پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
رساله کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران
(مکانیک خاک و مهندسی پی)
تحلیل پارامتریک رفتار لرزه ای عوارض
توپوگرافی مثلثی شکل در فضای زمان
خلاصه
در پی انجام و تکمیل مطالعات تاثیر عوارض توپوگرافی سطحی بر پاسخ لرزه‌ای زمین درفرکانسهای مختلف از طریق انجام تحلیلهای پارامتریک در گستره وسیعی از اشکال هندسی، با هدف ملحوظ کردن اثر وجود چنین عوارضی بر مطالعات ریزپهنه‌بندی 1D در این تحقیق از نرم‌افزار Hybrid که یک نرم‌افزار دو بعدی جامع و توانا برای مدلسازی مرکب اجزای محدود – اجزای مرزی میباشد بعنوان ابزار اصلی برای تحلیلهای پارامتریک، استفاده گردیده ، دقت و قابلیت این نرم‌افزار برای انجام تحلیلهای دوبعدی اثرات ساختگاهی از طریق حل مثالهای عددی و تحلیلی مختلف ارزیابی شده است. با توجه به حساسیت بیشتر نتایج به خصوصیات هندسی مسئله در مورد عوارض سطحی، تحلیلهای پارامتریک بر تغییر خصوصیات هندسی تمرکز بیشتری یافته و از طریق بی بعد ساختن نتایج خروجی برحسب ضریب شکل (نسبت ارتفاع به نصف عرض قاعده عارضه) و فرکانس (پریود) بی‌بعد، امکان تعمیم نتایج به ترکیبات متنوعی از هندسه و امواج برخوردی میسر گردیده است. پس از انجام تحلیلهای پارامتریک، حجم وسیعی از خروجی ها به دست آمده که بایستی متناسب با اهداف تحقیق، ساماندهی و پردازش شوند. نتایج تحلیلهای پارامتریک حاکی از آن هستند که در کلیه اشکال هندسی در نظر گرفته شده، تداخل سریع مجموعه امواج درون صفحه‌ای پراکنده شده که امواج انعکاس یافته، تبدیل مود یافته، تفرق یافته و سطحی را دربر می‌گیرند میدان جایجایی بسیار آشفته‌ای را بر روی عارضه ایجاد می‌نماید که تفکیک انواع مختلف موج در آن امری بسیار دشوار است. یکی از یافته‌های مهم این تحلیلهای پارامتریک، مشاهده و تعیین فرکانس (پریود) مشخصه 2D در هر یک از ترکیبهای متنوع تحلیلهای پارامتریک بود که در آن فرکانس تمامی نقاط روی تپه مثلثی شکل دارای ضریب تقویت بزرگتر از یک بوده (حداکثر آن در تاج عارضه میباشد) و کلیه نقاط روی عارضه حرکت هم فاز دارند وهمچنین در دره ها جهت فرکانس مزبور کلیه نقاط روی دره دارای ضریب تقویت کوچکتر از یک میباشد (حداکثر تضعیف در مر کز دره واقع میگردد). نتیجه تحلیلهای حساسیت‌سنجی بر روی پارامترهای موثر در نظر گرفته شده در این تحقیق نشان می‌دهند که تاثیر متقابل پارامترهای موثر بر روی هم، روند مشاهده شده در یک ضریب شکل، ضریب پواسون یا محدوده پریودیک را در ترکیب دیگری از همان پارامترها کاملاً تحت تاثیر قرار می‌دهد. از جمله دستاودهای این تحقیق پیدا کردن رابطه بین حداکثرضریب تقویت و تضعیف متوسط حاصل از تحلیلهای دو بعدی به تحلیلهای یک بعدی نسبت به ضریب شکل میباشد که این مهم حاصل شده است.
– مقدمه
تجربیات بدست آمده از خرابیهای زلزله های اخیر نشان دهنده اهمیت تاثیر شرایط محلی خاک وتوپوگرافی سطحی و شرایط ساختگاه بر شدت و وسعت خرابی ساختمانها و توزیع مکانی آنها حین زلزله می باشد. بررسی تاثیر شرایط ساختگاه در برابر امواج لرزه ای، از جمله مباحث مهم در زمینه دانش مهندسی زلزله می باشد. فلسفه اهمیت این موضوع، الگوهای رفتاری پیچیده عوارض توپوگرافی بوده که منجر به ایجاد تفاوتهای قابل ملاحظه ای بین امواج گسیل شده از چشمه و امواج رسیده به سطح زمین می شود. شرایط ساختگاه و توپوگرافی می تواند بر تمام پارامترهای مهم یک جنبش نیرومند زمین از قبیل دامنه، محتوای فرکانس، مدت و غیره اثر گذار باشد. اثرات محلی ساختگاه نقش مهمی در” طراحی مقاوم در برابر زلزله” ایفا نموده و بایستی بصورت مجزا با آن برخورد گردد.. مهندسان بطور سنتی، چنین اثراتی را با استفاده از مدلهای ساده مبتنی بر توصیف 1D از پروفیل محلی خاک و انتشار امواج لرزه‌ای و با موفقیت ارزیابی نموده‌اند لذا ساختگاهایی برای این نوع مدلسازی مناسب خواهند بود که از گستردگی نسبتأ وسیعی در پهنای منطقه مورد مطالعه نسبت به ضخامت لایه رسوبی برخوردار باشند. لیکن حوادث اخیر نظیر زلزله هیوگوکن نانبو ژاپن با کمربند باریک خسارت تشدید یافته خود که شهر کوبه را قطع می‌نمود و سبب مرگ 6000 تن گردید، پیچیدگی قابل ملاحظه در الگوهای تقویت لرزه‌ای حاصل از اثرات ساختگاهی 2D و 3D آشکار ساخت. دقیق نبودن و تخمین دست پایین شدت زلزله های مخرب حاصل از آنالیزهای یک بعدی می تواند در تخمین خسارات وارده بحرانی و خطرساز باشد چرا که اثرات ساختگاهی 2D و 3D در دره‌های رسوبی پر شده و یا بر روی توپوگرافی‌هایی که شهرها آنجا واقع شده‌اند بیشتر بوقوع می‌پیوندد.
