۳

۱

۱-۱ مقدمه :
استان ایلام در غرب کشور ایران و در سلسله جبال زاگرس قرار گرفته است. وجود دشتهای ایلام، شیروان چرداول، مهران، دهلران، آبدانان، دره شهر و ایوان از ویژگیهای آن می باشد.
از آنجائیکه در ساخت بیشتر سازه های بزرگ و کوچک استان ایلام به ضوابط و معیارهای مهندسی کمتر توجه شده است و رویداد زمین لرزه در آن عواقب بسیار نگران کننده ای در برخواهد داشت، منطقه مورد مطالعه از شهر ایلام به شعاع ۲۰۰ کیلومتری آن یعنی تقریبا کل استان ایلام را شامل می شود که از شمال به استان کرمانشاه و از شرق به استان لرستان و از جنوب به استان خوزستان و از غرب به کشور عراق منتهی می شود.
برای بدست آوردن برآوردی از خسارت احتمالی زلزله ابتدا لازم است که تخمینی از زلزله های محتمل را در منطقه بدست آوریم که برای رسیدن به این هدف نیاز به تحلیل طیفی خطر زلزله در منطقه می باشد که در این مطالعه به آن پرداخته شده است.
تحلیل طیفی خطر زلزله در اصل روشی است که با اتکا به آن و با توجه به شرایط زمین شناسی و تکتونیکی منطقه و زلزله های ثبت شده گذشته می توان تخمینی از زلزله های آینده در نقاط مختلف پهنه تخمین زده و سپس برای پریود و هر سطح خطر نقشه پهنه بندی لرزه خیزی ( نقشه نقاط هم شتاب) را تهیه کرده و این موضوع را می توان به عنوان ابزار مناسبی جهت طیفهای خطر یکنواخت بشمار آورد.
تحلیل های خطر به تخمین کمی خطرات یک زلزله در یک محل خاص مربوط می شود. خطرات لرزه ای در شرایطی که یک زلزله مشخص مد نظر باشد، بصورت قطعی و در شرایطی که اندازه و زمان و مکان زلزله قطعی نباشد بصورت احتمالی بررسی می شود.
در اینجا به بررسی و توضیح این دو روش می پردازیم :
۱-۲- تحلیل قطعی خطر زلزله(Deterministic Seismic Hazard Analysis ) :
در سالهای اولیه مهندسی ژنوتکنیک لرزه ای، کاربرد تحلیل های قطعی خطر زلزله DSHA رایج بود. یک روش تحلیل قطعی خطر زلزله مربوط به تعیین سناریوی خاص لرزه ای بود که بر مبنای آن ارزیابی خطر حرکت زمین صورت می گیرد، منظور تخمین وقوع زلزله با اندازه های خاص و در محلی خاص می باشد. یک روش نمونه تحلیل قطعی خطر زلزله DSHA بصورت روشی با چهار مرحله ( ۱۹۹۰.Reitter ) بشرح زیر قابل بیان است :
۱- شناسائی و مشخص نمودن تمامی منابع زلزله که در محل قادر به تولید حرکات مهم زمین هستند. منظور از مشخص نمودن تعریف هندسه هر منبع و قابلیت لرزه ای آن می باشد.
۲- انتخاب پارامتر فاصله منبع تا محل هر زون منبع : در اغلب روشهای تحلیل قطعی DSHA نزدیکترین فاصله میان زون منبع و محل مورد مطالعه انتخاب می گردد، این فاصله ممکن است بر مبنای فاصله کانونی یا زیرکانونی بسته به اندازه گیری فاصله مربوط به روابط تخمینی که در مرحله بعد استفاده می شود، تعریف گردد.
۳- انتخاب زلزله مرجع( منظور زلزله ای است که شدیدترین ارتعاشات را تولید خواهد کرد). این زلزله معمولا بر حسب تعدادی از پارامترهای حرکت زمین در محل بیان می گردد. انتخاب بر اساس میزان ارتعاش تولید شده توسط زلزله( مشخص شده در مرحله ۱) در فاصله پیش بینی شده در مرحله ۲ صورت می گیرد. زلزله مرجع بر حسب اندازه( که معمولا با بزرگای آن مشخص می شود) و فاصله اش از محل مورد مطالعه بیان میشود.
۴- خطر زلزله در محل، معمولاً بر حسب حرکات ایجاد شده زمین در محل توسط زلزله هادی تعریف می شود. مشخصات آن معمولاً بوسیله یک یا چند پارامتر حرکت زمین که از روابط تجربی بدست می آید، بیان می گردد.
روش DSHA به صورت شماتیک در شکل(۱-۱ )نشان داده شده است. با نمایش فشرده این روش در چهار مرحله ملاحظه می شود که روشی بسیار ساده خواهد بود.

