تحليل المرونة للمنحوتات الحضرية الكبيرة في الظروف القصوى

تتعرض المنحوتات الحضرية الضخمة لدرجات متفاوتة من التأثير في البيئات القاسية، وقد يؤدي عدم استيفاء المتطلبات إلى عواقب وخيمة. سنحلل فيما يلي مدى قدرة المنحوتات الحضرية الضخمة على الصمود في بعض البيئات القاسية.

تحليل المرونة في ظل الزلازل المتكررة

تعتمد تحليلات طيف الاستجابة، وتحليل الأنماط، وطريقة طيف الاستجابة على أشكال الأنماط المُستخرجة من تحليل الأنماط. تُستخدم طريقة CQC النموذجية لدمج الأنماط، حيث يكون الدمج الاتجاهي هو SRSS1. يحلل تحليل القوى الداخلية القوى الداخلية للمنشأ تحت تأثير الأحمال الزلزالية، ويركز بشكل أساسي على دراسة النسبة A لقوة القص بين الطوابق V للعناصر الرأسية تحت القيمة القياسية للحمل الزلزالي الأفقي إلى القيمة التمثيلية ∑G لحمل الجاذبية، وقوة رد فعل القاعدة تحت كل حالة من حالات طيف الاستجابة.

يمثل A معامل القص الزلزالي، الذي يعكس بدقة ووضوح العلاقة بين القوى الداخلية الزلزالية والقوى الداخلية الساكنة للعناصر. بناءً على هذه المعايير الأساسية، يتم تحديد منحنى معامل التأثير الزلزالي لتحليل طيف الاستجابة، ثم يُجرى التحليل الزلزالي باستخدام طريقة تحليل طيف الاستجابة بالتحليل النمطي، ويتم التحقق من القوى الداخلية والإزاحات للعناصر على حدة.

(1) تحليل رد فعل القاعدة: وفقًا لـ"كود التصميم الزلزالي للمباني"، تُعدّ قوة القص الكلية الناتجة عن زلزال صغير شرطًا أساسيًا لإجراء الحسابات الزلزالية اللاحقة للمنشأة. أولًا، يتم حساب قوة رد فعل القاعدة من خلال حساب إجهاد المنشأة تحت تأثير الأحمال الميتة وظروف طيف الاستجابة المختلفة. تحت تأثير الزلزال في الاتجاه X، يبلغ معامل قوة قص القاعدة 0.024 (153/6433)، وتحت تأثير الزلزال في الاتجاه Y، يبلغ معامل قوة قص القاعدة 0.016 (1030643). كلا القيمتين لا تقل عن الحد الأدنى البالغ 0.016 المحدد في الكود لقيمة الجاذبية التمثيلية 2t "0"، مما يضمن منطقية النموذج. مع ذلك، يختلف معامل قوة قص القاعدة في الاتجاهين بمقدار 20Q من قوة قص الطابق و48.5% من قوة قص الطابق. الصلابة في الاتجاه Y أضعف منها في الاتجاه X. عند تحسين النموذج، يجب تعديل الهيكل وزيادة الصلابة في الاتجاه Y بشكل مناسب.

(2) يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية من الشكل 3.5 فيما يتعلق بتوزيع قوى القص بين الطوابق: ① لا تفي قوى القص الزلزالية بين الطوابق، المحسوبة باستخدام طريقة تحليل الأنماط للطابقين الثامن والعاشر، بمتطلبات الكود، ويلزم تعديل القوى الداخلية لضمان سلامة المنشأة تحت تأثير الزلازل. وبشكل عام، يعتمد تعديل القوى الداخلية على تحقيق معامل منخفض لقوى القص الزلزالية. ② تميل قوى القص بين الطوابق إلى الانخفاض تدريجيًا مع ازدياد عدد الطوابق، ولكن ليس بنفس وضوحها في المنشآت المنتظمة. ويرتبط ذلك بالتوزيع المكاني المعقد لقوى القص بين الطوابق (كيلو نيوتن) في المنشآت غير المنتظمة.

2) تحليل التشوه: استنادًا إلى لوائح الدول المختلفة، وتجربة أضرار الزلازل، ونتائج البحوث التجريبية، وتحليل الحالات الهندسية، من المعقول استخدام زاوية الانحراف بين الطوابق كمؤشر لقياس قدرة التشوه الهيكلي، وبالتالي تحديد ما إذا كانت تلبي متطلبات وظيفة المبنى.

تلخص هذه الورقة اتجاهات الإزاحة المرنة للطابق وزاوية الانحراف بين الطوابق كدالة لارتفاع الطابق، والناتجة عن القيم القياسية للفعل الزلزالي في اتجاهين خلال المرحلة المرنة.

ختاماً

① تتشابه تأثيرات طيف الاستجابة الزلزالية في اتجاهي المحورين الرئيسيين مع توزيع الطوابق الإنشائية. ويُلاحظ أن الإزاحة الجانبية في الأعلى كبيرة نسبيًا. تبلغ نسبة أكبر قيمة إزاحة (14.5 مم) في الاتجاه X إلى الارتفاع الإنشائي الكلي (50.2 م) 1/3453، بينما تبلغ نسبة أكبر قيمة إزاحة (48.2 مم) في الاتجاه Y إلى الارتفاع الإنشائي الكلي (50.2 م) 1/1041. وكلا النسبتين أقل من الحد المسموح به (1/500)، مما يدل على متانة الهيكل الجانبية.

