انتخاب شتاب نگاشت زلزله و نحوه اصلاح آن
در این نوشتار تصمیم داریم به روش های انتخاب شتاب نگاشت و نحوه اصلاح آن بپردازیم. روش هاي مختلفي براي انتخاب شتاب نگاشت متناسب با ساختگاه جهت انجام تحليل هاي دیناميكي وجود دارد. در مطلب پیش رو برخي از مهم ترین روش ها بررسی شده اند. با ما همراه باشید.
پیشنهاد مطالعه: با شتاب نگاشت نزدیک گسل آشنا شوید
در انتخاب شتاب نگاشت مناسب براي يك ساختگاه، لازم است خصوصيات ساختگاه و منبع زلزله از نظر بزرگاي زلزلـه، مكانيزم گسلش (مستقيم، معكوس و … )، عمق كانونی، فاصله ساختگاه تا منبع زلزله، زمين شناسی منطقه، شتاب حداكثر، محتواي فركانسي، مدت زلزله و انرژي مورد توجه قرار گيرد و تا حد امكان اين ویژگي ها با خصوصيات ساختگاه طرح و زلزله محتمل در آن همسان باشند.
روش انتخاب شتاب نگاشت
روش هاي مختلفی براي انتخاب شتاب نگاشت متناسب با ساختگاه جهت انجام تحليل هاي دیناميكي وجود دارد. برخي از مهم ترین روش ها عبارتند از :
1- انتخاب تاريخچه زلزله ای كه در ساختگاهي مشابه و داراي پارامترهاي لرزه خیزی مشابه سـاختگاه مـورد نظـر و تقريباً در همان فاصله مورد انتظار رخ داده باشد.
2- استفاده از شتاب نگاشت هاي مصنوعی برای بزرگای هدف
3- تخمین طيف پاسخ ساختگاه با توجه به فاصله، بزرگا، شرايط سـاختگاهی و مكـانیزم گسـلش و مقيـاس كـردن طيف پاسخ یك زلزله منتخب ثبت شده يا مصنوعی، متناسب با آن.
4- شبيه سازی انتقال موج از منبع زلزله و محاسبه شتاب نگاشت حاصله در موقعيت ساختگاه
از ميان روش هاي انتخاب شتاب نگاشت فوق، به دليل اطلاعات كم زلزله هاي بزرگ در ايران، روش سوم جهت تخمين تاریخچه شـتاب زلزلـه روشي متداول تر به شمار می آید. مراحل اين روش به طور خلاصه عبارت است از:
الف – انتخاب يك تاریخچه زلزله مشابه آنچه كه در ساختگاه رخداد آن محتمل به نظر مي رسد (شكل 1 – الف)
ب – تعيين طيف فوريه و طیف پاسخ شتاب تاريخچه زلزله منتخب، با فرض میرایی 5 درصد (شكل 1 – ب و پ)
پ – تعيين طیف پاسخ طرح بر اساس روابط كاهندگي متناسب با ساختگاه (شكل 1 – ت)
ت – تعيين طيف فوریه اصلاح شده نسبت به طيف پاسخ طرح مطابق رابطه زیر:
رابطه 1
در رابطه فوق FFTi و SPECi، مقادير طيف فوریه و طیف پاسخ در هـر فركـانس i هسـتند و منظـور از target و ini، مولفه هاي شتاب نگاشت هدف و شتاب نگاشت اولیه می باشند. انجام محاسبات فوق به صورت سعي و خطـا بـوده و عمليـات فوق آنقدر ادامه می یابد تا تفاوت بین طيف پاسخ هدف و طيف پاسخ شتاب مقياس شده به حداقل ممكن (مثلاً كمتـر از 10 درصد) برسد.
ث- تبديل فوریه عكس از تابع فوق جهت رسيدن به تاريخچه زلزله مطلوب
به طور كلي تاريخچه هاي شتاب براي يك ساختگاه به هر روشي كه محاسبه شود، داراي عـدم قطعيت مـی باشـد. از این رو توصیه مي شود كه براي تحلیل ديناميكي به روش خطي يا معادل خطی از 3 تاريخچه زماني زلزله بـراي هر يـك از سطوح لرزه ای مورد نظر و براي تحلیل دینامیکی غير خطی، از بیش از 3 تاريخچه زماني زلزله بـراي هـر سـطح لـرزه ای استفاده شود.
شكل 1 – مراحل مختلف تهيه تاریخچه زلزله بر اساس طیف پاسخ طرح
روش های اصلاح شتاب نگاشت
جهت استفاده از تاريخچه زلزله در تحليل هاي دیناميكي لازم است اصلاحاتي بـر روي آن انجـام شـود تـا از يـك سـو تحليل ها با مشكلات عددي مواجه نشوند و از سوي دیگر نتايج حاصله تا حد امكان دقيق بوده و گمراه كننده نباشد. به طور كلي فیلتر كردن و اصلاح خط مبنا دو نوع اصلاحي است كه معمولاً در مورد تاريخچه زلزله انجام مي شود.
فیلتر كردن تاريخچه زلزله
معمولاً زلزله ها به ندرت داراي مولفه هايي با فركانس بالا (به عنوان مثـال بـالاتر از 15هرتـز) می باشند. هر چنـد در صورت وجود نیز، این مولفه ها نقش چنداني در ميزان انرژي وارد بر سازه ندارند. اما از سـوي دیگر جهت انجـام تحليل دینامیکی مناسب، هر چه فركانس هاي زلزله بيشتر باشد، شبكه المان هاي ریزتری مورد نياز خواهد بود كه در عمل منجـر به افزايش حجم و زمان محاسبات مي گردد. يك روش برای رفع اين معضل، حذف فركانس هاي بالا و بـه اصـطلاح فیلتر كردن آن ها می باشد.
به عنوان مثال در صورت اصلاح تاريخچه زلزله منجيل به نحوي كه فركانس هاي بالاي 10 هرتز در آن وجود نداشته باشد، تاريخچه زلزله اصلاح شده به صورت شكل 2 به دست می آید. در همین شكل طيف دامنه فوريه آن نیز نشـان داده شده است. همانطور كه مشاهده می شود در طيف دامنه فوریه، در فركانس هاي بالاتر از 10 هرتز، دامنه ای مشاهده نمي شود. همچنين مقدار حداكثر شتاب در این تاريخچه زلزله از 0.505g به 0.46g كاهش يافته كه با توجه بـه اينكه این موج به صورت یک نویز عمل كرده، انرژي زلزله فيلتر شده با انرژي حالت اولیه آن تفاوت چنداني نخواهد داشت.
شكل 2 – تاريخچه زلزله منجيل و طيف دامنه فوريه آن با فیلتر شدن فركانس هاي بالاي 10 هرتز
اصلاح خط مبنا
در صورتي كه در یک تحلیل دینامیكی از تاريخچه شتاب و يا سرعت كه بطور مستقيم از شتاب نگار به دست آمده، استفاده شود، لازم است جابجايي و سرعت آن در انتهاي زمان زلزله كنترل گردد، تا احياناً سیستم اندازه گیری بـه دليـل بروز خطا دچار جابجايي يا سرعت مجازي نشده باشد. در صورت بروز چنين خطاهايي لازم اسـت پـيش از آغـاز تحليـل نسبت به اصلاح اين تاریخچه هاي زماني اقدام نمود. اصلاح خط مبنا در واقع انجـام اصـلاحاتي بـر روي طيف ورود است به نحوي كه در طي آن تاريخچه سرعت و يا جابجايي به دست آمده در انتهاي زلزله به صفر رسانده شود.
به عنوان مثال با انتگرال گیری از تاريخچه زمـاني سرعت در شكل 3-الف مي توان تاريخچه جابجايي شكل 3-ب را ترسيم نمود. میزان جابجايي در اين شكل در انتهاي زلزله صفر نشده كه مي تواند نشان از بـروز خطـا در سيستم اندازه گیری باشد. حال با افزودن يك موج سرعت با فركانس خيلي پائين بـه تاریخچـه سـرعت اوليه، اصـلاح انجام و جابجايي نهايي صفر حاصل مي شود (شكل 3-د). موج افزوده شده با فركانس پايين مي تواند یك چندجمله ای و یا تابع سينوسی با پارامترهاي دلخواه باشد و اين پارامترها باید چنان اختیار شوند كه قادر باشند نتيجه مورد نظـر را به دست آورند.
از آنجا كه تاريخچه هاي زلزله معمولاً به صورت شتاب نگاشت هستند، عمل اصلاح خط مبنا بايد به گونه ای انجام شود كه هم سرعت و هم جابجايي نهايي صفر شوند.
شكل 3 – نحوه اصلاح خط مبنا
اصلاح خط مبنا تنها در مواردي كه جابجايي در انتهاي زلزله در حد خطای متعارف دستگاه هاي شتاب نگار باشـد انجـام می شود. در صورتی كه اين جابجايي بیش از حد متعارف باشد ديگر نمي توان از آن در تحليل استفاده نمود. يكي از دلايـل بروز چنين خطاهايي، می تواند ناشي از خطا در روند مقياس كردن تاريخچه زماني زلزله توسط گروه لرزه زمـين سـاخت باشد. در این حالت مي بایستی این مغایرت جهت اصلاح شتاب نگاشت مذكور به گروه لرزه زمين ساخت منعكس گردد.
پیشنهاد مطالعه : معرفی پارامترهای لرزه ای و تشریح نحوه وقوع زلزله