روش DSHA هنگامی که برای ارزیابی سازه هایی بکار می رود که شکست آنها عواقب فاجعه آمیزی دارد( همچون نیروگاههای اتمی و سدهای بزرگ)،چارچوب روشنی برای بررسی وخیم ترین حالت ارتعاشات زمین ارائه می دهد. این روش اطلاعاتی در مورد احتمال وقوع زلزله مرجع، موقعیت وقوع آن، میزان لرزش مورد انتظار در خلال زمانی مشخص( از قبیل عمر مفید یک سازه یا تأسیسات خاص) و بالأخره اثر عدم قطعیت در مراحل مختلف مورد نیاز برای محاسبه منتجه حرکت زمین بدست نمی دهد.

۱-۳- تحلیل احتمالی خطر زلزله(Probablistic Seismic Hazard Analysis ) :
در خلال دهه های گذشته استفاده از مفاهیم احتمالات باعث شده است که عدم قطعیت در اندازه، موقعیت و سرعت تکرار زلزله ها و همچنین تغییرات مشخصات حرکت زمین با بزرگی و موقعیت زلزله به طور صریح در ارزیابی خطرات زلزله مورد توجه قرار گیرد.
تحلیل احتمالی خطرPSHA چارچوبی ارائه می دهد که در آن این عدم قطعیت ها می تواند شناسایی شده و به صورت کمی درآمده و در یک روند منظم به گونه ای ترکیب شوند، تا تصویر کاملتری از خطر زلزله ترسیم گردد.
درک مفاهیم و ساختار روش PSHA ، مستلزم آشنایی با بعضی واژگان و مفاهیم پایه تئوری احتمالات می باشد. روش تشریحPSHA از خیلی جهات مشابه روشی است که توسط(CorneLL 1968) بخوبی تبیین شده است.
روش PSHA همچنین به صورت یک روش۴ مرحله ای(Reitter 1990 ) که هر مرحله تا حدودی مشابه مراحل روشِDSHA می باشد قابل بیان خواهد بود. این قسمت که در شکل (۲-۱ ) نشان داده شده است بشرح زیر می باشد :
۱- قدم اول که همان شناسایی و مشخص نمودن منابع زلزله
می باشد و مشابه قدم اول در روش قبلی DSHA می باشد، با این تفاوت که در این روش احتمال توزیع موقعیت پتا
نسیل شکست در محدوده منبع زلزله نیز بایستی مشخص گردد.
در اغلب حالات احتمال یکنواخت توزیع زلزله به هر منبع تخصیص داده می شود، به این معنی که زلزله ها با احتمال یکسان در هر نقطه داخل زون منبع اتفاق خواهند افتاد. این گسترش سپس به منظور دستیابی به احتمال توزیع مربوطه در هر فاصله منبع تا محل با هندسه منبع زلزله ترکیب می شوند. از طرف دیگر در DSHAفرض می شود که احتمال وقوع زلزله در نقاط مختلف نزدیکترین منبع به محل مورد مطالعه۱ و در سایر نقاط صفر می باشد.
۲- قدم بعدی مشخص کردن لرزه خیزی یا توزیع موقتی تکرار زلزله می باشد. در این مرحله از یک رابطه تکرار که توسط آن سرعت متوسطی که ممکن است زلزله ای به اندازه خاص از آن تجاوز کند، استفاده خواهد شد تا لرزه خیزی هر زون منبع مشخص شود. رابطه تکرار ممکن است دربردارنده زلزله ای با حداکثر اندازه باشد، لیکن ملاحظات در خصوص آن زلزله را همانطور که در روش DSHAغالباً عمل می شود محدود نمی سازد.
۳- با کمک روابط پیش بینی کننده، حرکت زمین که ممکن است در محل مورد مطالعه بوسیله زلزله هایی با هر اندازه ممکن و در هر نقطه ممکن در زون منبع اتفاق بیافتد، بایستی تعیین شود. عدم قطعیت ذاتی که در رابطه پیش بینی کننده وجود نیز در روش DSHA ملحوظ گردیده است.
۴- بالأخره عدم قطعیت در محل و اندازه زلزله و تخمین پارامترهای حرکت زمین به منظور دستیابی به احتمالی که در خلال فاصله زمانی خاص، پارامتر حرکت زمین ممکن است از آن تجاوز کند، ترکیب خواهد شد.
اجرای کامل روش PSHA مستلزم توجه دقیق به مسایلی از قبیل تخمین پارامترهای حرکت زمین، تعیین مشخصات منبع زلزله و فیزیک احتمالات می باشد.

۱-۴- منحنی های خطر لرزه ای( Seismic Hazard Curves (SHC) ):
منحنی خطر لرزه ای برای زونهای منبع منفرد قابل تعیین بوده و با ترکیب آنها خطر جامع زلزله در یک محل خاص بدست می آید. مفهوم پایه ای محاسبات مورد نیاز جهت تهیه منحنی های خطر زلزله نسبتا ساده می باشد.
احتمال تجاوز یک مقدار خاص،y* از یک پارامتر حرکت زمین، Y ، برای زلزله محتمل دار یک موقعیت منبع محتمل، محاسبه شده و سپس در احتمالی که آن زلزله با آن اندازه خاص و در محلی خاص رخ می دهد ضرب خواهد شد.
این مراحل سپس برای تمامی اندازه ها و موقعیت های ممکن زلزله با احتمالات هر مجموعه تکرار خواهد شد. محاسبات مورد نیاز در قسمتهای زیر آمده است :
برای وقوع یک زلزله معلوم، احتمالی که یک پارامتر حرکت زمین،Y ،از مقدار خاصy* تجاوز کند، با استفاده از قضیه احتمال کلی قابل محاسبه خواهد بود. یعنی :
(۱-۱ ) :

که در آنجا X برداری از متغیرهای تصادفی است که بر Y تأثیر می گذارد. در اغلب حالات مقادیرX به بزرگی M و فاصله R محدود می شود. با فرض اینکه M و R مستقل باشند، احتمال تجاوز را می توان چنین نوشت :

(۲-۱ ) :
که در آن جا { M , R Y y* | }از روابط تخمینی بدست آمده و (m ) fm و (r) frبترتیب توابع تراکم احتمالات برای بزرگی و فاصله می باشند.
اگر از محل مورد نظر ناحیه ای متشکل از Ns منبع پتانسیل زلزله باشد که هر کدام دارای سرعت تجاوز از اندازه آستانه برابر exp [a1 – ?1m0] [ =V1 باشند در اینصورت سرعت میانگین کلی تجاوز چنین خواهد شد :
(۳-۱) :
مؤلفه های منفرد معادله بالا برای تمامی روشهای واقع گرایانه PSHA آنقدر پیچیده هستند که انتگرال ها بصورت تحلیلی قابل ارزیابی نمی باشند. به انتگرال گیری عددی که با روشهای مختلفی قابل انجام می باشد، مورد نیاز خواهد بود. یک روشی که در اینجا برای سهولت ( نه برای مؤثر بودن) بکار رفته، تقسیم محدوده های محتمل بزرگا و فاصله، بترتیب به Nm و NR قطعه می باشد. در اینصورت سرعت میانگین تجاوز از رابطه زیر قابل تخمین خواهد بود.
(۴-۱) :

که در آنجا این معادل آن است که فرض گردد هر منبع قادر به تولید تنها Nm زلزله مختلف با اندازه m1در تنها NR فاصله منبع تا محل با مقدارk r خواهد بود. در اینصورت معادله معادل است با
(۵-۱) :

