تهیه طیف پاسخ ویژه ساختگاه به روش تعیینی – مطالعه موردی یک ساختگاه در برازجان

امین کشاورز
1- استادیار گروه مهندسی عمران - دانشگاه خلیج فارس بوشهر

چكيده
در بعضی از سازه‌های خاص، طیف ویژه ساختگاه بایستی تعیین شود. یکی از روش‌های تعیین طیف ویژه ساختگاه، استفاده از روش تعیینی است. هر چند این روش نسبت به روش احتمالاتی، دارای معایبی می‌باشد، اما به دلیل سادگی می‌توان برای تعیین طیف ویژه ساختگاه از آن استفاده نمود. در این مقاله برای یک پروژه موردی در شهر برازجان، طیف ویژه ساختگاه به روش تعیینی تهیه شده است. ابتدا تحلیل خطر زلزله به روش تعیینی انجام شد. سپس طیف پاسخ زمین روی سنگ بستر به دو روش استفاده از روابط کاهندگی و تحلیل آماری زلزله‌های مختلف تهیه شد. طیف روی سطح زمین نیز به سه روش استفاده از روابط کاهندگی، تحلیل آماری زلزله‌های مختلف و نیز تحلیل پاسخ زمین تهیه شد. برای تحلیل پاسخ زمین به شتاب‌نگاشت‌های مناسب روی سنگ بستر نیاز است. برای این منظور از شتاب‌نگاشت‌های طبیعی و مصنوعی استفاده شد. نتایج به دست آمده از این روش‌ها با طیف پیشنهادی آیین‌نامه 2800 مقایسه شد. مقایسه نتایج طیف 2800 با میانگین طیف به دست‌ آمده از روش‌های مختلف نشان داد که در دامنه‌ای از پریودها، طیف به دست‌آمده از 2800 بیشتر است.

سوالات تحقيق:
در این مقاله، چگونگی تعیین طیف ویژه ساختگاه به روش تعیینی بررسی شده است. در یک سایت نمونه این روش به کار رفته و با طیف استاندارد آیین‌نامه 2800 مقایسه شده است.

روش تحقیق:
در این مقاله از روش تعیینی برای تعیین طیف پاسخ ویژه ساختگاه استفاده شده است. با استفاده از روابط کاهندگی، تحلیل آماری زلزله‌های مختلف و تحلیل پاسخ زمین، طیف تهیه شده و مقایسه گردیدند.

نتیجه گیری:
نتیجه تحقیق نشان می‌دهد که طیف به دست آمده با این روش، در دامنه‌ای از پریودها از طیف 2800 بیشتر است.

كلمات كليدي: طیف پاسخ ویژه ساختگاه، روش تعیینی، تحلیل پاسخ زمین، روابط کاهندگی، تحلیل آماری زلزله‌ها

1. مقدمه

در بسیاری از پروژه‌های بزرگ مانند سدها، ساختمان‌های بلند و ... بایستی طیف ویژه ساختگاه تهیه شود. روش‌های مختلفی برای تهیه طیف ویژه ساختگاه وجود دارد. برای این منظور بایستی ابتدا تحلیل خطر زمین‌لرزه انجام شود. دو روش عمده برای تحلیل خطر زمین‌لرزه وجود دارند: روش‌ تعیینی (Deterministic Seismic Hazard Analysis, DSHA) و روش احتمالاتی (Probabilistic Seismic Hazard Analysis, PSHA). در روش احتمالاتی اثرات پارامترهای مختلف روی تحلیل خطر از جمله محل گسیختگی، فاصله از گسل، طول گسل و ... به صورت احتمالاتی در نظر گرفته می‌شود. اما در روش تعیینی فقط یک سناریو در نظر گرفته می‌شود[1]. جزییات مربوط به استفاده از روش‌های تعیینی و احتمالاتی در تهیه طیف پاسخ ویژه ساختگاه را می‌توان در [2] یافت.
در این مقاله از روش تعیینی برای ارزیابی طیف پاسخ ویژه ساختگاه استفاده شده است. ساختگاه مورد نظر در شهر برازجان در استان بوشهر قرار دارد.

  پیشنهاد می‌کنیم محصول ژل میکروسیلیس را هم بررسی کنید.

