در حالت کلاسیک برای آنالیز سازه فرض می شود، حرکت اعمال شده بر پایه سازه، مساوی حرکت میدان آزاد زمین است. یعنی حرکت زمین در تراز فونداسیون، وقتی هیچ سازه ای موجود نباشد. این فرض در مورد سازه‌های ساخته شده بر سنگ بستر یا زمین سخت صحیح است. در حالتی که سازه بر روی یک لایه خاک نرم، قرارگرفته باشد، پاسخی کاملاً متفاوت خواهد داشت.
در حالت اندرکنش خاک- سازه، پاسخ سازه متأثر از پاسخ لایه خاک و پاسخ لایه خاک، متأثر از حضور سازه بوده و خاک و سازه اثر متقابل بر پاسخ هم دارند. در حالتیکه علاوه بر سازه و لایه خاک مورد بحث، سازه مجاور دیگری به سیستم اضافه شود، پاسخ لایه خاک متأثر از وجود هر دو سازه، و پاسخ هرکدام از سازه‌ها نیز متأثر از پاسخ لایه خاک و سازه مجاور خود خواهد بود و لذا خاک و هریک از دو سازه مجاور هم، تأثیر متقابلی بر پاسخ هم خواهند داشت که این پدیده به نام اندرکنش خاک- سازه – خاک معروف است. حضور سازه مجاور می تواند بسته به مشخصات دینامیکی خاک و سازه و محتوای فرکانسی زلزله ورودی باعث افزایش یا کاهش پاسخ دینامیکی سازه و میزان خسارت آن شود. هدف این پروژه بررسی لزوم در نظرگیری اندرکنش سازه‌های مجاور و به عبارت دیگر تعیین محدوده ای از شرایط دینامیکی خاک و سازه می باشد که اثر اندرکنش سازه مجاور در پاسخ دینامیکی غیرخطی سازه و میزان خسارت آن قابل صرفنظر نیست. برای این منظور، با توجه به اهمیت اثر اندرکنش خاک سازه بر پاسخ دینامیکی سازه‌های بلند، دو سازه ۱۵ و ۳۰ طبقه که به ترتیب در رده برجهای متوسط و بلند قرارمی گیرند. براساس آیین نامه ۲۸۰۰ و آیین نامه سازه‌های فولادی ایران به صورت قاب خمشی ویژه فولادی، طراحی و مورد مطالعه قرارگرفته اند. جهت انجام آنالیزها از دو پروفیل خاک نرم و خاک سخت استفاده شده که پروفیل خاک نرم دارای پریود دینامیکی نزدیک به پریود سازه ۱۵ طبقه و پروفیل خاک سخت، دارای پریود دینامیکی نزدیک به پریود غالب سنگ بستر می باشد. فاصله سازه‌های مجاور، یک هشتم و یک چهارم بعد پی در نظرگرفته شده است. مهمترین پارامترهای بررسی شده، پاسخ غیرخطی سازه‌ها، شامل تغییر مکان جانبی غیرخطی و دریافت میان طبقه ای غیرخطی می باشد. مدلهای مورد بررسی شامل مدل اندرکنش خاک- سازه و مدل اندرکنش سازه‌های مجاور هم می باشد که هرکدام براساس سه زمینلرزه مناسب و مقیاس شده برای منطقه تهران، آنالیز شده اند. این زمینلرزه‌ها برای مشخصات سنگ بستر و دوره بازگشت ۴۷۵ سال نرمالایز شده اند.
انجام آنالیز، به روش اجزاء محدود بوده و مدلسازی با استفاده از نرم افزار ANSYS صورت گرفته است. رفتار غیرخطی مصالح فولادی، به صورت دو خطی با سخت شوندگی ایزوتروپیک مدل شده و رفتار غیرخطی مصالح خاک شامل سختی و میرایی متغیر با تراز کرنش با استفاده از یک ساب روتین در ANSYS تعریف شده است. جهت اطمینان از دقت مدلسازی رفتار غیرخطی خاک، نتایج آنالیز میدان آزاد با نتایج نرم افزار FLUSH مقایسه شده است. نتیجه جالب توجهی که از آنالیز ها بدست آمده، افزایش پاسخ غیرخطی و خسارت سازه ۱۵ طبقه، در اثر حضور سازه ۳۰ طبقه مجاور، برروی خاک نرم می باشد که میزان قابل توجهی دارد. در سایر موارد حضور سازه مجاور غالباً اثر کاهنده داشته است.
