خرابی پیش رونده در سازه ها و راه های جلوگیری از آن

4850

در این پست ابتدا به تعریف خرابی پیش رونده در سازه ها می پردازیم سپس در ادامه روش های جلوگیری از وقوع این نوع خرابی را در سازه ها مورد بررسی قرار می دهیم، بنابراین با ما همراه باشید.

خرابی پیش رونده در سازه ها چیست ؟

خرابی پیش رونده در سازه ها (Progressive Collapse) را می توان به عنوان یک واکنش زنجیره ای (Chain Reaction) یا انتشار خرابی (Propagation of Failure) تعریف کرد که در آن تحت عللی خاص، صدمه موضعی (Local Damage) در ناحیه نسبتاً کوچکی از سازه رخ می دهد و در شرایطی این صدمه موضعی، به بخش های دیگری از سازه گسترش یافته و در نهایت به خرابی کلی (Overall Collapse) سازه، منتهی می شود. به عبارت دیگر بعضی مواقع خرابی محلی عضو، به صورت موضعی باقی نمانده و در کل سازه منتشر می شود.

پیشنهاد مطالعه : آشنایی با اتصالات گیردار از پیش تایید شده

پدیده دومینو

با استفاده از پدیده Domino یا House of cards می توان خرابی پیش رونده را به وضوح نشان داد. شکل زیر ‏تعدادی کارت با ارتفاع L‏ را نشان می دهد که به فاصله λ از همدیگر قرار گرفته اند.

دمینو در خرابی پیش روندهشکل ۱ . پدیده دومینو

فرض می کنیم یکی از کارت ها، در اثر ضربه، پایداری خود را از دست داده ‏و خراب شود. وضعیت کارت های د‏یگر را بعد از این خرابی می توان در دو حالت بررسی کرد :

حالت اول L≥λ ‏: یعنی وقتی که فاصله کارت ها، از ارتفاع شان کمتر است. این وضعیت در شکل زیر ‏ نشان داده شده است. در این حالت، ناپایداری کارت اولی باعث گسترش ناپایداری به صورت پیش رونده به تمام کارت های دیگر خواهد شد، یعنی خرابی به صورت پیش رونده رخ خواهد داد.

دومینو

شکل ۲ . حالت اول

حالت دوم L≤λ ‏:  یعنی وقتی که فاصله کارت ها، از ارتفاع شان بیشتر است. در این حالت ناپایداری اولیه به صورت موضعی در محل شروع خرابی باقی مانده و انتشاری واقع نمی شود.

عوامل ایجادکننده خرابی پیش رونده

خرابی پیش رونده در سازه

شکل ۳ . درصد عوامل تخریب پیش رونده

خرابی پیش رونده در سازه ها بیشتر به دو علت زیر اتفاق می افتد :

الف) خطا های طراحی و اجرایی

خرابی پیش رونده چیست

شکل ۴ . نمونه خرابی به دلیل خطا در اجرا

ب) بارهای غیرعادی

معمولا ساختمان ها برای بارهای عادی نظیر مرده، زنده، باد و زلزله طراحی می شوند. با وجود این بارهای دیگری نیز وجود دارند که احتمال وقوع آنها کم است، ولی در صورت اتفاق می توانند منجر به خرابی های وحشتناکی شوند. بار های مذکور، بارهای غیرعادی نامیده می شوند. بارهای غیرعادی در واقع بارهایی هستند که مقدار (Magnitude)، راستا (Direction) و مدت زمان (Duration) آنها غیرقابل پیش بینی است.

در مواقعی نیز بارهای غیرعادی به صورت اضافه بار (Overload) اتفاق می افتند. منظور از اضافه بار، همان بار های طراحی هستند با این تفاوت که در بعضی مواقع، با مقدار بیشتری از بارهای در نظر گرفته شده ظاهر می شوند، به عنوان مثال بار برف، با اینکه در طراحی ها مطابق آیین نامه ها در نظر گرفته می شوند، ‏ولی مواقعی وجود دارد که به علت تغییرات جوی، مقدار بارش برف از مقدار در نظر گرفته شده در طراحی بیشتر می شود و در نتیجه یک بار غیرعادی به صورت اضافه بار (Over Load) به سازه اعمال می گردد.

طبقه بندی بارهای غیرعادی

‏۱ . تغییرات شدید در فشار هوا، نظیر: انفجار بمب، انفجار گاز، انفجار مواد سوختی، انفجارات خارج ساختمان

۲ . برخورد های تصادفی، نظیر: برخورد وسایل نقلیه موتوری با ساختمان، برخورد هواپیما با ساختمان

۳ . بارهای غیرعادی ناشی از نشست های پیش بینی نشده

۴ . فشارهای غیرعادی ناشی از ایجاد گودال در زمین مجاور

روش های متنوعی برای کاهش احتمال خطر خرابی پیش رونده، در سازه ها پیشنهاد شده است که مهم ترین و عمده ترین این روش ها عبارتند از

  • روش کنترل حادث
  • روش طراحی غیر مستقیم
  • روش طراحی مستقیم

روش های مقاوم سازی سازه ها در برابر خرابی پیش رونده

روش کنترل حادثه

در بعضی موارد، احتمال خرابی پیش رونده به علت حوادث غیرعادی از قبیل انفجار گاز یا برخورد وسایل نقلیه را می توان با استفاده از روش های زیر کاهش داد :

  • حذف حادثه: به طور مثال به وسیله عدم استفاده از گاز یا عدم ذخیره مواد اشتعال زا.
  • حفاظت در برابر حادثه: به طور مثال با ایجاد حصار برای ستون ها و دیوارهایی که در معرض برخورد وسایل نقلیه هستند.
  • کاهش اثر حادثه: به طور مثال با تهیه سوراخ برای اینکه فشار ایجاد شده، توسط انفجار را کاهش دهند.

روش کنترل حادثه، چون مقاومت سازه را در مقابل خرابی پیش رونده افزایش نمی دهد و از طرفی به عواملی بستگی دارد که از کنترل طراح خارج می باشند، لذا کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

روش طراحی غیر مستقیم

در این روش با مشخص کردن ترازهای (Levels) مینیمم مقاومت (Strength)، پیوستگی (Continuity) و شکل پذیری (Ductility) برای اتصالات، اعضا و مصالح، بر روی مقاومت سازه در مقابل خرابی پیش رونده تاکید می شود، یعنی اگر مقاومت، پیوستگی وشکل پذیری اجزاء تشکیل دهنده از مقادیر معمول تعیین شده در آیین نامه ها بیشتر باشد، خرابی پیش رونده اتفاق نخواهد افتاد. به عنوان مثال برای انجام این کار در هنگام طراحی می توان از افزایش ضرایب اطمینان برای تمام اعضا نام برد.

معمولاً برای توصیف روش غیر مستقیم از عبارت“ تمامیت عمومی سازه ای (General Structural Integrity) استفاده می شود. منظور از تمامیت عمومی سازه ای، قابلیت رضایت بخش سازه برای ایجاد ارتباط روی ناحیه آسیب دیده و محدود کردن صدمه اولیه می باشد.

روش طراحی مستقیم

دو روش طراحی مستقیم عبارتند از :

روش مقاوم سازی محلی ویژه

در روش مقاوم سازی محلی ویژه، مقاومت کافی برای ایستادگی در برابر حوادث را در المان های بحرانی فراهم می شود. به عبارت دیگر بعد از مشخص کردن المان های بحرانی، آنها باید به گونه ای طراحی شوند که سازه بتواند به طور کامل در برابر خرابی پیش رونده، مقاومت کند.در روش مقاوم سازی ویژه، المان های بحرانی در مقابل بارهای غیرعادی به صورت مقاوم طراحی می شوند. این المان ها باید مقاومت و سختی کافی برای ایستادگی در برابر بارهای غیرعادی را داشته باشند.

روش مسیر جایگزین

در روش مسیر جایگزین از ابتدا، مسیرهای جدید برای انتقال بار تعیین می شود و برخلاف روش مقاوم سازی محلی ویژه، امکان وقوع خرابی محلی در سازه ها داده می شود، ولی مسیرهای جایگزین بار، طوری فراهم می شوند که صدمه اولیه جذب و از پیشرفت آن جلوگیری شود.

در روش مسیر جایگزین، سازه به گونه ای طراحی می شود که بتواند خرابی موضعی پیش آمده را جذب کرده و مسیر جدیدی برای انتقال بارها بوجود آورد. در این روش تنها حذف (Removal) یک المان اصلی و بحرانی مورد بررسی قرار گیرد و سازه برای تعیین اثر حذف این المان، آنالیز می شود. وقتی یک المان سازه ای برداشته می شود، سازه باقیمانده (Remaining Structure) بایستی پایدار باشد تا اینکه بتواند بارهای موجود در آن المان را برای یک مدت زمان کافی (حداقل برای تخلیه با امنیت سازه و بازرسی وسعت خرابی) تحمل نماید.

روش مسیر جایگزین هم مثل روش مقاوم سازی در هنگام طراحی در مقابل خرابی پیش رونده روی افزایش مقاومت تاکید می کند. تنها تفاوت این دو روش را می توان به این صورت بیان کرد که در روش مقاوم سازی محلی ویژه، المان های بحرانی، بعد از تشخیص به گونه ای طراحی می شوند که خرابی محلی در آنها اتفاق نیافتد.  ولی در روش مسیر جایگزین، از همان ابتدای طراحی احتمال وقوع خرابی محلی در نظر گرفته می شود ولی با جستجوی مسیرهای جدید تعادل برای انتقال بار، از پیشرفت آن جلوگیری می شود.

منابع:

مقاله بررسی خرابی پیش رونده در قاب های خمشی فولادی فضایی از کریم عابدی، محمد رضا چناقلو و سعید علیرضایی

مطالعه بیشتر