سالانه در جهان، بهطور متوسط 10000 نفر در اثر زلزله میمیرند (شکل (1-1)). بررسیهای سازمان یونسکو نشان میدهد که خسارت مالی ناشی از زلزله از سال 1926 تا 1950 میلادی، چیزی در حدود 10 میلیارد دلار بوده است. در این فاصله زمانی در آسیای میانه دو شهر و 200 روستا تخریب شدند. از آن موقع به بعد نیز چندین شهر ازجمله عشقآباد (1948)، اقادیر (1960)، اسکو پیه (1963)، ماناگوا (1972)، گمونا و تانگ شان (1976)، مکزیکوسیتی (1985)، اسپیتاکا (1988)، کوبه (1995)، شهرهایی در ترکیه و تایوان (1999) و صدها روستا در اثر زمینلرزه با خاک یکسان شدند. نوشتههای تاریخی گواه نگرانی دیرینه بشر از خطرات ناشی از زمینلرزه میباشند[1]. به همین دلیل است که انسان درصدد مقابله با این پدیده طبیعی میباشد که در این راه پیشرفتهای چشمگیری نیز کرده است. اما بااینوجود به دلیل پیچیدگی بیشازحد این پدیده کماکان نتوانسته چه ازلحاظ جانی و چه ازلحاظ مادی به ایمنی و تضمین کامل برسد.
امروزه بهخوبی مشخصشده است که سازههای طراحیشده بر اساس ضوابط آییننامههای موجود، در برابر زلزلههای شدید، متحمل خسارات سنگین خواهند شد. ولی بااینوجود هنوز برخی ضوابط طراحی لرزهای ( خصوصاً در طراحی اولیه سازهها ) بر پایه تحلیلهای ارتجاعی و استفاده از یک نیروی استاتیکی معادل با زلزله بناشدهاند[2و3].
بارهای لرزهای اصولاً ماهیتی قراردادی و اعتباری داشته و نیروهای طراحی لرزهای پیشنهادشده توسط آییننامهها عموماً بهمراتب کوچکتر از نیروهایی میباشند که در هنگام زلزله به سازه وارد میگردند. نیروهای بکار گرفتهشده بهوسیله زلزله به ویژگیهای الاستیک و پلاستیک سازه بستگی دارند.
پژوهشهای مختلف نشان میدهند که در پاسخ لرزهای سازهها، پارامترهای دیگری نیز دخیل میباشند و صرف بحث نیرو - تغییر مکان در ارتجاعی یا حتی الاستوپلاستیک کامل دوخطی نمیتواند توجیهکننده تمامی رفتارهای لرزهای سازه باشد. درنتیجه پژوهشگران، به دنبال پیشنهاد روشی نوین در طرح لرزهای سازهها میباشند. در همین راستا و طی دو دهه اخیر بحث انرژی بسیار موردتوجه قرارگرفته است. زیرا با پیشرفتهای حاصلشده در این روش، بسیاری از پارامترها و رفتارهای مطرح در طرح لرزهای سازهها قابلیت توجیه و اعمال در فرآیند طراحی را یافتهاند. بااینوجود، هنوز هم ناشناختهها و کاستیهای فراوانی درروش انرژی وجود دارد که مانع از ارائه آن بهعنوان یک روش جامع در قالب آییننامهای مطمئن گشته است. با توجه به تحقیقات و پژوهشهای گستردهای که در حال حاضر روی این موضوع در سطح جهان صورت میگیرد، آتیهای روشن برای آن پیشبینی میگردد و چهبسا در آیندهای نزدیک، اصول و ضوابط موجود فعلی در آییننامهها با اصول و ضوابط روش انرژی جایگزین گردند.
شکل (1-1) خسارت جانی ناشی از زمینلرزههای مهم[1]
1-2 ضرورت و اهداف تحقیق
بامطالعه رفتار ساختمانهایی که به روش مقاومتی طراحیشدهاند و تحت آنالیزهای دینامیکی غیرخطی قرارگرفتهاند میتوان مشاهده کرد که در طراحی بر اساس مقاومت علیرغم توزیع یکنواخت مقاومت در طبقات، این روش دارای ضعفهایی است و نمیتواند روش کاملی برای طراحی ساختمانها باشد و همواره یک تمرکز انرژی و خسارت در یک یا دوطبقه مشاهده میشود. مطالعات نشان میدهد که بررسی سازهها بر اساس مفاهیم انرژی میتواند رفتار سازه را در هنگام زلزله بهتر نشان دهد، ازاینرو در این مطالعه سعی شده که سازه بر اساس مفاهیم انرژی موردبررسی قرار گیرد.
با وقوع زلزله انرژی زیادی به سازه وارد میشود، سازه باید این انرژی را بهصورتهای مختلف جذب و یا تلف کند. اعضای سازه در برابر انرژی زلزله که مقدار قابلتوجهی است، وارد محدوده غیر ارتجاعی میشوند تا با تغییرشکلهای خود بتوانند این انرژی را جذب کنند. با وارد شدن اعضای سازهها به محدوده غیر ارتجاعی، تغییرشکلهای ماندگاری در سازه به وجود میآید که برای ادامه بهرهبرداری از سازه، باید آن اعضایی که بیشازحد تغییر شکل دادهاند یا دیگر قابلیت بهرهبرداری را ندارند را با اعضای جدید جایگزین و یا آنها را تقویت نمود که اجرای این کار دشوار و هزینه آن نیز بالا میباشد. لذا با قرار دادن میراگرها در سازه، این میراگرها با جذب انرژی زلزله از وارد شدن دیگر اجزای سازه به محدوده غیر ارتجاعی جلوگیری به عمل میآورند و درنتیجه بعد از زلزله اجزای مختلف سازه همچنان قابلیت بهرهبرداری خود را حفظ کردهاند و فقط میتوان با بازدید میراگرها در صورت لزوم آنها را تعویض و یا تعمیر نمود.