Progressive Collapse Resistant Design
Download
Report
Transcript Progressive Collapse Resistant Design
خرابی پیشرونده و طراحی مقاوم
سازه ها در برابر آن
Progressive Collapse Resistant
Design of Structures
كريم عابدي
Part 3
FIRE EFFECTS
Catenary effect
Cardington
studies
PROGRESSIVE COLLAPSE DUE TO FIRE
IMPACT EFFECTS
Strike of a crane arm
Gesztely bridge (Hungary) 1988
local
failure
impact
global
failure
IMPACT+EXPLOSION+FIRE
WORLD TRADE
CENTER
PROGRESSIVE
COLLAPSE
11September 2001
New - York
PROGRESSIVE COLLAPSE
Collapse of beams
COLLAPSE OF HANSHIN EXPRESSWAY – KOBE, 1995
initial collapse
خرابی پیش رونده پل هانگ جو در سئول در حین ساخت
در سال 1992با خرابی ایجاد شده در تیر اصلی یکی از دهانه ها که منجر به خرابی پیش رونده در طول 800متر
از پل گردید .
11
موارد خطاهای اجرایی و طراحی
HUMAN ERRORS
Collapse of Hyatt Regenary (Kansas City) walkways, 1981
due to modification of suspension details
Changing of
designed solution.
P
Designed
2P
Local failure
Erected
COLLAPSE OF SAMPOONG STORE – SEUL – KOREA,1995
of structure without the accord of
•Modification original
contractor.
the destination as office was
•changed
in department store.
columns to accommodate
•cutting of someescalators;
a new storey for the
•adding ofrestaurant;
over the last new story a
•placing
heavy air conditioning unit,
exceeding four time the designed
load.
در مارس ، 1973حذف پیش از موعد شمع بندی در ساختمانی در شهر فرفاکس منجر به خرابی پیشرونده
گردید .
پروژه بصورت ساخت ساختمانی 26طبقه با سرعت بال ،با یک طبقه در هفته در نظر گرفته شده بود .
در زمان خرابی بتن طبقه 24ریخته شده بود و شمع بندی نیز تا طبقه 22برداشته شده بود .که ناگهان خرابی
پیش رونده منجر به خرابی طبقات 24 ، 23 ، 22و باقی طبقات گردید .
در این حادثه 14کارگر ساختمانی کشته و 35نفر زخمی گردیدند .
بارهای غیرعادی )(Abnormal Loading
نظیر مرده ،زنده ،باد او زلزله طراحی می شوند .با
معمو ال ساختمان ها برای بارهای عادی ا
در صورت
نیز وجود دارند که احتمال وقوع آنها کم است ،ولی ا
وجود این بارهای دیگریا ا
بار های مذکور ،بارهای غیرعادی
منجر به خرابی های وحشتناکی شوند .ا
ا
اتفاق می توانند
در واقع بارهایی هستند که مقدار )،(Magnitude
نامیده می شوند .بارهای غیرعادی ا
راستا ) (Directionاو مدت زمان ) (Durationآنها غیرقابل پیش بینی است.
نیز بارهای غیرعادی به صورت اضافه بار ) (Overloadاتفاق می افتند.
در مواقعی ا
ا
در بعض ی مواقع ،با
بار های طراحی هستند با این تفاوت که ا
منظورا ااز اضافه بار ،همان ا
بار برف ،با
ظاهر می شوند ،به عنوان مثال ا
ا
نظر گرفته شده
در ا
مقدار بیشتریا ااز بارهای ا
ا
نظر گرفته می شوند ،ولی مواقعی وجود دارد
در ا
در طراحی ها مطابق آیین نامه ها ا
اینکه ا
بیشتر
ا
در طراحی
نظر گرفته شده ا
در ا
مقدار ا
ا
مقدار بارش برف ااز
ا
که به علت تغییرات جوی،
بار غیرعادی به صورت اضافه بار ) (Over Loadبه سازه
در نتیجه یک ا
می شود او ا
اعمال می گردد.
طبقه بندی بارهای غیرعادی
در ا
-1تغییرات شدید ا
فشار هوا ،نظیر:
انفجار مواد سوختی ،انفجارات خارج ساختمان.
ا
انفجار گاز،
ا
انفجار بمب،
ا
-2برخورد های تصادفی ،نظیر:
برخورد وسایل نقلیه موتوری با ساختمان ،برخورد هواپیما با ساختمان.
-3بارهای غیرعادی ناش ی ااز نشست های پیش بینی نشده
در زمین مجاورا
-4فشارهای غیرعادی ناش ی ااز ایجاد گودال ا
استراتژی های طراحی:
احتمال خرابی سازه ها به علت وقوع بار غیر عادی ،می تواند با استفاده از رابطه زير
مورد بررس ی قرار گیرد:
)P(F) =P(F/A) . P (A
) = P(Fاحتمال خرابی سازه.
) =P(F/Aاحتمال اينکه بار غیر عادی باعث خرابی سازه شود.
) = P(Aاحتمال وقوع يک بار غیر عادی
بنابر اين با توجه به رابطه مذکور ،برای کاهش احتمال خرابی سازه ها می توان به دو
روش زير عمل کرد:
روش اول – کاهش احتمال وقوع بار غیر عادی ) ). ( P(A
روش دوم – در اين روش طراحی سازه به گونه ای انجام گیرد که احتمال خرابی کاهش
يافته و درحد قابل قبولی باشد.
روش اول روش کار آمدی به نظر نمی رسد ،چون بارهای غیرعادی زيادی وجود دارند که
خارج از کنترل طراح می باشند .ولی روش دوم ،يعنی کاهش احتمال خرابی سازه ها ،روش
منطقی تری به نظر می رسد ،چون در کنترل طراح می باشد .
روش های متنوعی برای کاهش احتمال خطر خرابی پيشرونده ،در سازه
ها پيشنهاد شده است که مهم ترين و عمده ترين اين روش ها عبارتند
از :
• روش کنترلا حادثه
) ( Event Control Method
غیر مستقيم
• روش طراحی ا
) (Indirect Design Method
• روش طراحی مستقيم
) ( Direct Design Method
روش کنترل حادثه :
گاز يا
انفجار ا
ا
در بعض ی موارد ،احتمال خرابی به علت حوادث غیرعادی ااز قبيل
ا
ير کاهش داد:
برخورد وسايل نقليه را می توان با استفاده ااز روش های ز ا
گاز يا عدم ذخیره مواد
• حذف حادثه :به طورا مثال به وسيله عدم استفاده ااز ا
اشتعال زا.
ن ها او ديوارهايي که
حصار برای ستو ا
ا
برابر حادثه :به طورا مثال با ايجاد
در ا
• حفاظت ا
در معرض برخورد وسايل نقليه هستند.
ا
فشار ايجاد شده ،توسط
ا
اثر حادثه :به طورا مثال با تهيه سوراخ برای اينکه
• کاهش ا
انفجار را کاهش دهند.
ا
روش کنترل حادثه ،چون مقاومت سازه را در مقابل خرابی پيشرونده
افزايش نمی دهد و از طرفی به عواملی بستگی دارد که از کنترل طراح خارج
می باشند ،لذا کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.
نکته مهم:
د او روش باقيمانده يعنی روش طراحی غیرمستقيم او روش طراحی
در طراحی اصل
در کنترلا طراح می باشند .اين د او روش بايستی ا
مستقيم ا
ير را برآورده کنند:
زا
ً
سازه ها بايستی طوری طراحی شوند که وقتی صدمه
محلی اتفاق افتاد ،بدون توجه به علت خرابی ،احتمال
قابل قبولی وجود داشته باشد که صدمه مذکور به ساير
بخش های سازه گسترش پيدا نکرده و باعث خرابی کلی
نگردد.
