مهندسی عمران

[Vita]

منشا زلزله ها

سید سعید حسینی (كارشناس سازه)

مقدمه
چند سالی است كه وقوع زلزله های متعدد با قدرت و بزرگی های متفاوت در نقاط مختلف دنیا توجه جهانیان و مخصوصا مهندسان و معماران و دست اندركاران امر ساخت و ساز (شهری و روستایی) را به خود جلب كرده است. به طور متوسط در هر سال حدود 10 هزار نفر در اثر زلزله جان خود را از دست می دهند . بر اساس مطالعات انجام شده توسط سازمان علمی فرهنگی ملل متحد (یونسكو) تلفات مالی ناشی از زلزله از سال 1926 تا 1950 بالغ بر 10 میلیارد دلار بوده است. در همین محدوده زمانی شهرها و روستاهای بسیار زیادی بر اثر زلزله با خاك یكسان شده‌اند. بزرگی بعضی از این زلزله ها حتی بیش از 8 درجه در مقیاس ریشتر۱ بوده است. به عنوان نمونه شهرهای عشق آباد تركمنستان (1948)، آگادیر مراكش در ساحل اقیانوس آتلانتیك (1960)، اسكوپیه مقدونیه (1963)، تانگ شان در كشور چین (1976)، مكزیكو سیتی (1985) را می توان نام برد و در پایان می توان زلزله ویرانگر اخیر بم را مثال زدكه با قدرتی در حدود هفت درجه در مقیاس ریشتر در مدت چند ثانیه جان و مال بیش از 30 هزار نفر از هموطنان عزیزمان را براحتی هرچه تمامتر گرفت.

[Vita]

منشا زلزله
با توجه به توضیحات فوق و با عنایت به این مهم كه در اكثر مناطق كشورمان بدلیل شرایط خاص زمین شناختی و موقعیت جغرافیایی، با خطر وقوع زلزله با شدت های مختلف رو به رو هستیم و به طور كلی ایران از كشورهای لرزه خیز دنیا محسوب می‌شود، از این رو شناخت و مطالعه علل و عوامل وقوع زلزله كه از اساسی ترین مسائل مورد بحث مهندسی عمران در شاخه مهندسی زلزله به شمار می آید، اهمیت خود را بیش از پیش نشان می دهد. در این زمینه علل و عوامل مختلفی به عنوان منشا زلزله ها شناخته شده‌اند. از جمله مهمترین این عوامل می توان به موارد زیر اشاره كرد:
۱ -واكنش های درون زمینی و حركت صفحات تكتونیكی زمین (Plate Tectonics)
۲- - فعالیت آتشفشان ها
۳- - آزمایش ها و انفجارهای هسته ای و اتمی
۴- -ذخیره كردن آبهای سطحی و شكسته شدن سد های عظیم آب
۵- - فرو ریختن غارهای زیر زمینی و...
اما در میان عوامل فوق، نظریه حركت زمین ساخت صفحه ای (Plate Tectonics ) در بین لرزه شناسان بیشترین مقبولیت را یافته است و در واقع عامل ایجاد حدود 95 درصد از زلزله های بزرگ در جهان به حساب می آید و به عبارت دیگر سایر عوامل ایجاد زلزله، خود تابعی از این عامل هستند .
با پیشرفت سریع علم و تكنولوژی و با انجام اولین مسافرت به دور كره زمین و تهیه نقشه اولیه سطح زمین و سواحل قاره ها در قرون پانزدهم و شانزدهم، شباهت بسیار عجیب بین سواحل غربی آفریقا و شرقی آمریكای جنوبی و تطبیق و جفت شدن آنها مطرح شد. در اویل قرن بیستم منشا كوه زایی برای كوه های جوان زمین و تطبیق كوه های جوان در طرف اقیانوس اطلس دلایلی برای حركت قاره ها و نظریه جابجایی آنها عنوان شد و تحقیقات پیرامون آن توسط آلفرد وگز سبب شد كه بالاخره وی نخستین كسی باشد كه توانست موضوع یكی بودن قاره ها را در ابتدا و حركت آنها طی سالیان دراز را مطرح و پیگیری كند. بر این اساس در حدود 200 میلیون سال قبل، قاره ها به هم اتصال داشته و یك قاره واحد بنام پانگه آ(Pangaea)را تشكیل می دادند.

