پايان نامه تهيه طيف هاي پاسخ غير ارتجاعي زلزله هاي ايران بر اساس نوع خاك

پايان نامه تهيه طيف هاي پاسخ غير ارتجاعي زلزله هاي ايران بر اساس نوع خاك

چكيده 

كشور ايران به لحاظ موقعيت جغرافيائي و قرار گرفتن در كمر بند آلپ – هيماليا ، كشوري زلزله خيز است و وقوع زلزله هاي مخرب ، منجر به بروز خسارت مالي و جاني فراواني گرديـده ، و در نتيجه باعث اتلاف منابع و سرمايه هاي هنگفت اقتصادي و انساني شده است . بنـابر ايـن بـا مشاهده خرابيها و خسارات بر جاي مانده از پي آمد زلزله هاي رخ داده در دهه هـاي گذشـته ، موضوع طراحي سازه هاي مقاوم در برابر زلزله اهميـت دو چنـداني پيـدا كـرده اسـت .و بـراي رسيدن به نقطه مطلوب يعني طراحي و سـاخت سـازه هـاي ايمـن در برابـر زمـين لـرزه هـا ، تحقيقات زيادي در اين زمينه صورت گرفته و ضرورت انجام پژوهش هاي وسيع تري در حوزه طراحي سازه هاي مقاوم انتظار مي رود. در اين پايان نامه به تهيه طيف پاسخ شتاب و جابجـائي در مقابل زلزله هاي رخ داده در كشور ايران در يك بازه زماني ٣٠ساله از سـال ١٩٧٥ تـا ٢٠٠٥ ميلادي پرداخته شده است . و مولفه قوي افقي زمين لرزه ها ، كه بيشينه شتاب آنهـا g ٠.١ و بـه بالا را داشته است مورد بررسي واقع شده اند .و اين مولفـه ركوردهـا پـس از فيلتـر و تـصحيح محور شدن بوسيله نرم افزار Pitsa  ، طيف هاي پاسخ شتاب و جابجائي آنها تحت نـرم افـزار

Nonspec  در حالت ارتجاعي و غير ارتجاعي در دو مدل بدون كـاهش سـختي و بـا كـاهش سختي و به دو روش ميانگين و فوق ميانگين بر حسب نوع خـاك تهيـه شـده اسـت . و نتـايج حاصله با طيف طرح استاندارد ٢٨٠٠ ايران مقايسه گرديد. 

مقدمه :  

پايان نامه حاضر در شش فصل تهيه و تدوين شده است . فصل اول آن به بيان مـسئله و ضرورت توجه به اين مقوله مي باشد . فـصل دوم ، شـامل شـناختي از زلزلـه و دسـتگاهاي شتابنگاشت و طيف  مي باشد. در فصل سوم ، روشهاي اصلاح ركودهـاي زمـين لـرزه مـورد بحث و بررسي قرار گرفته ودر فصل چهارم  روشهاي تهيه طيف پاسـخ بـه صـورت تحليلـي ارايه مي شوند .درفصل پنجم نحوه تهيه طيف هاي پاسخ ارتجاعي و غير ارتجاعي زلزله هـاي ايران  مورد بحث و بررسي قرار گرفته اسـت . و در فـصل شـشم نتيجـه گيـري و پيـشنهادات بيان مي گردد. و در پايان نيز منابع و مأخذ مورد  استفاده ، آورده شده است . 

دستگاه لرزه نگار PS2  :

 دستگاه لرزه نگار 2-Ps كه در حال حاضر در شبكة شتابنگاري ايران مورد استفاده قرار مـي گيـرد يك لرزه نگار قابل حمل است كه مي توان براحتي آن را در فضا ي آزاد بكار انداخت . اين دسـتگاه داراي يك سنسور تك مولفه اي 1-SS مي باشد كه توسط كابل به دستگاه اصلي وصل   مي گردد.

دستگاه حركت زمين را بر روي كاغذ ثبت مي كند. اين دستگاه مي تواند بصورت منفرد يا گروهـي مورد استفاده قرار گرفته و يكي از مناسبترين انتخابها براي مطالعه پسلرزه ها مي باشد. منبـع اصـلي تغذيه دستگاه باطري قابل شارژ هست كه دستگاه را قادر مي سازد تا هشت روز بدون شارژ مجـدد فعاليت نمايد. ساعتي با دقت بالا در دستگاه قرار دارد كه از آن مي توان بـراي ثبـت زمـان رويـداد زمينلرزه استفاده نمود. اين دستگاه مي تواند بر حسب نياز در دوره هاي يكـروزه تـا ٨ روز تنظـيم شود.[  ١٩ ]

طيف زلزله

طيف هاي پاسخ نمودارهائي هستند كه حداكثر پاسخ يك سيستم يـك درجـه آزاد را تحـت اثر يك تحريك نشان مي دهد . براي رسم اين نمودارها بايد سيستم هاي يك درجه آزاد بـا فركانس هاي (زمان تناوب ) متوالي و ميرائي هاي مختلف را حل نمود . با هر بار حل فقـط يك نقطه ماكزيمم مقدار از طيف پاسخ به دست مي آيد . براي حل سيستم هاي تك درجـه آزاد در حالت ارتجاعي از انتگرال دو هامل ، و در حالت غيرارتجاعي از روش گام بـه گـام با شتاب خطي استفاده مي شود . براي رسم هر طيف پاسخ بايد تعـدادي زيـادي سيـستم را حل نمود ،لذا اين كار حتي با استفاده از كامپيوتر نيز كاري طولاني و وقت گيـر اسـت . امـا هنگاني كه اين كار يك بار انجام گرفت و طيف مربوطه تهيه گرديد ، تنها محاسبه لازم براي تحليل سازه ها تحت اثر آن بار ديناميكي ، فقط محاسبه فركانس طبيعي ( پريـود ) و اسـتفاده از طيف خواهد بود.

خواص طيف پاسخ

شناخت تابع پاسخ وطيف آن كمك زيادي به شناخت مسايل ديناميكي مي كند. مهمتـر يـن

خواص آن عبارتنداز :

١- مقدار تابع پاسخ در واقـع نـسبت جابجـائي يـك دسـتگاه تحـت نيـروي تحريـك ديناميكي به نيروي استاتيكي ميباشد.

٢- طيف پاسخ را مي توان به سه ناحيه سخت ، ناحيه تشديد ، ناحيه نرم تقسيم نمود. 

فهرست

چكيده

پيشگفتار                                                                                     1

فصل اول : كليات تحقيق                                                                  2

١-١ بيان مسأله                                                                             3

٢-١ ضرورت تحقيق                                                                     3

٣-١ پيشينه تحقيق                                                                          3

٤-١ اهداف تحقيق                                                                         4

٥-١ روش تحقيق                                                                          4

فصل دوم : زلزله شناسي ، دستگاهاي شتابنگاري و طيف پاسخ                 5

مقدمه                                                                                         6

٢-١ تعريف زلزله                                                                         6

٢-١-١ ساختمان زمين                                                                    6

٢-١-١-٢ پوسته                                                                           6

٢-١-١-٣  گوشته                                                                          8

٢-١-١-٤ هسته زمين                                                                     9

٢-١-٢  فشار و دماي زمين                                                            13

٢-١-٣  امواج زلزله و سرعت انتشار آن                                           13

٢-١-٤  كانون زلزله                                                                    14

٢-١-٥  توزيع جغرافيايي زلزله ها                                                   15

٢-١-٦  مقياس و شدت زمين لرزه                                                   16

٢-١-٧   نقشه هاي خطر(پهنه بندي خطر)                                          17

٢-١-٨  زلزله در ايران                                                                 18

٢-١-٩   ٧٠ درصد خاك ايران در معرض زلزله                                22

٢-١-١٠    زلزله هاي مهم ايران و دنيا                                                            ٢٤

٢-٢  شتابنگاشتها                                                                         25

٢-٢-١  شبكه شتابنگاري كشور و نحوه ثبت شتابنگاشت ها                    25

٢-٢-٣  روش قرائت شتابنگاشتها                                                     26

٢-٢-٤   روش پردازش                                                                27

٢-٢-٥   اطلاعات ثبت شده در ايستگاه هاي شتابنگاشتي                        27

٢-٢-٦   دستگاههاي مورد استفاده در شبكه شتابنگاري                         28

٢-٢-٦-١ دستگاه شتابنگار آنالوگ SMA1                                         28

٢-٢-٦-٢  دستگاه شتابنگار SSA2                                                   29

٢-٢-٦-٣  دستگاه شتابنگار- لرزه نگار 1-SSR                                   31

٢-٢-٦-٤  دستگاه لرزه نگار PS2                                                    32

٢-٣  طيف زلزله                                                                         33

٢-٣-١  خواص طيف پاسخ                                                            33

٢-٣-٤  ارتباط ميان مقدار طيفي جابجائي ، سرعت و شتاب                   34

٢-٣-٥  عوامل موثر در طيف زلزله                                                36

٢-٣-٥-١ تائير جنس زمين و شرايط خاك                                                        ٣٦

٢-٣-٥-٢  تاثئر بزرگي و مدت تداوم زلزله                                        39

٢-٣-٦  مروري بر طيف طرح چند آيين نامه                                      40

٢-٣-٦-١ طيف طراحي آيين نامه ٢٨٠٠ ايران                                   40

٢-٣-٦-٢ طيف هاي طراحي ايالات متحده آمريكا                                41

٢-٣-٦-٣ مقايسه طيف طرح زلزله چند كشور                                    43

فصل سوم :  اصلاح ركورد ها                                                        45

مقدمه                                                                                        46

٣-١ شتاب نگار زمين لرزه                                                            47

٣-٢ خطا هاي ثبت و عددي نمودن ركورد ها در پريودهاي بلند و كوتاه     50

٣-٢-١ عددي نمودن ركورد (record) زمين لرزه                                 52

٣-٢-٢  فرآيند ديجيتال سازي ( عددي سازي )                                    53

٣-٣  اطلاعات مورد نياز جهت رقومي كردن                                     54

٣-٤  شتاب نگار اصلاح نشده                                                         58

٣-٤-١ روند حصول اطلاعات شتاب اصلاح نشده                                58

٣-٤-٢  متناسب كردن خط اصلي در شتاب نگار اصلاح نشده                 61

٣-٥  تصحيح دستگاهي (Instrument Correction )                               63

٣-٥-١  فيلتر ديجيتال پايين گذر Ormsby                                           67

٣-٥-٢   تعيين فاصله زماني در مشتق                                               73

٣-٦  تصحيح خط اصلي                                                                81

٣-٦- ١  مطالعه مشكل تصحيح خط اصلي                                         81

٣-٦-٢  روش اصلاح خط اصلي                                                     85

٣-٧   طيف پاسخ و طيف دامنه فوريه                                               89

٣-٧-١ طيف دامنه فوريه                                                               92

٣-٧-٢ محاسبه عددي طيف پاسخ و طيف دامنه فوريه                           94

٣-٧-٣ محاسبه عددي طيف دامنه فوريه                                             97

٣-٧-٤  بهسازي در روش محاسبه طيف پاسخ                                    100

فصل ٤  : روشهاي تهيه طيف پاسخ                                                 104

مقدمه                                                                                       105

٤-١  رابطه نيرو- تغييرشكل                                                         106

٤-٢  معرفي سيستم الاستو - پلاستيك ( ارتجاعي - خميري )                106

٤-٣  انتخاب سيستم ايده آل                                                            107

٤-٤  معادله حركت و معرفي پارامتر هاي سيستم                                109

٤-٥  مقاومت هم پايه شده                                                             110

٤-٦  سيستم خطي نظير                                                               111

٤-٧  تحليل سيستم هاي الاستو پلاستيك ( ارتجاعي - خميري )              112

٤-٧-١ روش گام به گام زماني                                                       112

٤-٧-٢  روش هاي عددي                                                             113

٤-٧-٣  روش تفاضل محدود                                                         113

٤-٨  عوامل مهم در انتخاب فاصله زماني                                         115

٤-٩  روش هاي متكي بر فرضيات شتاب                                         116

٤-٩-١  روش شتاب ثابت                                                             116

٤-٩-٢  روش شتاب خطي                                                            119

٤-١٠  روش نيو مارك                                                                122

٤-١١  پاسخ غير خطي سيستم هاي چند درجه آزاد                              124

٤-١١- ١ روش  ويلسون - θ                                                         125

٤-١٢ نحوه تهيه طيف غير ارتجاعي                                               126

٤-١٣  ساخت طيف پا سخ با شكل پذيري ثابت                                   128

٤-١٤  طيف پاسخ براي سيستم خميري                                            131

فصل پنجم : طيف هاي پاسخ ارتجاعي و غير ارتجاعي زلزله هاي ايران  132

مقدمه                                                                                       133

٥-١ نحوه پردازش اطلاعات                                                         133

٥-٢ فيلتر نمودن ركوردها                                                            136

٥-٣ تصحيحات خط پايه                                                               138

٥-٣-١ روش حداقل انرژي                                                           138

٥-٣-٢ روش كمترين خطا                                                            139

٥-٤ طبقه بندي نوع خاك ايستگاههاي شتابنگاشتي                              140

٥-٥ همپايه كردن ركوردها                                                           152

٥-٥-١ همپايه كردن بر اساس شدت طيفي                                         152

٥-٥-٢ هم پايه كردن بر مبناي شتاب ، سرعت يا جابجائي اوج               152

٥-٥-٣ هم  پايه كردن برمبناي متوسط هندسي شتاب                            153

٥-٦ تهيه طيف هاي ارتجاعي و غير ارتجاعي                                   153

٥-٦-١  مدل خطي بدون كاهش سختي                                              154

٥-٦-٢ مدل غير خطي بدون كاهش سختي                                         173

٥-٦-٣  مدل غير خطي با كاهش سختي                                            193

٥-٧  مقايسه طيف هاي پاسخ خطي با غير خطي                                 213

٦- بررسي رفتار پاسخ غيرالاستيك                                                    216

فصل ششم : يافته هاي تحقيق                                                         218

٦-١ ارائه طيف هاي ارتجاعي شتاب بدست آمده از ساير تحقيقات مشابه  219

٦-١-١ طيف هاي پاسخ تهيه شده توسط آقاي فنائي                               219

٦-١-٢ منحني طيف ضريب بازتاب براي زلزله هاي ايران تهيه شده توسط         221

 دكتر بهنام فر

٦-١-٣ مقايسه طيف هاي ارتجاعي خطي بدست آمده با آيين نامه ٢٨٠٠ ايران             ٢٢٣

٦-٢ مقايسه طيف هاي حاصله با طيف ارائه شده توسط ديگران              225

٦-٣ نتايج حاصله از بررسي طيف هاي پاسخ                                     225

٦-٤  پيشنهادات                                                                          227