در یک طبقه‌بندی کلی می‌توان ناهمواریهای موجود در یک ساختگاه را به “ناهمواریهای زیرسطحی” و “ناهمواریهای سطحی” طبقه‌بندی نمود. هر دو نوع ناهمواریها منجر به افزایش دامنه و نیز تداوم حرکات بر روی سطح زمین در اثر عبور امواج زلزله می‌گردند، لیکن از نقطه‌نظر مهندسی تفاوت قابل ملاحظه‌ای بین عوارض سطحی و ناهمواریهای زیرسطحی وجود دارد و از سوی دیگر حتی درون یک دسته مشخص نظیر ناهمواریهای زیرسطحی نیز الگوی تقویت بشدت به وضعیت زمین‌شناسی سطحی وابسته است.
فعالیتهای قابل توجهی از سوی محققین در جهت رسیدن به درکی جامع از رفتار ناهمواریهای سطحی در برابر امواج لرزه ای زمین صورت گرفته است ولی در این زمینه نتیجه ای قطعی و کاربردی به گونه ای که قابل استفاده در آیین نامه های مهندسی باشد ارائه نشده است.
هدف اصلی از انجام این تحقیق برطرف نمودن این کمبود و حداقل در حوزه نتایج حاصل از مدلهای عددی میباشد آنچه که در این تحقیق بطور مشخص مورد بررسی قرار خواهد گرفت ارزیابی رفتار لرزه‌ای عوارض روسطحی (توپوگرافی) تحت اثر بارهای لرزه‌ای از طریق انجام مطالعات پارامتریک بر روی گستره وسیعی از اشکال هندسی رایج، مرسوم و قابل تطابق با طبیعت و با فرض رفتار خطی میباشد. از میان پارامترهای موثر بر رفتار لرزه‌ای عوارض توپوگرافی یعنی مشخصات هندسی، ژئومکانیکی و حرکت ورودی، بیشتر تمرکز در این تحقیق بر مشخصات هندسی خواهد بود. پارامترهای هندسی را به اشکال مختلفی می‌توان در مطالعات پارامتریک مورد توجه قرار داد لیکن رویه رایج و عرف متداول آن است که با معرفی پارامترهای بی‌بعد (نظیر ضرایب شکل یا فرکانس بی‌بعد یا زمان بی‌بعد) و در واقع تلفیق تعدادی از پارامترها با هم، هم تعداد تحلیلهای لازم را کاهش داد و هم وابستگی نتایج حاصله به هندسه تحت تحلیل را برطرف نمود لذا رویکرد اصلی در این زمینه در این تحقیق هم انجام تحلیلهای مربوطه بر روی یک هندسه پایه از مسئله تحت بررسی و سپس ارائه نتایج بصورت بی‌بعد برحسب ضریب شکل و فرکانس بی‌بعد (یا زمان بی‌بعد) خواهد بود. همچنین فرضیات حرکت ورودی در قالب موج درون صفحه‌ایP وSV بصورت قائم در نظر گرفته خواهد شد. در این تحقیق، از مطالعات پارامتریک بر روی تاثیر ضریب پواسون مصالح بر طبق مطالعات انجام شده توسط استاد راهنما و استاد مشاور این تحقیق(دکتر رزمخواه و دکتر کمالیان)، به علت کم بودن تاثیر ضریب پواسون مصالح در نتایج بدست آمده، صرفنظر شده است. مدل سازی هندسی مسئله نیز بصورت نیم فضا و بدون لایه بندی انجام شده و حرکت ورودی بصورت موجک ریکراعمال می شود، نهایتاً با استفاده از نمودارهای بی‌بعد حاصله، سعی خواهد گردید سازوکاری برای ملحوظ نمودن اثرات 2D با استفاده از نتایج تحلیلها بدست آید.
