امواج زلزله و تاثیر آن بر سازه ها

امواج زلزله و تاثیر آنها بر سازه ها

مقدمه و کلیات :

یکی از مهم ترین مباحث در مهندسی عمران مسایل مربوط به زلزله می باشد که در مقطع کارشناسی ارشد بسیاری از دانشجویان در این حوزه به ارایه مقالات علمی و پژوهشی , پایان نامه های کارشناسی ارشد می پردازند . با توجه به اهمیت این موضوع در این مقاله آموشی قصد داریم به بررسی امواج زلزله و تاثیر آن بر سازه ها بپردازیم که امیدواریم برای شما مفید واقع شود .

زلزله عبارتست از لرزش زمین که غالبا در اثر آزاد سازی سریع انرژی کرنشی ذخیره شده در صفحات و دیواره های گسل ها به وقوع می پیوندد .  به عبارت دیگر حرکات و ارتعاشات ناگهانی سطح زمین ناشی از شکسته شدن سنگ های پوسته زمین و رها شدن انرژی ذخیره شده در آنها است که در صورت شدت زیاد در مراکز انسانی موجب خسارت ها و زیان های فراوانی می شود را زلزله می نامند . زلزله از یک طرف موجب شکست و جابجایی توده های سنگی در پوسته زمین شده و از طرف دیگر آثار ناشی از جابجایی و شکست پوسته زمین منجر به ایجاد امواج لرزشی و انتشار و گسترش در درون زمین میگردد .

در حقیقت زلزله انرژی ازاد شده به صورت موج و اغتشاشات درون زمین در مدت زمان کوتاه می باشد . به نسبت اندازه انرژی تخلیه شده ، در بخش های روی زمین و هر آنچه که بر آن بنا شده باشد ، ویرانی روی خواهد داد . از اینرو ، در نقاطی که قبلا پوسته زمین شکست ایجاد شده است (گسل های موجود قدیمی) ، ممکن است که پوسته زمین یکنواخت و پیوسته نباشد و به صورت تعدادی صفحات پیوسته در کنار هم ایجاد شده باشند .

در محل اتصال این صفحات ممکن است که لرزش هایی ایجاد شود . امروزه کمربندهای زلزله ای در مقیاس قاره ها در سطح کره زمین  مشخص شده است . با توجه به این که در این محل ها به علت شکاف زمین امکان جاری شدن مواد مذاب آتش فشانی  از  درون زمین به بیرون بیشتر است ، امکان تطابق بین کمربند زلزله ای و کمربند آتشفشانی در روی کره زمین را بیشتر کرده است . در مقیاس کوچکتر ،  وجود رشته کوه های اصلی ، می تواند نشانگر وجود شکستگی های پوسته ی آنها  در زیر آنها باشند .  مطابق نظریه تکتونیک صفحه ای ، کوه ها از برخورد لبه های  صفحاتی از صفحات پوسته زمین ایجاد می شود و در مقیاس کوچکتر در سطح پوسته زمین می توان انتظار  هرگونه گسل ، شکستگی یا درز در پوسته ی زمین  را داشت که آن می تواند دارای عمق های مختلفی باشد ، مگر این که مطالعات علمی معتبر آن را اثبات کرده باشند .

با توجه به مطالب فوق هر جای کره زمین امکان وقوع  زمین لرزه وجود خواهد داشت و این امکان در محل گسل ها یا همان درزها و شکستگی های پوسته زمین بیشتر است و به طور کلی کمر بند های لرزه ای جهان به (1)کمربند اطراف اقیانوس آرام (2) کمر بند منطقه ی بین مدیترانه تا جزایر ساندی در اقیانوس آرام (3) کمربند مناطق اقیانوس منجمد شمالی ، اقیانوس اطلس ، اقیانوس هند غربی و آفریقای شرقی تقسیم بندی می شوند .

 برای اندازه گیری و مقایسه یک زلزله از دو کمیت هایی هم چون ، بزرگا ( به صورت کمی) و شدت ( به صورت کیفی) استفاده می شود . هر چه اندازه زلزله بزرگتر باشد ، ارتعاشات  ایجاد شده در سطح و درون زمین ، ناشی از آن شدید تر و نیز ملموس تر می باشد .

