1-1    مقدمه

بررسي و تبيين ارتعاشات نيرومند زمين در دو شاخه مهندسي سازه (ديدگاه تحليل رفتار سازه) و مهندسي زلزله (ديدگاه تحليل رفتار زمين)، داراي اهميت فراوان است. شايان توجه است كه براي حداقل كردن خسارت حاصل از زلزله هاي بزرگ، نيازمندي به تدوين، تعميم و گسترش ديدگاه هاي تحليلي نسبت به ارتعاشات نيرومند زمين، بيش از پيش آشكار گرديده است.

زمین لرزه نزدیک گسل دارای مشخصات ویژه ای است که آن را از زمین لرزه حوزه دور از گسل متمایز می سازد. تجربه زلزله های گذشته نشان داده است که این مشخصات، اثرات قابل توجهی روی نیاز لرزه ای سازه ها وارد می نماید. به ويژه در ركوردهاي سرعت زلزله هاي نزديك گسل، عبارت از وجود سرعت هاي نموي بزرگ زمين، كه در پي پالس هاي بلند مدت شتاب ايجاد مي شود. نمودي از اين اثرات به شكل ايجاد تغيير مكان هاي نوساني بزرگ، كه در ركورد تغيير مكان زمين نيز ديده مي شود. وجود اين مقادير بزرگ در پارامتر هاي حركات زمين در نزديك گسل، مشخصه بارز ركوردهاي زلزله ها نظير زلزله نورتريج، زلزله كوبه، زلزله چي چي تايوان و براي زلزله هاي حوزه نزديك گسل يا به بيان ديگر زلزله هاي با فاصله كم نسبت به گسل لرزه زا مي باشند. با توجه به اینکه بسیاری از شهرهای بزرگ جهان از جمله کلان شهر تهران در معرض زمین لرزه نزدیک گسل قرار دارند، نیاز به شناخت خصوصیات زلزله نزدیک گسل و اثر آن بر سیستم های مهندسی بیش از پیش ضروری به نظر می رسد.

1-2    بیان مسئله

افزایش جمعیت شهرهای نزدیک به گسل های فعال (مانند تهران، تبریز، لوس آنجلس و توکیو)، احتمال وقوع زلزله ای با تلفات بسیار زیاد را در آینده نزدیک دوچندان می کند. این مسئله از این حقیقت ناشی می شود که زلزله نزدیک گسل[1] در مقایسه به زلزله دور از گسل، نیاز لرزه ای بزرگتری می تواند به سازه تحمیل  نماید و در نتیجه باعث وقوع خسارات زیادی در زلزله های گذشته شده است[1]. این مسئله نشان می دهد که بررسی رفتار لرزه ای سازه ها تحت زلزله نزدیک گسل دارای اهمیت بسیاری می باشد.

برخی از مشخصاتی که زلزله نزدیک گسل را از زلزله دور از گسل متمایز می سازد عبارتند از اثر جهت داری[2] ، اثر جابجایی ماندگار[3]  زمانی که جهت پارگی گسل به سمت یک سایت به خصوص باشد و سرعت پارگی گسل نزدیک به سرعت انتشار امواج برشی باشد، در آن سایت اثر جهت داری مشاهده می شود. در این حالت سهم قابل توجهی از انرژی در یک بازه زمانی کوتاه به سایت منتقل می گردد[2]. مقدار زیاد انرژی وارده در بازه زمانی کوتاه، موجب بوجود آمدن یک پالس مجزا در تاریخچه زمانی سرعت زمین لرزه می گردد. این اثر اغلب در مولفه عمود بر گسل قابل مشاهده می باشد[3]. وجود این پالس باعث بزرگتر شدن معیار شدت طیف پاسخ (Sa) در پریودهای نزدیک به پریود پالس می گردد. بنابراین پاسخ سازه ها تحت زلزله دارای پالس، در مقایسه با زلزله دور از گسل متفاوت خواهد بود. گذشته خصوصيت فوق، نگاشت هاي ثبت شده در طي زلزله هاي نزديك گسل اخير همانند زمین لرزه کوکائلی[4] تركيه (1999) و همچنین زلزله چی چی[5] تايوان (1999)،حاوي مقادير بزرگي جابجايي دائمي زمين مي باشند كه به اين پديده جابجایی ماندگار گفته می شود. این تغییر شکل در طول زمان لغزش در راستای لغزش گسل رخ داده و بنابراین عموما در مولفه موازی گسل قابل مشاهده می باشد. به همین جهت در اکثر موارد با اثرات ناشی از جهت داری ترکیب نمی گردد[4].