1 – مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………. 1
2- تاریخچه تحقیقات و مطالعات انجام شده…………………………………………………………………………………… 4
2-1-شواهد تجربی ومطالعات درخصوص اثرات ساختگاه تیز گوشه و مثلثی شکل بر پاسخ زمین………4
2-2- مطالعات نظری و تحلیلهای عددی عارضه مثلثی شکل……………………………………… ……………..19
2-3- مطالعات انجام شده در رابطه با تحلیلهای پارامتریک عوارض تیزگوشه و مثلثی شکل……………. 26
3- پدیده انتشار امواج دو بعدی و حل عددی معادلات آن . …………………………………………………..37
3-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………..37
3-2- انواع مختلف ناهمواریها ……………………………………………………………………………………….38
3-3- علل تقویت امواج لرزه ای ……………………………………………………………………………. …….04
3-3-1- اثر سطحی( Surface Effect) …………………………………………………………. ……..04
3-3-2- اثر کانونی شدن (Focusing Effect ) ………………………………………………………42
3- 3 -3- اثر گهواره ای (Rocking Effect ) …………………………………………………… …..44
3-3-4 – اثر عبور پراکنش موج (Scattering & Passage effect)……………….. ……..54
3-4- معادلات انتشار امواج الاستیک ……………………………………………………………………………..45
3-5- حل عددی معادله انتشار امواج …………………………………………………………………. …………49
3-6- روش عددی مورد استفاده و دامنه مطالعات پارامتریک …………………………………………….54
3-7- تعیین ابعاد المان در روش اجزای مرزی ………………………………………………. ……………….56
3-8- معرفی نرم افزار Hybrid …………………………………………………………………………………59
3-8-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………… ………..59
3-8-2- بررسی اعتبار و دقت نرم افزار Hybrid …………………………………………………………..61
3-8- 2-1- حرکت میدان آزاد نیم فضا ……………………………………………………………………….61
3-8-2-2- دره خالی با مقطع نیم دایره …………………………………………………………………………62
3-8-2-3- دره آبرفتی با مقطع نیم دایره ……………………………………………………………………….62
3-8-2-4- تپه با مقطع نیم سینوسی ……………………………………………………………………………..62
3-8-2-5- تپه با مقطع نیم دایره …………………………………………………………………………………..63
4-ااف-رفتار لرزه ائی تپه های مثلثی شکل………………………………….. ……………………………………….64
4-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….64
4-2- متدلوژی مطالعات ………………………………………………………………………………. …………..65
4-3- اعتبار سنجی مدل…………………………………………….. ………………………………………………67
4-3-1- ابعاد مش بندی………………………………………………… ………… …………………………..68
4-3-2- طول گام زمانی………… ………………………………………………… ………… …………… …68
4 -4- تاریخچه زمانی دامنه مولفه‌های افقی و قائم تغییر مکان برای کل محدوده….. …… … ….69
4-5- تفرق امواج در حوزه زمان ( تفسیر نمودار های تاریخچه زمانی ) ……………………. . 69
4-6- بزرگنمایی تپه در فضای فرکانسی ………….. ………… ………….71
4-6-1 تفسیر کلی نمودارهای بزرگنمایی …………… ……….71
4-6-2 بزرگنمایی راس تپه…………… ………… ……….72
4-7-تغییرات بزرگنمائی بر روی یال تپه ………….. .. . …………73
4-8-ضریب تقویت عوارض تپه ای مثلثی شکل……………………. ………………75
4-ب-رفتار لرزه ائی دره های مثلثی شکل………………………………. …………….104
4-9- متدلوژی مطالعات ………………………………………………….104
4-10- اعتبار سنجی مدل………………………………………… ……….105
4-10-1- ابعاد مش بندی……………………………………………105
4-10-2- طول گام زمانی………… ……. ………………….. .106
4 -11- تاریخچه زمانی دامنه مولفه‌های افقی و قائم تغییر مکان برای کل محدوده………. . …106
4-12 تفرق امواج در حوزه زمان ( تفسیر نمودار های تاریخچه زمانی ) ……………………. 106
4-13- بزرگنمایی دره در فضای فرکانسی ………………………………108
4-13-1 تفسیر کلی نمودارهای بزرگنمایی…….. ……….108
4-13-2 بزرگنمایی قعردره…………………..110
4-14-تغییرات بزرگنمائی بر روی یال دره ….. . ………111
4-15-ضریب تضعیف عوارض دره ای مثلثی شکل……………………112
5 – جمع‌بندی و نتیجه‌گیری ….. ……………………………. .. 141
5-1- نتایج مطالعه پاسخ تپه ها در حوزه زمان 141
5-2- نتایج مطالعه پاسخ تپه ها در حوزه فرکانس 141
5-3- نتایج مطالعه پاسخ دره ها در حوزه زمان 141
5-4- نتایج مطالعه پاسخ دره ها در حوزه فرکانس 142
5-5-زمینه های پیشنهادی برای ادامه این تحقیق 142
مراجع ……………………143
این فایل به صورت ورد می باشد.