تحلیلی فنی و اقتصادی مقاوم سازی با شاتکریت و ژاکت بتنی

اگرچه زلزله واقعه ای غیرقابل پیشگیری است، اما خسارات جانی و مالی زلزله با توسعه ی ساخت و ساز علمی قابل کاهش است. بررسی مقایسه ای عملکرد سازه قبل و بعد از بهسازی از نظر فنی و محاسباتی و همچنین مقایسه عملکرد سیستم های مقاوم سازی از دیدگاه فنی و اقتصادی در این تحقیق مدنظر می باشد بدین منظور روش های شاتکریت دیوارها و ژاکت بتنی ستون در سازه ها بررسی شده است. برای مدل سازی المان های اضافه شده مورد استفاده در این پژوهش، برنامه SeismoStruct به عنوان نرم افزاری برای تحلیل و مدل سازی انتخاب شده  از سایر نرم افزارها نظیر  Seismomatch و SeismoSignal نیز به عنوان مکمل در این پژوهش استفاده شده است. در این تحقیق یک قاب با سه دهانه و دوطبقه برای یک مدرسه (ساختمان با اهمیت زیاد) در نظر گرفته شده است. ابتدا قاب بدون مقاوم سازی مدل سازی شده و پس از انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی، مشخص گردید که قاب اولیه تحت رکوردهای زلزله از حد ایمنی جانی، فراتر رفته و ناپایدار می شود بنابراین نیاز به مقاوم سازی خواهد داشت. سپس با دو روش مذکور (شاتکریت و ژاکت بتنی)، قاب مقاوم سازی شده است و مجددا تحت تاثیر زلزله، تحلیل می گردد.

نکات زیر در مورد مشخصات و ویژگی های هندسی که در مدل سازی قاب فرض شده است، شایان ذکر است:

قاب در نظر گرفته شده دارای 2 طبقه که ارتفاع ثابت و برابر 3 متر به صورت تراز تا تراز تیرها می باشد.

قاب دارای سه دهانه می باشد که دو دهانه ی آن 8/3 متری و یک دهانه 4 متری به صورت تراز تا تراز تیرها می باشد.

در این مدل اتصالات تیر به ستون گیردار است. همچنین اتصالات ستونها به پی از نوع گیر دار در نظر گرفته شده است. همچنین فرض شده است که پی دچار چرخش نمی شود اگرچه ممکن است برای یک سازه ضعیف این فرض چندان صحیح نباشد، اما از آنجا که هدف اصلی در این پژوهش بررسی اثر اتصالات نبوده است، اتصالات به صورت پارامتری ثابت در نظر گرفته شده است.

قاب اولیه به گونه ای بوده است که طبق ارزیابی آسیب پذیری، نیاز به مقاوم سازی داشته است.

کلیه ی تحلیل ها بر روی قاب 2 طبقه صورت پذیرفته است.

بارهای وارده برسازه شامل بار مرده، زنده و بار زلزله می باشد، بار مرده به صورت گسترده خطی روی تیرها قرار داده شده.

است و مقدار آن 3200 kg/cmدرنظر گرفته شده است.

سازه مورد نظر در کشور ایران واقع شده اس.  براساس آیین نامه 2300 و زمین3 و نوع  خاک A می باشد.

سازه مورد نظر برای سطح عملکرد ایمنی جانی (life safety) بهسازی می شود.

جهت تصحیح شتاب نگاشت ها مطابق آیین نامه 2800 از نرم افزار Seismomatch استفاده شده است:

Chichi (Taiwan) September 16, 1994

Loma Prieta (USA) October 17 1989

Northridge(USA) 17January1994

در شکل 3 مشاهده می شود که درحالت اول مقاوم سازی یعنی استفاده از ژاکت بتنی قاب تا پایان دوره  زمین لرزه پایدار  مانده و آنگونه که مشاهده می کنید بیشترین جابجایی آن (4/3- ،13) سانتی متر می باشد. میزان تغییر شکل ماندگار در این حالت مقاوم سازی در حدود 0.2 سانتی متر است.

در حالت سوم مقاوم سازی یعنی استفاده از شاتکریت دیوار ها با توجه به شکل 4 مشاهده می شود. که سازه پایداری خود را حفظ کرده و بیشترین تغییر مکان سازه در تراز بام (5/0، 3/0) سانتی متر می باشد.در حالی که تغییر مکان ماندگار نیز در این حالت حدود صفر سانتی متر می باشد.

در حالت اول مقاوم سازی یعنی استفاده از ژاکت بتنی، مطابق شکل 5 سازه پایداری خود را تا پایان دوره زلزله حفظ کرده و ماکزیمم جابجایی آن (6/2-، 2/3) سانتی متر می باشد. تغییر شکل ماندگار صفر می باشد، یعنی سازه بعد از پشتسر گذاشتن زلزله دوباره به حالت اولیه خود بازگشته است.

حالت سوم مقاوم سازی یعنی استفاده از شاتکریت دیوارها که در شکل 6 دیده می شود. مشاهده شد که ماکزیمم جابه جایی در تراز بام برابر است با (4/0-، 2/0) سانتی متر است. در این حالت جابجایی ماندگار برابر صفر است.

پس از انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی، نتایج مورد بررسی قرار گرفت. پس از تحلیل قاب اولیه تحت رکوردهای زلزله مشخص شد که قاب در دو مورد زلزله ها )چی چی و نورثریج ( از حد ایمنی جانی، فراتر رفته و ناپایدار می شود. در مورد میانقاب های بررسی شده می توان بیان کرد که دارای شکل پذیری کمتری هستند و ابتدا مقادیری نیروی زلزله را جذب می کنند، اما میانقاب ها در نهایت نمی توانند نیروی زلزله را تحمل کنند و باعث تخریب ناگهانی آن ها می شود. هر چه ضخامت این میانقاب ها بیشتر باشد دارای سختی نسبی بیشتری هستند در نتیجه جرم سازه بیشتر می شود و طبیعتا باعث جذب بیشتر نیروی زلزله خواهد بود. اما در خصوص عملکرد شاتکریت می توان گفت که نیروی زلزله نسبتا مناسبی را به خود جذب می کنند و در عین حال جابجایی و تغییرمکان کمی را دارند که تقریبا منطقی ترین پاسخ را به ما می دهد. در خصوص دریفت  سازه در حالت های مختلف مقاوم سازی قاب در برابر رکورد های مختلف زلزله، می توان نتیجه گرفت که روش شاتکریت، کمترین میزان جابجایی را به خود اختصاص داده است. از نتایج بدست آمده در مورد ژاکت بتنی، جذب نیروی برشی پایه زیاد است. همچنین در مقاوم سازی با این روش، در شتابنگاشت های چی چی و نورثریج، جابجایی ماندگار مشاهده شد.

با مقایسه نتایج، با بررسی نتایج بدست آمده می توان گفت که از بین روش های مقاوم سازی روش شاتکریت، کمترین میزان جابجایی را به خود اختصاص داده است. همچنین با بررسی روش های مقاوم سازی از نظر اقتصادی، با توجه به نتایج اخذ شده، روش شاتکریت اقتصادی ترین روش مقاوم سازی می باشد. در سازه های مهم داریم که به صورت علمی باید  توجه شود که نکته مهم مقاوم سازی در سازه ها   می باشد. که باید توجه شود .