ضریب رفتار سازه

ضریب رفتار سازه­ها ضریبی است که عملکرد غیر ارتجاعی سازه را در بر داشته و نشانگر مقاومت و شکل­پذیری سازه در مرحله غیر ارتجاعی است. بر این اساس مقاومت مورد نیاز سازه در طراحی از تقسیم مقاومت مورد نیاز سازه در حالت کاملاً ارتجاعی بر ضریب فوق به دست می آید.

در سازه­ها ظرفیت تغییر­شکل ارتجاعی به کمک ضریب شکل پذیری  بیان می­گردد که عبارت است از نسبت تغییرشکل نهایی سازه به تغییرشکل لحظه تسلیم آن. نحوه ارتباط  به عوامل مختلفی بستگی دارد، در سیستم­های یک درجه آزادی، نوع مصالح­، زمان تناوب، میرایی سیستم، نوع سازه، عامل  وضعیت تکیه­گاه و در سیستم چند درجه آزادی علاوه بر عوامل فوق عواملی نظیر مشارکت مدهای بالاتر و نوع سیستم مقاوم سازه­ای نیرو در این امر دخالت دارند، که در ذیل به توضیح آنها پرداخته می­شود.

1-5-1- ضریب کاهش در اثر شکل‌پذیری

سازه‌ها در اثر وجود شکل‌پذیری مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را بصورت هیسترزیس تلف می‌کنند و مقدار این اتلاف بستگی به مقدار شکل‌پذیری کلی سازه دارد. این شکل‌پذیری باید به گونه‌ای باشد که شکل‌پذیری کلی اعضاء از مقدار مجاز خود بیشتر نشود. بدین منظور در مواقع طراحی لازم است که حداقل مقاومت لازم سازه که شکل‌پذیری کلی آن را به حد شکل‌پذیری تعیین شده از قبل محدود می‌کند، مشخص شود. [17]

1-6- عوامل مؤثر بر  در سیستم‌های یک درجه آزادی

1-6-1- نوع مصالح

نوع مصالح به لحاظ تفاوت در میزان مقاومت، مدول ارتجاعی، شکل‌پذیری و رابطه تنش – کرنش بر نیاز لرزه‌ای سازه مؤثر می‌باشد.

1-6-2- زمان تناوب سیستم

زمان تناوب یکی از عوامل بسیار مهم و تأثیرگذار در رابطه  می‌باشد. برای سازه‌های انعطاف‌پذیر که دارای زمان تناوب بالایی هستند تغییرمکان‌های ماکزیمم سازه در دو حالت ارتجاعی و غیر ارتجاعی در برابر یک زلزله مشخص تقریباً با هم برابر هستند اما در سازه‌های سخت (زمان تناوب پایین) تغییرمکان‌های ماکزیمم در حالت غیر ارتجاعی بزرگتر از تغییرمکان‌های ماکزیمم در حالت ارتجاعی است و همین مسأله باعث می‌شود تا نیاز شکل‌پذیری در حالت دوم بسیار بزرگتر از حالت اول گردد و در نتیجه با فرض یکسان بودن ظرفیت شکل‌پذیری دو سیستم ضریب رفتار سیستم‌های سخت همواره کوچکتر از ضریب رفتار سیستم‌های نرم نظیر آنها می‌باشد.

1-6-3- میرایی

میرایی یکی از خصوصیات دینامیکی مهم هر سیستم سازه‌ای در حرکت ارتعاشی است که به عنوان یک مکانیزم اتلاف انرژی در سازه محسوب می‌شود. با این وجود تأثیر آن بر ضریب رفتار و شکل‌پذیری قابل ملاحظه نیست.

1-6-4 – بارگذاری

نیروی رفت و برگشتی زلزله قابل پیش‌بینی نیست و همین موضوع مشکل بزرگی را برای تشخیص دقیق پاسخ سازه در برابر زلزله آتی به وجود می‌آورد. در تعیین پاسخ سازه، رکوردهای ثبت شده شتاب – زمان دارای بیشترین کاربرد است. رکوردهای فوق دارای مشخصه‌هایی هستند که باعث تمایز آنها از یکدیگر می‌گردد و تغییرات در آنها باعث تغییرات در پاسخ سازه می‌شود. این مشخصه عبارتند از: بزرگی دامنه شتاب، مدت تداوم، تعداد سیکل‌های رفت و برگشتی، محتوای فرکانسی و میزان انرژی ورودی آنها.

اعمال ویژگی‌ مذکور در رابطه  بسیار مشکل می‌باشد. در بعضی از تحقیقات انجام شده به منظور پرهیز از اعمال بارگذاری در تبین رابطه از میانگین نتایج حاصل از چندین زلزله استفاده گردیده است.