٢- الإزاحة الأفقية للمنشأة هي في الأساس تشوه انحناء. وتزداد هذه الإزاحة الأفقية بسرعة أكبر مع ازدياد عدد الطوابق، مما يدل على أن المنشأة صلبة في الأسفل ومرنة في الأعلى. وعلى وجه الخصوص، فإن الجزء العلوي منها أكثر عرضة للإزاحة الكبيرة والانهيار.

③ حدثت جميع زوايا الانحراف الأكبر بين الطوابق في الجزء العلوي من الإطار الرئيسي، مما يشير إلى أن الصلابة في الجزء العلوي من الهيكل صغيرة جدًا، ويجب منع فشل تأثير الارتطام.

④ زوايا الانحراف بين الطوابق في كل من الاتجاهين X و Y أقل من حد زاوية الانحراف المرنة بين الطوابق البالغ 1/250 للهياكل الفولاذية متعددة الطوابق، مما يشير إلى أن الهيكل لم يدخل بعد المرحلة اللدنة في ظل الزلازل المتكررة وأن الصلابة الإجمالية للهيكل جيدة.

تستخدم تحليلات التاريخ الزمني المختلفة أساليب مختلفة لهياكل مختلفة.

رغم أن هذه الأساليب مُدرجة في قوانين الزلازل في مختلف البلدان، إلا أن أسلوب القص القاعدي وأسلوب طيف الاستجابة النمطية يظلان الأسلوبين الأساسيين. أما بالنسبة للمنشآت غير المنتظمة بشكل خاص، فينبغي استخدام تحليل التاريخ الزمني كأسلوب تحليل تكميلي.

يشير ما يُسمى بالتكميل هنا إلى مقارنة قوة القص القاعدية، وقوة القص بين الطوابق، والإزاحة بين الطوابق المحسوبة بالطريقة الأساسية. عندما تُعطي طريقة تحليل التاريخ الزمني نتيجةً أكبر من طيف استجابة الأنماط، يجب تعديل القوى الداخلية للمكونات ذات الصلة وفقًا لذلك. ينص الكود على أنه عند إدخال ثلاث مجموعات من منحنيات التاريخ الزمني للتسارع، يُفضل أن تكون نتيجة الحساب هي القيمة الأكبر بين قيمة الغلاف من طريقة التاريخ الزمني والقيمة من طريقة طيف استجابة الأنماط؛ وعند إدخال سبع مجموعات أو أكثر من منحنيات التاريخ الزمني، يمكن أن تكون نتيجة الحساب هي القيمة الأكبر بين متوسط ​​القيمة من طريقة التاريخ الزمني والقيمة من طريقة طيف استجابة الأنماط.

1) اختيار الموجات الزلزالية: بناءً على مبادئ الاختيار، تم اختيار موجات إل سنترو لعام 1940، وتافت لعام 1952، وموجة لانتشو الاصطناعية كموجات زلزالية مُدخلة. وتم تحليل الخصائص المميزة لكل موجة زلزالية. وكشف تحليل منحنيات الموجات الزلزالية أن التسارع كان منخفضًا نسبيًا في النصف الثاني. ولتقليل العبء الحسابي، تستخلص هذه الورقة منحنيات تسارع موجتي إل سنترو وتافت من أول 20 ثانية.

٢) لتحليل القوى الداخلية، تم إدخال منحنيات التسارع الزمني ثنائي الاتجاه، وتم تعريف النسبة X:Y = 1:0.85 كحالة زمنية أولى، والنسبة XY = 0.8511 كحالة زمنية ثانية. تم ضبط ذروة التسارع تحت تأثير الزلازل المتكررة في منطقة شدة 7 درجات على 35 a1. تم تعديل سعة الموجات الزلزالية الثلاث - موجة EL Centro، وموجة Taft، وموجة Lanzhou الاصطناعية - وفقًا لهذه المواصفات، وتم ضبط نسبة التخميد على 0.03، كما هو الحال في تحليل طيف الاستجابة. تم تحليل قوة القص القاعدية الهيكلية تحت كل حالة زمنية في ظل الموجات الزلزالية ثنائية الاتجاه، وتمت مقارنة قيمة الغلاف مع نتائج الحالة المقابلة في طيف الاستجابة.

ختاماً

① يُظهر تحليل التاريخ الزمني أن قوة القص الأساسية في الاتجاه X أكبر في حالة التشغيل 1 وقوة القص الأساسية في الاتجاه Y أكبر في حالة التشغيل 2، وهو ما يتوافق مع الوضع الفعلي، مما يشير إلى أن اختيار وإدخال موجة التاريخ الزمني صحيحان بشكل أساسي.

٢- قوة القص القاعدية المُستنتجة من تحليل التاريخ الزمني ثنائي الاتجاه الأفقي أكبر من نتيجة طريقة طيف الاستجابة في ظل ظروف التشغيل المقابلة. وهذا يُشير إلى أنه في هذا المشروع، عند استخدام طريقة طيف الاستجابة لتحليل الأنماط في التصميم، من الضروري أولاً إجراء تحليل مُعدَّل السعة للقوى الزلزالية الداخلية للهيكل ككل وقوة القص بين الطوابق في ظل كل حالة تشغيل للموجة الزلزالية ثنائية الاتجاه، ومقارنتها بطريقة طيف الاستجابة.

2. التحليل المرن في ظل الزلازل المتكررة: في الحالة 1، تكون قوة القص بين الطوابق في الاتجاه X أكبر من تلك الموجودة في الحالة 2؛ وفي الحالة 2، تكون قوة القص بين الطوابق في الاتجاه Y أكبر من تلك الموجودة في الحالة 1. لذلك، يستخلص التحليل التالي بيانات قوة القص بين الطوابق في الاتجاه X للحالة 1 وبيانات قوة القص بين الطوابق في الاتجاه Y للحالة 2.