دقت مراحل انتگرال گیری عددی فوق با افزایش Nm و NRافزایش می یابد.
منحنی های خطر لزه ای بسادگی بوسیله ارزیابی (X= X )P برای آرایش کافی از مقادی X = X حاصل می شوند به گونه ای که تمامی سطوح لرزه ای مورد نظر را پوشش دهند. یک ( SHC ) معمولا بوسیله یک احتمال وقوع سالانه در امتداد محور y ها و سطح یا پارامتر جنبش در امتداد محور X ها بیان می شود.
در تحلیلهای احتمال اندیشانه جدید که بر اساس روابط کاهندگی طیفی شکل گرفته اند، ممکن است منحنی های خطر متفاوتی که بر اساس طولهای شتاب طیفی در فرکانسهای دلخواه تولید شده اند، مورد توجه قرار گیرند، به بیان دیگر یک منحنی خطر لرزه ای SHC ممکن است بر اساس%۵ میرایی شتاب طیفی در ۱HZ ( که به صورت (۵% ZH1)SA نمایش داده می شود) بسط داده شود و یا بصورت (۲HZ,%5 )SA و یا (۸HZ,%5) SA (5HZ,%5 ) SA و (۱۰HZ,%5 )SA و (۲۵HZ,%5 ) SA و … تدوین یابد، لازم بذکر است که منحنی های خطر لرزه ای SHC معمولا برای PGA تولید می شوند.
۱-۵- نقشه های خطرلرزه ای:
نقشه های خطر لزه ای با گذشت زمان و تکمیل اطلاعات مربوط به زلزله و شناسائی هر چه بیشتر سرچشمه های زلزله( Source ) معمولا دستخوش تغییر می باشند.
نقشه های رایج معمولا بر اساس تحلیهای احتمال اندیشانه و بر اساس یک سری معیارها و سطوح خطر شکل می گیرند، اکثر این نقشه ها بیانگر بیشینه شتاب زمینPGA و یا بیشینه سرعتPGV بوده که احتمالاتی همچون ۲% و یا ۱۰% احتمال وقوع در ۵۰ سال را نشان می دهند ( با میرایی ثابت).
همانطور که بیا
ن شد PGA بیان کننده میزان شتاب در روی سنگ بستر می باشد( یعنی در پریود صفر) و می توان با بدست آوردن PGA مربوط به نقاط مختلف و رسم کانتورهایی به یافتن نقشه های PGA دست یافت. این نقشه ها که معمولا بر مبنای۲% و یا ۱۰% عمر مفید سازه ها (۵۰ سال) مورد استفاده قرار می گرفته اند، امروزه کم کم جای خود را به نقشه های شتاب طیفی می دهند.
نقشه های شتاب طیفی همانگونه که از اسمشان پیداست بیانگر بیشینه شتاب ( پارامتر جنبش زمین) در پریودهای مختلف ۱.۰۰…. و ۰.۴ ۰. ۰.۳ ۰.۲ثانیه با احتمال وقوع متناوب و یک درصد میرایی خاص در دوره بازگشت متفاوت می باشند.
۱-۶- طیف خطر یکسان( Uniform Hazard Spectrum ):
همانگونه که از اسم آن پیداست یک طیف خطر( UHS ) به شکل یک طیف پاسخ شکل می گیرد، که به طولهای طیفی که همگی احتمال وقوع یکسانی دارند، مربوط می شوند. مراحل شکل گیری(UHS ) در زیر بصورت گام های متوالی بیان شده است :
۱- بدست آوردن منحنی خطر لرزه ای (SHC ) برای طولهای طیفی متفاوت. لازم به ذکر است که همگی این منحنی ها باید بر اساس یک سطح میرایی ثابت و فرکانسهای متفاوت حاصل شده باشند(برای مثالf=1,2,58,10,25HZ )همچنین منحنی خطر لرزه ای ( SHC )برای PGA نیز باید حاصل شود( یعنی پریود صفر).
۲- سطح خطر مورد نظر باید انتخاب شود( برای مثال یک احتمال وقوع سالانه(?=۱×۱۰^۳ ).
۳- با توجه به مقدار ? ( میزان احتمال وقوع سالانه ) در روی محورهای y منحنی های خطر و یافتن مقدار X متناظر( که همان پارامتر جنبش زمین است) برای هر منحنی، نتیجه این گام مجموعه ای از مقادیر:
می باشد. Sa(f1,zc,?),sa(f2,?c,?),sa(f3,?c,?),…PGA
4- کشیدن یک گراف به طوری که محور y آن بیانگر شتاب و محورx آن بیانگر فرکانس می باشد. دراین گراف مقادیر . Sa(f1,zc,?),sa(f2,?c,?),sa(f3,?c,?),… به نمایش درخواهند آمد.
نتیجه حاصل از این گام بک تک منحنیUHS می باشد که نشان دهنده یک سطح میرایی ثابتی(cx) و یک سطح یکنواخت ثابتی از خطر ? است.
۵- در صورت نیاز می توان منحنی های UHS را برای سطوح میرایی و یا سطوح خطر متفاوت بدست آورد. با بررسی منحنی هایUHS می توان به این نتیجه دست یافت که با کاهش سطح خطر( احتمال وقوع سالانه)، سطحUHS افزایش می یابد.
در این پروژه به منظور برآورد پارامتر جنبش نیرومند زمین که مقادیر بیشینه شتاب طیفی افقی و قائم مورد نظر می باشد، از روش احتمالاتی ( Probabilistic Seismic Hazars Analysi ) استفاده شده است.
برای بدست آوردن برآوردی از خسارات احتمالی زلزله، ابتدا لازم است که تخمینی از زلزله های محتمل در منطقه را بدست آوریم که برای رسیدن به این هدف، نیاز به تحلیل طیفی خطر زلزله در منطقه می باشد که در این پروژه به این مهم پرداخته شده است.
از آنجایی که PGA بیانگر شتاب یک جسم صلب می باشد ( T = 0) بنابراین نمی تواند پاسخگوی نیاز ما برای طراحی سازه هایی که دارای پریودهای مختلف می باشند ( بخصوص سازه های با پریود بلند) باشد، لذا بررسی موشکافانه تر رفتار سازه ها و تدوین آئین نامه های طراحی نیاز به نقشه های طیفی را ملموس تر می نمایاند، ازاین رو اخیراً در

متن کامل پایان نامه ها در سایت sabzfile.com

Leave a comment

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *