اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داري

Transcript

1 دانشگاه صنعتي اميرکبير )پلي تکنيک تهران( دوره چهل و شش شماره 2 زمستان 1393 صفحه 165 تا 188 Vol. 46, No. 2, Winter 2014, pp نشريه علمي پژوهشي اميرکبير )مهندسي عمران و محيط زيست( Amirkabir Journal of Science & Research (Civil & Environmental Engineering) (AJSR - CEE) اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داري 2 1 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس 1- دانشيار دانشکده مهندسي عمران دانشگاه علم وصنعت ايران 2- دانشجوي دکتري دانشکده مهندسي عمران دانشگاه علم وصنعت ايران )دريافت 1393/2/3 پذيرش 1393/8/24 ( چکيده مناطق پر جمعيت زيادي از ايران را زلزله هاي حوزه نزديك با با احتمال وجود ويژگي جهت داري پيش سوي و جابجائي ماندگارتهديد ميکند كه ميتواند موجب خسارات سنگيني شود. علت عمده آن محاصره ايران با دو رشته كوه زاگرس و البرز و وجود گسل هاي فعال اطراف تعدادي از شهر هاي پر چمعيت ايران است. بعنوان نمونه شهر تهران موقعيتي نزديك به گسل هاي مشا ري كرج و شمال ميباشد.از طرف ديگر طيف استاندارد 2800 ويرايش چهارم كه بر اساس احتمال فراگذشت ده در صد در پنجاه سال تهيه شده عوامل مهم ياد شده را بطور شفاف در بر نميگيرد. اين نوشتار بر آنست تا روشي براي اصالح طيف هاي موجود )ويرايش سوم و چهارم( براي لحاظ كردن اثرات حوزه نزديك ارائه دهد به نحوي كه بتواند در طراحي ساختمانهاي با فاصله كمتر از 20 كيلو متر بکار رود. جدول پيشنهادي براي اصالح طيف هاي موجود حاصل تحليل 58 فقره زلزله هاي ثبت شده در حوزه نزديك است كه در يك فرايند احتماالتي با استفاده از سه رابطه كاهندگي بدست آمده است. نتايج حاصله با مقادير نظير در دو شهر لرزه خيز آمريکا مطابق ضوابط آئين نامه هاي UBC-97 و ASCE مقايسه گرديده تا درک بهتري از ميزان جهت داري در طيف طراحي ارائه گردد. روش ارائه شده را بايد در رديف گامهاي نخست تهيه طيف هاي طراحي با قابليت زلزله بحساب آورد. جوابگوئي مسائل حوزه نزديك كلمات كليدي استاندارد 2800 زلزله حوزه نزديك جهت داري پيش سوي. a_nicknam@iust.ac.ir 165

2 .د[ احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس ضربات زلزله به ساختگاهها در فواصلي از رو مرکز ( تصوير نقطه شروع گسلش روي سطح زمين ) تا شعاعي حدود کيلومتر )بسته به عواملي که بعدا خواهد آمد( عالوه بر توان نسبتا زياد ناشي از انرژي از ويژگيهائي برخوردار است که در زلزلههاي با فاصله دور ديده نميشود] 1 [. يکي از اين ويژهگيها پديده "جهت داري پيش سوي" directivity( )Forward زلزله است که ميتواند موجب خسارات سنگيني به سازه هاي موجود گردد. نمونه هاي مدل شده داخلي آن زلزله 6/4 ريشتري سال 2003 بم 6/5 ريشتري سال 2005 زرند و نمونه هاي مطالعه شده خارجي آن شامل 7/8 ريشتري سال 1999 ازميت ترکيه 7/6 ريشتري سال 1999 چي چي تايوان 6/7 ريشتري سال 1994 نرتريچ 6/9 ريشتري سال 1995 کبه ژاپن و 7/3 ريشتري سال 1992 لندرز آمريکاست. در دهه گذشته پژوهشهاي وسيعي جهت شناخت علل شرايط تاثير گذاري ر يو سازه ها بررسي کيفي خسارات و ميزان کمي آنها انجام گرفته است. ]2 3 و 4[. آنچه دستيابي به اين موارد را کمي پيچيده مينمايد تعداد محدود شتاب نگاشتهاي ثبت شده زمين لرزهها در حوزه نزديك با ويژگي جهت داري است. خوشبختانه جامعه مهندسي در سالهاي اخير شاهد پيشرفتهاي چشمگيري دراين زمينه بوده است. بدين معني که فيزيك زمين لرزه از ريشه علل پيدايش آن که از وجود جريان همرفتي ]5[ در اعماق زمين )اليه استناسفر( ناشي ميشود تا حرکت پوسته ها برخورد پوسته هاي مجاور ايجاد انواع چهار گانه موج )طولي عرضي ريلي و الو( ]6[ عبور امواج از اليه هاي سنگي و باالخره عبور از خاك زير پي ساختمان با چندين روش "شبيه سازي زلزله" قابل شبيه سازي و بررسي است. نتايج اين پژوهشها تخمين کمي پارامترهاي موثر جهت داري زلزله در حوزه دور و نزديك را مقدور ميسازد که در ادبيات لرزه شناسي قابل دستيابي است. نمونه شبيه سازي زلزله هاي حوزه دور روشهائي بر مبناي نظريه "توان دوم فرکانسهاي زلزله squared( ")Omega است که از بحث اين نوشتار خارج است ]7 8 و 9[. در زمينه شبيه سازي زلزله حوزه نزديك ميتوان ازروشهائي که بر پايه تابع گرين ] و 13[ تابع گرين نظري ] و 17[ نظريه همزماني امواج زلزله ]18[ و روش تلفيقي ]19[ نام بردکه در اين روش پيشنهادي براي افزايش آمار موجود مورد استفاده قرار گرفته است. با استفاده از روشهاي ياد شده خصوصيات لرزه شناسي زلزله هاي حوزه نزديك در چندين ايستگاه فرضي با توجه به پارامتر هاي لرزه اي نظير صفحه گسلش wave plane( )Fault مسيرعبور امواج ( )path و مشخصات خاك زير ساختگاه زلزله مورد نظر باز توليد ميشود. بدين ترتيب پارامتر هاي جهت داري يا با روش آزمون- خطا و يا بروش معکوس solution( )Inversion و با استفاده از يکي از روشهاي ( Multi-Objective Genetic Algorithm GA, )particle Swarm Optimization MOPSO تخمين زده ميشود 20[ يگر روشهاي متداول در زمينه زلزله حوزه نزديك استفاده از توابع ساده سينوسي براي مدلسازي ضربات ناشي ازجهت داري مي باشد ]21[. اين روابط ساده ضربات ناشي از زلزله جهت دار را که در شروع تاريخچه زماني ميگردد تا حد قابل قبولي مدل ميکند ]20 و 22[. سرعت ظاهر 1-1- پيش بيني اثرات حوزه نزديك زلزله در طيف طراحي در بعضي از کشورها نظير آمريکا اثرات نزديکي کانون زلزله به ساختگاهها )با و بدون ويژگي جهت داري( در طيف طراحي آئين نامه لرزهاي مستقيما ديده شده و در پاره اي از کشورها نظير نيوزيلند ]23[ اين اثرات بصورت ضرائبي جهت اعمال بر طيف هاي طراحي حوزه دور تعريف شده است بطوري که شتاب طيفي طراحي حوزه دور را به مقادير نظير حوزه نزديك تبديل مينمايد. هر چند از سال 2012 اين کشور نيز از طيف شتاب بجاي PGA استفاده مينمايد. بکار گيري داده هاي زلزله هاي حوزه نزديك براي اعمال در طيف عالوه بر آقاي سمرويل و ابراهامسون توسط محدود پژوهشگران )بعنوان نمونه مراجع انجام شده است ديگري ]24 و 25[(. پيشنهاد نحوه اصالح آئين نامه 2800 ايران و چگونگي اصالح طيف هاي طراحي موجود که بخش عمدهاي از اثرات حوزه نزديك را به همراه دارد هدف اصلي اين نوشتار است. 2- ماهيت سه مولفهاي زلزله امواج چهارگانه زمين لرزه بصورت برداري فضايي به سطح زمين برخورد ميکند. مقادير اين بردار فضائي در لحظات زماني مختلف زلزله بوسيله سه سنسور تعبيه شده در دستگاه شتاب نگار ثبت ميگردد. خصوصيات مولفه هاي افقي زلزله )بصورت شتاب( بستگي به جهاتي که سنسورها در ايستگاه استقرارداده شده اند دارد و معموال در امتداد هاي شمالي- جنوبي و شرقي- غربي مي باشند. بديهي است دستگاه ثبت زلزله بازتاب دهنده زلزله در اين جهات ميباشند ]26[. 166

