
9.1 روشASCE 7 برای تعیین جابه‌جایی بیشینه‌ی واقعی 29
10.1 طیف طرح ASCE 7 30
11.1 مفهوم انرژی- یکسان (برابر) 32
فصل دوم: منحنی ممان – انحناء 35
1.2 مقدمه 37
2.2 بازتوزیع ممان ها در سیستم های بتن مسلح 37
1.22 سیستمهای باربر ثقلی 37
2.2.2 سیستمهای باربر جانبی 39
3.2 تحلیل ممان- انحناء مقاطع غیرمحصور 39
1.3.2 محاسبات پاسخ 39
2.3.2 تحلیل ممان انحنای یک دال 40
3.3.2 تحلیل ممان- انحنای تیر 44
4.2 تحلیل ممان- انحناء مقاطع محصور 48
1.4.2 محاسبات پاسخ 48
5.2 تحلیل ممان -انحنای مقاطع پیچیده 56
6.2 آنالیز سطح مقطع با برنامه‌ی UCFyber 59
فصل سوم: مفاهیم پایه‌ای مدل‌سازی 61
1.3 مقدمه 63
2.3 تعیین جابه‌جایی نیاز 63
3.3 مفاهیم مدل‌سازی 65
4.3 گام های تحلیل غیرخطی تاریخچه ی زمانی 66
5.3 انواع مدل اجزاء 67
1.5.3 مدل پدیده شناسانه برای جزء 67
2.5.3 مدل ماکروسکوپیک برای جزء 68
6.3 مدل های چرخه ای و منحنی اسکلت‌بندی 69
7.3 معرفی نرم افزارها 70
1.7.3 DRAIN، NONLIN-Pro 70
2.7.3 OpenSees 77
3.7.3 سایر برنامه های تجاری موجود 79
8.3 مدل سازی تغییرشکل اتصال تیر- ستون در سازه های فولادی 79
1.8.3 روابط ممان- انحناء برای مدل کراوینکلر 84
2.8.3 مدل سیسور برای اتصال 85
9.3 اثر 86
فصل چهارم: تحلیل استاتیکی غیرخطی سازه ها 91
1.4 مقدمه 93
2.4 منحنی ظرفیت بر اساس ATC-40 94
3.4 منحنی نیاز 94
4.4 مروری بر دینامیک سیستمهای چنددرجه آزادی 95
5.4 تبدیل منحنی پوش اور به منحنی ظرفیت 96
6.4 استخراج منحنی پوش اور 96
7.4 تبدیل منحنی پوش اور به منحنی ظرفیت 103
8.4 میرایی لزج معادل 103
9.4 روشNEHRP 2003 برای تحلیل پوش اور 115
10.4 روشFEMA-356 برای تحلیل پوش اور 116
فصل پنجم: تحلیل دینامیکی غیرخطی 121
1.5 مقدمه 123
2.5 مدل سازی میراگر لزج خطی در DRAIN 124
3.5 انتخاب رکورد زلزله 127
4.5 مقیاس بندی حرکت زمین به روش NEHRP 129
1.4.5 تحلیل دوبعدی 129
2.4.5 تحلیل سه بعدی 130
5.5 معضلات روش NEHRP در مقیاس بندی رکورد 130
6.5 مقیاس بندی رکورد برای تحلیل غیرخطی 130
7.5 تحلیل فزاینده ی دینامیکی غیرخطی 130
8.5 خصوصیات منحنی IDA 133
9.5 رویکرد احتمالاتی به طراحی براساس عملکرد 138
10.5 منحنی های شکنندگی (Fragility Curves) 141
فصل ششم: پوش‌آور در نرم‌افزار Perform 143
1.6 مقدمه 145
2.6 روش های موجود برای تحلیل استاتیکی غیرخطی 145
3.6 تفاوت بین روش ها 146
4.6 نکات کلیدی 147
5.6 گام های اصلی 149
6.6 فرایند تعریف طیف های پاسخ 150
1.6.6 انواع طیف 150
2.6.6 اضافه کردن یا اصلاح طیف در perform-3D 151
3.6.6 کپی کردن طیف ها از یک سازه ی متفاوت 151
7.6 فرایند مربوط به منحنی های ظرفیت و نیاز 151
1.7.6 انتخاب گزینه 151
2.7.6 رسم منحنی ظرفیت 152
3.7.6 گزینه شتاب طیفی بر حسب جابه جایی طیفی 152
6.7.4 ظرفیت شتاب طیفی 153
5.7.6 تعریف نقاط سعی 154
6.7.6 محاسبه ی پریود 155
7.7.6 انتخاب روش پوش اور و طیف پاسخ 159
8.7.6 ترسیم منحنی نیاز 160
