کتاب مهندسی زلزله

آشنایی با گرایش مهندسی زلزله

زلزله یکی از بزرگترین بلاهای طبیعی است که علاوه بر خسارات جانی و مالی، به­ طور غیرمستقیم نیز خساراتی به سازه­ های مهندسی و تأسیسات وارد می‌کند. این آسیب­ها عمدتاً به علت تغییرمکان و جابجایی قسمت هایی از سطح زمین، فروریزی و لغزش تپه­ ها، روانگرایی خاک، ایجاد امواج عظیم در دریا و آتش­ سوزی است.

کشور ایران روی کمربند لرزه­ای آلپ – هیمالایا (که یکی از فعالترین مناطق لرزه­ ای جهان است) قرار دارد. هم‌ اکنون یکی از بخش‌های اصلی در طرح و محاسبۀ سازه‌های مختلف در کشور، بررسی سازه در مقابل زلزله می‌باشد. در همین راستا گرایش مهندسی زلزله از دهه 60 به عنوان یک گرایش مستقل از گرایش سازه، در اکثر دانشگاههای کشور تدریس می­ گردد.

هدف دروۀ کارشناسی ارشد زلزله، تربیت افرادی است که دارای توانایی لازم جهت تحلیل، طراحی و نظارت بر سازه­ ها در مقابل بارهای ناشی از زلزله بوده و بتوانند در امور مربوط به مقاوم سازی ساختمان­ ها، تأسیسات آبی، انواع سازه­ های خاکی (مانند پی، دیوار حائل و شمع) و … در برابر زلزله و بارهای دینامیکی اظهارنظر کارشناسی نموده و ضمناً توان تحقیقاتی کافی جهت حل مسائلی که در این زمینه­ ها با آن روبرو می­ شوند را دارا باشند. این پروژه­ های تحقیقاتی می­ توانند شامل مطالعه رفتار لرزه­ ای سازه ­های مختلف، مطالعه رفتار دینامیکی اتصالات، مطالعه خواص مکانیکی مصالح تحت بارهای دینامیکی، تهیه نرم­ افزارهای موردنیاز جهت تحلیل دینامیکی و طراحی لرزه ­ای و نظایر آنها باشد. لازم به ذکر است که کشورهایی نظیر آمریکا، ژاپن، و نیوزیلند از جمله کشورهای بسیار مطرح در زمینه علم زلزله می­ باشند.

دروس اصلی کارشناسی ارشد و دروس مهم مورد نیاز برای این گرایش از دورۀ کارشناسی

تعداد واحدهای مقطع کارشناسی ارشد زلزله نیز مانند تمام گرایش‌های عمران در دوره پژوهش­ محور برابر 32 واحد است که شامل 24 واحد دروس تئوری و عملی، 2 واحد سمینار و 6 واحد پایان­ نامه است. در دوره آموزش محور نیز به جای 6 واحد پایان‌نامه، 6 واحد درس اختیاری گذرانده خواهد شد و در درس سمینار بر روی یک موضوع خاص تحقیق می‌شود. دروس اصلی گرایش زلزله عبارتند از:

دینامیک سازه­ ها، لرزه شناسی و مهندسی زلزله، طراحی لرزه ای سازه ها و دینامیک خاک

همچنین برخی از دروس اختیاری این گرایش عبارتند از:

اثر زلزله بر سازه­ های ویژه، ساختمانهای بتنی و فلزی مقاوم در برابر زلزله، روش اجزاء محدود، تحلیل خطرپذیری سازه­ ها در برابر زلزله، ارتعاشات تصادفی، اندرکنش خاک سازه، اندرکنش آب و سازه، مکانیک محیط­ های پیوسته، روش­های ترمیم و تقویت ساختمانها در برابر زلزله و …..

از دروس مهم مورد نیاز برای این گرایش از دوره کارشناسی می‌توان دروس مبانی مهندسی زلزله، مقاومت مصالح، تحلیل سازه­ ها و (تا حدودی) سازه­ های فولادی را نام برد.

تاریخچه مهندسی زلزله

زلزله از بلایای طبیعی عمده ای است که اغلب علاوه بر خسارات مالی و جانی به سازه‌ها نیز خساراتی وارد میکند. حتی گاهی آنها را به طور کامل تخریب میکند.ایران هم روی کمربند لرزه خیز آلپ-هیمالیا است. پس نیاز به مطالعات درباره زلزله و مقاوم سازی سازه دربرابرش داریم.به همین جهت از دهه 60 مهندسی زلزله به عنوان یکی از گرایش‌های مستقل عمران (و گرایش سازه ) در دانشگاه‌های کشورمان تدریس میشود.