2. تحلیل خطر زمین‌لرزه

جنبش نیرومند زمین ناشی از زمین‌لرزه بر اساس پارامترهای مختلف که بیان کننده اثرات ناشی از یک زمین‌لرزه می‌باشند، بیان می‌شود. مهم ترین پارامترهای جنبش نیرومند زمین که در ارزیابی‌های خطر زمین‌لرزه و رفتار سازه‌های مختلف در برابر آنها مورد نظر بوده و دارای کاربرد مهندسی است، شامل بیشینه شتاب، سرعت، تغییرمکان و همچنین طیف پاسخ شتاب یا سرعت در میرایی‌های مختلف می‌باشد. به طور کلی برای ارزیابی خطر زمین‌لرزه در یک ساختگاه معین، دو روش اساسی وجود دارد. این دو روش عبارتند از تحلیل خطر زمین‌لرزه به روش تعیینی DSHA و احتمالی PSHA. در هر دو روش، هدف به دست آوردن پارامترهای اساسی جنبش زمین مانند بیشینه شتاب زمین می‌باشد. در روش تعیینی بیشتر بر اساس مطالعات و روابط تجربی استوار است و اساس کار در روش احتمالی، مطالعات آماری زمین‌لرزه‌های گذشته منطقه و تعیین رخدادهای لرزه‌ای آینده با در نظر گرفتن احتمالات مختلف می‌باشد.
با وقوع زمین‌لرزه، موج‌های لرزه‌ای تولید می‌شوند. این موج‌ها باعث تکان‌های شدید زمین در نقاط مختلف ساختگاه می‌شوند. به علت پدیده‌هایی مانند جذب و گسترش هندسی، موج‌های لرزه‌ای با فاصله تضعیف می‌شوند. تکان‌های شدید زمین را می‌‌توان توسط کمیت‌های فیزیکی مانند شتاب، سرعت یا جابجایی نشان داد. جهت برآورد بیشینه مقدارهای این کمیت‌ها روابط متعددی بر حسب بزرگی، فاصله، شرایط خاک خاک محلی و نوع گسلش وجود دارد که به آنها روابط کاهندگی گفته می‌شود.

روابط کاهندگی ارتباط بین پارامتر جنبش نیرومند زمین را با بزرگا، فاصله یا پارامترهای دیگر بیان می‌کند. این روابط عمدتاً بر اساس روش‌های آماری تعیین می‌شوند. در این مقاله به منظور تعیین پارامترهای جنبش زمین مانند بیشینه شتاب و مقادیر شتاب‌های طیفی از روابط کاهندگی بسیاری استفاده شده است.
همان‌‌گونه که ذکر شد در این مقاله برای ارزیابی تحلیل خطر زمین‌لرزه از روش تعیینی استفاده شده است. مراحل انجام تحلیل خطر زمین‌لرزه به روش تعیینی عبارت است از [1]:

• تشخیص و مطالعه چشمه‌های لرزه‌زا
• تعیین زمین‌لرزه کنترل‌کننده برای چشمه‌های لرزه‌زا
• انتخاب روابط جنبش نیرومند زمین
• محاسبه پارامتر جنبش نیرومند زمین

در تعیین چشمه‌های لرزه‌زا بایستی تمامی چشمه‌هایی که توانایی ایجاد جنبش نیرومند زمین را در ساختگاه دارند، در نظر گرفت. در مطالعه موردی انجام گرفته در این مقاله، گسل‌های موجود در 150 کیلومتری اطراف ساختگاه برای ارزیابی تحلیل خطر زمین‌لرزه در نظر گرفته شده‌اند.
زمین‌لرزه کنترل‌کننده برای سازه‌های حساس و با درصد خطر زیاد مانند نیروگاه‌های هسته‌ای، سدهای بلند و ... معمولاً به صورت زمین‌لرزه دارای بیشینه بزرگا (Mmax) که از یک سرچشمه لرزه‌زای فرضی و محتمل حاصل می‌‌گردد تعریف شده است. با استفاده از روابط موجود میان طول گسل و بزرگای زمین‌لرزه، می‌توان بیشینه زمین‌لرزه باور کردنی را تخمین زد.
روابط تجربی متعددی، بزرگی را با پارامترهای مختلف گسله ارتباط داده است. به طور نمونه بزرگی با درازای گسیختگی سطحی به صورت تابعی از نوع لغزش ارتباط داده شده است. شکل کلی رابطه بزرگی با پارامترهای مختلف گسلش به صورت زیر است:
(1)
که در آن X پارامترهای یک گسله ویژه مانند درازای گسیختگی سطحی یا جابجایی است و Y بزرگی برآورد شده می‌باشد. ضریب‌های a و b از داده‌های موجود در منطقه یا جهان با روش‌های آماری برآورد می‌شوند.
در این پروژه از روابط ولز و کوپراسمیت، بنیلا و همکاران، زارع، نوروزی، مهاجر اشجعی و نوروزی و اسلمنز و همکاران استفاده شد [3-7] و سپس بزرگی باور کردنی برای هر چشمه لرزه‌زا به صورت میانگین تخمین زده شد.
در مرحله بعد با استفاده از حداکثر بزرگای باورکردنی برای هر گسل و با استفاده از روابط کاهندگی مختلف میزان شتاب ماکزیمم زمین قابل انتظار ناشی از هر گسل به دست آمد. با استفاده از روابط کاهندگی Chiou and Youngs [8] و Campbel and Bozorgnia [9] ملاحظه شد که گسل امتداد لغز برازجان با توجه به نزدیکی زیاد آن به ساختگاه بیشترین مقدار شتاب ماکزیمم را در ساختگاه ایجاد خواهد نمود. بنابراین این گسل که توانایی ایجاد زمین‌لرزه باورکردنی پیش‌بینی شده به بزرگی Mw=7.2 را دارد، به عنوان گسل مبنای محاسبات در نظر گرفته شد. به منظور ارزیابی دقیق‌تر ماکزیمم شتاب زمین PGA برای این گسل از روابط کاهندگی مختلف دیگری نیز استفاده شد و در نهایت میزان PGA برای این ساختگاه 0.35g ارزیابی شد.