9.7.6 مقیاس بندی منحنی ظرفیت برای تحلیل حساسیت 161
8.6 ارزیابی عملکرد 162
9.6 سازگاری (Consistency) 162
1.9.6 کلیات 162
2.9.6 محاسبه ی جابه جایی طیفی 162
3.9.6 روش های پیشنهادی 163
4.9.6 علت استفاده از گزینه ی و 164
10.6 اتلاف (جذب) انرژی و میرایی 165
1.10.6 کلیات 165
2.10.6 سختی و کاهیدگی و نسبت انرژی 165
3.10.6 نسبت میرایی معادل 166
4.10.6 کاهیدگی در روش های پوش اور 166
5.10.6 روش PERFORM برای نسبت انرژی 167
6.10.6 میرایی اضافی حاصل از میراگرهای سیال 168
7.10.6 افت و زوال مقاومت 169
11.6 تئوری رابطه ی میان و 169
1.11.6 کلیات 169
2.11.6 حالت خاص با بار مدال و شکل تغییرشکل یافته 170
3.11.6 حالت عمومی، هماهنگی بار با شکل تغییرشکل یافته 172
4.11.6 حالتی که بار با شکل تغییرشکل یافته هماهنگ نیست. 173
12.6 نمودار جابه جایی هدف 176
1.12.6 روش جابه جایی هدف 176
13.6 اجرای PERFORM 178
فصل هفتم: سازه ی معادل 181
1.7 سازه ی معادل 183
2.7 پاسخ یک سیستم با پریود تحت زلزله‌ی السنترو 184
3.7 محدودیت های روش 185
4.7 تحلیل مودی سازه ی معادل 187
فصل هشتم: ضریب رفتار 199
1.8 مقدمه 201
2.8 منحنی ظرفیت سازه 202
3.8 نسبت شکل‌پذیری 204
4.8 ضریب کاهش نیرو (ضریب رفتار، R) 206
1.4.8 ضریب کاهش به علت شکل پذیری 207
2.4.8 ضریب کاهش به علت مقاومت افزون 211
3.4.8 ضریب کاهش به علت نامعینی 211
4.4.8 ضریب کاهش به علت میرایی، 214
4.8 یک مثال از تعیین ضریب رفتار 214
5.8 نگرش های طراحی 217
1.5.8 طراحی به روش حالت حدی و یا ضرایب بار و مقاومت نهایی 217
2.5.8 طراحی به روش تنش مجاز 218
6.8 ضریب تبدیل جابه جایی خطی (طرح) به غیرخطی (واقعی) 219
1.6.8 طراحی به روش حالت حدی و یا ضرایب بار و مقاومت نهایی 219
2.6.8 طراحی به روش تنش مجاز 221
7.8 روش‌های آیین‌نامه‌ای در تخمین 222
1.7.8 UBC-97 222
2.7.8 استاندارد 2800 222
3.7.8 IBC-2000 224
4.7.8 مقایسه ی استاندارد 2800 و UBC-97 و IBC-2000 224
فصل نهم: کاربرد تحلیل پوش آور در بهسازی لرزه ای 227
1.9 مقدمه 229
2.9 تحلیل بار افزون (پوش آور) 229
3.9 توزیع توانی عمومی 230
4.9 توزیع منطبق بر مودها 230
5.9 مطالعه ی مکانیزم شکست با استفاده از تحلیل بار افزون 231
6.9 بهسازی سازه های موجود 232
7.9 تعیین نقطه ی عملکرد 236
1.7.9 روش FEMA-273 236
2.7.9 روش ATC-40 238
8.9 عدم وجود نقطه ی عملکرد 239
9.9 توزیع بار جانبی 240
فصل دهم: شاخص‌های خرابی 243
1.10 مقدمه 245
2.10 شاخص‌های خرابی 245
1.2.10 شاخص‌های خرابی محلی 245
2.2.10 شاخص‌های کلی خرابی 252
3.2.10 مدل‌های خرابی براساس خستگی 255
4.210 شاخص‌های خرابی نرم شدگی 256
پیوست‌ها 261
پیوست اول: رفتار چرخه ای اعضاء و اتصالات فولادی 263
پیوست دوم: تبدیل سیستمهای چنددرجه آزادی به سیستم یک درجه آزادی 289
پیوست سوم: بحث در نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی 301
منابع 317
واژه نامه ی انگلیسی به فارسی 323
واژه نامه ی فارسی به انگلیسی 329
فهرست الفبایی 335