3 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری در صورت دوران محورهاي مختصات با استفاده از ماتريس دوگانه دوران مولفه هاي افقي زلزله در هر امتدادي قابل دستيابي است. متداولترين اين امتدادها در مورد زلزلههاي حوزه نزديك براي کمي کردن اثرات جهت داري دو امتداد موازي و عمود بر امتداد گسلش ميباشند.)امتدادهاي R و T( 1-2- زلزله تك مولفه طراحي سازه ها مطابق آئين نامههاي لرزهاي با مولفه تکي زلزله انجام ميگيرد که بدليلي که خواهد آمد معموال از هر يك از مولفه هاي افقي زلزله بزرگتر است. با ميانگين گيري هندسي )Geometric mean( از جفت مولفه افقي زلزله تك مولفه اي حاصل ميشود که در پيش بيني معادالت کاهندگي کاربرد زيادي دارد. براي محاسبه طيف بازتاب متوسط هندسي در زمانهاي تناوب طبيعي مختلف از طيف هاي نظير دو مولفه جذر حاصلضرب محاسبه ميگردد] 27 [. متوسط هندسي را ارايه مي دهد. 1 رابطه 1 2 )1( و نحوه محاسبه طيف Sa Sa * Sa Geomean که در رابطه فوق Sa Geomean معرف ميانگين هندسي و Sa 1 Sa 2 معرف دامنه شتاب طيفي در هر پريود است. طبيعي است طيف حاصله در تحليل ديناميکي سازه کاربرد ندارد. از اين رو اخيرا از روش ديگري براي دستيابي به زلزله تك مولفهاي تاريخچه زماني بجاي متوسط هندسي استفاده ميگردد. بدين ترتيب که جفت مولفه ها روي يك محور جديد با زاويه ϴ تصوير و به يك مولفه تبديل ميگردد )زلزله تك مولفه اي تبديلي(.رابطه شماره 2 نحوه محاسبه شتابنگاشت در زاويه نشان ميدهد. Ө acc )2( rotated acc1cos acc2sin در رابطه فوق مقدار Ө بين صفر تا 180 acc rotated را برابر تاريخچه زما ين شتاب در راستاي Ө و acc 1 و acc 2 تاريخچه زماني شتاب ثبت شده در دو راستاي عمود بر هم ميباشد. زلزله تك مولفه اي نظير طيف بازتاب متوسط زلزله هاي دوران داده شده )و در پاره اي از موارد مولفه نظير طيف بازتاب حداکثر( بجاي جفت زلزله نظير مورد استفاده قرارميگيرد در تحليل و ديناميکي نيز ميتواند بکار رود. جزئيات بيشتر اين روش در مقاله ]28[ قابل دستيابي است. در اين نوشتار از روش دوم تك مولفه افقي زلزله ها براي محاسبه طيفه يا زلزلهها جهت فرايند برازش زلزلههاي حوزه نزديك استفاده شده است. اين روش در صورت لزوم ميتواند براي تحليل ديناميکي سازه ها در برابر زلزله تك مولفه اي تاريخچه زماني نيز مورداستفاده قرار گيرد. -3 تحليل خطر به روشهاي احتماالتي تعييني )Deterministic( رخداد زلزله حاصل فرايندي است تکراري و پايا (Probabilistic) و )Stationary( ]29[ بطوريکه زلزله هاي آينده ادامه رخدادهاي گذشته مي- باشند معادالت پيش بيني زلزله هاي آتي )GMPE( به روشهاي متداول از دو مدل احتماالتي و تعييني انجام ميگيرد. در نوع اول احتمال فراگذشت ساالنه با توزيع نرمال و دوره هاي بازگشت با توزيع پواسون و در نوع دوم بزرگترين زلزله محتمل )بيشترين بزرگا )Earthquake characteristic( M) در گسل هاي منطقه همراه با کوچکترين فاصله تا ساختگاه R %84 در زمانهاي تناوب ميگردد ( زا مختلف مطالعه و مقاديرطيف نظير 5 تا 0/2.)ASCE ( محاسبه ثانيه( نظر به اينکه نتايج روش تعييني حداکثر ممکنه را منعکس مينمايد نتايج روش احتماالتي به مقادير نظير تعييني محدود ميگردد ريسك محور جايگزين روش منحني اخيرا روش 31[. و ]30 تحليل خطر شده است ]33[. در اين روش با استفاده از تحليل ديناميکي افزايشي ]32[ از منحني شکست سازه )Fragility( مقادير طيف طراحي بر اساس احتمال يك درصد فروريزش ارائه ميگردد ]33 و 34[. طي- 1-3 ف طراحي استاندارد 2800 در آئين نامه هاي معتبر بين المللي نظيرآمريکا ASCE-7-( )2005 طيف بازتاب شتاب با دو نقطه از پيش تعريف شده قابل تهيه ميباشد. اين دو نقطه از طريق تحليل خطر با احتمال بدست مي درصد 2 فراگذشت آيد. يك نقطه از طيف در محدوده شتاب ثابت )منظور از بخش شتاب ثابت قسمت خط مستقيم طيف قبل از پريود گوشه Ts مي باشد( )مثال نقطه نظير 0/3 و يا پريود 0/2 ثانيه( و ديگري در محدوده سرعت ثابت )منظور از بخش سرعت ثابت قسمت منحني شکل بعد از پريود گوشه Ts مي باشد( )با پريود يك ثانيه(.)ASCE ; 2010( )در اين دونقطه طيف بازتاب شتاب نظير مقادير احتمال فراگذشت 2 در صد در پنجاه سال محاسبه ميگرددکه ميتواند مقادير ديگري نظير ده در صد هم تعريف شود.)ASCE7( تغييرات شتاب طيف در محدوده سرعت ثابت بصورت منحني متناسب با )T/1( از نقطه با مختصات عبور داده Sa(T=1) ميشود بطوريکه بخش شتاب ثابت را درفرکانس گوشه )که از پيش تعيين نشده( قطع نمايد. قابل ذکر اينکه در اين طيف ها بر 167

4 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس خالف طيف هاي ويرايش سوم فرکانس گوشه از رابطه 3 تعيين ميگردد. استاندارد 2800 ايران مقدار T s Sa( T 1) )3 ( Sa( T 0.2) که اين طيف با رابطه کلي زير محاسبه مي گردد. ) 4( دامنه مقادير 2 T ( ) 3 Sa A( s 1)( ) Ts طيف شتاب در محدوده سرعت ثابت )در بخش منحني طيف بعد از )Ts به مراتب نسبت به طيف هاي استاندارد حوزه دور بيشتر است. اين افزايش مقادير طيفي از Ts )زمان تناوب اليه خاکي با ضخامت حداقل 30 متر( شروع و با افزايش پريود بيشتر مي گردد. اين موضوع بسادگي با مقايسه دو طيف قابل ارزيا يب است. براي اينکار به مباني طيف با توان يك 2 بجاي که امروزه متداول است پرداخته ميشود. 3 اگر منحني تغييرات لگاريتم طبيعي طيف بازتاب سرعت زلزله حوزه دور در برابر فرکانس طبيعي سازه شود )منحني سه بخشي (Three partite )lnsv-lnω( ترسيم شکل ديگري از طيف حاصل ميشودکه در آن تغييرات هر سه پارامتر طيف شتاب- سرعت و جابجائي با فرکانس طبيعي سازه ها بطور همزمان قابل مشاهده ميباشد(. شکل 1 نمونه اي از طيف سه گانه را نشان ميدهد که در آن فرکانس نظير برخورد محدوده شتاب ثابت و سرعت ثابت به فرکانس گوشه frequency( )Corner مشهور است. آنچه در اينگونه نمايش طيف حائز اهميت است اينکه مقادير لگاريتم طيف سرعت در محدوده اي از فرکانس تقريبا خطي افقي است با مقدار ثابت. )مقادير طيف هاي شتاب و جابجائي نيز در محدوده اي از فرکانس ثابت ميباشند که به آنها محدوده هاي شتاب ثابت و جابجائي ثابت گفته ميشود(. نکته مهم اينکه اين موضوع در زلزله هاي حوزه نزديك با جهت داري ديده نميشود )شکل 2(. اگر در فرکانس گوشه طيف شتاب با مقدار نظير سرعت ثابت ارتباط داده شود ( شکل 1( بسادگي نشان داده ميشود که منحني تغييرات طيف شتاب در محدوده سرعت ثابت با توان يك زمان تناوب طبيعي سازه ها متناسب است )معادله 3(. 2 cte S ) 5( a Sv T T براي ترسيم طيف زلزله حوزه دور اين منحني از نقطه نظير زمان تناوب يك ثانيه )که از پيش با تحليل خطر مشخص شده است( عبور داده ميشود تا خط افقي شتاب ثابت را در نقطه اي که از پيش تعريف نشده قطع کند. در استاندارد 2800 که در آن اين نقطه )Ts( براي انواع خاکها تعريف شده است. بعنوان مثال براي خاك نوع يك تا چهار بترتيب برابر 0/7 0/0 5/4 و يك ثانيه ميباشد. تعيين قبلي اين نقطه مقادير شتاب )در بازه سرعت ثابت( را بدليل استفاده از توان دوسوم افزايش ميدهد. در روش پيشنهادي قبل از اعمال ضرائب جهت داري طيف ايران به حوزه دور تغيير داده شده است. بدين ترتيب که از نقطه پريود گوشهTs منحني 1/Tعبور داده شده است. 3 شکل طيف هاي بازتاب اين دو نوع شتاب نگاشت را با يکديگر مقايسه ميکند. ياد آوري ميشود اين مورد در ويرايش چهارم استاندارد 2800 ايران بعنوان زلزله پايه و بدون ذکر حوزه نزديك آمده است پارامترهاي افزاينده طيف هاي شتاب استاندارد طيف هاي استاندارد 2800 ويرايش سوم که بازتاب دهنده شتاب طيفي زلزله هاي حوزه دور و نزديك ميباشند به دالئل مشروحه زير با طيف هاي ويژه دور اختالف قابل مالحظه اي دارند توان دوسوم زمان تناوب طبيعي طيف بديهي است توان دو-سوم در رابطه طيف نسبت به توان يك منتج به مقادير طيف بيشتري زمان تناوب بالغ بر 1/7 برابر ميگردد. ميگردد. بطور مثال در سازه با 2 ثانيه مقدار دامنه شتاب طيفي براي خاك نوع سه اثر توان دو-سوم طيف بر پريود گوشه )Ts( شکل عمده استاندارد 2800 ايران ويرايش سوم و چهارم بر اين مبناست که دو بخش سرعت ثابت و شتاب ثابت بطور مجزا تعيين و در پريود گوشه به يکديگر متصل شدهاند در حاليکه اين دو بخش در زلزله همزمان با هم ثبت شده اند. به بيان ديگر در ازاء هرگونه تغيير در بخش سرعت ثابت )که از Ts شروع مي- شود( مقادير نظير در بخش شتاب ثابت دچار تغيير ميگردند که در ويرايش چهارم نيز اين موضوع رعايت نشده است و از اهميت زيادي بويژه در طيف حوزه نزديك روي خاك نوع چهار دارد 168

5 صالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری اختالف طيف ايران با طيف استاندارد حاصل از مقادير شتاب در پريود 0/2 و يك ثانيه متداول اختالف طيف هاي استاندارد 2800 با مقادير نظير طيف ها در صورتيکه به روش متداول در زمان هاي تناوب و يك 0/2 ثانيه تهيه شود در جدول شماره 1 نشان داده شده است. قابل ذکر اينکه بدليل در اختيار نداشتن داده هاي مبناي محاسبه طيف هاي ايران از روش احتمال تعيني استفاده شده است که حد فوقاني دو روش احتماالتي و تعيني است. براي اين منظور با روش معکوس در پريود 0/2 ثانيه با قراردادن مقادير طيف شتاب سنگ )هم براي لرزه خيزي خيلي زياد و هم زياد( در سه رابطه کاهندگي مقادير بزرگا محاسبه و متوسط گيري شده است. سپس بکمك اين بزرگاها مقادير شتاب بازتاب در خاك بدست آمده است. قابل ذکر اينکه چون حد فوقاني مقادير حاصل از روش احتماالتي به روش تعيني محدود ميگردد مقادير اختالفات ارائه شده در جدول بازتاب ميدهد زيرا مقادير طيف مقايسه گرديده است. مقادير حداقل 1 اختالف ها را استاندارد 2800 با حداکثر ها 4- ويژگي طيف بازتاب زلزله نزديك گسل با جهت داري هر زلزله حوزه نزديکي با ويژگي جهت داري همراه نيست. تقريبا يك چهارم ساختگاههاي اطراف رو مرکز زلزله ممکن است اثرات جهت داري را تجربه نمايد ]35[. عالمت مشخصه وجود جهت داري در زلزله حوزه نزديك شکل گيري )پالس که سينوسي دامنه و زمان تناوب باال ضربات محدود دارد( در شروع تاريخچه زماني سرعت pulse( )Velocity ميباشد. تغييرات اينگونه ضربات سرعت شتابهائي است با دامنه باال و زمان تناوب طبيعي نسبتا زياد )تقريبا نصف زمان تناوب طبيعي نظير سرعت(. اثرات عمدتا در مقادير اين طيفي شتاب در محدوده زمانهاي تناوب طبيعي از 0/6 تا سه ثانيه ظاهر ميگردد. براي دستيابي به ميزان حداکثر اثرات جهت داري )حداکثر افزايش در دامنه شتاب طيفي( از دوران جفت مولفه افقي استفاده ميشود بطوريکه يکي از مولفه ها در موقعيت عمود بر گسل و ديگري بموازات آن قرار گيرد. در اينصورت مولفه عمود بر گسل )T( بمراتب از اثرات جهت داري بيشتري نسبت به مولفه موازي گسل( R ) برخوردار است. معموال براي ساختگاههاي با فواصل بين پنج تا ده کيلومتر از گسل از متوسط معمولي )بجاي متوسط هندسي( اين دو مولفه بعنوان تك مولفه جهت دار استفاده ميشود ]27[. آئين نامه ASCE )صفحه 161 ( در ساختگاههاي با فاصله کمتر از پنج کيلومتر تا گسل دوران دادن جفت مولفه زلزله بصورت ياد شده را الزامي نموده است. اين موضوع به آن دليل است که متوسط گيري هندسي اثر جهت داري مولفه عمود بر گسل در اين فاصله را بدليل اختالف زياد دو مولفه مخدوش مي نمايد پارامترهاي مشخصه زلزله حوزه نزديك با و بدون جهت داري آقاي بن مناهيم در رساله دکتراي خود دو پارامتر اصلي مشخصه جهت داري را که قبال نيز مطرح و بحث شده بود بعنوان پارامترهاي اصلي جهت داري زلزله مورد بحث و بررسي قرار داد ]36[. اين موضوع بعدا توسط ديگر پژوهشگران بويژه آقاي سمرويل مورد مطالعه بيشتر قرار گرفت ]2[ گو اينکه سادگي روش پيشنهادي ايشان توسط آقاي اسپوديش ]24[ مورد نقد قرار گرفت ليکن در مقاله اي از طرف تعدادي پژوهشگران خبره اينگونه تاييد شد که تا دستيابي جامعه مهندسي به روشهاي دقيقتر روش آقاي سمرويل ميتواند مورد استناد قرار گيرد. آقاي سمرويل عوامل اصلي موثر در جهت داري زلزله در ساختگاه هاي با فاصله زير ده کيلومتر با بزرگاي يکسان را به شرح زير ارائه نموده است )شکل 4(. ياد آوري ميشود که اثرات جهت داري در فاصله هاي بمراتب بيشتر از ده کيلومتر نيز ديده شده است مثال در زلزله نورثريج مقادير شتاب طيفي در ايستگاه 47 کيلومتري بدليل اثرات جهتداري از ايستگاه 13/5 کيلومتري بيشتر گرديده است. از اين رو فاصله حوزه نزديك 30 کيلو متر پيشنهاد شده است )بعلت عدم قطعيت شناخت امتداد گسل در منطق مورد نظر منظور شده است(. الف- زاويه خط واصل ساختگاه و امتداد گسلش زلزله )ϴ(. کسينوس اين زاويه بعنوان يکي از پارامترهاي عمده در تشخيص اثرات جهت داري ايفاي نقش مينمايد. هر چه ساختگاه نسبت به امتداد گسلش با زاويه کمتري همراه باشد مقادير طيف بازتاب شتاب زلزله در بازه 0/6 تا حدود 3 ثانيه بيشتر است. حداکثر تاثير تا زاويه 45 درجه ميباشد و در زواياي بيشتر از 45 درجه اثرات جهتداري )همانند افزايش مقادير طيف( کاهش ميابد. ب-مقدار گسيختگي در صفحه گسل که از نقطه شروع گسلش به سمت ساختگاه گسيخته شده است )s(. متناسب با اينکه اين مقدار در زلزله اي بيشتر باشد اثر جهت داري آن بيشتر است. اگر طول گسلش L باشد مقدار موثر گسلش در زلزله هاي راستالغز ( Y=d/W )ميباشد. شکل )X=s/L( X و در زلزله هاي معکوس معادل 4 پارامترهاي,θ ɸ,Y,X ميدهد. در اين رابطه ذکر دو نکته بشرح زير ضروري است: را نشان دوره چهل و شش شماره 2 زمستان

