توسعه شکنندگی لرزه ای برای یک برج سلولی شبکه فولادی ایستگاه پایه

تجزیه و تحلیل شکنندگی لرزه ای یک جنبه حیاتی برای اطمینان از انعطاف پذیری ساختاری برج های سلولی شبکه فولادی ایستگاه پایه است.. این برج ها برای حفظ ارتباطات در طول و بعد از رویدادهای لرزه ای حیاتی هستند. این تحلیل جامع شامل درک رفتار لرزه ای است, انجام مدلسازی ساختاری, و ایجاد منحنی‌های شکنندگی که احتمال رسیدن یا فراتر رفتن از حالت‌های آسیب مختلف را در سطوح مختلف شدت لرزه کمیت می‌کند..

برج سلولی شبکه فولادی

پارامترهای محصول برای یک برج سلولی شبکه فولادی ایستگاه پایه

1. طرح

• کد طراحی: شد / می-222-G / F

2. سازه های فلزی

برج را می توان با استفاده از فولاد ملایم یا فولاد با کشش بالا ساخت, مطابق با استانداردهای مختلف بین المللی:

• فولاد:
  • استاندارد چینی: GB / T 700: Q235B, Q235C, Q235D
  • استاندارد آمریکا: ASTM A36
  • استاندارد اروپا: EN10025: S235JR, S235J0, S235J2
• فولاد کششی بالا:
  • استاندارد چینی: GB / T 1591: Q345B, Q345C, Q345D
  • استاندارد آمریکا: ASTM A572 GR50
  • استاندارد اروپا: EN10025: S355JR, S355J0, S355J2

3. طراحی سرعت باد

• حداکثر سرعت باد: تا 250 کیلومتر / ساعت

4. انحراف مجاز

• محدوده انحراف: 0.5 به 1.0 درجه در سرعت عملیاتی

5. ویژگی های مکانیکی

• استحکام کششی (مگاپاسکال):
  • فولاد: 360 به 510
  • فولاد کششی بالا: 470 به 630
• قدرت عملکرد (t ≤ 16 میلی متر) (مگاپاسکال):
  • فولاد: 235
  • فولاد کششی بالا: 355
• کشیدگی (%):
  • فولاد: 20
  • فولاد کششی بالا: 24
• قدرت ضربه KV (J):
  • فولاد:
    • 27 (20° C) - Q235B (S235JR)
    • 27 (0° C) - Q235C (S235J0)
    • 27 (-20° C) - Q235D (S235J2)
  • فولاد کششی بالا:
    • 27 (20° C) - Q345B (S355JR)
    • 27 (0° C) - Q345C (S355J0)
    • 27 (-20° C) - Q345D (S355J2)

6. پیچ و مهره & آجیل

• مقطع تحصیلی: 4.8, 6.8, 8.8
• استانداردهای خواص مکانیکی:
  • پیچ و مهره: ISO 898-1
  • آجیل: ISO 898-2
  • واشر: ISO 6507-1
• استانداردهای ابعاد:
  • پیچ و مهره: از 7990, از 931, از 933
  • آجیل: ISO 4032, ISO 4034
  • واشر: از 7989, DIN 127B, ISO 7091

7. جوش

• روش: جوشکاری قوس محافظ CO2 & مستغرق جوش قوس (اره)
• استاندارد: AWS D1.1

8. علامت گذاری

• روش علامت گذاری اعضا: پرس هیدرولیک پرس حرارتی

9. گالوانیزه

• استاندارد گالوانیزه برای مقاطع فولادی: ISO 1461 یا A123 ASTM
• استاندارد گالوانیزه برای پیچ و مهره: ISO 1461 یا A153 ASTM

10. آزمایش کردن

• تست های کارخانه:
  • تست کشش
  • تجزیه و تحلیل عناصر
  • تست چارپی (تست ضربه)
  • خم سرد
  • تست قبل
  • تست چکش

 

این پارامترها تضمین می کنند که برج استانداردهای دقیقی را برای یکپارچگی سازه رعایت می کند, دوام, و عملکرد در شرایط مختلف محیطی. با رعایت این مشخصات, این برج به گونه ای طراحی شده است که در برابر سرعت باد بالا و بارهای لرزه ای مقاومت کند, ارائه پشتیبانی قابل اعتماد برای زیرساخت های ارتباطی.