[Vita]

بر اساس نظریه فوق سطح زمین از یك پوسته سخت به ضخامت 70 تا 150 كیلومتر (ضخامت متوسط 100 كیلومتر )تشكیل شده است كه آن را سخت كره (Lithosphere) می نامند . در زیر لیتوسفر در درون زمین یك لایه با حالت خمیری و داغتر و البته ضعیف تری نسبت به لیتوسفر بنام مذاب كره (Asthenosphere) قرار دارد.پوسته زمین در بعضی مناطق جغرافیایی بریده شده و صفحاتی را بوجود آورده است كه این صفحات بی حركت نبوده و روی گوشته خمیری زمین سر می خورند و در نتیجه وضعیت نسبی و مرز بین آنها همواره در حال تغییر است.
این صفحات به دو نوع كلی قاره ای و اقیانوسی تقسیم می شوند كه قاره ها روی پوسته گرانیتی نسبتا سبكی به ضخامت حدود 40 كیلومتر و اقیانوس ها روی پوسته بازالتی متراكم تری به ضخامت تقریبی 7 كیلومتر قرار دارند.حرارت درون زمین از مهمترین عوامل حركت و جا به جایی این صفحات است. ابعاد صفحات اقیانوسی و موقعیت آنها در حال تغییر است و ماده سازنده آنها در حال تجدید . البته لازم به ذكر است كه سرعت ایجاد و گسترش صفحات با مقیاس سانتیمتر در سال اندازه گیری می‌شود.

[Vita]

حركت هر چند كند صفحات باعث انباشت انرژی در صفحات زمین ساخت می‌شود و در اثر رها شدن ناگهانی این انرژی و انتشار امواج ارتعاشی در محل برخورد صفحات با همدیگر، در سطح زمین زلزله های ویرانگری رخ می دهد.
اگر این صفحات به هم نزدیك شوند، در محل برخوردشان موجب كوه زایی می شوند مثل حركت صفحات ایران و عربستان به طرف هم كه در محل برخوردشان سلسله جبال زاگرس را بوجود آورده اند . ولی اگر این صفحات از هم دور شوند باعث ایجاد شكاف می شوند به عنوان نمونه شكاف وسط اقیانوس اطلس از این نوع است. صفحات اقیانوسی و قاره ای تفاوت های عمده ای با هم دارند از جمله اینكه صفحات اقیانوسی در محل برخورد در بعضی مناطق در زیر همدیگر فرو رفته و صفحه زیرین وارد لایه مذاب زمین شده و بعدا به مرور خود هم ذوب می‌شود و این صفحات در حاشیه شیارهای بر آمده با نوار های بزرگ آتشفشانی موسوم به پشته اقیانوسی كه از كف اقیانوس ها عبور می كنند ایجاد می شوند، اما بر خلاف این صفحات، صفحات قاره ای در پشته تشكیل نمی شوند و در گوشته هم فرو نمی روند . تفاوت دیگر این دو نوع صفحه از نظر سن، جنس و تركیب شیمیایی است .
سن قاره ها نسبت به صفحات سازنده كف اقیانوس ها بسیار زیادتر بوده و در حدود یك میلیارد سال بیشتر است در حالی كه سن صفحات اقیانوسی از 200 میلیون سال تجاوز نمی كند. قاره ها همچون چوب پنبه روی آب به طور سرگردان در حركتند و این حركت تابع سیالی است كه آنها را با خود می كشاند و مثل همان چوب پنبه هیچگاه در سیال (گوشته مذاب زمین)فرو نمی روند.

[Vita]