پاسخ سازه های چند درجه آزاد تحت زلزله نزدیک گسل دارای مشخصات ویژه ای می باشد. بر خلاف پاسخ سازه تحت زمین لرزه معمولی، توزیع نیازها در ارتفاع سازه برای زلزله نزدیک گسل کاملا غیر یکنواخت می باشد[5]. این مشخصات ویژه برای پاسخ سازه ها تحت زلزله نزدیک گسل، مطالعه رفتار سازه ها را تحت این زمین لرزه ها سزاوار موشکافی بیشتر می کند. توسعه دستورالعمل های طراحی برای سازه های نزدیک به چشمه های فعال لرزه ای، نیازمند درک و دیدگاهی درست و مناسب از پاسخ و عملکرد سازه ها تحت این قبیل زلزله ها می باشد.

یکی از مشکلاتی که در بررسی پاسخ لرزه ای سازه ها تحت زلزله نزدیک گسل وجود دارد، این است که تعدادِ رکوردهای زمینلرزه کمی که دارای خصوصیات زلزله نزدیک گسل باشند، تا کنون به ثبت رسیده است. در مناطقی که اطلاعات زلزله های گذشته موجود نمی باشد، این مشکل مضاعف میباشد. یکی از راهکارهایی که برای این مناطق وجود دارد، استفاده از زمین لرزه مصنوعی می باشد. روش های زیادی برای تولید زمین لرزه مصنوعی برای یک منطقه به خصوص وجود دارد. به طور کلی می توان این روش ها را به روش های احتمالاتی و روش های تعینی تقسیم بندی نمود. روش های احتمالاتی به دو روش کلی چشمه نقطه ای[6] و چشمه گسترده[7] قابل تقسیم بندی می باشند[6]. از آنجایی که زلزله دور از گسل دارای ماهیت احتمالاتی می باشد، برای این گونه زلزله ها از روش های احتمالاتی استفاده می شود. زلزله های نزدیک گسل دارای ماهیتی متفاوت از زلزله دور از گسل می باشند و برای شبیه سازی این زمین لرزه ها از روش های تعینی استفاده می گردد. هیسادا و بیلاک[7] روش کارآمدی بر اساس مدل چشمه کینماتیکی ارائه دادند که به خوبی قادر است اثرات زلزله نزدیک گسل شامل اثرات جهت داری و جابجایی ماندگار را شبیه سازی کند. در این روش چشمه زلزله به صورت یک گسل سطحی مدل شده و مشخصات گسل و همچنین مشخصات لایه های مختلف خاک نیز مدل می شوند. در نهایت با حل توابع گرین، نگاشت زلزله در سایت مورد نظر قابل محاسبه می باشد.

در این مطالعه قصد داریم به بررسی پاسخ لرزه ای سازه ها تحت زلزله نزدیک گسل بپردازیم. برای این منظور از زلزله تولید شده برای سایت به خصوص در نزدیک گسل استفاده می نماییم و پاسخ لرزه ای سازه را تحت این زلزله مورد بررسی قرار می دهیم. در نهایت به مقایسه پاسخ لرزه ای سازه تحت زلزله نزدیک گسل دارای پالس سرعت و همچنین زمین لرزه فاقد پالس می پردازیم.

1-3    فرضيه ها و سوالات تحقیق

فرضیات:

•          روش های شبیه سازی مبتنی بر مدل کینماتیکی چشمه، به خوبی قادر به تولید زمین لرزه نزدیک گسل می باشند.

•   زلزله نزدیک گسل دارای اثرات قابل توجهی روی عملکرد لرزه ای سازه ها می باشد.

سوالات:

•   آیا نیاز تغییر مکانی رکوردهای نزدیک گسل در مقایسه با نیاز تغییر مکانی رکوردهای دور از گسل بالا می باشد؟

•   آیا اثرات ناشی از زلزله های نزدیک گسل بر سازه ها و طراحی سازه های مقاوم در برابر این نوع حرکات، بدون شناخت کامل خصوصیات لرزه ای این پدیده و تفاوت آن با حرکت زمین در حوزه دور امکان پذیر است؟

1-4    اهداف تحقيق

در این مطالعه تلاش داریم پاسخ سازه های چند درجه آزاد را تحت زلزله نزدیک گسل مورد بررسی قرار دهیم. هدف کلی شناخت و بهبود درک خود از خصوصیات زلزله نزدیک گسل و اثر آن روی پاسخ لرزه ای سازه ها می باشد. بنابراین قادر خواهیم بود ارزیابی از وضع موجود آیین نامه های طراحی برای ارائه طرحی ایمن در مقابل زلزله نزدیک گسل انجام دهیم. در این مطالعه از زمین لرزه تولید شده به کمک روش های لرزه شناسی برای تولید زمین لرزه نزدیک گسل استفاده می شود. سپس این زلزله ها به عنوان تحریک ورودی به سازه اعمال می شوند و پاسخ لرزه ای سازه ها مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد