Abstract
In the aftermath of recent earthquakes there has been substantial field evidence demonstrating that the collapse of several existing structures was caused by the effects of the vertical component of seismic ground motions. Such field evidence has not yet been supported by comprehensive analytical assessment and experimental tests. The present work focuses on preliminary analyses of the seismic response of reinforced concrete (RC) members subjected to horizontal (HGMs) and vertical (VGMs) ground motions recorded during the 2009 L’Aquila (Italy) earthquake. Normalised axial loads in beam–columns as well as the peak ground acceleration ratios between horizontal and vertical ground accelerations are emphasized as they are considered parameters of paramount importance for the assessment of structural components and systems subjected to combined horizontal and vertical ground motions (HVGMs). Results of extensive parametric nonlinear dynamic analyses carried out on simplified structural models are discussed in detail. The sample models comprise cantilever RC columns and a two-storey, twobay plane frame designed for gravity loads. The structural response quantities for the performed analyses are expressed in terms of axial loads, axial deformations, bending moment-axial load interaction and shear demand/capacity ratios. It is found that the variation of axial loads is significant in columns under HVGMs, especially in compression. For values of normalised axial loads (ν) corresponding to actual RC columns in framed building structures, e.g., normalised axial load ν > 0.10, the average increase of the compression load ranges between 174% (ν = 0.20) and 59% (ν = 0.50). For high values of normalized axial loads the computed axial load-bending moment pairs lie beyond the threshold interaction curves and, in turn, the RC members may fail. The shear demand-to-supply ratio is also detrimentally affected by the high fluctuations of axial loads in the columns. Net tensile forces were computed for columns with low-to-moderate axial gravity preload. In multi-storey framed buildings, the response of central columns is significantly affected by the HVGMs. Reliable seismic performance assessment of framed systems requires that combined HGMs and VGMs should be accounted for in the analyses. Further experimental and numerical research is needed to formulate efficient mechanical models to evaluate the shear capacity of structural members of existing RC framed buildings under earthquake loading
چکیده
در پیامد زلزله های اخیر شواهد میدانی قابل توجهی وجود دارد که نشان می دهد فروریزش چندین سازه موجود به دلیل اثرات مولفه قائم حرکت لرزه ای زمین بوده است. چنین شواهد میدانی هنوز توسط مطالعات آزمایشگاهی و ارزیابی های تحلیلی جامع، پشتیبانی نمی شود. در حال حاضر، تمرکز بر تجزیه و تحلیل مقدماتی پاسخ لرزه ای اعضای بتن مسلح (RC) است که در معرض حرکات افقی (HGMs) و عمودی (VGMs) زمین قرار دارند و در طول زلزله L’Aquila سال 2009 (ایتالیا) ثبت شده است. بارهای محوری نرمالیزه شده در ستون های تیر و نیز نسبت های شتاب حداکثر زمین بین شتاب نگاشت های افقی و عمودی زمین مقایسه شده اند، به این دلیل که این پارامترها، مهمترین پارامترهای در نظر گرفته شده برای ارزیابی مولفه های سازه ای و سیستم هایی هستند که در معرض حرکات ترکیبی افقی و عمودی (HVGMs) قرار دارند. نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی پارامتری گسترده پیرامون مدل های سازه ای ساده بطور مفصل مورد بحث قرار گرفته است. مدل های نمونه شامل ستون های RC طره ای و قاب صفحه ای دو پنجره دو طبقه (two-storey,twobay plane frame )، هستند که برای بارهای گرانشی طراحی شده اند. مقادیر پاسخ سازهای برای تحلیل اجرا در شرایط بارهای محوری، تغییر شکل های محوری، اندرکنش بار محوری-گشتاور خمشی و تقاضا برشی / نسبت های ظرفیت، بیان شده اند. می توان دریافت که اختلاف بارهای محوری در ستون های تحت HVGMs، به ویژه در فشار، قابل توجه می باشد. برای مقادیر بارهای محوری نرمالیزه شده (v) متناظر با ستون های RC واقعی در سازه های ساختمانی قابی (framed)، برای مثال برای محوری نرمالیزه شده ν > 0.10، افزایش میانگین بار فشاری از %174 (ν = 0.20) تا %59 (ν = 0.50)) متغیر است. برای مقادیر بالایی از بارهای محوری نرمالیزه شده، جفت شتاور خمشی-بار محوری محاسبه شده، در طرف دبگر از نمودارهای اندرکنش آستانه قرار دارند و به نوبه خود، عضوهای RC ممکن است دچار شکست شود. نسبت تقاضا به عرضه نیز به طور زیان آوری تحت تاثیر نواسانات زیاد بارهای محوری در ستون ها قرار دارد. نیروهای کششی خالص برای ستون هایی با بارگذاری قبلی گرانشی محوری کم تا متوسط محاسبه شد. در ساختمان های قابی چند طبقه، پاسخ ستونهای مرکزی به طور قابل توجهی تحت تاثیر HVGMs است. ارزیابی عملکرد لرزه ای قابل اطمینان مستلزم آن است که ترکیبی از HGMs و VGMs در تحلیل به حساب آید. مطالعه تجربی و عددی بیشتر به فرمولاسیون مدل های مکانیکی کارآمد نیاز دارد تا اینکه ظرفیت برشی اعضای سازه ای مربوط به ساختمان های قابی RC تحت بارگذاری زلزله را ارزیابی کند.
1-مقدمه
از آنجاییکه مشاهده شده نسبت حداکثر شتاب نگاشت عمودی به افقی زمین می تواند در نقاط نزدیک گسل نسبت به نقاط دور از گسل بیشتر باشد، در ارزیابی حرکت های نزدیک به میدان، منافع جدیدی وجود دارد (به عنوان مثال [1،2] از بین بسیاری دیگر از مثال ها). علاوه بر این، شواهد میدانی بسیاری در سراسر جهان وجود دارد که نشان می دهد، فروریزش کلی و محلی بسیاری از سیستم های ساختاری که برای سازه های موجود به کار رفته، ناشی از اثرات ویرانگر مولفه عمودی حرکت زلزله است..