6 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس - موارد ياد شده در صورتي حاصل ميگردد که نقطه شروع )self-similarity( ]18[ قابل توجيه است گو اينکه مخالفاني گسيختگي point( )Hypocenter or nucleation در يکطرف صفحه گسلش قرار گيرد و نه در وسط صفحه که در اينصورت زلزله فاقد اثرات جهت داري است. - در زلزله هاي با مکانيزم گسلش راستا لغز با نزديك شدن - ساختگاه به رومرکز )زيرحدود سه کيلو متر( از خاصيت جهت داري زلزله کاسته ميگردد و زلزله از ضربات ناشي از پديده ديگري بنام "جابجائي ماندگار dislocation( ")Permanent برخوردار ميگردد که خارج از موضوع اين نوشتار است. اين پديده فقط روي ساختمانهاي بلند مرتبه اثر ويرانگر دارد و نه ساختمانهاي با پريود کوتاه. الزمه ايجاد پديده هاي ياد شده حداقل بزرگائي براي زلزله است بطوريکه کمتر محتمل است که زلزلهاي با بزرگاي کمتر از 6 ريشتر داراي چنين ويژگي است. بزرگترين مشکل در اين زمينه تشخيص کمي اين دو پارامتر در هر زلزله ميباشد. براي تشخيص کمي و آن بايد سناريو هر زلزله با يکي از روش هاي شبيه سازي مدلسازي و اعتبار سنجي شود. با توجه به کمبود قابل مالحظه اينگونه اطالعات براي زلزلهه يا رخداده نويسنده پارامترهاي مربوط به چندين زلزله حوزه نزديك را از مراجع معتبر ]2[ تهيه و مقادير اين دو پارامتر براي چند زلزله شامل 2003 بم ]37[ 2005 زرند ]38[ 2006 سيالخور ]38[ 1998 گل باف کرمان که قبال مطالعه شده بود به ليست موجود اضافه نموده است. ذکر اين نکته ضروري است که زلزله حوزه نزديك همزمان ممکن است با مکانيزم راستالغز و معکوس رخ دهد و لذاجهت داري ميتواند بخشي ناشي از مکانيزم راستا لغز و بخشي معکوس باشد. جزئيات بررسي تفکيك اثر جهت داري اين دو نوع مکانيزم گسلش در زلزله )Imperial Valley( امپريال ولي بعنوان نمونه در اين مقاله آمده است ]39[. مختصر توجهي به ليست زلزله هاي مورد استفاده )جدول شماره 2( اين نکته را تائيد ميکند. 5- اصالح طيف ويرايش سوم 2800 ايران به طيف نزديك گسل در اين بخش روش اصالح طيف هاي موجود استاندارد 2800 با توجه به اطالعات محدود زلزله هاي حوزه نزديك ارائه ميگردد. يادآوري ميشود که تمامي کشورهاي زلزله خيز با مشکل کمبود اينچنين اطالعاتي مواجه ميباشند و براي اعمال اثرات نزديکي ساختگاه به گسل در طيف الزم است از اطالعات مربوط به تمامي زلزله هاي رخداده در حوزه نزديك استفاده گردد. اين موضوع تا حدي با قانون "تشابه گسلش زلزله هم دارد مفروضات و محدوديت ها در اختيار نداشتن اطالعات زلزله حوزه نزديك به تعداد الزم )بزرگا- فواصل نوع گسلش( در نقاط مختلف ايران بطوريکه بتوان با روشهاي آماري در هرمنطقه با توجه به نوع خاك اثرات حوزه نزديك زلزله را به طيف بازتاب آن منطقه اعمال نمود. نامشخص بودن رومرکز ابعاد صفحه گسلش و جهت گسلش و بويژه دو پارامتر )θ و X براي زلزله هاي راستا لغز و نظير آن براي زلزله هاي معکوس( نظير زلزله هاي گذشته با وجود آگاهي نسبي از امتداد تقريبي گسل هاي هر منطقه trend(.)fault با قبول اين نکته مهم که آئين نامه 2800 ساخت ساختمان را روي گسل ها ممنوع نموده است که مفهوم ضمني آن اينست که امتداد گسل ها به رسميت شناخته شده است. -اين فرض که مقادير طيف شتاب در ناحيه شتاب ثابت و نيز مقدار پريود گوشه بدون تغيير باقي بماند. يادآوري ميشود اين نکته که در محدوده شتاب ثابت استاندارد 2800 مقدار طيف در خاك )بويژه خاك نوعIV ) بيشتر به ضرائب جهت داري نسبتا بيشتري ميگردد. اين در حالي است که مقادير طيف شتاب در پريودهاي شتاب ثابت براي ساختگاه با خاك سفت بيشتر از نوع خاك سست است )شکل 5( ] 40 [در شکل - با توجه به اينکه اثر جهت داري در زمانهاي تناوب مختلف.)13( طيف متفاوت است براي دستيابي به منحني صاف اثر جهت داري و نيز امکان بکار گيري روش احتماالتي از برازش ديتا هاي موجود )زلزله هاي پيشنهادي استفاده شده است. حوزه نزديك جمع آوري شده( در روش - روش پيشنهادي بر اين اساس است که طيف استاندارد 2800 با همان توان دو-سوم زمان تناوب طبيعي )T( در طيف باقي بماند مگر در ساختگاهاي با فاصله تقريبي پانزده کيلو متر از کوتاه ترين امتداد گسل موجود که در اينصورت اثرات نزديکي به گسل و جهت داري بايد اعمال گردد. - بدليل کمبود اطالعات الزم زلزله ها در انواع خاکها فقط دو نوع خاك در نظر گرفته شده است. بدين منظور که از طيف با خاکهاي نوع يك و دو و نيز از نوع سه و چهار ميانگين گيري و ضرائب نظير هر يك ارائه شده است. " 170