 

1-6-5- اثر

اثر  به عنوان عاملی جهت تشدید لنگرهای خشمی ناشی از بارهای ثقلی بر روی سازه‌های دارای تغییر مکان جانبی نقش مهمی در افزایش نیاز شکل‌پذیری دارد. هر چه تغییر مکان جانبی سازه بیشتر باشد تأثیر این عامل بیشتر خواهد بود. معمولاً اثر  در شکل پذیری‌های بالاتر محسوس است.

1-6-6- مدل نیرو – تغییر شکل

واکنش هر سیستم در برابر نیروهای رفت و برگشتی در محدوده غیر ارتجاعی، ارتباط مستقیم با رفتار لرزه‌ای مصالح تشکیل دهنده آن دارد. مصالح مختلف دارای رفتارهای لرزه‌ای مختلف می‌باشند. که به آن حلقه نیرو – تغییر شکل و یا حلقه هیسترزیس گفته می‌شود.

برای پیش‌بینی دقیق واکنش یک سیستم در برابر بارهای لرزه‌ای، شناخت کافی از حلقه بار – تغییر شکل آن ضروری است. به دلیل پیچیدن بودن رفتار واقعی مصالح از مدل‌هایی که تا حتی­الامکان بیان کننده رفتار مصالح باشد استفاده می‌گردد. مدل انتخابی باید حتی‌الامکان دارای شرایط زیر باشد:

• ساده و مختصر باشد.
• از دقت قابل قبولی برخوردار باشد.
• دارای انعطاف‌پذیری و سازگاری باشد.
• تعداد پارامترهای مورد استفاده حداقل باشد.

1-6-7-  خاک منطقه

سازه‌ها بر روی زمین بنا می‌گردند و نیروی زلزله از طریق زمین به سیستم اعمال می‌گردد. همین موضوع سبب می‌گردد تا نیروی اعمالی به سازه متأثر از خاک منطقه باشد. در صورتیکه خاک زیر سازه صلب باشد هیچگونه اندرکنشی بین خاک و سازه وجود نخواهد داشت. در غیر اینصورت وجود اندرکنش بین خاک و سازه سبب تغییرات در پاسخ سازه‌ها در مرحله ارتجاعی و غیرارتجاعی خواهد شد. به طور کلی خاک نرم اثر کاهنده بر ضرایب  دارد.

1-7- عوامل مؤثر بر در سیستم‌های چند درجه آزادی

رابطه نیازهای لرزه‌ای – غیرارتجاعی در سیستم‌های چند درجه آزادی علاوه بر عوامل فوق به عوامل دیگری نیز بستگی دارد.

1-7-1 نوع سازه مقاوم

واکنش انواع مختلف سازه‌ها در برابر زلزله متفاوت می‌باشد بعضی از سازه‌ها رفتار برشی و بعضی از آنها رفتار خمشی دارند. همچنین بعضی از سازه‌ها دارای ظرفیت شکل‌پذیری بالایی هستند و بعضی دیگر این قابلیت را ندارند و در عوض سختی خوبی در برابر بارهای جانبی دارند. همین موضوع سبب می‌شود که رابطه  به نوع سازه نیز بستگی داشته باشد.

متن کامل فایل در لینک زیر :

1-7-2 هندسه سازه

هنگامیکه جرم و یا سختی سازه در پلان و ارتفاع توزیع مناسبی نداشته باشد اثر پیچش ظاهر می‌گردد. وجود پیچش در سازه باعث افزایش نیاز شکل‌پذیری می‌شود. مشخصه‌های اصلی پیچش درسازه عبارتند‌از: خروج از مرکزیت و زمان تناوب پیچشی .

1-7-3 مشارکت مد‌های بالاتر

در قسمت مربوطه به سیستم‌های یک درجه آزادی اشاره گردید که زمان تناوب سیستم اثر قابل ملاحظه‌ای بر نیاز شکل‌پذیری دارد و مشخصه‌ای بسیار مهم برای  می‌باشد. معمولاً در مشابه‌سازی سیستم‌های یک درجه آزادی به چند دجه آزادی فقط از زمان تناوب اصلی آنها استفاده می‌شود. در صورتیکه مودها بعدی و زمان‌های تناوب بالاتر تأثیر قابل توجهی در مقدار واکنش سیستم دارند و می‌بایست بگونه‌ای عمل گردد که اثرات فوق در تعیین واکنش سیستم منظور شده باشد. تأثیر مودهای بالا بصورت افزایش نیاز شکل‌پذیری بروز می‌کند و یا به عبارتی سبب کاهش ضریب رفتار می‌شود [17].