1. مقدمه ای بر تحلیل شکنندگی لرزه ای

تجزیه و تحلیل شکنندگی لرزه ای احتمال رسیدن یا فراتر رفتن یک سازه از حالت های آسیب مشخص شده را در سطوح مختلف شدت لرزه ارزیابی می کند.. برای یک برج سلولی شبکه فولادی ایستگاه پایه, این شامل:

• تعریف حالت های آسیب احتمالی.
• انجام تحلیل خطر لرزه ای.
• مدل سازی پاسخ لرزه ای برج.
• توسعه منحنی های شکنندگی بر اساس تحلیل احتمالی پاسخ برج به بارهای لرزه ای.

2. تجزیه و تحلیل خطر لرزه ای

تجزیه و تحلیل خطر لرزه ای شامل تعیین معیارهای شدت لرزه ای است (IMs) مربوط به مکان برج. مراحل کلیدی شامل:

• پهنه بندی لرزه ای: شناسایی ناحیه لرزه ای و به دست آوردن داده های لرزه ای مرتبط مانند شتاب اوج زمین (PGA), شتاب طیفی (بر), و رکوردهای حرکت زمین.
• دوره های بازگشت: تعریف دوره های بازگشت (به عنوان مثال،, 50, 100, 475, 2475 سال ها) برای ارزیابی سطوح مختلف خطر لرزه ای.
• تجزیه و تحلیل سایت خاص: انجام تجزیه و تحلیل خطر لرزه ای خاص سایت در صورتی که برج در منطقه ای با زمین شناسی پیچیده واقع شده باشد..
• 

3. تعریف کشورهای خسارت

حالت های آسیب نشان دهنده سطوح مختلف آسیب سازه ای است. برای یک برج سلولی شبکه فولادی, حالت های آسیب معمولی ممکن است شامل شود:

• آسیب جزئی (DS1): تغییر شکل جزئی و بدون آسیب ساختاری قابل توجه.
• آسیب متوسط (DS2): تغییر شکل های قابل توجه, بازده جزئی اعضا, و مقداری آسیب اتصال.
• خسارت گسترده (DS3): تغییر شکل های قابل توجه, بازده اعضای متعدد, و آسیب به اتصالات کلیدی.
• سقوط - فروپاشی (DS4): شکست یا فروپاشی کامل سازه.

4. مدل سازی سازه و تحلیل پاسخ لرزه ای

4.1 3D مدلسازی سازه

ایجاد یک مدل سه بعدی دقیق از برج سلولی با استفاده از تحلیل المان محدود (FEA) نرم افزارهایی مانند SAP2000, ANSYS, یا OpenSees. مدل باید شامل باشد:

• اعضای ساختاری: اعضای شبکه, فرح بخش, و اتصالات.
• پایه: مدلسازی پی برای محاسبه اندرکنش خاک و سازه.
• توزیع انبوه: نمایش دقیق توزیع انبوه, از جمله آنتن ها و تجهیزات.

4.2 بارگذاری لرزه ای

اعمال بارهای لرزه ای به مدل شامل:

• رکوردهای حرکت زمینی: استفاده از رکوردهای واقعی یا مصنوعی حرکت زمین که نشان دهنده خطر لرزه ای در محل است.
• تحلیل تاریخچه زمانی: انجام تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی برای ثبت پاسخ دینامیکی برج.
• تجزیه و تحلیل طیف پاسخ: انجام تجزیه و تحلیل طیف پاسخ برای مقایسه و اعتبار سنجی.

4.3 تحلیل غیرخطی

تحلیل غیرخطی برای ثبت رفتار غیرکشسانی برج تحت بارگذاری لرزه ای ضروری است. این شامل:

• غیر خطی بودن مواد: مدلسازی تسلیم و رفتار پس از تسلیم اعضای فولادی.
• غیرخطی بودن هندسی: با در نظر گرفتن تغییر شکل های بزرگ و اثرات P-Delta.
• رفتار اتصال: مدلسازی دقیق سختی و استحکام اتصال.