امواج زلزله

پس از ایجاد شکست در گسل ، انرژی به صورت امواج در حجم زمین منتشر می شود . انرژی امواج زلزله پس از عبور از درون زمین به سطح آن می رسند . حرکت سطح زمین عامل ایجاد خرابی در سازه ها است .

• امواج درونی (حجمی)

موج حجمی ، موج زمین لرزه ای است که داخل زمین حرکت می کند بر خلاف موج سطحی که نزدیک سطح زمین حرکت می کند . امواج P و S از نوع امواج حجمی می باشند . هر کدام از این امواج را به گونه ای خاص می لرزانند .

امواج حجمی به دو دسته الف : موج فشاری(P) ب : موج برشی (S)-تقسیم بندی می شوند . پس شکست ایجاد شده در گسل ، انرژی آزاد شده ناشی از این شکست گسل به صورت امواج لرزه ای منتشر می شود . امواج حجمی منتشر شده در اعماق درونی زمین پس از رسیدن به سطح زمین ، به صورت موج سطحی منتشر می شوند .

• امواج سطحی

موج سطحی موج لرزه ای است که نزدیک سطح زمین حرکت می کند . امواج سطحی نزدیک ترین امواج لرزه ای هستند . مانند روی دریا هستند و حرکت پیچشی پیچیده ای دارند . رکت آنها در سطح زمین دارای بیشترین مقدار و با افزایش عمق از شدت آن کاسته می شود . سرعت حرکت این امواج بین 1.8 تا 4.5 کیلومتر بر ثانیه است .

امواج سطحی به دو دسته الف : امواج رایلی و ب : امواج لاو تقسیم بندی شده اند . قدرت تخریبی  امواج سطحی به علت ایجاد تغییر شکل های قابل توجه در زمین بیشتر از امواج حجمی می باشد .

تاثیر زلزله بر سازه ها

 در اثر انتشار امواج لرزه ای سطح زمین شروع به حرکت می کند و این حرکت که به صورت جابجایی می باشد ، به پی سازه منتقل می شود . در نتیجه پی سازه نسبت به نقاط فوقانی آن جا بجا می شود . با ایجاد این تغییر شکل نسبی ، در قسمت های مختلف سازه ، نیروی داخلی ایجاد می شود . به علت متغییر بودن جابجایی ها نقاط مختلف سازه دارای سرعت و شتاب نیز هست . در نقاطی که جرم وجود دارد ، نیرویی متناسب با جرم و شتاب آن نقطه ایجاد می شود .

پس از آن که نیروهای زلزله در نقاط دارای جرم بوجود آمد ، باید این نیروها در یک مسیر کامل و منسجم به پی و از آن جا بله خاک زیر سازه انتقال یابد . نکته ی مهم این است که باید تمام نقاط سازه در محل اتصالات و در طول اعضاء دارای شرایط مناسب برای تحمل بارهای زلزله باشند . در مسیر انتقال بار از بام به پی هرجا که این مسیر دارای گسستگی باشد ، از همان محل ، شکست شروع می شود . هم چنین اگر نقاط بحرانی توانایی تحمل بارهای وارده را نداشته باشند ، شکسته می شوند .

نقاط بحرانی معمولا محل اتصالات است . ممان مربوط به بار ثقلی و بار زلزله در نقاط اتصالات سازه نسبت به سایر نقاط بیشتر است و در نتیجه بحرانی ترین شرایط بارگذاری ترکیبی به اتصالات مربوط است . از طرفی در انواع سازه های بنایی ، فولادی و بتنی رعایت ضوابط اجرایی که منجر به انسجام مناسب اتصالات شود ، نیاز به دقت بالایی دارد . در نتیجه امکان شکست اتصالات در انواع سازه ها در زلزله های شدید وجود دارد .

در این مقاله آموزشی سعی بر آشنایی با امواج زلزله و تاثیر آن بر روی سازه ها شده است تا علاقه مندان به این حوزه بتوانند با آشنایی با این مبحث با ارایه مقالات علمی و پژوهشی , پایان نامه های کارشناسی ارشد بپردازند .

در رشته مهندسی عمران نرم افزار های مهندسی پرکاربردی مانند Plaxis , Sap2000 , Abaqus , Matlab , Ansys در مقطع کارشناسی ارشد وجود دارد که برای آشنایی و راهنمای نصب نرم افزار های مربوطه می توانید بر روی نام نرم افزار کلیک نمایید تا به مقاله مربوطه هدایت شوید .