بررسی رفتار غیرخطی خاک بر سازه های بلند

مدارک مستند فراوانی بر اساس مطالعات دفتری و مشاهدات میدانی وجود دارد که نشان می دهند محیط خاکی زیرین سازه ها و پدیده اندرکنش خاک و سازه، در هنگام وقوع زلزله، نیروهای لرزه ای وارد به سازه را افزایش داده به طوری که این افزایش، در موارد زیادی به خرابی و فروریزش سازه ها منجر شده است.

در تحلیل های متداول دینامیکی یک سازه، روش معمول به این صورت است که حرکت میدان آزاد زمین در محل ساختگاه تعیین شود و سپس حرکت به دست آمده به پای سازه، زمانی که به صورت صلب در نظر گرفته شده باشد، اعمال شود.

این مورد در حالتی صحیح است که ساختمان بر سنگ بنا شده باشد. در حالت قرار گرفتن سازه بر خاک نرم، وضعیت کاملاً متفاوت است. در این حالت، در هنگام وقوع زلزله، رفتار غیر خطی خاک زیرین و وقوع پدیده اندرکنش خاک و سازه، در پاسخ سازه ای به صورتی نتیجه می دهد که می تواند کاملاً متفاوت از پاسخ یک سازه با پای صلب قرار گرفته تحت اثر حرکت میدان آزاد زمین باشد.

بررسی رفتار غیرخطی خاک بر سازه های بلند

رفتار غیرخطی خاک ساختگاه و پدیده اندرکنش خاک و سازه می تواند علیرغم افزایش میرائی، به افزایش پاسخ سازه ای بیانجامد و باعث افزایش نیروهای لرزه ای وارده به سازه شود. براساس نتایج مطالعات فوق الذکر لازم است اثرات رفتار غیرخطی خاک بر پاسخ سازه ای به صورت کمّی برآورد شود.روش های متعددی برای حل مسأله اندرکنش دینامیکی خاک و سازه وجود دارد که از جمله آنها می توان به روش های حل ساده مهندسی، روش مستقیم، روش مختلط و روش زیرسازه اشاره کرد.

متداولترین روش حل مسأله اندرکنش دینامیکی خاک و سازه، روش زیرسازه است. در این روش، مسأله خطی ا ندرکنش دینامیکی خاک و سازه، به یک سری زیرمسأله ساده تر تفکیک می شود و هر زیرمسأله با مناسبترین روش تحلیل می شود و سپس نتایج حاصله، با استفاده از اصل جمع آثار قوا، با هم ترکیب می شوند. با توجه به اینکه روش زیرسازه، یک روش خطی تحلیل اندر کنش است برای در نظر گرفتن اثرات رفتار غیرخطی خاک، می توان از روش خطی معادل استفاده کرد.

در روش جداسازی و تفکیک زیرسازه، کل سیستم خاک -سازه، نشان داده شده به سه زیرسازه تفکیک می شود. زیرسازه 1 شامل میدان آزاد ساختگاه است. زیرسازه 2 شامل حجم خاک برداشته و زیرسازه 3 شامل سازه رویی و پی آن است.در روش تفکیک زیرسازه ها، فرض بر این است که اندرکنش خاک و سازه فقط در مرز مشترک زیرسازه ها، سطح تماس پی با خاک، رخ می دهد.

بر اساس تحقیقات انجام شده مدارک مستند فراوانی وجود دار د که نشان می دهد نوع خاک ساختگاه و اندرکنش خاک و سازه، در هنگام وقوع زلزله، می تواند نیروی وارد به سازه را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. بررسی نتایج به دست آمده از تحلیل های انجام شده نشان می دهد.

پاسخ دینامیکی سازه نه تنها به سختی سازه، بلکه به مشخصات دینامیکی ساختگاه ( شامل سختی و میرائی)، سطح شتاب وارده و محتوای فرکانسی آن نیز وابسته است که بسته به نوع سیستم خاک -سازه و محل قرار گرفتن آن، می تواند انجام یک تحلیل سه بعدی اندرکنش دینامیکی خاک و سازه، با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی خاک لازم داشته باشد.در صورت قرار گرفتن سازه ها بر ساختگاه نوع 2، افزایش پاسخ سازه ای قابل توجه نخواهد بود.در حالت وجود ساختگاه نوع 3 برای سازه بادبندی افزایش بیشتر پاسخ سازه ای نسبت به قاب خمشی به دست می آید و بسته به اهمیت پروژه می توان اثرات اندرکنش خاک و سازه را در نظر گرفت.