5. توسعه منحنی شکنندگی

منحنی های شکنندگی با تجزیه و تحلیل آماری پاسخ برج به بارهای لرزه ای ایجاد می شوند. مراحل شامل:

5.1 پارامترهای تقاضای لرزه ای

شناسایی پارامترهای تقاضای لرزه ای (به عنوان مثال،, حداکثر رانش بین طبقاتی, برش پایه) که با حالت های آسیب مرتبط است.

5.2 مدل های احتمالی تقاضای لرزه ای (PSDM ها)

توسعه PSDM که پارامترهای تقاضای لرزه ای را به اندازه گیری های شدت لرزه ای مرتبط می کند (IMs). این را می توان با استفاده از تحلیل رگرسیون بر روی نتایج حاصل از تحلیل های غیرخطی تاریخچه زمانی انجام داد.

5.3 ماتریس های احتمال آسیب

ساخت ماتریس‌های احتمال آسیب که احتمال رسیدن یا فراتر رفتن از هر حالت آسیب را برای سطوح مشخصی از شدت لرزه فراهم می‌کند..

5.4 فرمولاسیون عملکرد شکنندگی

برازش توابع شکنندگی به داده‌های احتمال آسیب. تابع شکنندگی اغلب به عنوان یک تابع توزیع تجمعی لگ نرمال بیان می شود (CDF):

[≥∣]= اف(ln⁡()-ln⁡())پ[DS≥دبازدید کنندگان∣منM]=فی(بدبازدید کنندگانراLN(منM)-LN(منMدبازدید کنندگانرا)را)

جایی که:

• $پ[DS\ge دبازدید\; کنندگان\mid منM]$ = احتمال رسیدن یا بیش از حد آسیب $دبازدید\; کنندگان$ اندازه گیری شدت داده شده $منM$.
• $فی$ = تابع توزیع تجمعی نرمال استاندارد.
• منMدبازدید کنندگانرا = مقدار متوسط ​​اندازه گیری شدت حالت آسیب $دبازدید\; کنندگان$.
• بدبازدید کنندگانرا = انحراف استاندارد لگاریتمی نشان دهنده عدم قطعیت در IM برای وضعیت آسیب $دبازدید\; کنندگان$.

 

 

6. مطالعه موردی: تجزیه و تحلیل شکنندگی لرزه ای یک برج سلولی شبکه فولادی ایستگاه پایه

برای نشان دادن توسعه شکنندگی های لرزه ای, ما یک مطالعه موردی از یک برج سلولی شبکه فولادی واقع در یک منطقه لرزه‌ای فعال را ارائه می‌کنیم.

6.1 توضیحات برج

• ارتفاع: 40 متر
• پیکر بندی: برج مشبک با چهار پایه و مهاربندی متقاطع
• محل: Urban area in a seismic zone with high seismic activity

6.2 Seismic Hazard Data

• Seismic Zone: Zone IV (high seismicity)
• Design Spectra: Based on the local building code
• رکوردهای حرکت زمینی: Selected from a database to match the seismic hazard at the site

6.3 Structural Modeling

A detailed 3D finite element model is created using OpenSees, incorporating the following elements:

• اعضای ساختاری: Steel legs, horizontal and diagonal bracing members
• Connections: Bolted/welded connections modeled with appropriate stiffness and strength characteristics
• پایه: Modeled as fixed supports for simplicity, with a note that a more detailed soil-structure interaction model could be used

6.4 Seismic Loading and Analysis

Ground Motion Selection:

• 10 ground motion records, scaled to match the design spectra at different intensity levels (به عنوان مثال،, 0.1گرم, 0.2گرم, 0.3گرم, …)

Nonlinear Time-History Analysis:

• Performed using the selected ground motions
• پارامترهای خروجی کلیدی: حداکثر رانش بین طبقاتی, برش پایه, و نیروهای عضو

6.5 ضوابط وضعیت خسارت

تعریف حالت های آسیب بر اساس قضاوت مهندسی و معیارهای عملکرد سازه:

• آسیب جزئی (DS1): حداکثر رانش بین طبقاتی < 0.5%
• آسیب متوسط (DS2): حداکثر رانش بین طبقاتی 0.5% – 1.5%
• خسارت گسترده (DS3): حداکثر رانش بین طبقاتی 1.5% – 3%
• سقوط - فروپاشی (DS4): حداکثر رانش بین طبقاتی > 3%

6.6 پارامترهای تقاضای لرزه ای

پارامترهای کلیدی تقاضای لرزه ای به عنوان شناسایی می شوند:

• حداکثر دریفت بین داستانی (میانه)
• برش پایه (لیسانس)

6.7 مدل های احتمالی تقاضای لرزه ای (PSDM ها)

تجزیه و تحلیل رگرسیون بر روی نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی برای ایجاد PSDM برای هر حالت آسیب انجام می شود.. مثلا:

MID=⋅(PGA)میانه=a⋅(PGA)ب

جایی که $a$ و $ب$ ضرایب رگرسیون به دست آمده از تجزیه و تحلیل است.

6.8 توسعه منحنی شکنندگی

ماتریس های احتمال آسیب:

• برای هر حالت آسیب بر اساس پارامترهای تقاضای لرزه ای و شدت لرزه ای متناظر آنها ساخته شده است..

توابع شکنندگی:

• با استفاده از توزیع لگ نرمال به داده‌های احتمال آسیب نصب شده است.

عملکرد شکنندگی مثال برای آسیب متوسط (DS2):

[≥2∣]= اف(ln⁡(PGA)-ln⁡(PGA2)2)پ[DS≥DS2∣PGA]=فی(بDS2راLN(PGA)-LN(PGADS2را)را)

جایی که:

• PGA2PGADS2را = PGA متوسط ​​باعث آسیب متوسط ​​می شود
• 2بDS2را = انحراف استاندارد لگاریتمی برای آسیب متوسط

6.9 نتایج

منحنی های شکنندگی برای هر حالت آسیب رسم شده است, نشان دادن احتمال فراتر رفتن از هر حالت آسیب به عنوان تابعی از PGA. نتایج نمونه ممکن است شامل شود:

• DS1: میانگین PGA = 0.15 گرم, 1=0.3بDS1را=0.3
• DS2: میانگین PGA = 0.30 گرم, 2= 0.35بDS2را=0.35
• DS3: میانگین PGA = 0.45 گرم, 3=0.4بDS3را=0.4
• DS4: میانگین PGA = 0.60 گرم, 4=0.45بDS4را=0.45

7. بحث و تفسیر

منحنی های شکنندگی توسعه یافته یک اندازه گیری احتمالی از آسیب پذیری برج در برابر رویدادهای لرزه ای ارائه می دهد.. مشاهدات کلیدی شامل:

• آسیب جزئی (DS1): این برج احتمالاً در سطوح نسبتاً پایین PGA آسیب جزئی را تجربه خواهد کرد.
• آسیب متوسط (DS2): احتمال آسیب متوسط ​​به طور قابل توجهی فراتر از PGA 0.3 گرم افزایش می یابد.
• خسارت گسترده (DS3): آسیب گسترده در مقادیر بالاتر PGA محتمل می شود, نشان دهنده نیاز به اقدامات طراحی قوی است.
• سقوط - فروپاشی (DS4): احتمال فروپاشی کم است اما در مقادیر PGA بسیار بالا قابل توجه است, برجسته کردن آستانه های شدت بحرانی برای شکست سازه.

8. نتیجه

تجزیه و تحلیل شکنندگی لرزه ای یک برج سلولی شبکه فولادی ایستگاه پایه، بینش های ارزشمندی را در مورد آسیب پذیری لرزه ای آن ارائه می دهد و به بهبود طراحی و استراتژی های مقاوم سازی اطلاع می دهد.. مراحل ذکر شده در این فرآیند درک جامعی از رفتار برج تحت بارگذاری لرزه ای و توسعه منحنی های شکنندگی قابل اعتماد را تضمین می کند.. این منحنی ها برای ارزیابی ریسک و تصمیم گیری در زمینه تاب آوری لرزه ای بسیار مهم هستند.

9. توصیه هایی برای افزایش مقاومت لرزه ای

بر اساس یافته های حاصل از تجزیه و تحلیل شکنندگی لرزه ای, برای افزایش مقاومت لرزه ای برج می توان چندین توصیه ارائه داد:

9.1 تقویت سازه

• تقویت اعضا: اعضای حیاتی را ارتقا دهید (به عنوان مثال،, پاها و مهاربندی اصلی) مقاومت در برابر نیروهای لرزه ای بالاتر.
• بهبود اتصال: بهبود طراحی و استحکام اتصالات برای جلوگیری از شکست تحت بارگذاری دینامیکی.
• مهاربندی اضافی: مهاربندی اضافی را برای ارائه مسیرهای بار جایگزین و بهبود پایداری کلی معرفی کنید.

9.2 بهبودهای بنیاد

• برهمکنش خاک-ساختار (SSI): انجام تجزیه و تحلیل دقیق SSI و پایه های طراحی برای کاهش موثر نیروهای لرزه ای.
• جداسازی پایه: استفاده از تکنیک های جداسازی پایه برای جدا کردن برج از حرکت زمین و کاهش تقاضای لرزه ای را در نظر بگیرید..

9.3 استراتژی های مقاوم سازی

• سیستم های میرایی: پیاده سازی سیستم های میرایی (به عنوان مثال،, دمپرهای جرمی تنظیم شده, دمپرهای چسبناک) برای اتلاف انرژی لرزه ای و کاهش ارتعاشات.
• تقویت برج های موجود: استفاده از تکنیک های مقاوم سازی مانند افزودن بریس های خارجی یا استفاده از پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP) برای افزایش ظرفیت ساختاری.

9.4 نظارت و نگهداری

• مانیتورینگ لرزه ای: سنسورهایی را برای نظارت بر پاسخ برج در طول رویدادهای لرزه ای و جمع آوری داده ها برای ارزیابی مداوم نصب کنید.
• بازرسی های منظم: برای شناسایی و رفع آسیب‌پذیری‌های احتمالی، بازرسی‌ها و نگهداری معمولی را انجام دهید.

10. جهت گیری های تحقیقاتی آینده

تحقیقات بیشتری را می توان برای اصلاح و تقویت تحلیل شکنندگی لرزه ای برج های سلولی شبکه فولادی انجام داد.:

• تکنیک های مدل سازی پیشرفته: استفاده از مدل‌های اجزا محدود با دقت بالا و روش‌های تحلیل غیرخطی پیچیده برای ثبت رفتارهای پیچیده با دقت بیشتری.
• اعتبار سنجی تجربی: انجام آزمایش‌های جدول لرزش بر روی مدل‌ها یا اجزای مقیاس برای اعتبارسنجی مدل‌های تحلیلی و منحنی‌های شکنندگی.
• طراحی مبتنی بر عملکرد: دستورالعمل های طراحی مبتنی بر عملکرد را به طور خاص برای برج های سلولی ایجاد کنید, شامل بینش های شکنندگی لرزه ای.
• ادغام با سایر خطرات: اثرات ترکیبی چندین خطر را مطالعه کنید (به عنوان مثال،, باد و لرزه) برای توسعه استراتژی های تاب آوری جامع.

11. نتیجه

توسعه شکنندگی لرزه ای برای یک برج سلولی شبکه فولادی ایستگاه پایه گامی حیاتی در تضمین یکپارچگی سازه و تداوم عملیاتی آن در طول و پس از رویدادهای لرزه ای است.. با پیروی از یک رویکرد سیستماتیک برای تجزیه و تحلیل خطر لرزه ای, مدل سازی ساختاری, و توسعه منحنی شکنندگی, مهندسان می توانند میزان آسیب پذیری برج را تعیین کنند و اقدامات کاهش موثری را اجرا کنند. این تلاش ها به انعطاف پذیری کلی زیرساخت های ارتباطی کمک می کند, که برای واکنش اضطراری و بازیابی پس از زلزله ضروری است.