ضریب رفتار

نحوه استخراج ضریب رفتار

 

در هنگام وقوع زلزله‌ها سازه‌ها معمولا داری رفتار غیر خطی بوده و با تحمل تغییر شکل‌های غیرارتجاعی مقدار زیادی از انرژی زلزله را جذب می‌کنند. بنابراین سازه‌ها می‌توانند برای نیروی زلزله بسیار کمتر از نیروی لازم در حالت خطی طراحی گردند. اما سهولت و گستردگی روش‌های تحلیل و طراحی خطی، استفاده از آن را متداول کرده است. نیروی زلزله برای طراحی خطی سازه‌ها، از یک طیف خطی زلزله بدست می‌آید و به منظور اعمال کاهشی که در نیروی اعمالی زلزله به دلیل عواملی مانند شکل پذیری، اضافه مقاومت، میرایی و… بوجود می‌آید. نیروی خطی محاسبه شده از طیف خطی بوسیله ضریبی بنام ضریب رفتار،کاهش پیدا می‌کند. به لحاظ اصولی بایستی چیدمان عناصر باربر جانبی بگونه ای باشد که سازه دارای بیشترین شکل پذیری، کمترین جابجایی، متعادل ترین توزیع نیرو در اعضا در اثر بارهای لرزه ای بوده و از ایجاد مفصل در ستون‌ها جلوگیری شده و به عملکرد مناسب دیافراگم بیانجامد. تاکنون پژوهشگران با ملیت‌های مختلف برای محاسبه ضرایب فتار، روش‌های متفاوتی را مورداستفاده قرار داده اند با  مقایسه این روش‌ها می توان آن‌ها را در دو گروه کلی تقسیم بندی کرد. یکی روش‌های پژوهشگران آمریکایی و دیگری روش‌های پژوهشگران اروپایی عموماً روش‌های آمریکایی مبانی تئوری ساده تری دارند، ولی با وجود این کاربردی تر هستند، در حالی که روش‌های اروپایی دارای مبانی تئوری و تحلیلی پیچیده تری بوده و استفاده از آن‌ها در عمل دشوار است.

 

روش‌های آمریکایی:

• طیف ظرفیت فریمن
• ضریب شکل پذیری یوانگ

 

روش‌های اروپایی:

• تئوری شکل پذیری
• روش انرژی

که در این بین، روش یوانگ دارای مبانی ساده تر و سهولت بیشتری است.

 

               شکل – 1: رفتار کلی یک سازه متعارف

 

به این ترتیب که با معادل کردن منحنی ظرفیت بصورت یک نمودار دوخطی کلیه مشخصات مربوط به رفتار سازه از آن استخراج می‌گردد.

 

ضریب رفتار:

ضریب رفتار سازه ضریبی است که عملکرد غیر ارتجاعی سازه را در بر دارد و نشانگر مقاومت پنهان سازه در مرحله غیر ارتجاعی است. به همین دلیل مقاومت مورد نیاز سازه از تقسیم مقاومت موردنیاز در حالت کاملاً ارتجاعی برضریب فوق محاسبه می‌گردد. ضریب رفتار یا ضریب کاهش نیرو به عنوان ضریبی که در برگیرنده عملکرد غیر ارتجاعی سازه‌ها در برابر زلزله‌های شدید می‌باشد، به پارامترهایی نظیر ضریب شکل پذیری، زمان تناوب اصلی سازه، ضریب میرایی سازه، مشخصات خاک، مشخصات زلزله، رفتار بار – تغییرشکل، ضریب مقاومت افزون، مشارکت مودهای بالا و ضریب اطمینان طراحی بستگی دارد.

عوامل مؤثر بر ضریب رفتار

ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری Ru

 

در سازه‌ها، ظرفیت تغییر شکل غیر ارتجاعی آن‌ها به کمک ضریب شکل پذیری بیان می‌گردد، بدین ترتیب ضریب رفتار سازه مستقیماً به ضریب شکل پذیری آن بستگی پیدا می‌کند. هر چه ظرفیت شکل پذیری سازه µ  بیشتر باشد، میزان جذب انرژی بالاتر بوده و در نتیجه مقدار ضریب رفتار بزرگتر خواهد بود. نحوه ارتباط  R و  µ به عوامل مختلفی بستگی دارد. در سیستم‌های یک درجه آزادی، نوع مصالح، زمان تناوب سیستم، میرائی سیستم، نوع بارگذاری، مدل بار – تغییر شکل، عامل ناپایداری ∆-P  وضعیت تکیه گاه نوع خاک و میزان زیان قابل قبول درسیستم بررابطه R , µ موثر می باشند. با توجه به شکل (1) ضریب شکل پذیری کلی سازه به صورت حداکثر تغییر مکان جانبی نسبی max∆ به تغییر مکان جانبی نسبی تسلیم y∆ تعریف می‌شود:

 

ضریب کاهش براثر شکل پذیری از روش‌های مختلفی بدست می آید بطور مثال این ضریب از
روش ویدیک بصورت زیر بدست می‌آید.

برای زمین‌های (سخت) (سنگی) و نیم سخت (رسوبی)

 

که در این رابطه Tزمان تناوب سازه و  T0 زمان تناوب خاک می‌باشد.

 

ضریب مقاومت افزون (Ω)

 

در آیین نامه‌های طراحی، سازه‌ها به گونه ای طراحی می‌گردند که هیچ یک از آن‌ها از مرحله ارتجاعی بالاتر نروند. درغیر این صورت در آن‌ها مفصل پلاستیک تشکیل خواهد شد در نتیجه سختی کلی سازه کاهش پیدا می‌کند ولی سازه همچنان قادر به مقاومت خواهد بود تا اینکه تشکیل مفاصل سبب ایجاد مکانیزم گردیده و سختی سازه به سمت صفر میل کند در  این مرحله در صورتی که ظرفیت شکل پذیری نیز به انتها رسیده باشد سازه منهدم خواهد شد. سازه‌ها در طی این روند، مقاومت اضافه ای را تحمل خواهند کرد که در طراحی اولیه سازه به حساب نیامده و به مقاومت افزون معروف است که عبارت است از نیروی متناظر با حد تسلیم کلی سازه Vy به نیروی متناظر با تشکیل اولین لولای خمیری در سازه  Vs:

 

 

 

ضریب تنش مجاز:

 

این ضریب، بر اساس نحوه برخورد آیین نامه‌ها با تنش های طراحی ( بار مجاز یا بار نهایی) تعیین می‌شود. و مقدار آن عبارت است از نسبت نیرو در حد تشکیل اولین لولای خمیری(Vs) به نیرو در تنش‌های مجاز (Vw):

 

تعیین ضریب رفتار:

 

ضریب رفتار سازه‌ها با توجه به عوامل مؤثر بر آن از رابطه زیر بدست می‌آید: