بررسی رفتار غیرخطی خاک بر سازههای بلند
مدارک مستند فراوانی بر اساس مطالعات دفتری و مشاهدات میدانی وجود دارد که نشان میدهند محیط خاکی زیرین سازهها و پدیده اندرکنش خاک و سازه، در هنگام وقوع زلزله، نیروهای لرزهای وارد به سازه را افزایش داده بطوری که این افزایش، در موارد زیادی به خرابی و فروریزش سازهها منجر شده است.
در تحلیلهای متداول دینامیکی یک سازه، روش معمول به این صورت است که حرکت میدان آزاد زمین در محل ساختگاه تعیین شود و سپس حرکت به دست آمده به پای سازه، زمانی که به صورت صلب در نظر گرفته شده باشد، اعمال شود. این مورد در حالتی صحیح است که ساختمان بر سنگ بنا شده باشد. در حالت قرار گرفتن سازه بر خاک نرم، وضعیت کاملاً متفاوت است. در این حالت، در هنگام وقوع زلزله، رفتار غیر خطی خاک زیرین و وقوع پدیده اندرکنش خاک و سازه، در پاسخ سازهای به صورتی نتیجه میدهد که میتواند کاملاً متفاوت از پاسخ یک سازه با پای صلب قرار گرفته تحت اثر حرکت میدان آزاد زمین باشد.
رفتار غیرخطی خاک ساختگاه و پدیده اندرکنش خاک و سازه میتواند علیرغم افزایش میرائی، به افزایش پاسخ سازهای بیانجامد و باعث افزایش نیروهای لرزهای وارده به سازه شود. براساس نتایج مطالعات فوق الذکر لازم است اثرات رفتار غیرخطی خاک بر پاسخ سازهای به صورت کمّی برآورد شود.
روشهای متعددی برای حل مسأله اندرکنش دینامیکی خاک و سازه وجود دارد که از جمله آنها میتوان به روشهای حل ساده مهندسی، روش مستقیم، روش مختلط و روش زیرسازه اشاره کرد. متداولترین روش حل مسأله اندرکنش دینامیکی خاک و سازه، روش زیرسازه است. در این روش، مسأله خطی اندرکنش دینامیکی خاک و سازه، به یک سری زیرمسأله سادهتر تفکیک میشود و هر زیرمسأله با مناسبترین روش تحلیل می شود و سپس نتایج حاصله، با استفاده از اصل جمع آثار قوا، با هم ترکیب میشوند. با توجه به اینکه روش زیرسازه، یک روش خطی تحلیل اندر کنش است برای در نظر گرفتن اثرات رفتار غیرخطی خاک، میتوان از روش خطی معادل استفاده کرد.
در روش جداسازی و تفکیک زیرسازه، کل سیستم خاک -سازه، نشان داده شده به سه زیرسازه تفکیک میشود. زیرسازه ۱ شامل میدان آزاد ساختگاه است. زیرسازه ۲ شامل حجم خاک برداشته و زیرسازه ۳ شامل سازه رویی و پی آن است.
در روش تفکیک زیرسازهها، فرض بر این است که اندرکنش خاک و سازه فقط در مرز مشترک زیرسازهها، سطح تماس پی با خاک، رخ میدهد.
بر اساس تحقیقات انجام شده مدارک مستند فراوانی وجود دار د که نشان میدهد نوع خاک ساختگاه و اندرکنش خاک و سازه، در هنگام وقوع زلزله، میتواند نیروی وارد به سازه را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. بررسی نتایج بدست آمده از تحلیلهای انجام شده نشان میدهد.
پاسخ دینامیکی سازه نه تنها به سختی سازه، بلکه به مشخصات دینامیکی ساختگاه (شامل سختی و میرائی)، سطح شتاب وارده و محتوای فرکانسی آن نیز وابسته است که بسته به نوع سیستم خاک -سازه و محل قرار گرفتن آن، میتواند انجام یک تحلیل سه بعدی اندرکنش دینامیکی خاک و سازه، با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی خاک لازم داشته باشد.
در صورت قرار گرفتن سازهها بر ساختگاه نوع ۲، افزایش پاسخ سازهای قابل توجه نخواهد بود.
در حالت وجود ساختگاه نوع ۳ برای سازه بادبندی افزایش بیشتر پاسخ سازهای نسبت به قاب خمشی بدست میآید و بسته به اهمیت پروژه میتوان اثرات اندرکنش خاک و سازه را در نظر گرفت.