ارزیابی احتمالاتی نقطه عملکرد سازه های فولادی و بررسی عدم قطعیت در آن

چکیده: خرابی بیش از حد انتظار سازه های طراحی شده براساس مقاومت در زلزله های اخیر کشورهای پیشرفته از جمله ایالات متحده آمریکا و ژاپن، ضعف این آیین نامه ها را در برآورد نمودن اهداف طراحی در برابر زلزله روشن نموده است. بمنظور بر طرف ساختن کاستی های موجود در آیین نامه های طراحی براساس مقاومت، روش طراحی براساس سطح عملکرد توسط محققین معرفی و توصیه شده است که با این روش ها می توان برداشت دقیق و مناسبی از عملکرد سازه تحت بار زلزله بدست آورد. در استاندارهای مربوط به روش طراحی بر اساس عملکرد، سطوح رفتاری و خسارت ارائه شده در هر تراز بصورت کیفی بوده، و میزان کمی خسارت در ترازهای مذکور تعیین نشده است. این در حالیست که استانداردهای مذکور، جابجایی های نسبی نظیر ترازهای عملکردی را مشخص نموده اند. مبنای طراحی و تصمیم گیری در روش سطح عملکرد، جابجایی نقطه هدف یا همان نقطه عملکرد می باشد. این پروسه طراحی دارای عدم قطعیت های زیادی می باشد که در گروه های مختلفی نظیر عدم قطعیت در بارگذاری، مقاومت، تحلیل و حتی روش های موجود جهت تعیین نقطه عملکردی را شامل می شود. بنابراین مشخص نمودن میزان عدم قطعیت های مذکور در ترازهای عملکردی و نقطه عملکرد لازم و ضروری می باشد. برای برخورد با این مسئله استفاده از تحلیل های آماری و احتمالاتی جهت توصیف این متغیرها روش موثری می باشد. به همین منظور در این رساله ابتدا به شناسایی منابع عدم قطعیت ها در پروسه تعیین نقطه عملکردی برای سازه های فولادی خمشی پرداخته شده، سپس توابع توزیع احتمال مناسب برای متغیرهای دارای عدم قطعیت ارائه شده است. در ادامه با استفاده از تحلیل های احتمالاتی، به ارزیابی حساسیت پارامترهای مذکور در نقطه عملکرد و سطوح عملکردی اقدام شده است. بمنظور ارزیابی طیف وسیع تری از ساختمان ها، بررسی های انجام شده بروی سه گروه از ساختمان های کوتاه (3 طبقه)، متوسط (6 طبقه) و بلند (12 طبقه) صورت گرفته است. با هدف کمی نمودن خسارت در ترازهای عملکردی، شاخص خسارت اصلاح شده ای در سطوح مذکور تعریف شده، که ضمن ارائه میزان خسارت متناسب با تعاریف کیفی در هر تراز عملکردی، میزان خسارت در نقطه خرابی سازه را نیز بدست می دهد. نتایج ارزیابی عدم قطعیت ها در نقطه عملکردی در قابهای فوق نشان می دهد که مشخصات هندسی مقاطع، الگوی بار جانبی و شدت بار مرده با ضریب تغییرات بترتیب 12، 8 و 5 درصد بیشترین عدم قطعیت ها و مدول الاستیسیته و تنش تسلیم مقاطع با ضریب تغییرات 5/1 تا 2 درصد، دارای کمترین میزان عدم قطعیت ها در نقطه عملکردی می باشند. ارزیابی شاخص خسارت در قاب های مورد بحث نیز نشان می دهد که میزان کمی شاخص خسارت در سطوح استفاده بی وقفه، ایمنی جانی و آستانه فروریزش بترتیب برابر 20، 80 و 90 درصد بوده و میزان خسارت در نقطه خرابی سازه ها معادل 97 درصد می باشد. نتایج این ارزیابی ها حاکی از آنست که افزایش ارتفاع ساختمان باعث تغییر در میزان خسارت در هر تراز عملکردی نمی گردد اما جابجایی نسبی نظیر ترازهای مذکور با افزایش ارتفاع، کاهش می یابد. کلمات کلیدی: قاب خمشی فولادی- عدم قطعیت ها- سطوح عملکردی- تحلیل احتمالاتی- شاخص خسارت- تحلیل حساسیت