7 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری 2-5- روش پيشنهادي سابقه اصالح طيف شتاب بميزان کافي از طريق اصالح رابطه کاهندگي در ادبيات مهندسي زلزله ديده ميشود. نمونه آن کار آقايان سمرويل و ابراهامسون ]2[ است که با استفاده از زلزله هاي ثبت شده رابطه کاهندگي ابراهامسون و سيلوا براي زلزله- هاي دور از گسل به حوزه نزديك تبديل شده است. آقاي اسپوديش کاهندگي آقايان پيشنهاد نمود ه يا نيز ضرائب اصالحي براي کاربردي [ 43[ و.]24[ با توجه به اينکه دستيا يب کردن روابط براي حوزه نزديك به اطالعات زلزلههايي که تعداد کافي دستگاه ثبت زلزله )در فواصل زير 20 کيلومتر( بطوريکه در چهار طرف رو مرکز مستقر شده باشد غير ممکن است مسئله با استفاده از امارهاي موجود و روش احتماالتي حل شدني است. هرچه تعداد زلزلهها در موقعيته يا مختلف چهارگانه اطراف رو مرکز زلزله زياد تر شود دقت پاسخ- بدست آمده باالتر ميرود. با توجه به اينکه 58 زلزله مورد مطالعه مربوط به تمام اطراف رومرکز زلزلهه يا انتخاب شده ميباشد و طبق نظر آقاي سامرويل فقط بخش پيشسوي اطراف رومرکز داراي جهتداري است نتايج اين مطالعه بر اساس احتمال فراگذشت 25 درصد در پنجاه سال انجام شده است. که بمراتب از مقادير نظير فراگذشت 10 درصد کمتر است. ميشود. گامهاي متوالي روش پيشنهادي بر صورت زير خالصه 1- هر يك از زلزله هاي مورد استفاده به روشي که آقاي بور ]27[ ارائه نموده و در بخش 2-1 بطور اختصار آمده بصورت تك مولفه اي درآورده ميشود. 2- در هر پريود )از 0/2 ثانيه و بيشتر( با استفاده از يك رابطه کاهندگي و مقادير بزرگا )M( و فاصله )R( شتاب طيفي حوزه دور محاسبه ميگردد. با توجه به موقعيت ايستگاه که زلزله در آن ثبت شده است مقدار نظير Xcos(θ) حوزه دور کاهش عدم قطعيت محاسبه θ و X نقاط ميگردد در مقابل نسبت هاي طيف هر زلزله به طيف Ln(Sa observed,i /Sa i ) محاسبه ميگردد. براي اين بخش از کار با سه رابطه کاهندگي ]42 41 و 28[ با اوزان يکسان انجام شده است. اين مختصات براي هر يك از زلزله هاي حوزه نزديك در ليست )جدول شماره 2( انجام و نتايج روي محورهاي مختصات مشخص ميگردد. مقادير Ln(Sa observed,i /Sa i ) اختالف طيف زلزله هاي مورد استفاده نشاندهنده ميزان با مقادير )حوزه دور( نظير طيف زلزله حوزه نزديك حاصل از متوسط سه رابطه کاهندگي ميباشد.اينکار يکبار با فرض گسيختگي با گسلش راستا لغزو يکبار با فرض گسلش معکوس انجام ميگردد که نتايج نهايتا ميانگين گيري ميشود. 3- خطي در سيستم لگاريتمي به اين نقاط بصورت xcos(θ) C 1 +C 2 برازش ميگردد)رابطه.)4 Saobserved ln( ) C1 C2X cos( ) Sai که در آن مقدار( xcos(θ C 1 C+ 2 متوسط مقادير برازش و ε تابع توزيع نرمال با متوسط صفر و انحراف معيار σ ميباشد. باقيمانده برازش )Residual( توزيعي نرمال با متوسط صفر و و C 2 ياد شده ميباشد. پارامترهاي C 1 σ 5 مقاديرثابت برازش ميباشند. شکل 5 نمونه اي از اين برازش را نشان ميدهد. با مشخص بودن مقدار xcos(θ) C 1 C+ 2 روي خط برازش شده بعنوان متوسط ميتوان مقادير نظير هراحتمال فراگذشتي را به سادگي محاسبه نمود exceedance(.)probability of در ا ين کار از اين رابطه احتماالتي با توزيع نرمال براي محاسبه ضرائب تبديل طيف حوزه دور به طيف نزديك با ويژگي جهت داري استفاده شده است. تابع توزيع احتماالتي با توجه به تعداد 58 آمار باقيمانده برازش )Residual( توزيع نرمالي بصورت رابطه )5( تشکيل ميدهد. Sa( T) Far 1 P( ) e Sa( T) 2 Near 1 Sa( T ) ( Far ) 2 meanratio 2 Sa( T ) Near در اين رابطه مقدار متوسط است )که مقادير C1 و meanratio C1 C 2X cos( ) C2 در برازش مشخص شدهاند(. رابطه 5 مبناي تبديل طيف استاندارد 2800 به طيف حوزه نزديك ميباشد. با توجه به اينکه طيف ايران در طراحي با احتمال فراگذشت ده درصد در پنجاه سال بکار ميرود مقدار Sa( T ) Far نسبت نظير احتمال 90 درصد محاسبه ميگردد. Sa( T ) Near اينکار با تبديل رابطه 5 به توزيع تجمعي CDF انجام ميگيرد با توجه به اينکه در اين 58 زلزله هم با جهت داري و هم بدون جهت داري وجود دارد قبل از مطالعه دقيق براي تغيير طيف ايران به حوزه نزديك زلزله با فراگذشت 25 درصد در پنجاه سال براي اصالح طيف ايران براي مناطق با خطر نسبي بسيار زياد و زياد توصيه ميشود. مسلما اضافه کردن اطالعات زلزله حوزه نزديك به روش ياد شده دقت کار قابل افزايش است. 171

8 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس محاسبه ضرايب جهت داري در هر پريود الف: بخش شتاب ثابت: اين بخش از طيف تا پريود نيم ثانيه از جهت داري تاثير پذير نيست ولي شتاب هاي داراي طيفي بيش از حوزه دور است. با توجه به اينکه در اطالعات بکار رفته تا اين پريود اثرات جهت داري وجود ندارد نسبت شتاب طيفي حوزه نزديك به دور نظير احتمال فراگذشت 25 درصد نظير دو نوع خاك )سنگ و خاك( محاسبه و در مقادير نظير آيين نامه 2800 اعمال ميگدد. ب: بخش سرعت ثابت: در اين بخش از پريود نظير Ts )پريود طبيعي خاك( اين ضرايب اعمال ميگردد. با اين يادآوري که در خاك نوع چهار )Ts=1s( اينکار با اين مشکل مواجه ميگردد که قبل از يك ثانيه طبق آمارهاي موجود بايد اثرات جهت داري اعمال گردد ولي دستيا يب مورد اعمال نشده است. شکل هاي 6 به طيفي دقيق تر اين و 11 و 7 جدول شماره 3 نتايج محاسبات ياد شده و اعمال آنها به طيف ايران را نشان ميدهد. قابل توجه اينکه اين ضرايب بايد بر T Sa *( A s1)( اعمال گردد شتاب T مقادير نظير s 1 طيفي در بخش سرعت ثابت به نسبت T تغيير ميکند. با توجه به اينکه بخش عمده اي از کشور ايران را مناطق حوزه نزديك تشکيل ميدهد استاندارد ويرايش سوم بطور تصادفي مقادير حوزه نزديك را پوشش ميداده است و از اين لحاظ جاي نيست ولي نگراني روشي منطقي تهيه گردد. ترجيحا بايد طيف حوزه نزديك بر اساس 3-5- مقايسه طيف هاي پيشنهادي با UBC-1997 به منظور ارزيابي اعتبار طيف هاي پيشنهادي نتايج حاصله با طيف هاي آئين نامه UBC-97 مقايسه ميگردد. علت انتخاب آئين نامه سال 97 آمريکا بصورت زير خالصه ميشود. - آئين نامه سال 2010 طيف شتاب بر اساس خطر را به ريسك محور تغيير داده است بطوريکه مقادير طيف شتاب نظير خطر احتمال فراگذشت دو درصد در پنجاه سال ( ويا با دوره بازگشت 2475 سال( براي تبديل به مبنايي ريسك در پاره اي از متفاوت مناطق شده است. مضافا بر اينکه طراحي با طيفي معادل دو-سوم مقادير طيف فوق انجام ميگيرد که با طيق ايران بر مبناي احتمال فراگذشت ده در صد در پنجاه سال )ويا با دوره بازگشت 475 سال( کمي متفاوت و به لحاظ مقدار کمي بيشتر است )دو سوم طيف دو در صد نظير طيف حدود 7 در صد تا ده در صد است().) ASCE m Chapter 11, Page 66 - طيف هاي سال 2005 نيز بر اساس دو سوم دو در صد پايه گذاري شده ضمن اينکه اثرات نزديکي به گسل و ويژگي جهت داري زلزله در آن لحاظ شده است ASCE , (.)Chapter11, Page طيف هاي سال 97 آخرين طيف نظير ده درصد است که براي ساختگاههاي زون چهار ارائه شده است ضمن اينکه با شرط نرخ حرکت تکتونيکي )نظير در صد ساالنه کوتاه شدگي پوسته در ايران( نيز همراه است )معيار نرخ جمع شدگي تکتونيکي در آئين نامه ايران پيش بيني نشده است(. ضريب Z در آئين نامه زلزله اين سال بيشينه شتاب موثر را نمايندگي ميکند و آن ماکزيمم بيشينه شتاب در بازه شتاب ثابت و سرعت ثابت است (.)UBC-97, Chapter 16, Page 38 در اين آئين نامه براي اعمال اثرات نزديکي گسل مناطق به لحاظ نوع چشمه لرزه زا به سه دسته تقسيم شده اند. ضابطه تقسيم بندي دو پارامتر بزرگا M و نرخ ساالنه حرکت پوسته Slip ( SR )Rate منطقه بطور همزمان است. در ايران با وجود انجام مطالعات محدود در زمينه نرخ حرکت پوسته دستور العملي براي تشخيص اين پارامتر براي هر منطقه وجود ندارد. نمونه اين مطالعات را ميتوان در اين مقاالت ديد نظر به 45[. و ]44 ميرسد آئين نامه سال 97 در مقايسه با دو ويرايش فوق با طيف استاندارد ايرا ن سازگاري بيشتري دارد. بهمين دليل مقايسه نتايج با مقادير نظير در اينسال انجام داده شده است. جداول اين آئين نامه در پيوست آورده شده است. از اين رو مقايسه بر اين مبنا انجام گرفته است که: - مقايسه طيف هاي اصالح شده مناطق با لرزه خيزي خيلي زياد ايران )با شتاب مبناي طرح /0( 35 g با طيف مناطق A آمريکا که بيشترين ضرائب را شامل ميشود انجام گرفته است با اين اختالف که در آئين نامه آمريکا تمامي پريودهاي بازه سرعت ثابت در ضرايب يکسان ضرب ميشود در حاليکه در اينکار هر پريود در ضريب مربوطه. توضيح اينکه ضرائب UBC در مناطق A در فواصل و 15 کيلومتري از گسل بترتيب 2 1/2 1/6 ويك ميباشد. - در استاندارد 2800 ايران 82 5/ در صد مناطق با لرزه خيزي زياد و خيلي زياد اعالم شده اند که از اين ميزان 15/5 در صد شامل مناطق با لرزه خيزي خيلي زياد ميباشند. اين در حالي است که مناطق با زلزله هاي زاگروسي نظير بم زرند سراوان و خاش جزو مناطق لرزه خيزي زياد ميباشند. 172