3. طیف ویژه ساختگاه

در تعیین طیف ویژه ساختگاه به روش تعیینی دو روش اساسی وجود دارد: روش اول، استفاده از شکل طیف پاسخ و بیشینه شتاب زمین و روش دوم، تخمین مستقیم طیف پاسخ [2]. روش اول یک روش سه مرحله‌ای است یعنی ابتدا شتاب ماکزیمم زمین تخمین زده می‌شود، شکل طیف پاسخ انتخاب می‌شود و سپس شکل انتخابی برای حصول طیف پاسخ در شتاب ماکزیمم زمین ضرب می‌شود.
در روش دوم، طیف پاسخ به صورت مستقیم تعیین می‌شود. برای تعیین طیف پاسخ به صورت مستقیم سه روش می‌توان استفاده کرد: استفاده از روابط کاهندگی طیف پاسخ، انجام تحلیل‌های آماری طیف‌های انتخاب شده از رکوردهای حرکت زمین و مدل‌سازی تئوری (عددی).
در این مقاله از مجموعه‌ای از روش‌های ذکر شده قبل، برای به دست‌ آوردن طیف پاسخ ساختگاه استفاده شده است. با توجه به این‌که ساختمان روی خاک قرار می‌گیرد، تحلیل پاسخ زمین نیز انجام شده است. برای این منظور ابتدا طیف پاسخ روی سنگ بستر با استفاده از دو روش استفاده از روابط کاهندگی و استفاده از تحلیل‌های آماری زلزله‌های مختلف به دست آمده است. طیف پاسخ زمین روی خاک از روش‌های متعددی به دست آمده است: استفاده از روابط کاهندگی، استفاده از تحلیل‌های آماری زلزله‌های مختلف و انجام تحلیل پاسخ زمین.

4. طیف پاسخ روی سنگ بستر

در این مقاله، برای به دست‌ آوردن طیف پاسخ با 5 درصد میرایی روی سنگ بستر، از دو روش استفاده شده است: استفاده از روابط کاهندگی برای طیف پاسخ و استفاده از تحلیل‌های آماری زلزله‌های مشابه.
همان‌گونه که ذکر شد، یکی از روش‌های به دست آوردن طیف پاسخ، استفاده از روابط کاهندگی است. بدین منظور ابتدا بایستی یک سری روابط کاهندگی برای این منظور انتخاب کرد. روابط کاهندگی انتخابی بایستی توانایی به دست آوردن طیف پاسخ را در پریودهای مختلف داشته باشند و همچنین بتوانند خواص زلزله طرح را درخود بگنجانند. در این مقاله از 6 رابطه کاهندگی استفاده شد و سپس طیف پاسخ نهایی با میانگین‌گیری از طیف‌ها به دست آمد.
هنگام به دست آوردن طیف در پریودهای مختلف، سازوکار گسل طرح (گسل امتدادلغز برازجان با بزرگی باورکردنی 7.2 و فاصله حداقل 6 کیلومتر) و نیز خواص سنگ مد نظر قرار گرفت. نتایج تحلیل‌ها در شکل 1 نشان داده شده است. روابط کاهندگی استفاده شده نیز در شکل نشان داده شده است. برای مقایسه، طیف پاسخ ناشی از آیین‌نامه 2800 نیز در شکل نشان داده شده است، اما در میانگین‌گیری از این طیف استفاده‌ای نشده است.
روش دیگری که برای به دست آوردن طیف پاسخ می‌توان استفاده کرد، انجام تحلیل‌های آماری با استفاده از رکوردهای زلزله‌های مختلف است. این روش به طور کلی توسط Kimball [10] و USNRC [11] ارائه شد. این روش شامل انجام تحلیل‌های آماری روی یک دسته از رکوردهای حرکت زمین که فاصله یکسانی نسبت به زلزله طرح دارند و دارای بزرگی‌ها و سازوکار مشابه با زلزله طرح دارند، می‌باشد. برای به دست آوردن طیف از این روش، سه مرحله دنبال شد:
انتخاب رکوردها. برای انتخاب رکوردها، پارامترهای فاصله از گسل، بزرگی زلزله، سازوکار گسل در نظر گرفته شد. همچنین رکوردهایی انتخاب شدند که حرکت روی سنگ بستر در آنها ثبت شده بود. برای این منظور با جستجو در منابع مختلف، 20 رکورد برای انجام تحلیل‌ها انتخاب شدند که در ادامه ذکر خواهند شد.
اصلاح رکوردها. رکوردهای انتخاب شده برای تفاوت در بزرگی، فاصله، نوع گسلش و عوامل دیگر بایستی اصلاح شوند. این اصلاح را می‌توان با استفاده از روابط کاهندگی انجام داد. در این پروژه برای اصلاح رکوردها از رابطه کاهندگی کمپبل و بزرگ‌نیا [9] استفاده شد. با استفاده از این رابطه کاهندگی مقادیر شتاب ماکزیمم و مقادیر شتاب در پریودهای مختلف اصلاح شده‌اند.
تحلیل‌های آماری. برای به دست آوردن طیف پاسخ شتاب روی سنگ بستر، تحلیل‌های آماری روی طیف‌های پاسخ اصلاح‌شده انجام شد.

شکل 1- طیف پاسخ سنگ بستر با استفاده از روابط کاهندگی مختلف

برای انتخاب زلزله‌ها، فاصله، بزرگی و محل اندازه‌گیری (سنگ یا خاک) در نظر گرفته شد. تعداد زلزله‌های امتداد لغز که در محدوده بزرگی و فاصله زلزله طرح قرار داشته باشند و روی سنگ اندازه‌گیری شده باشند، بسیار محدود بود. به همین علت از زلزله‌های با سازوکار دیگر نیز استفاده شد اما برای رکوردهای انتخاب شده در سازوکار دیگر، ضریب اصلاح دیگری برابر 1/1.2 در نظر گرفته شد[2].
با استفاده از رکوردهای انتخاب شده و با استفاده از رابطه کاهندگی، مقادیر شتاب ماکزیمم و شتاب‌های طیفی اصلاح شدند. سپس با استفاده از توزیع لاگ نرمال، احتمال تجاوز از 50 درصد (میانگین) طیف‌ها به دست آمد. نتایج تحلیل درشکل 2 نشان داده شده است. در این شکل، منحنی مشکی پررنگ، میانگین طیف‌ها را پس از انجام تحلیل‌های آماری نشان می‌دهد.

شکل 2 - طیف پاسخ سنگ بستر با استفاده از تحلیل‌های آماری زلزله‌های مختلف

شکل 3 طیف‌های به دست آمده از این دو روش را در مقایسه با آیین‌نامه 2800 نشان می‌دهد. همان‌گونه که ملاحظه می‌شود، در پریودهای کم، مقادیر شتاب طیفی به دست آمده از این دو روش بیشتر از آیین‌نامه 2800 است اما در پریودهای زیادتر از حدود 1.5 ثانیه مقادیر شتاب طیفی کمتر هستند. هر چند که ساختمان مورد نظر روی سنگ بستر قرار ندارد، اما از این طیف‌ها برای انجام تحلیل پاسخ زمین به شرحی که در قسمت‌های آتی خواهد آمد، استفاده شده است.

5 طیف پاسخ روی سطح زمین

برای به دست آوردن طیف پاسخ روی خاک روش‌های متفاوتی وجود دارد. در این مقاله از سه روش برای به دست آوردن طیف پاسخ روی خاک استفاده شده است: استفاده از روابط کاهندگی، انجام تحلیل‌های آماری روی زلزله‌های مختلف و تحلیل پاسخ زمین. برای انجام تحلیل به روش‌های اول و سوم، بایستی مشخصات خاک مخصوصاً سرعت موج برشی را دانست.
با توجه به نتایج گمانه‌های حفر شده، برای محاسبه طیف پاسخ خاک، عمق سنگ بستر 50 متر و سرعت موج برشی و وزن واحد خاک به ترتیب 370 m/s‌ و 18 kN/m3 تخمین زده شدند. برای انجام تحلیل پاسخ زمین، علاوه بر سرعت موج برشی، منحنی تغییرات G/Gmax و میرایی با تغییرات کرنش مورد نیاز است. با توجه به این‌که آزمایش‌های دینامیک خاک برای این پروژه انجام نشده بود، از منحنی‌های پیشنهادی سید و ایدریس [12] برای این منظور استفاده شد.

شکل 3 - مقایسه طیف‌های پاسخ به دست آمده روی سنگ بستر

همان‌گونه که برای سنگ عمل شد، می‌توان به شیوه مشابهی طیف پاسخ خاک را نیز با استفاده از روابط کاهندگی به دست آورد. برای به دست آوردن طیف خاک، از روابط کاهندگی مشابهی استفاده شد. در بعضی از روابط کاهندگی صرفاً انتخاب خاک به جای سنگ کفایت می‌کرد اما در بعضی از روابط کاهندگی سرعت موج برشی برای 30 متر اول خاک نیز مورد نیاز بود. برای این منظور سرعت موج برشی میانگین، استفاده گردید. نتایج این تحلیل‌ها در شکل 4 نشان داده شده است.
می‌توان از روش تحلیل آماری زلزله‌های مختلف نیز برای تعیین طیف پاسخ سنگ استفاده نمود. یعنی ابتدا رکوردهای زلزله‌هایی که روی خاکی شبیه ساختگاه، اندازه‌گیری شده‌اند و دارای شرایط بزرگی و فاصله مشابهی نسبت به زلزله طرح دارند، انتخاب نمود. سپس مقدار شتاب ماکزیمم و نیز مقادیر طیفی رکوردهای انتخاب شده را با استفاده از یک رابطه کاهندگی نسبت به فاصله و بزرگی و نیز سازوکار گسل، اصلاح نمود.
با جستجو در زلزله‌های در دسترس تعداد 21 رکورد برای این منظور انتخاب شد. پس از اصلاح طیف پاسخ و شتاب ماکزیمم زلزله‌های انتخاب شده با استفاده از رابطه کاهندگی، تحلیل‌های آماری روی آن‌ها انجام شد. با استفاده از توزیع لاگ-نرمال متوسط طیف زلزله‌ها محاسبه شد. شکل 5 نتایج تحلیل را نشان می‌دهد. مقدار طیف متوسط محاسبه شده با رنگ مشکی پررنگ مشخص گردیده است.

شکل 4 - متوسط طیف پاسخ روی خاک بر اساس روابط کاهندگی مختلف

شکل 5 - طیف پاسخ روی زمین با استفاده از تحلیل‌های آماری زلزله‌های مشابه انتخابی

5 تحلیل پاسخ زمین

در سایت‌هایی که روی خاک قرار گرفته باشند، روش دیگری که برای محاسبه طیف پاسخ روی زمین، می‌توان استفاده کرد، تحلیل پاسخ زمین می‌باشد. تحلیل پاسخ زمین چگونگی انتشار امواج لرزه‌ای را از سنگ بستر تا سطح زمین نشان می‌دهد. در بسیاری از خاک‌ها امواج هنگام عبور تشدید می‌شوند.
رسوبات زمین‌شناسی و سنگ‌های هوازده که روی سنگ بستر قرار دارند، می‌توانند باعث افزایش میزان لرزش زمین هنگام زلزله شوند. مدل‌سازی اثر این مصالح، روی لرزش زمین ناشی از زلزله، تحلیل پاسخ زمین نامیده می‌شود. ارزیابی پاسخ زمین یکی از مسائل اساسی در مهندسی زلزله می‌باشد. در عمل، مهندسین از تحلیل پاسخ زمین برای پیش‌بینی حرکات سطح زمین و تنش‌ها و کرنش‌های دینامیکی در زمین که اطلاعات مهمی برای طراحی سازه‌های روی زمین و زیرزمین می‌باشند، استفاده می‌کنند [13].
تحلیل‌های پاسخ زمین می‌توانند با روش‌های بسیار متعددی انجام شود. این روش‌ها از نظر توانایی مدل‌کردن هندسه مسئله و موج یا فرضیات آنها برای مدل‌کردن پاسخ زمین متفاوتند. همچنین این روش‌ها بر اساس روش تحلیلی که برای حل معادلات حرکت استفاده می‌کنند، نیز متفاوتند. SHAKE یکی از اولین برنامه‌هایی است که برای تحلیل پاسخ زمین تدوین شده است. مبنای این برنامه بر اساس تئوری انتشار یک بعدی موج می‌باشد و پاسخ سیستم لایه‌های افقی خاک-سنگ در برابر حرکت عمودی موج برشی را محاسبه می‌کند. در این برنامه رفتار غیرخطی خاک‌ها هنگام زلزله با روش خطی معادل، مدل می‌شود.
در دهه‌های گذشته روش‌ها و برنامه‌های کامپیوتری متعددی برای آنالیز پاسخ زمین تدوین شده است. بعضی از این برنامه‌ها بر اساس روش خطی معادل و بعضی دیگر بر اساس مدل‌سازی رفتار غیرخطی خاک در دامنه زمان کار می‌کنند. روش‌های خطی معادل در دامنه فرکانس بسیار مرسوم‌تر از روش‌های غیرخطی در دامنه زمان می‌باشد. یکی از دلایل این مقبولیت این است که انتخاب پارامترها برای تحلیل در دامنه فرکانس آسان است و فقط احتیاج به چگالی، سرعت موج برشی و منحنی‌های غیرخطی کاهش مدول و میرایی بر حسب کرنش برشی می‌باشد. اما روش‌های غیرخطی احتیاج به پارامترهایی دارند که برای اغلب مهندسین ناآشناست و/یا به سختی می‌توان آنها را تعیین کرد.
در این مقاله از روش خطی معادل برای تحلیل پاسخ زمین استفاده شده است. برای این منظور از نرم‌افزار DeepSoil برای انجام محاسبات استفاده شده است. این نرم‌افزار قادر است که تحلیل را هم در دامنه زمان (تحلیل غیرخطی) و هم در دامنه فرکانس (تحلیل خطی معادل) انجام دهد. البته به منظور کنترل صحت و درستی مدل ساخته شده، برای یکی از زلزله‌ها تحلیل با استفاده از برنامه DCSRA [13] انجام شد و طیف پاسخ و شتاب‌نگاشت روی سطح زمین با نرم‌افزار DeepSoil مقایسه گردید و ملاحظه شد که نتایج بسیار به هم نزدیکند.
یکی از مسائل مهم در تحلیل پاسخ زمین، انتخاب شتاب‌نگاشت مناسب برای تحلیل است. شتاب‌نگاشت‌های سنگ مناسب (شتاب‌نگاشت طبیعی یا مصنوعی) بایستی به نحوی اننخاب شوند که بیانگر حرکات سنگ در سایت باشند. شتاب‌نگاشت‌های طبیعی انتخاب شده بایستی دارای مشخصات حرکت زمین (مانند پارامترهای حرکت زمین بیشینه، محتوای طیف پاسخ، و مدت زمان حرکت) مشابه با مشخصات تخمین‌زده شده برای سنگ بستر باشد. تاریخچه‌های زمان طبیعی می‌توانند با استفاده از یک ضریب برای تطابق طیف پاسخ سنگ، مقیاس شوند [2].
در این پروژه برای تحلیل پاسخ زمین، از شتاب‌نگاشت‌های طبیعی و مصنوعی استفاده شده است. با استفاده از برنامه SIMQKE ، ابتدا دو شتاب‌نگاشت مصنوعی برای دو طیف سنگ به دست آمده، ایجاد شد و ملاحظه شد که طیف پاسخ به دست آمده تطابق بسیار خوبی با طیف پاسخ هدف دارد. لازم به ذکر است که برنامه SIMQKE‌ طوری تاریخچه زمانی را تولید می‌‌کند که دارای PGA خواسته شده باشد (در این‌ مقاله 0.35g). به طور مشابه تاریخچه زمانی مصنوعی برای طیف پاسخ سنگ به دست آمده با روش تحلیل آماری زلزله‌های مختلف، با SIMQKE به دست آمد.

برای تحلیل پاسخ زمین شتاب‌نگاشت‌های زلزله‌های رخ داده نیز استفاده شد. برای این منظور ابتدا بایستی زلزله‌هایی مناسب انتخاب شوند. در انتخاب زلزله‌ها موارد زیر در نظر گرفته شد:
• زلزله انتخابی دارای سازوکار مشابه با زلزله طرح باشد.
• فاصله محل شتاب‌نگاشت اندازه‌گیری شده برای زلزله مورد نظر تا پارگی گسل، به فاصله طرح برای ساختگاه، نزدیک باشد.
• بزرگی زلزله انتخابی به زلزله طرح نزدیک باشد.
• تاریخچه زمانی زلزله انتخابی روی سنگ مشابه ساختگاه، اندازه‌گیری شده باشد.
با استفاده از موارد ذکر شده و با جستجو در زلزله‌های رخ داده، چهار زلزله انتخاب شدند. دو مؤلفه افقی اندازه‌گیری شده برای هر یک از زلزله‌ها انتخاب شدند (جمعاً هشت رکورد). سپس هشت شتاب‌نگاشت انتخابی برای شتاب بیشینه مشابه شتاب طرح ساختگاه، مقیاس شدند. طیف پاسخ تمامی شتاب‌نگاشت‌های انتخاب شده برای تحلیل پاسخ زمین (10 شتاب‌نگاشت) در شکل 6 نشان داده شده است.
با استفاده از شتاب‌نگاشت‌های انتخاب شده و با استفاده از نرم‌افزار DeepSoil تحلیل پاسخ زمین به صورت یک بعدی به روش خطی معادل انجام شد. نتایج این تحلیل‌ها برای همه شتاب‌نگاشت‌ها در شکل 7 نشان داده شده است. طیف میانگین این تحلیل‌ها با استفاده از توزیع لاگ‌نرمال محاسبه شده و در شکل نشان داده شده است.

شکل 6 – طیف پاسخ زلزله‌های انتخاب شده برای تحلیل پاسخ زمین

شکل 7 - طیف محاسبه شده از تحلیل پاسخ زمین برای شتاب‌نگاشت‌های سنگ انتخاب شده

در این بخش طیف پاسخ روی خاک با استفاده از سه روش متفاوت محاسبه شد: استفاده از روابط کاهندگی، تحلیل‌های‌ آماری زلزله‌های مشابه و تحلیل پاسخ زمین. شکل 8 طیف‌های به دست آمده از این سه روش را نشان می‌دهد. همان‌گونه که ملاحظه می‌شود، طیف به دست آمده از تحلیل‌های آماری در مقایسه با دو طیف دیگر مقادیر بزرگ‌تری را نشان می‌دهد. برای محاسبه طیف نهایی طرح ساختگاه، از این سه طیف استفاده شده و میانگین آنها محاسبه شده و در شکل نشان داده شده است. درمحاسبه میانگین، وزن هر کدام از طیف‌های روش تحلیل‌ ‌آماری، روابط کاهندگی و تحلیل پاسخ زمین به ترتیب 20 درصد، 40 درصد و 40 درصد در نظر گرفته شده است.
بنا به پیشنهاد آیین‌نامه 2800همین آیین‌نامه، طیف طرح ساختگاه نبایستی کمتر از دو سوم طیف آیین‌نامه در نظرگرفته شود. شکل 9 طیف طرح نهایی ساختگاه به دست آمده را در مقایسه با طیف طرح پیشنهادی آیین‌نامه 2800 نشان می‌دهد. همان‌گونه که ملاحظه می‌شود، برای پریودهای کمتر از حدود 1.5 ثانیه، طیف طرح ساختگاه از طیف آیین‌نامه بیشتر است اما بعد از آن کم می‌شود. همچنین در تمام نقاط طیف طرح ساختگاه از دو سوم طیف طرح آیین‌نامه 2800 بیشتر است.

شکل 8 – طیف‌های به دست آمده برای خاک از روش‌های مختلف و محاسبه طیف نهایی

شکل 9 – مقایسه طیف طرح ساختگاه به دست آمده و طیف طرح پیشنهادی 2800

6 نتیجه‌گیری

در این مقاله، لرزه‌خیزی ساختگاه یک ساختمان در برازجان مورد بررسی قرار گرفته است. برای تهیه طیف پاسخ ویژه ساختگاه از روش تعیینی استفاده شد. با استفاده از منابع موجود، گسل‌های 150 کیلومتری اطراف ساختگاه شناسایی شدند. سپس تحلیل خطر زمین‌لرزه به روش تعیینی DSHA انجام شد. نتایج تحلیل خطر نشان داد که گسل برازجان که در فاصله بسیار نزدیک ساختگاه قرار گرفته است، بحرانی‌ترین گسل است و شتاب مبنای طرح نیز 0.35g تخمین زده شد. همچنین بزرگی Mw برای زلزله باورکردنی برای این گسل 7.2 تخمین زده شد.
برای تعیین طیف ویژه ساختگاه، ابتدا طیف روی سنگ به دو روش استفاده از تحلیل‌های آماری زلزله‌های اتفاق افتاده در ساختگاه‌های مشابه و نیز با استفاده از روابط کاهندگی محاسبه شد. طیف پاسخ خاک، به سه روش محاسبه شد: استفاده از روابط کاهندگی، تحلیل‌های آماری زلزله‌های مشابه و تحلیل پاسخ زمین. طیف نهایی ساختگاه، با استفاده از سه طیف به دست آمده تخمین زده شد و با طیف پیشنهاد شده در آیین‌نامه 2800 مقایسه شد. نتایج نشان داد که طیف ساختگاه محاسبه شده در این مقاله در اغلب پریود‌ها، مقادیر بالایی را نسبت به طیف آیین‌نامه دارد.

