8025
شناسه خبر: 8025
بازدید: 17

در این نوشتار تصمیم داریم به روش های انتخاب شتاب نگاشت و نحوه اصلاح آن بپردازیم. روش های مختلفی برای انتخاب شتاب نگاشت متناسب با ساختگاه جهت انجام تحلیل های دینامیکی وجود دارد. در مطلب پیش رو برخی 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 برای یک ساختگاه، لازم است خصوصیات ساختگاه و منبع زلزله از نظر بزرگای زلزلـه، مکانیزم گسلش (مستقیم، معکوس و … )، عمق کانونی، فاصله ساختگاه تا منبع زلزله، زمین شناسی منطقه، شتاب حداکثر، محتوای فرکانسی، مدت زلزله و انرژی مورد توجه قرار گیرد و تا حد امکان این ویژگی ها با خصوصیات ساختگاه طرح و زلزله محتمل در آن همسان باشند.

روش انتخاب شتاب نگاشت

روش های مختلفی برای انتخاب شتاب نگاشت متناسب با ساختگاه جهت انجام تحلیل های دینامیکی وجود دارد. برخی از مهم ترین روش ها عبارتند از :

1- انتخاب تاریخچه زلزله ای که در ساختگاهی مشابه و دارای پارامترهای لرزه خیزی مشابه سـاختگاه مـورد نظـر و تقریباً در همان فاصله مورد انتظار رخ داده باشد.

2- استفاده از شتاب نگاشت های مصنوعی برای بزرگای هدف

3- تخمین طیف پاسخ ساختگاه با توجه به فاصله، بزرگا، شرایط سـاختگاهی و مکـانیزم گسـلش و مقیـاس کـردن طیف پاسخ یک زلزله منتخب ثبت شده یا مصنوعی، متناسب با آن.

4- شبیه سازی انتقال موج از منبع زلزله و محاسبه شتاب نگاشت حاصله در موقعیت ساختگاه

از میان روش های انتخاب شتاب نگاشت فوق، به دلیل اطلاعات کم زلزله های بزرگ در ایران، روش سوم جهت تخمین تاریخچه شـتاب زلزلـه روشی متداول تر به شمار می آید. مراحل این روش به طور خلاصه عبارت است از:

الف – انتخاب یک تاریخچه زلزله مشابه آنچه که در ساختگاه رخداد آن محتمل به نظر می رسد (شکل 1 – الف)

ب – تعیین طیف فوریه و طیف پاسخ شتاب تاریخچه زلزله منتخب، با فرض میرایی 5 درصد (شکل 1 – ب و پ)

پ – تعیین طیف پاسخ طرح بر اساس روابط کاهندگی متناسب با ساختگاه (شکل 1 – ت)

ت – تعیین طیف فوریه اصلاح شده نسبت به طیف پاسخ طرح مطابق رابطه زیر:

رابطه 1

رابطه 1


در رابطه فوق FFTi و SPECمقادیر طیف فوریه و طیف پاسخ در هـر فرکـانس i هسـتند و منظـور از target و ini، مولفه های شتاب نگاشت هدف و شتاب نگاشت اولیه می باشند. انجام محاسبات فوق به صورت سعی و خطـا بـوده و عملیـات فوق آنقدر ادامه می یابد تا تفاوت بین طیف پاسخ هدف و طیف پاسخ شتاب مقیاس شده به حداقل ممکن (مثلاً کمتـر از 10 درصد) برسد.

ث- تبدیل فوریه عکس از تابع فوق جهت رسیدن به تاریخچه زلزله مطلوب

به طور کلی تاریخچه های شتاب برای یک ساختگاه به هر روشی که محاسبه شود، دارای عـدم قطعیت مـی باشـد. از این رو توصیه می شود که برای تحلیل دینامیکی به روش خطی یا معادل خطی از 3 تاریخچه زمانی زلزله بـرای هر یـک از سطوح لرزه ای مورد نظر و برای تحلیل دینامیکی غیر خطی، از بیش از 3 تاریخچه زمانی زلزله بـرای هـر سـطح لـرزه ای استفاده شود.

انتخاب شتاب نگاشت

شکل 1 – مراحل مختلف تهیه تاریخچه زلزله بر اساس طیف پاسخ طرح

روش های اصلاح شتاب نگاشت

جهت استفاده از تاریخچه زلزله در تحلیل های دینامیکی لازم است اصلاحاتی بـر روی آن انجـام شـود تـا از یـک سـو تحلیل ها با مشکلات عددی مواجه نشوند و از سوی دیگر نتایج حاصله تا حد امکان دقیق بوده و گمراه کننده نباشد. به طور کلی فیلتر کردن و اصلاح خط مبنا دو نوع اصلاحی است که معمولاً در مورد تاریخچه زلزله انجام می شود.

فیلتر کردن تاریخچه زلزله

معمولاً زلزله ها به ندرت دارای مولفه هایی با فرکانس بالا (به عنوان مثـال بـالاتر از 15هرتـز) می باشند. هر چنـد در صورت وجود نیز، این مولفه ها نقش چندانی در میزان انرژی وارد بر سازه ندارند. اما از سـوی دیگر جهت انجـام تحلیل دینامیکی مناسب، هر چه فرکانس های زلزله بیشتر باشد، شبکه المان های ریزتری مورد نیاز خواهد بود که در عمل منجـر به افزایش حجم و زمان محاسبات می گردد. یک روش برای رفع این معضل، حذف فرکانس های بالا و بـه اصـطلاح فیلتر کردن آن ها می باشد.

به عنوان مثال در صورت اصلاح تاریخچه زلزله منجیل به نحوی که فرکانس های بالای 10 هرتز در آن وجود نداشته باشد، تاریخچه زلزله اصلاح شده به صورت شکل 2 به دست می آید. در همین شکل طیف دامنه فوریه آن نیز نشـان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود در طیف دامنه فوریه، در فرکانس های بالاتر از 10 هرتز، دامنه ای مشاهده نمی شود. همچنین مقدار حداکثر شتاب در این تاریخچه زلزله از 0.505g به 0.46g کاهش یافته که با توجه بـه اینکه این موج به صورت یک نویز عمل کرده، انرژی زلزله فیلتر شده با انرژی حالت اولیه آن تفاوت چندانی نخواهد داشت.

زلزله منجیل

شکل 2 – تاریخچه زلزله منجیل و طیف دامنه فوریه آن با فیلتر شدن فرکانس های بالای 10 هرتز

اصلاح خط مبنا

در صورتی که در یک تحلیل دینامیکی از تاریخچه شتاب و یا سرعت که بطور مستقیم از شتاب نگار به دست آمده، استفاده شود، لازم است جابجایی و سرعت آن در انتهای زمان زلزله کنترل گردد، تا احیاناً سیستم اندازه گیری بـه دلیـل بروز خطا دچار جابجایی یا سرعت مجازی نشده باشد. در صورت بروز چنین خطاهایی لازم اسـت پـیش از آغـاز تحلیـل نسبت به اصلاح این تاریخچه های زمانی اقدام نمود. اصلاح خط مبنا در واقع انجـام اصـلاحاتی بـر روی طیف ورود است به نحوی که در طی آن تاریخچه سرعت و یا جابجایی به دست آمده در انتهای زلزله به صفر رسانده شود.

به عنوان مثال با انتگرال گیری از تاریخچه زمـانی سرعت در شکل 3-الف می توان تاریخچه جابجایی شکل 3-ب را ترسیم نمود. میزان جابجایی در این شکل در انتهای زلزله صفر نشده که می تواند نشان از بـروز خطـا در سیستم اندازه گیری باشد. حال با افزودن یک موج سرعت با فرکانس خیلی پائین بـه تاریخچـه سـرعت اولیه، اصـلاح انجام و جابجایی نهایی صفر حاصل می شود (شکل 3-د). موج افزوده شده با فرکانس پایین می تواند یک چندجمله ای و یا تابع سینوسی با پارامترهای دلخواه باشد و این پارامترها باید چنان اختیار شوند که قادر باشند نتیجه مورد نظـر را به دست آورند.

از آنجا که تاریخچه های زلزله معمولاً به صورت شتاب نگاشت هستند، عمل اصلاح خط مبنا باید به گونه ای انجام شود که هم سرعت و هم جابجایی نهایی صفر شوند.

اصلاح خط مبنا

شکل 3 – نحوه اصلاح خط مبنا

اصلاح خط مبنا تنها در مواردی که جابجایی در انتهای زلزله در حد خطای متعارف دستگاه های شتاب نگار باشـد انجـام می شود. در صورتی که این جابجایی بیش از حد متعارف باشد دیگر نمی توان از آن در تحلیل استفاده نمود. یکی از دلایـل بروز چنین خطاهایی، می تواند ناشی از خطا در روند مقیاس کردن تاریخچه زمانی زلزله توسط گروه لرزه زمـین سـاخت باشد. در این حالت می بایستی این  مغایرت جهت اصلاح شتاب نگاشت مذکور به گروه لرزه زمین ساخت منعکس گردد.

پیشنهاد مطالعه : معرفی پارامترهای لرزه ای و تشریح نحوه وقوع زلزله

نویسنده

مجید غواصیه
فارغ التحصیل کارشناسی مهندسی عمران از دانشگاه شیراز هستم. موضوعات مورد علاقه من راه سازی، حمل و نقل، مهندسی ترافیک و مسائل مربوط به محیط زیست می باشد.

مشاوره از طریق واتساپ