در نظریه زمین ساخت صفحه ای یا تكتونیك صفحه ای، كره زمین به هفت صفحه اصلی تقسیم شده است :1- صفحه آفریقا 2- صفحه اوراسیا (ورازی) 3- صفحه اقیانوس هند 4- صفحه اقیانوس آرام 5- صفحه قطب جنوب 6- صفحه آمریكا 7- صفحه نازكا. در این نظریه، قاره ها نقش خاصی را بر عهده دارند. قاره ها همراه با صفحاتی كه روی آنها قرار دارند از هم جدا می شوند، تغییر مكان می دهند ولی هیچگاه در گوشته فرو نمی روند. وقتی دو قاره بهم نزدیك شوند و بهم برخورد كنند در محل برخورد، انسداد و جوش خوردگی بوجود می آید. مثلا وقتی هندوستان از آفریقا جدا شد به صورت قطعه از آفریقا به طرف شمال به حركت در آمد و در حدود 40 میلیون سال قبل به آسیا برخورد، عظیم ترین رشته كوه جهان یعنی رشته كوه تبت - هیمالیا بوجود آمد . در نتیجه آسیا به شكل جدید در آمد زیرا هند به قاره آسیا جوش خورد و زایده مثلثی جنوب آسیا تشكیل شد. امروزه از این برخورد اثری بر جای مانده كه رودخانه یالونگ تسانگپو (Yalong Tsangpo )در نزدیكی آن جریان دارد و می توان آن را محل التیام و جوش خوردگی دانست. اصولا در محل این جوش خوردگی ها ،گسل های فراوانی وجود دارد كه بعضا زلزله های بسیار شدیدی در آنها رخ می دهد . البته باید دانست كه واقعه برخورد هند به آسیا منحصر به فرد نیست، تمام قاره آسیا از قطعاتی درست شده است كه تدریجا و طی مراحلی به آن چسبیده اند. ایران هم قطعه ای از اَبَر قاره گندوانا به شمار می رفته و احتمالا طی دوره كربونیفر یا تریاس به آسیا چسبیده است. البته قاره های اروپا و آفریقا نیز بارها به هم برخورد كرده‌اند و از آخرین برخورد آنها كوه های آلپ تشكیل شده است. زمین شناسان پیش بینی می كنند كه برخورد بعدی لااقل در 20 میلیون سال آینده اتفاق خواهد افتاد و مدیترانه را از بین خواهد برد . از تمام این برخورد ها آثار التیام و جوش خوردگی به جای مانده است.

[Vita]

با وجود شناخت عوامل اصلی ایجاد زلزله ها در جهان ، هنوز روش یا برنامه خاصی برای پیش بینی زمان دقیق وقوع زلزله ها كه می تواند تا حدود بسیار زیادی به كاهش تلفات وخسارات جانی و مالی ناشی از آن كمك كند، وجود ندارد . بنابراین مهمترین كاری كه در مواجهه با زلزله ها می توان انجام داد این است كه تا حد امكان كاری كنیم كه میزان تلفات و خسارات مالی و جانی ناشی از آن به حداقل مقدار خود برسد زیرا به هیچ وجه نمی توان مانع از وقوع زلزله شد كه صد البته در این میان كاهش تلفات جانی در اولویت قرار دارد . از جمله مهمترین این اقدامات رعایت اصول صحیح مهندسی در امر ساختمان سازی و اجرای تمام مراحل ساخت و ساز از ابتدای امر تا پایان كار اجرایی بر اساس قوانین و ضوابط ملی و بین المللی موجود در این زمینه است. چیزی كه متاسفانه امروزه در بسیاری از موارد بدلیل ندانم كاری و سهل انگاری عمدی یا سهوی مسئولان و ناظران امر آن طوری كه باید صورت نمی‌گیرد. كاری كه به جرات می توان گفت كه مردمان سرزمین آفتاب تابان و خیلی از كشورهای دیگر دنیا با برنامه ریزی مدون و منطقی و با اختصاص دادن بودجه لازم، به این مهم دست یافته اند. این كشورها با بكارگیری روش های صحیح و اصولی ساختمان سازی ،آموزش دادن و آشنا كردن مردم با راهكارهای مواجهه با زلزله و كارهای دیگر از این دست توانسته اند فرهنگ زلزله را در میان مردمان خود به خوبی جا بیندازند. به عنوان مثال در یكی از شهرهای ژاپن زلزله حدودا 7 ریشتری یك نفر كشته داشته است در حالی كه در زلزله بم ما 30 هزار كشته داشتیم كه این مثال خود گویای همه ناگفته ها در مورد ساخت و ساز غیر اصولی در كشورمان است.

پی نوشت
۱ - مقیاس ریشتر معرف انرژی آزاد شده توسط یك زلزله است.مثلا انرژی زلزله ای به بزرگی 5/8 ریشتر معادل انرژی آزاد شده از انفجار 30 میلیون تن tnt است. زلزله با بزرگی 2 ریشتر معمولاً كوچكترین زلزله ای است كه توسط انسان حس می‌شود. بزرگی ریشتر با دامنه موج زلزله ثبت شده توسط لرزه نگار به صورت لگاریتمی تغییر می كند ، یعنی ازدیاد بزرگی ریشتر به اندازه یك واحد متناظر با 10 برابر شدن دامنه موج و تقریبا 31 برابرشدن مقدار انرژی رها شده بوسیله زلزله است.
۲ - گسل معرف صفحه ای است كه حركات زمین در طول آن رخ می دهد و مبدا حركت زمین در یك زلزله از آن ناشی می‌شود .

منبع : همشهری

[Vita]

تیرچه های پیش ساخته خرپایی

nload=NcodeImageResizer.createOn(this);>

مقدمه
فن تیرچه و بلوک، تلفیق دو روش پیش ساختگی و بتن ریزی در محل است که در آن، قالب تحتانی به کلی حذف می شود. در این روش، فولادهای کششی و برشی ( عرضی ) و پوشش بتنی فولادهای اصلی، بصورت تیرچه های پیش ساخته در کارخانه تولید می شوند. در کارگاه، پس از قرار دادن تیرچه ها به فاصله های معین و شمعبندی زیر تیرچه ها، بلوکها را بین دو تیرچه مجاور قرار داده و سپس آرماتورهای حرارتی را نصب و بتن ریزی می نمایند ؛ به طوری که حداقل ضخامت بتن در روی بلوک، پنج سانتیمتر باشد. پیش از حصول مقاومت بتن پوششی، وزن بلوک ها و بتن توسط تکیه گاههای موقت تحمل می شود و پس از حصول مقاومت بتن پوششی، تیرهای T شکل چسبیده و مجاور هم لنگر خمشی حاصل از بارهای قائم سقف را تحمل، و به تیرهای اصلی منتقل می کنند.

[Vita]

پی های نواری و برخی ابهامات در طراحی این پی ها

امروزه متداولترین نوع پی در ساختمانها، پی نواری میباشد. اما با وجود استفاده عمومی از این پیها به نظر میرسد که هنوز در روش طراحی این پی ها ابهاماتی وجود دارد، که نیاز به بحث و بررسی آنها میباشد. در این مقاله ابتدا به روش معمول در طراحی این پی ها توسط همکاران اشاره کوتاهی میشود و در قسمت بعدی ابهامات موجود در این روش طراحی مطرح و مورد بررسی قرار میگیرد.

-روش معمول در طراحی پی های نواری
معمولآ مهندسان محاسب پی های نواری را با فرض صلبیت نسبی پی در مقایسه با خاک زیر پی و در نتیجه با فرض توزیع یکنواخت و یا خطی تنش در زیر پی و بدون استفاده از برنامه های کامپیوتری مبتنی بر تئوریهای اجزاء محدود (نظیر نرم افزار safe) طراحی میکنند. برای طراحی از 2 ترکیب بارگذاری زیر مطابق آیین نامه aci استفاده میشود.

1) 1.4d+1.7l
2) 0.75(1.4d+1.7l+1.87e) (d بار مرده، l بار زنده و e بار زلزله میباشد )

سپس با در نظر گرفتن کل مجموعه پی ها به عنوان یک عضو سازه ای گشتاور دوم اینرسی این مجموعه در هر دو جهت اصلی سازه و حول نقطه مرکز سختی پی محاسبه میشود. همچنین با محاسبه مجموع بارهای ثقلی و لنگرهای موجود در مرکز سختی پی، برای هر یک از دو حالت بارگذاری بالا و با استفاده از فرمول توزیع تنش در زیر پی محاسبه میشود.

با به دست آمدن توزیع تنشها در زیر پی، هر یک از نوارهای پی به صورت یک تیر چند دهانه یکسره که بار تیر برابر حاضلضرب تنش زیر پی در عرض پی و به صورت گسترده و تکیه گاههای آن در واقع همان ستونها میباشند، توسط برنامه هایی نظیر sap2000 مورد آنالیز قرار گرفته و با محاسبه مقادیر لنگرها در نقاط مختلف، مقدار آرماتورهای مورد نیاز در بالا و پایین نوارهای پی محاسبه میشود. (معمولآ در جهت اطمینان و راحتی محاسبات تنش وارد بر نوارهای پی به صورت یکنواخت و برابر تنش ماکزیمم زیر پی در نظر گرفته میشود).در مرحله آخر در دهانه های بادبندی شده مقدار آرماتورهای بالا در زیر ستونها و آرماتورهای پایین در وسط دهانه مقداری افزایش داده میشود.(حدود 50 درصد)

[Vita]

برخی ابهامات و اشکالات موجود در این روش

اما همانطور که در ابتدا نیز اشاره شد، این روش دارای ابهامات و اشکالاتی میباشد؛ اشکالاتی که باعث تفاوت بعضـآ بسیار زیاد مابین نتایج روش فوق الذکر با روش طراحی کامپیوتری (بر اساس نرم افزار SAFE) میشود. به این ابهامات در زیر اشاره میشود:

1- اولین ابهام در فرض صلب بودن پی میباشد. برای آنکه یک پی به صورت صلب فرض شود، باید یکی از دو شرط زیر ارضا شود:

الف- در صورتی که مقدار بار و فاصله ستونهای مجاور تفاوتی بیش از 20 در صد نداشته باشند و میانگین طول دو دهانه مجاور کمتر از باشد.

ب- در صورتی که پی نواری، نگهدارنده یک سازه صلب باشد که به خاطر سختی سازه، اجازه تغییر شکلهای نامتقارن به سازه داده نمیشود. برای تعیین سختی سازه باید به کمک یک آنالیز، سختی مجموعه پی، سازه و دیوارهای برشی ُرا با سختی زمین مقایسه نمود .(جزییات و فرمولهای این قسمت درکتب مختلف موجود میباشد).

معمولآ مهندسان محاسب از شرط اول استفاده نموده و صلب بودن پی را نتیجه میگیرند. اما اشکال اساسی آنجاست که اکثریت ساختمانهای متداول، پیش شرط این شرط را دارا نمیباشند و اساسآ این شرط برای این ساختمانها قابل استفاده نمیباشد. زیرا با توجه به آنکه اکثریت ساختمانها دارای سیستم سازه ای بادبندی میباشند، در ترکیب بار زلزله در دو ستون مجاور یک دهانه بادبندی، به علت آنکه در یک ستون نیروی فشاری قابل توجه و در ستون دیگر نیروی کششی قابل توجه به وجود می آید، بار این دو ستون (با در نظر گرفتن علامن بارها) اختلافی بسیار بیشتر از 20 درصد دارند و به این جهت شرط الف به طور کلی غیر قابل استفاده میباشد. و اگر پی دارای شرایط صلبیت باشد، بر اساس شرط دوم میباشد و نه شرط اول.

2-دومین خطایی که در این روش وجود دارد، محدود کردن ترکیب بارها به تنها دو ترکیب بار میباشد و حداقل یک ترکیب بار مهم دیگر نادیده گرفته شده میشود.

3) 0.75*(1.2D+1.87E)

این ترکیب بار از آنجا دارای اهمیت میباشد که با توجه به حذف بار زنده و کاهش ضریب بارهای مرده، مقدار نیروی کششی (اصطلاحآ uplift) در ستونهای دهانه های بادبندی به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد، که این مساله سبب بالا رفتن مقدار آرماتور بالا در زیر ستونها در روش محاسبه با نرم افزار SAFE و در نتیجه اختلاف بیشتر مابین نتایج دو روش با همدیگر میشود.

3-اما عمده ترین ابهام و ایراد وقتی به وجود می آید که پس از محاسبه مقادیر تنشها، نوارهای پی به صورت تیرهای یکسره در نظر گرفته شده و تنشهای زیر پی به صورت بار خارجی به تیر واردمیشود و تیر مورد آنالیز قرار میگیرد. این روش تا وقتی که در هر نوار فقط دو ستون وجود داشته باشد (سازه معین باشد)، هیچ ایرادی ندارد. اما ایرادها وقتی ایجاد میشود که در هر نوار تعداد ستونها 3 و یا بیشتر باشد. در این حالت نوارها به صورت تیر نامعین در می آیند. مقادیر واکنشها و تلاشهای داخلی در تیرهای نامعین بستگی کامل به شرایط مرزی تیر و معادلات سازگاری حاصل از شرایط مرزی دارد و در صورت تفاوت شرایط مرزی، صرف آنکه شرایط ظاهری آنها شبیه هم باشد، نمیتواند دلیل قانع کننده ای جهت برابر دانستن نتایج آنالیز برای دو حالت باشد. برای یک تیر چند دهانه یکسره شرایط مرزی به شرح زیر است:

الف- صفر بودن تغیییر مکانها در محل تکیه گاهها

ب- مساوی بودن مقدار دوران ها در حد مرزی چپ و راست هر یک از تکیه گاهها (شرط به هم پیوستگی تیر)

اما در نوارهای پی شرط مرزی الف در بالا به شکل دیگری میباشد.با توجه به آنکه پی به صورت تیر بر بستر ارتجاعی در نظر گرفته میشود، مقدار تنش در هر نقطه ضریبی از مدول عکس العمل زمین میباشد((q=Ks.d و به این ترتیب تغییر مکان در محل تکیه گاهها (و هر نقطه دیگر از پی) بر خلاف شرط الف صفر نمیباشد و برابر حاصل تقسیم تنش موجود بر مدول عکس العمل زمین میباشد(d=q/Ks). ضمن آنکه در این حالت اساسآ مقادیر واکنشهای تکیه گاهی (که همان نیروهای موجود در ستونها میباشند) موجود است و مقادیر تلاشهای داخلی تیر باید به گونه ای محاسبه گردند که با این واکنشها همخوانی داشته و در تعادل باشند. این در حالی است در تحلیل نتایج حاصل از این روش مقادیر واکنشهای تکیه گاهی با نیروهای موجود در ستونها تفاوت بسیاری دارد که خود نشاندهنده غلط بودن این روش میباشد. به طور مثال در ستونهای پای بادبند که ممکن است که یک نیروی کششی قابل توجه وجود داشته باشد بر اساس نتایج این روش معمولآ یک واکنش به صورت یک نیروی فشاری به وجود می آید (بیش از 100 در صد اختلاف!!).

اما ابهام آخری که وجود دارد اینست که طرفداران این روش اگر به درست بودن روش خود اطمینان دارند چرا مقادیر میلگردهای به دست آمده برای دهانه های بادبندی را افزایش می دهند؟ و این افزایش طبق چه معیاری میباشد؟ آیا این مساله خود نشان دهنده عدم اطمینان طرفداران این روش به نتایج حاصله نمیباشد؟

منبع: همکلاسی

[Vita]

ساختار كار پلها

nload=NcodeImageResizer.createOn(this);>

این مقاله به بحث و بررسی پیرامون انواع پل ها و ساختارشان پرداخته است. شما در این مقاله با انواع پل های تیری، پل های قوسی، پلهای زیرقوسی و پل های معلق آشنا خواهید شد. به علاوه این که نیروهایی را که بر پلها تاثیر می گذارند را خواهید شناخت.
این مقاله با زبانی ساده و قابل فهم به بررسی پلها می پردازد. امید است مورد رضایت شما قرار گیرد. بدون شک تا به حال پلی را دیده اید و یا به احتمال زیاد از روی یکی از آنها عبور کرده اید. حتی اگر شما تخته یا کنده درخت را برای جلوگیری از خیس شدن خود بر روی آب قرار دهید در واقع شما یک پل ساخته اید. حقیقتاً پل ها در همه جا وجود دارند و در واقع یک بخش طبیعی و بدیهی از زندگی روزمره ی ما را تشکیل می دهند. یک پل مسیری را بر روی مانع ایجاد می کند که این موانع می تواند رودخانه، دره، جاده، خطوط راه آهن و ... باشد.در این مقاله ما سه نوع اصلی از پل ها را مورد مطالعه و بررسی قرار خواهیم داد که شما می توانید بفهمید که هرکدام چگونه کار می کنند. نوع پل بکار رفته در یک مکان به نوع مانع موجود در آنجا بستگی دارد. معیار اصلی در تعیین نوع پل وسعت و گستردگی آن مانع می باشد. چه مسافتی میان طرفین مانع وجود دارد؟ این مسئله، فاکتور اصلی در تعیین نوع پلی است که قرار است در آن محل احداث شود. با سپری شدن زمان و مطالعه ای مقاله علت آن را متوجه خواهید شد.