 پیشنهاد می‌کنیم محصول روان کننده بتن را هم بررسی کنید.
7 قدردانی

از آقای استوار به دلیل حمایت‌های مادی و معنوی برای انجام این پژوهش تشکر و قدردانی می‌شود.

7 مراجع

1. Kramer, S.L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall Inc.
2. USACE, 1999. Response spectra and seismic analysis of concrete hydraulic structures. US Army Corps of Engineers, EM 1110-2-6050.
3. Wells, D.L. and Coppersmith, K.J. (1994). “Updated empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture area and surface displacement.” Bull. Seism. Soc. Amer, Vol. 84, pp. 4-43.
4. Bonilla, M.G., Mark, R.K. and Lienkaemper, J.J. (1984). “Statistical relations among earthquake magnitude, surface rupture length and surface fault displacement.” Bull. Seism. Soc. Amer. Vol. 74, pp. 2379-2411.
5. Nowroozi, A.A. (1985). “Empirical relations between magnitude and fault parameters for earthquakes in Iran.” Bull. Seism. Soc. Amer., Vol. 75, pp. 1327-1338.
6. Slemmons, D.B., Podin, P. and Zang, X. (1989). “Determination of earthquake size from surface faulting events”, In: Proc. of the Intern. Seminar of Seismic Zonation, Guangzou. State Seismol., Bureau, Beijing, pp. 157–169.
7. Nowroozi, A.A. and Mohajer-Ashjai, A. (1985). “Fault movements and tectonics of eastern Iran: boundaries of the Lut plate”, Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, Vol. 83(1), pp. 215-273.
8. Chiou and Youngs, (2008). Earthquake Spectra, Vol 24, No. 1, pp 173-215.
9. Campbell, K.W. and Bozorgnia, Y. (2003). “Updated near-source ground motion (attenuation) relations for the horizontal and vertical components of peak ground acceleration and acceleration response spectra.” Bulletin of the Seismological Society of America, 93, 314–331.
10. Kimball, J. K. (1983). “The Use of Site Dependent Spectra,” Proceedings of the U.S. Geological Survey Workshop on Site Specific Effects of Soil and Rock on Ground Motions and Implications for Earthquake-Resistant Design, Open-File Report 83-845, U.S. Geological Survey, Reston, VA, pp 401-422.
11. U.S. Nuclear Regulatory Commission. (1990). Standard Review Plan for the Review of Safety Analysis Reports for Nuclear Power Plants, Report NUREG-0800, Rev. 2, Office of Nuclear Reactor Regulation, Rockville, MD.
12. Seed, H.B. and Idriss, I.M., (1970), Soil moduli and damping factors for dynamic response analyses, Technical Report UCB/EERC-70/10, Earthquake Engineering Research Centre, University of California, Berkeley, 48pp.
13. کشاورز، ا. و تبرکی، م. (1388). "کاربرد محاسبات توزیع شده در تحلیل‌های احتمالی پاسخ زمین". هشتمین کنگره بین‌المللی مهندسی عمران، شیراز، ایران.

ABSTRACT
In some special structures, site-specific response spectra is necessary. One of the methods to do this is deterministic method. Although this method has some disadvantages compared with probabilistic method, but due to its simplicity, it can be used to obtain the site-specific response spectra. In this paper for a project in Borazjan, the site-specific spectra has been prepared using deterministic method. First seismic hazard analysis has been done using deterministic method. Then the response spectra on bedrock has been obtained using two method: the attenuation relationships and statistical analysis of strong-motion recordings. Response spectra on soil has been obtained using three method: the attenuation relationships, statistical analysis of strong-motion recordings and site response analysis. To evaluate site response analysis, bedrock motions are required. Real and artificial time histories have been prepared for site response analysis. The results have been compared with Iranian 2800 code. This comparison shows that in some periods, the obtained spectra is larger than 2800.

RESEARCH INQUERIES
In this paper, the development of site-specific response spectra using deterministic method has been discussed. In a case study, this method has been used and results have been compared with 2800 code.

RESEARCH METHOD
In this paper, deterministic method has been used. Site-specific response spectra has been obtained using the attenuation relationships, statistical analysis of strong-motion recordings and site response analysis.

CONCLUSION
The results show that in some periods, the obtained spectra is bigger than the 2800 code.

Key Words
Site-specific response spectra, Deterministic method, Site response analysis, Attenuations relationships, Statistical analysis of strong-motion recordings