مطالعه اثر اندرکنش سازه- خاک- سازه بر پاسخ غیرخطی سازه‌های بلند/رضائی تبریزی علی
/توسط Arash Eslamiدر حالت کلاسیک برای آنالیز سازه فرض می شود، حرکت اعمال شده بر پایه سازه، مساوی حرکت میدان آزاد زمین است. یعنی حرکت زمین در تراز فونداسیون، وقتی هیچ سازه ای موجود نباشد. این فرض در مورد سازه‌های ساخته شده بر سنگ بستر یا زمین سخت صحیح است. در حالتی که سازه بر روی یک لایه خاک نرم، قرارگرفته باشد، پاسخی کاملاً متفاوت خواهد داشت.
در حالت اندرکنش خاک- سازه، پاسخ سازه متأثر از پاسخ لایه خاک و پاسخ لایه خاک، متأثر از حضور سازه بوده و خاک و سازه اثر متقابل بر پاسخ هم دارند. در حالتیکه علاوه بر سازه و لایه خاک مورد بحث، سازه مجاور دیگری به سیستم اضافه شود، پاسخ لایه خاک متأثر از وجود هر دو سازه، و پاسخ هرکدام از سازه‌ها نیز متأثر از پاسخ لایه خاک و سازه مجاور خود خواهد بود و لذا خاک و هریک از دو سازه مجاور هم، تأثیر متقابلی بر پاسخ هم خواهند داشت که این پدیده به نام اندرکنش خاک- سازه – خاک معروف است. حضور سازه مجاور می تواند بسته به مشخصات دینامیکی خاک و سازه و محتوای فرکانسی زلزله ورودی باعث افزایش یا کاهش پاسخ دینامیکی سازه و میزان خسارت آن شود. هدف این پروژه بررسی لزوم در نظرگیری اندرکنش سازه‌های مجاور و به عبارت دیگر تعیین محدوده ای از شرایط دینامیکی خاک و سازه می باشد که اثر اندرکنش سازه مجاور در پاسخ دینامیکی غیرخطی سازه و میزان خسارت آن قابل صرفنظر نیست. برای این منظور، با توجه به اهمیت اثر اندرکنش خاک سازه بر پاسخ دینامیکی سازه‌های بلند، دو سازه ۱۵ و ۳۰ طبقه که به ترتیب در رده برجهای متوسط و بلند قرارمی گیرند. براساس آیین نامه ۲۸۰۰ و آیین نامه سازه‌های فولادی ایران به صورت قاب خمشی ویژه فولادی، طراحی و مورد مطالعه قرارگرفته اند. جهت انجام آنالیزها از دو پروفیل خاک نرم و خاک سخت استفاده شده که پروفیل خاک نرم دارای پریود دینامیکی نزدیک به پریود سازه ۱۵ طبقه و پروفیل خاک سخت، دارای پریود دینامیکی نزدیک به پریود غالب سنگ بستر می باشد. فاصله سازه‌های مجاور، یک هشتم و یک چهارم بعد پی در نظرگرفته شده است. مهمترین پارامترهای بررسی شده، پاسخ غیرخطی سازه‌ها، شامل تغییر مکان جانبی غیرخطی و دریافت میان طبقه ای غیرخطی می باشد. مدلهای مورد بررسی شامل مدل اندرکنش خاک- سازه و مدل اندرکنش سازه‌های مجاور هم می باشد که هرکدام براساس سه زمینلرزه مناسب و مقیاس شده برای منطقه تهران، آنالیز شده اند. این زمینلرزه‌ها برای مشخصات سنگ بستر و دوره بازگشت ۴۷۵ سال نرمالایز شده اند.
انجام آنالیز، به روش اجزاء محدود بوده و مدلسازی با استفاده از نرم افزار ANSYS صورت گرفته است. رفتار غیرخطی مصالح فولادی، به صورت دو خطی با سخت شوندگی ایزوتروپیک مدل شده و رفتار غیرخطی مصالح خاک شامل سختی و میرایی متغیر با تراز کرنش با استفاده از یک ساب روتین در ANSYS تعریف شده است. جهت اطمینان از دقت مدلسازی رفتار غیرخطی خاک، نتایج آنالیز میدان آزاد با نتایج نرم افزار FLUSH مقایسه شده است. نتیجه جالب توجهی که از آنالیز ها بدست آمده، افزایش پاسخ غیرخطی و خسارت سازه ۱۵ طبقه، در اثر حضور سازه ۳۰ طبقه مجاور، برروی خاک نرم می باشد که میزان قابل توجهی دارد. در سایر موارد حضور سازه مجاور غالباً اثر کاهنده داشته است.