روش طراحی غیر مستقيم:
در اين روش با مشخص کردن ترازهای ) (Levelsمينيمم مقاومت )،(Strength
پيوستگی ) (Continuityو شکل پذيری ) (Ductilityبرای اتصالت ،اعضا و مصالح،
بر روی مقاومت سازه در مقابل خرابی پيشرونده تاکيد می شود ،يعنی اگر مقاومت،
پيوستگی وشکل پذيری اجزاء تشکيل دهنده از مقادير معمول تعيین شده در آيین نامه ها
بيشتر باشد ،خرابی پيشرونده اتفاق نخواهد افتاد .به عنوان مثال برای انجام اين کار در
هنگام طراحی می توان از افزايش ضرايب اطمينان برای تمام اعضا نام برد.
ً
معمول برای توصيف روش غیر مستقيم از عبارت“ تماميت عمومی سازه
ای) “(General Structural Integrityاستفاده می شود .منظور از
تماميت عمومی سازه ای ،قابليت رضايت بخش سازه برای ايجاد ارتباط
روی ناحيه آسيب ديده و محدود کردن صدمه اوليه می باشد.
روش طراحی مستقيم:
روش طراحی مستقيم به هنگام فرايند طراحی برای خرابی
پيشرونده ،به طور صريح بر روی مقاومت کل سازه تاکيد می کند.
دو روش طراحی مستقيم عبارتند از:
• روش مقاوم سازی محلی ويژه
)(The Specific Local Resistance Method
• روش مسیر جايگزين
)(The Alternate Path Method
روش مقاوم سازی محلی ويژه
در روش مقاوم سازی محلی ويژه ،مقاومت کافی برای ايستادگی در
برابر حوادث را در املان های بحرانی فراهم می شود .به عبارت
ديگر بعد از مشخص کردن املان های بحرانی ،آنها بايد به گونه
ای طراحی شوند که سازه بتواند به طور کامل در برابر حوادث
غیر عادی ،مقاومت کند.
در روش مقاوم سازی ويژه ،املان های بحرانی در مقابل بارهای غیرعادی به صورت مقاوم
طراحی می شوند .اين املان ها بايد مقاومت و سختی کافی برای ايستادگی در برابر بارهای
غیرعادی را داشته باشند.
ً
• روش مقاوم سازی می تواند به چندين صورت انجام گیرد .احتمال افزايش ضرايب بار ،می
تواند يکی از آسان ترين روش ها باشد .اين کار بايستی همراه با محافظه کاري های مناسب،
برای حفاظت در برابر بارهای غیرعادی صورت گیرد.
• در اين روش ،ابتدا بايستی يک بار غیرعادی تعيین شود ،به گونه ای که مقاومت نهائی به
يک حالت حدی ويژه ای دللت نمايد .معيارهای طراحی مورد استفاده در روش مقاوم سازی
محلی ويژه ،فقط بايد در طراحی املان های بحرانی به کار روند ،يعنی املان هايي که از دست
رفتن آنها ،عملکرد سازه باقيمانده ) (Remaining Structureرا در معرض خطر قرار می دهد .نکته
مهم ،تعيین املان های بحرانی ،در سازه های مختلف می باشد.
به عنوان يک نمونه ،معادله طراحی زير برای روش مقاوم سازی محلی ويژه ارائه شده است:
که در آن داريم:
ضريب مقاومت که بستگی به مصالح ساخت و ضريب ايمنی مورد نظر دارد.
Rn
مقاومت اسمی
بار مرده
D
بار زنده
L ANSI
ً
بار غیر عادی مثل انفجار گاز.
S AB
روش مقاوم سازی محلی ويژه به علل زير کمتر مورد استفاده قرار می گیرد:
الف) اطلعات کمی راجع به اثر ديناميکی بارهای غیر عادی موجود است،
ب) يک روش غیراقتصادی است،
پ) در اين روش به جای تاکيد بر مقاومت کل سازه ،بر مقاومت املان های
بحرانی تاکيد می شود،
ت) کم بودن اطلعات در مورد حادثه آغازگر خرابی.