9 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری - ضابطه اي )مثل محدوده اي از بزرگا( براي تفکيك مناطق با لرزه خيزي خيلي زياد و زياد در استاندارد 2800 وجود ندارد. لذا مقايسه طيفهاي اصالح شده ايران با آمريکا با متوسط ضريب بيشترين اثر حوزه نزديك UBC - انجام شده است. از اين رو و با توجه به تقريب در اختصاص مقادير شتاب مبنا به مناطق با لرزه خيزي خيلي زياد و زياد و استعداد وقوع زلزله هاي زاگرسي و البرزي و بروز خسارات جاني و مالي ناشي از زلزله هاي حوزه نزديك در مناطق با لرزه خيزي زياد طيف هاي اين مناطق نيز همراه با ويژگي حوزه نزديك توصيه ميشود. بخش شتاب ثابت بويژه در طيف سنگ هم در نتايج تحليلي و هم آئين نامه UBC اختالف قابل توجهي با طيف فعلي ايران دارد. با توجه به موارد فوق و اينکه اعمال اثرات حوزه نزديك به طيف هاي مناطق با لرزه خيزي زياد منتج به تغيير نه چندان زيادي ميشود اعمال ويژگي حوزه نزديك در اينکار به مناطق با لرزه خيزي زياد نيز اعمال و طيف هاي حاصل از ضرايب با خطر خيلي زياد با بيشترين اثرات حوزه نزديك مقايسه گرديده است. توضيح اينکه ساختگاه به گسل ( با فاصله در UBC UBC 15 جداگانه براي اعمال در بازه هاي شتاب ثابت ويژگي نزديکي کيلومتر( بصورت دو N a N v ارائه شده است. فاکتور و سرعت ثابت در حاليکه در استاندارد 97 آمريکا تمامي پريود هاي بازه سرعت ثابت طيف را بطور يکسان )با ضرا ئب )N v و N a ميدهد پژوهشهاي اخير شروع تغييرات طيف را از پريود افزايش 0/6 ثانيه تا حدود 3/5 ثانيه و بصورت نامساوي تائيد مينمايد. اين نکته در روش پيشنهادي رعايت شده است. 6- نتايج فشرده اينکار از انتخاب زلزله ها تا پيشنهاد ضرائب اصالحي طيف هاي استاندارد 2800 بمنظور ارائه طيف هائي در بر دارنده ويژه گيهاي نزديکي ساختگاه به امتداد گسلش مشخص و ويژگي جهت داري در مناطق مختلف ايران به شرح زير ميباشد. توضيح اينکه فقط مناطق با لرزه خيزي مشمول ضرائب ارائه شده ميباشند. خيلي زياد و زياد جمع آوري شتابنگاشتهاي حوزه نزديك با و بدون ويژگي جهت داري زلزله به تعداد 58 فقره. زماني. تبديل جفت مولفه هاي زلزله به تك مولفه بصورت تاريخچه محاسبه طيف هاي بازتاب شتاب زلزله ها. محاسبه نسبت هاي طيف ها به مقادر نظير حاصل از متوسط سه رابطه کاهندگي. نظير تهيه نقاطي با مختصات نسبت هاي رديف قبلي با مقادير Xcos(ϴ) براي زلزله هاي راستا لغز براي زلزله Ycos(ϕ) هاي معکوس. برازش خطي بر مختصات نگاشته شده در سيستم لگاريتمي )فقط براي محور قائم(. بکار گيري رابطه احتماالتي ) 5 (که از دو قسمت تشکيل شده. يکي نسبت هاي طيف ها به مقادير نظير متوسط سه رابطه کاهندگي و يکي تعداد زلزله هاي با و بدون جهت داري. تبديل زلزله استاندارد 2800 به حوزه دور استاندارد. اصوال مقادير طيف شتاب در بازه شتاب ثابت در ساختگاه روي سنگ ازمقادير نظير روي خاك ناشي از زلزله با بزرگاي يکسان بيشتر است ]2 و 40[. آقاي سمرويل دراين مقاله اين موضوع را با مقايسه طيف ها ي بازتاب زلزله با بزرگاي مختلف را نشان داده است )شکل شماره 12 (. اين اختالف در حوزه نزديك کمتر ميشود بطوريکه ميتواند به نتايج يکساني براي متوسط سه رابطه کاهندگي در بخش شتاب ثابت منتج گردد )جدول شماره 1 (. طيف هاي استاندارد 2800 معکوس اين نتايج را با نشان ميدهد )طيف خاك ايران در بازه شتاب ثابت در مقايسه با متوسط سه رابطه کاهندگي 7 تا 9 درصد بيشتر نشان ميدهد(. مقادير طيف هاي استاندارد ايران در بخش سرعت ثابت از طيف هاي حاصل از متوسط سه رابطه کاهندگي بيشتر است )2/48 برابر طيف خاك از متوسط سه رابطه کاهندگي بيشتر است و در مورد سنگ معادل 2/13 برابر(. گو اينکه در استاندارد 2800 طيف خاك نسبت به نتايج روابط کاهندگي %23 بيشتر از سنگ است که اين اختالف طيف در بازه سرعت ثابت طبيعي است. در اينکار براي اعمال اثرات جهت داري که از پريود 0/6 ثانيه شروع ميشود الزم است اختالف فيزيکي مذکور در بخش شتاب ثابت رعايت شود. - پارامتر C 1 در برازش خطي( xcos(θ C 1 +C 2 نزديکي ساختگاه به گسل را نمايندگي ميکند و پارامتر C 2 xcos(θ) اثر ويژگي جهت داري را. به همين دليل طيف هاي بدست آمده در بازه شتاب ثابت به مقادير نسبتا زيادي انجاميده است. - بدالئل ياد شده مقادير طيف حاصل از اعمال روش پيشنهادي در محدوده شتاب ثابت بميزان قابل توجهي از طيف ه يا استاندارد ايران باالتر را نشان ميدهد. بهمين دليل مقادير پيشنهادي براي سنگ و خاك بين %36 تا %28 افزايش نشان ميدهد. 173

10 و 1 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس 1-6- مقايسه آئين نامه هاي UBC-97 و ASCE بر مبناي طيف شتاب با احتمال يکنواخت فراگذشت ده در صد و دوسوم دو در صد. بعد از آئين نامه UBC-97 کميته پانزده نفره اي مرکب ازمتخصصين سازه لرزه شناس و زمين شناس ( Seismic )Design Procedure Group, SDPG براي دستيا يب به طيف شتاب با حاشيه ايم ين يکسان فروريزي ساختمانها در تمامي اياالت آمريکا تشکيل گرديد. آئين نامه از ده در صد به طيف يکنواخت با فراگذشت دو درصد در پنجاه سال تغيير نمود و دوسوم آن بعنوان طيف طرح تعريف شد. براي مقايسه طيف ايران با طيف 2005 الزم است به اين سوال مهم پاسخ داده شود که آيا دو سوم اين طيف ميتواند با طيف ده در صد UBC معادل فرض شود براي پاسخ گوئي به اين سوال کميته منحني ه يا خطر در زمان تناوب دو دهم بااحتمال يکنواخت فراگذشت ساالنه را براي هفت شهر مقايسه نمود. شکل 13 اين مقايسه را نشان ميدهد. بطوريکه مالحظه ميگردد دو سوم دو درصد )محل برخورد خط قائم از نقطه دو در صد با منحني ه يا خطردر پنجاه سال( با مقادير ده در صد در منحني ه يا خطر شهرهاي مختلف متفاوت است. در شهر هاي لس آنجلس سا نفرانسيسکو و سياتل با يکديگر نزديك است در حاليکه در ديگر شهرها نسبت ده درصد به دو درصد به پنج برابر هم ميرسد. شکل هاي 14 و 15 اين نتيجه را به وضوح نشان ميدهد. نتيجه اينکه طيف هاي شتاب مندرج در آئين نامه ASCE-2005 را نميتوان به طيف هاي UBC-97 تبديل نمود مگر در منطقه اي مشخص. براي ارزيابي روش پيشنهادي الزم است طيف UBC با طيف ASCE-2005 در شهرهاي سانفرانسيسکو و لوس آنجلس که در آنها دوسوم دو درصد طيف 2005 معادل ده در صد و همتراز UBC است در خاك و سنگ مقايسه گردد. بهترين نحوه مقايسه آنست که در چندين نقطه از شهر ها طيف هاي 2005 تعيين و در هر خاك متوسط گيري شود. از آنجا که لزومي به نشان دادن موقعيت گسل ها در 2005 نبوده و در نقاط مختلف فقط مقادير طيف درپريودهاي 0/2 و يك ثانيه اعالم شده است براي تشخيص فاصله ساختگاه تا گسل الزم است ابتدا موقعيت گسل هاي نزديك شهر مشخص و سپس نسبت به انجام تعيين مقادير طيف اقدام نمود. اينکار انجام گرديده و نتايج بصورت دوسوم دو در صد در جداول شماره هاي و 6 آورده شده است. چنانچه مالحظه ميگردد متوسط مقادير طيف درSDs خاك سست )نوع B و E آمريکا و معادل آن نوع يك و چهار ايران( در UBC و ASCE-2005 بترتيب معادل 1/26 و 1/21 و SD1 بترتيب برابر 78 / 1/77 ميباشد و گواه بر آنست که در اين دو پريود تفاوت چنداني ندارد. همانطوريکه قبال ذکر شد عيب عمده UBC آنست که ويژگي حوزه نزديك سرعت با يك ضريب ثابت در تمامي پريود ثابت اعمال مينمايد متفاوت با تغيير همراه است. در آيين نامه UBC-1997 حال آنکه مقادير براي هاي بازه در پريودهاي شهر سياتل اثر نزديك گسل ديده نشده است و علت آن فعاليت کم گسل سياتل مي باشد. در نتيجه براي شهر سياتل مقادير UBC-1997 محاسبه نگرديده است. 7- جمع بندي و نتيجهگيري در اين نوشتار بطور فشرده هر دو بخش سرعت ثابت و شتاب ثابت طيف استاندارد 2800 ايران ويرايش سوم مورد نقد قرار داده شده است.عليرغم در اختيار نداشتن زلزلهه يا ثبت شده در حوزه نزديك بميزان کافي ميتوان با استفاده از قانون شباهت )similarity( ميزان دقت طيف را افزايش داد. عمده نتايج اين پژوهش بشرح زير ارائه ميشود. -1 بخش سرعت ثابت و شتاب ثابت طيف استاندارد 2800 ايران )ويرايش سوم و چهارم( بطور مستقل و جداگانه انتخاب شده است که با مطالعات امروزي مغايرت کامل دارد زيرا واقعيت اين است که هر دو بخش از يك زلزله ثبت شده بدست مي آيد. -2 اينکه در ويرايش چهارم بحثي از حوزه نزديك نشده است در حالي که با ضريب N اثرات حوزه نزديك اعمال شده است کامال قابل انتقاد است و موجب ميگردد دانشجويان مقاطع تخصصي را به بيراهه سوق دهد. توصيه موکد اين است که اين موضوع اصالح شود. -3 نتايج مقادير طيف شتاب روش پيشنهادي با مقادير نظير در دو آئين نامه UBC و ASCE در شرائط با تقريب يکسان در جدول شماره 7 آورده شده است. اين مقايسه نشان ميدهد که طيف ايران )در ساختگاه سنگي( در بازه شتاب ثابت از دو طيف آمريکا کمتر است درصد( 30 )حدود در حاليکه در ساختگاه با خاك سست اين اختالف چندان نيست)کمتر از 10 درصد(. -4 با نتايج طيفه يا در حالي که مقادير شتاب طيفي محاسباتي ارائه شده آمريکا همخواني دارد ولي در اين نوشتار به داليل اقتصادي مقادير طيف کمتري پيشنهاد گرديده است 174

11 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری جدول شماره 1. مقايسه مقادير طيف هاي استاندارد ايران با مقادير نظير روش متعارف )از نوع تعيني(.تفاوت مقادير طيف ها بصورت نسبي نشان نسبت متوسط طيف حاصل از سه رابطه کاهندگي به طيف ايران مقادير حاصل از طيف استاندارد 2800 داده شده است مقادير طيف حاصل از سه رابطه کاهندگي فاصله بزرگا بستر زياد خطر نسبي خيلي زياد Sa(0.2) Sa(1) Sa(0.2) Sa(1) 0.2 sec 1sec خاک سنگ خاک سنگ ASCE D C B No. Lat Long R Soil type B Soil type C Soil type D Soil type E SDs SD1 SDs SD1 SDs SD1 SDs SD Average ASCE E 175

12 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس جدول شماره 3. مقادير شتاب طيفي)دوسوم دو درصد( در پريود 0.2 ثانيه و 1 ثانيه براي مناطق پيراموني گسل سان اندرياس بر اساس UBC 1997 در انواع خاكهاي نوع D C B و E آمريکا مطابق با نوع يك تا چهار ايران براي شهر سانفرانسيسکو No. Lat Long R Soil type B Soil type C Soil type D Soil type E SDs SD1 SDs SD1 SDs SD1 SDs SD Average UBC

13 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری جدول شماره 4. مقادير شتاب طيفي)دوسوم دو درصد( در پريود 0.2 ثانيه و 1 ثانيه براي مناطق پيراموني گسل رايموند بر اساس -7 ASCE 2005 در انواع خاكهاي نوع D C B و E آمريکا مطابق با نوع يك تا چهار ايران براي شهر لس آنجلس No. Lat Long R Soil type B Soil type C Soil type D Soil type E SDs SD1 SDs SD1 SDs SD1 SDs SD Average ASCE

14 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس جدول شماره 5. مقادير شتاب طيفي)دوسوم دو درصد( در پريود 0.2 ثانيه و 1 ثانيه براي مناطق پيراموني گسل رايموند بر اساس UBC 1997 در انواع خاكهاي نوع D C B و E آمريکا مطابق با نوع يك تا چهار ايران براي شهر لس آنجلس No. Lat Long R Soil type B Soil type C Soil type D Soil type E SDs SD1 SDs SD1 SDs SD1 SDs SD Average UBC

15 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری جدول شماره 6. مقادير شتاب طيفي)دوسوم دو درصد( در پريود 0.2 ثانيه و 1 ثانيه براي مناطق پيراموني گسل سياتل بر اساس ASCE در انواع خاكهاي نوع D C B و E آمريکا مطابق با نوع يك تا چهار ايران براي شهر سياتل)بدون اثر نزديك گسل( No. Lat Long R Soil type B Soil type C Soil type D Soil type E SDs SD1 SDs SD1 SDs SD1 SDs SD '8" '41" '28" '31" '10" '31" '35" '17" '4" '51" '23" '26" '26" '41" '17" '31" '26" '39" '52" '15" '32" '2" '3" '33" '54" '56" '20" '21" '38" '36" Average ASCE

16 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس جدول شماره 7. مقايسه نتايج ASCE 2005 و UBC 1997 در حوزه نزديك گسل براي سانفرانسيسکو لس انجلس و سياتل نوع خاک 4 نوع خاک 3 نوع خاک 2 نوع خاک 1 سانفرانسيسکو ASCE UBC لس انجلس ASCE UBC سياتل ASCE UBC تيپ خاک در استاندارد 2800 تيپ خاک در استاندارد 2005 آمريکا حدود تقريبي سرعت موج برشي )متر بر ثانيه( يک Vs>750 A, B دو 350<Vs<750 C سه 175<Vs<350 D 175<Vs چهار E 180

17 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری جدول شماره 9. مقايسه ضرايب بکار رفته پيشنهادي و ميانگين دو منطقه سانفرانسيسکو و لس آنجلس نوع خاک 1 و 2 نوع خاک 3 نوع خاک 4 ضريب معادل ECSA ضريب پيشنهادي ضريب معادل ECSA ضريب پيشنهادي ضريب معادل ECSA ضريب پيشنهادي پريود

18 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس شکل 1. نمايشي از منحني سه بخشي تغييرات پريود طبيعي سازه )بصورت لگاريتمي( با طيف سرعت شتاب و جابجائي)بصورت لگاريتمي(. محل برخورد بخش شتاب ثابت و سرعت ثابت " پريود گوشه ")Ts( مشخص شده است. شکل 2. مقايسه منحني سه بخشي تغييرات پريود طبيعي سازه)بصورت لگاريتمي( با طيف سرعت شتاب و جابجائي)بصورت لگاريتمي(. چنانچه مشاهده ميگردد طيف سرعت در محدوده اي از پريود طبيعي براي زلزله بدون جهت داري تقريبا مقداري ثابت است در حاليکه براي زلزله با جهت داري مقدار افزايشي دارد. شکل 3. نمونه اي از مقايسه طيف هاي بازتاب شتاب نگاشت هاي زلزله حوزه دور و نزديك. 182

19 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری شکل 4. نمونه اي ازنمايش ترسيمي پارامترهاي,Y X و θ و شکل شماره 6. نمايش ترسيمي طيف هاي استاندارد 2800 با طيف پيشنهادي براي مناطق با خطر نسبي زياد در ساختگاه هاي خاک از نوع يك و دو 183

20 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس شکل شماره 7 : نمايش ترسيمي طيف هاي استاندارد 2800 با طيف پيشنهادي براي مناطق با خطر نسبي زياد در ساختگاه هاي خاک از نوع سه شکل شماره 8. نمايش ترسيمي طيف هاي استاندارد 2800 با طيف پيشنهادي براي مناطق با خطر نسبي زياد در ساختگاه هاي خاک از نوع چهار شکل شماره 9. نمايش ترسيمي طيف هاي استاندارد 2800 با طيف پيشنهادي براي مناطق با خطر نسبي خيلي زياد در ساختگاه هاي خاک از نوع يك و دو 184

21 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری شکل شماره 10 : نمايش ترسيمي طيف هاي استاندارد 2800 با طيف پيشنهادي براي مناطق با خطر نسبي زياد در ساختگاه هاي خاک از نوع سه شکل شماره 11. نمايش ترسيمي طيف هاي استاندارد 2800 با طيف پيشنهادي براي مناطق با خطر نسبي زياد در ساختگاه هاي خاک از نوع چهار شکل شماره 12. نمونه اي از مقايسه مقادير طيف در بازه هاي پريود كم-متوسط-زياد ناشي از زلزله هاي با بزرگاي مختلف 185

22 احمد نيکنام احسان يوسفي دادرس شکل شماره 13. مقايسه احتمال يکنواخت فراگذشت ساالنه هفت شهر در آمريکا در زمان تناوب دو در صد شکل شماره 14. مقايسه طيف شتاب بااحتمال يکنواخت فراگذشت دو در صد و ده در صد در پنجاه سال براي شهرسانفرانسيسکو در كاليفرنيا شکل شماره 15. مقايسه طيف شتاب بااحتمال يکنواخت فراگذشت دو در صد و ده در صد در پنجاه سال براي چارلزتون در كاروتينا جنوبي 186

23 اصالح طيف طراحي آئين نامه 2800 ايران )ويرايش چهارم( با رعايت اثرات جهت داری Nicknam, Ahmad, and Yasser Eslamian, An EGF-based methodology for predicting compatible seismograms in the spectral domain using GA technique, Geophysical Journal International 185.1:pp , Nicknam, Ahmad, et al, Synthesizing strong motion using empirical Green's function and genetic algorithm approach, Journal of Earthquake Engineering14.4:pp , Hutchings, Lawrence, et al, A physically based strong ground-motion prediction methodology; application to PSHA and the 1999 Mw= 6.0 Athens earthquake, Geophysical Journal International 168.2:pp , Bouchon, Michel, A simple method to calculate Green's functions for elastic layered media, Bulletin of the Seismological Society of America 71.4:pp , Bouchon, Michel, A review of the discrete wavenumber method, Pure and applied Geophysics :pp , Hisada, Yoshiaki, and Jacobo Bielak, A theoretical method for computing near-fault ground motions in layered half-spaces considering static offset due to surface faulting, with a physical interpretation of fling step and rupture directivity, Bulletin of the Seismological Society of America 93.3:pp , Spudich, Paul, and RALPH J. Archuleta, Techniques for earthquake groundmotion calculation with applications to source parameterization of finite faults, Seismic strong motion synthetics 37:pp , Prieto, Germán A., et al, Earthquake source scaling and self similarity estimation from stacking P and S spectra, Journal of Geophysical Research: Solid Earth ( ) 109. B8, Nicknam, Ahmad, and Yasser Eslamian, A hybrid method for simulating near-source, broadband seismograms: Application to the 2003 Bam earthquake (Mw 6.5), Tectonophysics 487.1:pp , ]11[ ]12[ ]13[ ]14[ ]15[ ]16[ ]17[ ]18[ ]19[ 7- مراجع Iervolino, Iunio, and C. Allin Cornell, Probability of occurrence of velocity pulses in near-source ground motions, Bulletin of the Seismological Society of America 98.5:pp , Somerville, Paul G., et al, Modification of empirical strong ground motion attenuation relations to include the amplitude and duration effects of rupture directivity, Seismological Research Letters 68.1:pp , Somerville, P., and A. Pitarka, Differences in earthquake source and ground motion characteristics between surface and buried faulting earthquakes, Proceedings of the 8th US national conference on earthquake engineering. San Francisco, CA, Bray, Jonathan D., and Adrian Rodriguez-Marek, Characterization of forward-directivity ground motions in the near-fault region, Soil Dynamics and Earthquake Engineering 24.11:pp , McKenzie, Dan P, Speculations on the consequences and causes of plate motions, Geophysical Journal International 18.1:pp. 1-32, Kennett, Brian LN, The Seismic Wavefield: Volume 2, Interpretation of Seismograms on Regional and Global Scales. Vol. 2. Cambridge University Press, Nicknam, Ahmad, et al, Predicting Seismogram at Far Source Site Using Omega- Squared Source Spectrum Model, Journal of Earthquake Engineering16.1:pp , Beresnev, Igor A., and Gail M. Atkinson, Modeling finite-fault radiation from the ωn spectrum, Bulletin of the Seismological Society of America 87.1:pp , Boore, David M, Simulation of ground motion using the stochastic method, Pure and applied geophysics :pp , ]1[ ]2[ ]3[ ]4[ ]5[ ]6[ ]7[ ]8[ ]9[ Nicknam, Ahmad, et al, Extrapolating strong ground motion of the Silakhor earthquake (ML 6.1), Iran, using the empirical Green's function (EGF) approach based on a genetic algorithm, Canadian Journal of Earth Sciences 46.11:pp , ]10[ 187