هدف رشته مهندسی زلزله

هدف از یادگیری و استفاده از این رشته بالا بردن دانش و دقت مهندسی در صنعت عمران و ساخت و ساز است. تا بدین صورت بتوانیم خسارات ناشی از خطرات لرزه ای را کاهش داده و به حداقل برسانیم.

درراستای اینکار نیاز به تربیت افرادی داریم که بتوانند مهارت‌های لازم درزمینه تحلیل، طراحی و نظارت دربرابر نیروهای ناشی از زلزله را کسب کنند. همچنین افرادی که در رشته مهندسی زلزله تحصیل می‌کنند، باید در امور ساختمان سازی و مقاومت‌شان، تاسیسات آبی، سازه‌های خاکی نظیر پی، شمع و… بتوانند کارشناسی کنند و نظرات تخصصی برای بهبود وضعیت ارائه دهند.

در بحث مهندسی زلزله افراد باید مطالعه و تحقیقاتی در رابطه با رفتاری که سازه‌های مختلف در برابر زلزله از خود نشان می‌دهند، رفتار دینامیکی اتصالات، خواص مکانیکی مصالحی که تحت بارهای دینامیکی هستند و تهیه نرم­ افزارهای تخصصی برای تحلیل کردن این رفتارها و طراحی لرزه­ای داشته باشند.

البته این موارد به طور کلی وظایف مهندسان زلزله را هم بیان می‌کنند.

دوره کارشناسی ارشد مهندسی زلزله

مقطع کارشناسی ارشد این رشته هم مانند سایر گرایش‌های عمران، 32 واحد است. 24 واحد دروس تئوری و عملی ، 2 واحد سمینار و 6 واحد پایان نامه .

دروس اصلی این رشته شامل دینامیک سازه، لرزه شناسی و مهندسی زلزله، طراحی لرزه ای سازه‌ها، دینامیک خاک می‌باشد. دروس اختیاری رشته مهندسی زلزله به 4 مجموعه طراحی و به‌سازی لرزه ای سازه‌ها، ژئوتکنیک لرزه­ای و لرزه شناسی مهندسی، مدیریت خطر لرزه ­ای و دروس عددی، ریاضی و نظری تقسیم می‌شوند. مانند ژئوتکنیک لرزه­‌ای، تحلیل خطر زلزله، پایش سلامت سازه‌ها، مهندسی زلزله شریان‌های حرارتی، کنترل لرزه‌­ای سازه‌ها، دینامیک غیر خطی سازه‌ها و … .

وظایف مهندسان زلزله

در قسمت های قبل­ وظایف مهندسان زلزله به طور کلی ذکر شد؛ اما در این قسمت کامل تر بدان میپردازیم.

فعالیت های بخش مهندسی زلزله مربوط به مسائل سازه­ای شامل بخش های زیر است :

• تولید شتاب­نگاشت مصنوعی
• تحلیل خطر شهرهای ایران
• پایش سلامت سازه ­ای

تولید شتاب-نگاشت مصنوعی

در اکثر مواقع طرح نهایی تسهیلات بحرانی یا سازه­‌های مهم مانند نیروگاه­‌های برق هسته‌­ای بر اساس تحلیل تاریخچه زمانی تهیه می شود. از این رو به شتاب­نگاشت‌های مناسب برای تحلیل تاریخچه زمانی به منظور ثبت کردن رکورد داریم . اما از آنجایی که تعداد و تنوع شتاب­ نگاشت‌­ها کم است و به علت تفاوت‌های موجود در خصوص مشخصات زمین ­ساختی در اکثر مواقع معیارهای موردنظر را تامین نمیکنند، باید از شتاب­نگاشت‌های مصنوعی با توجه به ویژگی­‌های موردنظر ساخته شوند؛ اینکار راه حل مناسبی برای آنالیز و طراحی سازه‌ها میباشد.

با افزایش فعالیت‌های عمرانی و خسارات زلزله به علت طراحی و ساخت نامناسب، از بهترین راه‌ها برای کاهش و جلوگیری از خسارات طراحی مقاوم دربرابر زلزله است. مهمترین پارامتر بعد از هر زلزله، لرزه خیزی منطقه زلزله زده است. علمی که توانایی تعیین این پارامتر را دارد، تحلیل خطر زلزله است. به کمک آن برای هر منطقه باتوجه به داده‌های لرزه خیزی، گسلهای فعال منطقه و روابط کاهندگی، پارامترهای جنبش زمین تعیین می‌شود.

پایش سلامت سازه‌ای

زندگی ما به سازه‌های عمرانی به شدت وابسته است. بنابراین پایش شرایط این سازه‌ها توسط مهندسان زلزله برای نگهداری آنها لازم است. پایش سلامت سازه­ای یک موضوع برای ارزیابی پیوسته از ایمنی و یکپارچگی سازه­ های است .

فعالیت‌های بخش مهندسی زلزله مربوط به مسائل ژئوتکنیکی نیز شامل بخش‌های زیر است :

• بررسی تاثیر سختی سازه و سختی دیوارهای برشی بر روی نتایج تحلیل پی شمع
• ارزیابی پتانسیل روانگرایی در خاک‌های لای­دار با استفاده از روش های تنش تناوبی
• ارزیابی پتانسیل روانگرایی و پیشبینی میزان فشار آب حفره­ای دینامیکی در خاک‌های لای­دار با استفاده از مفاهیم انرژی 

بررسی تاثیر سختی سازه و سختی دیوارهای برشی بر روی نتایج تحلیل پی شمع

در صورتی که از ظرفیت سرشمع استفاده به آن سیستم در حوزه فنی پی شمع می‌گویند. فرض شمع با سرشمع بدون تماس با خاک سبب افزایش غیرواقعی نیروهای محوری به وجود آمده در شمع‌ها می‌شود. برای تحلیل شمع ها از برنامه‌هایی مانند FLAC3D و ABAQUS استفاده می‌کنند.

ارزیابی پتانسیل روانگرایی در خاک های لای­دار با استفاده از روش های تنش تناوبی

روش‌های سید و ادریس و تیمن باری ارزیابی روانگرایی برپایه تنش، از تجربیات آزمایشگاهی میباشند.

ارزیابی پتانسیل روانگرایی و پیشبینی میزان فشار آب حفره­ای دینامیکی در خاک‌های لایدار با استفاده از مفاهیم انرژی 

روانگرایی از مهم‌ترین پدیده‌های حاصل از زلزله است. در حین زلزله انتشار امواج برشی لرزه‌ای به سمت بالا باعث کاهش مقاومت برشی می‌شود؛ همچنین افزایش فشار آب حفره ای در رسوبات دانه‌ای اشباع می‌گردد. این فرایند بعنوان روانگرایی شناخته می‌شود. راه حل‌های ارائه شده برای ارزیابی زیادند و ضعف های خود را دارند. اما با توجه به ضرورت‌ها و ابهامات موجود در ادبیات فنی انجام این تحقیق ضروری است.

نرم­‌افزارهای موجود در زمینه مهندسی زلزله

به طور کلی نرم‌افزارهایی که برای تحلیل سازه استفاده می‌شوند به احتمال زیاد برای این رشته مناسب اند. نرم افزارهایی مانند DEEPSOIL که یک نرم افزار برای آنالیز خطی و غیرخطی پاسخ داینامیکی یک محل است. نرم‌­افزارهای ETABS و SAP2000 برای تجزیه و تحلیل و مدلسازی ساختمان هستند. نرم­‌افزارهای FLAC3D و ABAQUS هم از نرم افزارهای تحلیل شمع ها هستند.

آینده و بازار کار مهندسی زلزله

از جبنه شغلی این رشته بازار کار مناسبی دارد. دوره آموزشی این رشته، دانشجویان را برای انجام محاسبات و ارائه طرح‌های مقاوم سازی دربرابر زلزله و انجام فعالیت‌های پژوهشی و کاربردی در مهندسی زلزله آماده می‌کند. فارق التحصیلان در این رشته توانایی کافی برای مشغول شدن به کار را در این زمینه‌ها خواهند داشت:

• همکاری با وزارتخانه‌ها و سازمان‌های مسئول اجرای طرح‌های عمرانی و صنعتی مانند وزارت راه و شهرسازی، وزارت نیرو، وزارت صنایع و شهرداری‌ها.
• همکاری با مهندسان در بخش پی و سازه باری شرکت کردن در طراحی و نظارت کردن بر اجرای پروژه هایی درباره مقاوم سازی و فعالیت هایی ازین قبیل در موسسات مربوط به مهندسی زلزله.
• ورود به زمینه تحلیل خطر و همکاری کردن با مهندسان مشاور صنعتی برای مشارکت در طراحی و نظارت بر اجرای سازه و ساختمان های صنعتی مانند کارخانه ها و سیلو ها و…

فروشگاه آموزشی و دانلودی

خرید کتاب