با اين وجود ،در بعض ی طرح ها مجبور به استفاده از اين روش هستيم و آن در
مواقعی است که نتوانيم مسیر جايگزينی را برای انتقال بار پيدا کنيم.
روش مسیر جايگزين ) (Alternate Path Method
در روش مسیر جايگزين از ابتدا ،مسیرهای جديد برای انتقال بار
تعيین می شود و برخلف روش مقاوم سازی محلی ويژه ،امکان وقوع
خرابی محلی در سازه ها داده می شود ،ولی مسیرهای جايگزين بار،
طوری فراهم می شوند که صدمه اوليه جذب و از پيشرفت آن جلوگیری
شود.
مسیر جايگزين ،سازه به گونه ای طراحی می شود که بتواند خرابی
ا
در روش
ا
مسیر جديدی برای انتقال بارها بوج اود
موضعی پيش آمده را جذب کرده او ا
در اين روش تنها حذف ) (Removalيک املان اصلی او بحرانی مورد
آورد .ا
آنالیز می شود .وقتی
اثر حذف اين املان ،ا
بررس ی قر اار گیرد او سازه برای تعيین ا
يک املان سازه ای برداشته می شود ،سازه باقيمانده (Remaining
در آن املان را
پايدار باشد تا اينکه بتواند بارهای موجود ا
ا
) Structureبايستی
برای يک مدت زمان کافی ( حداقل برای تخليه با امنيت سازه او بازرس ی
وسعت خرابی) تحمل نمايد.
روش مسیر جايگزين هم مثل روش مقاوم سازی در هنگام طراحی در مقابل خرابی پيش ارونده
روی افزايش مقاومت تاکيد می کند .تنها تفاوت اين دو روش را می توان به اين صورت بيان
کرد که در روش مقاوم سازی محلی ويژه ،املان های بحرانی ،بعد از تشخيص به گونه ای
طراحی می شوند که خرابی محلی در آنها اتفاق نيافتد .ولی در روش مسیر جايگزين ،از همان
ابتدای طراحی احتمال وقوع خرابی محلی در نظر گرفته می شود ولی با جستجوی مسیرهای
جديد تعادل برای انتقال بار ،از پيشرفت آن جلوگیری می شود.
در روش مقاوم سازیا محلی ويژه ،بارهای باد يا زلزله -بسته به
• لزم به يادآوری است که ا
نظر گرفته نشده بودند .چونا احتمال وقوع
در ا
در آن احداث می شود -ا
نوع سازه او مکانی که ا
مسیر
ا
در روش
ناچیز فرض می شود .اما ا
ا
مشترک بارهای غیرعادی او باد ( او يا زلزله) قویا
انتظار می رود برای يک مدت زمان مشخص ،وظيفه
ا
جايگزين چونا ااز سازه آسيب ديده
نظر گرفته شود.
در ا
نیز ا
بار باد ( يا زلزله) ا
ی خود را انجام بدهد ،بايستی ا
باربر ا
مسیر جايگزين ارائه داده اند:
ير را برای روش ا
به عنوان یک نمونه ،معادله طراحی ز ا
نظرRدارد.
ضريب0
ساخت او.5
مصالحLANSI
بستگی2به0.
که W
Dمور
د nا
ايمنی
ضريب مقاومت
ANSI
مقاومت اسمی
Rn
D
بار مرده
ا
بار زنده
ا
L ANSI
بار باد
ا
WANSI
اثر بارهای
نظر گرفتن ا
در ا
ذکر شود ،ا
در اينجا بايستی ا
نکته مهمی که ا
ديگر اثرات بارهای
ا
غیرعادی ،به وسيله حذف املان می باشد .به عبارت
غیرعادی به سازه با حذف اعضا او املان های بحرانی متوازنا می شود .روش
مقدار نیروهای اعضا
ا
آنالیز شده او
در ابتدا سازه ا
کار به اين صورت است که ا
ا
بدست می آيد .با توجه به اين نیروها می توان اعضای بحرانی را مشخص
کرد .بعد ااز مشخص کردن اعضای بحرانی ،آنها را يک به يک حذف کرده او
اگر مس ایر
قرار می گیرد .ا
فتار سازه آسيب ديده مورد بررس ی ا
هر حذف ر ا
برای ا
پايدار خواهد
ا
جايگزين يا حالت تعادل جديدی برای بارها ايجاد شود ،سازه
ناپايدار می
ا
در حالتی که سازه
ناپايدار خواهد شد .ا
ا
غیر اين صورت
در ا
ماند ،ا
ی بعض ی ااز املان ها را تقويت کرد .تقويت
شود ،می توان برای ايجاد پايدار ا
می تواند شامل عض او بحرانی او يا اعضای مجاو ار آن باشد.
مسیر جايگزين می تواند به د او صورت انجام شود:
در روش ا
تحلیل مورد استفاده ا
•
•
تحلیل استاتيکی.
تحلیل ديناميکی.
اگر خرابی عض او به صورت تدريجی او آرام باشد ،بازتوزيع نیروها ( Redistribution
ا
در اين حالت،
بنابر اين ا
) of Forcesهم به صورت تدريجی او آرام خواهد بود .ا
تحلیل استاتيکی کافی است.
نیز به حساب آورده
اگر خرابی عض او به صورت ناگهانی باشد بايستی اثرات ديناميکی ا
ولی ا
ن پديده خرابی ناگهانی
شوند ،يعنی تحلیل ديناميکی انجام شود .به عبارت ديگر ،چو ا
اعضا ،ماهيتاا يک پديده ديناميکی می باشد بنابراين ،تحلیل استاتيکی مس ایر جايگزين
فتار واقعی بوده او برای بررس ی دقيق رفتار ،انجام يک
ی تقريبی ااز ر ا
تنها يک شبيه ساز ا
تحليل ديناميکی ضروریا می باشد.
مقايسه روش های طراحی:
•
ديگر به
روش کنترلا حادثه :اين روش مقاوم سازیا چونا توجهی به افزايش مقاومت نمی نمايد او ااز طرف ا
نظر نمی رسد.
عواملی بستگی دارد که ااز کنترلا طراح خارج می باشند ،روش کارآمدی به ا
قرار گیرد .ااز طرف
بافتار سازه ای مورد استفاده ا
ا
هر
غیر مستقيم :اين روش نمی تواند برای ا
• روش طراحی ا
غیر اقتصادی می باشد.
نظر گرفته می شود ،يک روش ا
در ا
ن ضريب اطمينان برای همه اعضا ا
ديگر ،چو ا
• روش طراحی مستقيم:
در اين روش املان های بحرانی ،طوری تقويت می شوند که خرابی محلی
الف) روش مقاوم سازیا محلی ويژه :ا
متر مورد
اثر ديناميکی بارها ،ک ا
اتفاق نيافتد .اين روش به علت غیراقتصادی بودن او نبود اطالعات راجع به ا
بار غیرعادی ويژه د ار
ديگر اين روش ،می توان به معین کردن يک ا
استفاده قر اار می گیرد .ااز محدوديت های ا
در بعض ی مواقع مجبورا به استفاده ااز اين روش می
استخراج معادلت طراحی اشاره کرد .با اين وجود ،ا
مسیر جايگزينی برای بارها پيدا کنيم.
باشيم او آن حالتی است که نتوانيم ا
ظر می
ی ااز خرابی پيشرونده منطقی ترين او جامع ترين روش به ن ا
مسیر جايگزين :اين روش برای جلوگیر ا
ا
ب) روش
رسد .چونا هم پايداریا کل سازه را مورد بررس ی قر اار ميدهد او هم يک روش اقتصادی می باشد.
با تشکر از توجه شما …