پایان نامه کاهش اثرات گسل بر سازه: تحلیل عددی اندرکنش پی و موانع دیواری

مقدمه: چرا مقابله با زلزله و گسلش سطحی حیاتی است؟

زلزله، این بلای طبیعی غیرقابل پیش‌بینی، همواره تهدیدی جدی برای مناطق پرجمعیت به شمار می‌رود. تجربیات تلخ گذشته نشان داده است که جابجایی‌های دائمی ناشی از حرکت گسل‌ها و انتشار گسیختگی به سطح زمین، عامل اصلی تخریب بسیاری از سازه‌هاست. در این میان، مسئله ساخت‌وساز در مجاورت گسل‌های فعال، به چالشی بزرگ برای مهندسان و برنامه‌ریزان شهری تبدیل شده است.

قوانین و ابهامات: چالش‌های ساخت‌وساز در حریم گسل

آیین‌نامه‌های لرزه‌ای در سراسر جهان، از جمله آیین‌نامه 2800 ایران، محدودیت‌های جدی برای ساخت‌وساز در پهنه‌های گسلی فعال وضع کرده‌اند. طبق بند 6-2-5 آیین‌نامه 2800، احداث ساختمان‌های با اهمیت بسیار زیاد در پهنه‌های گسل اصلی با جابجایی عمده ممنوع بوده و در سایر موارد، تنها با انجام مطالعات و تمهیدات ویژه مجاز است. با این حال، تعیین دقیق فاصله ایمن برای عقب‌نشینی از گسل‌ها، همواره با ابهاماتی همراه است. به عنوان مثال، در کالیفرنیا یک فاصله 15 متری از هر طرف گسل پیشنهاد شده، در حالی که آیین‌نامه‌هایی مانند آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله [2] و آیین‌نامه لرزه‌ای اروپا [3]، فاصله مشخصی را تعیین نکرده‌اند و صرفاً بر اجتناب از ساخت‌وسازهای مهم در این مناطق تاکید دارند.

ابهامات موجود در تشخیص گسل‌های فعال و ساختار آن‌ها، همچنین پیچیدگی انتشار گسیختگی از سنگ‌بستر به سطح زمین که تحت تاثیر عوامل مختلفی نظیر مشخصات خاک و وجود سازه‌های سطحی و زیرسطحی قرار دارد، چالش‌ها را دوچندان می‌کند [4].

ایران در کانون خطر: ضرورت راهکارهای نوین

کشورهایی مانند ایران، با قرار گرفتن بر روی پهنه‌های گسلی فعال (مانند شهرهای تهران، مشهد و تبریز)، بیش از پیش نیازمند راه‌حل‌های موثر برای مقابله با خطرات گسلش هستند. از آنجایی که در بسیاری از موارد، به‌ویژه برای سازه‌های طویلی مانند پل‌ها، تونل‌ها و خطوط لوله، دوری از گسل‌ها عملاً غیرممکن است، بررسی و پیاده‌سازی راهکارهای کاهش خطرات ناشی از گسلش در اندرکنش با سازه‌های سطحی و زیرسطحی، اهمیتی حیاتی پیدا می‌کند [5].

تحقیقات پیشرو: نگاهی به گذشته و راه به سوی آینده

پس از زلزله‌های ویرانگر سال 1991 ترکیه و تایوان و آسیب‌های گسترده به ساختمان‌ها در اثر گسلش سطحی، تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه آغاز شد. این مطالعات شامل بررسی‌های میدانی، آزمایشگاهی (با استفاده از دستگاه‌های شبیه‌ساز گسلش در سانتریفیوژ) و مدل‌سازی‌های عددی بوده است.

نوآوری در پژوهش: راهکار پلی‌استایرن برای انحراف تغییر شکل‌های گسل

در این پایان‌نامه، ما گامی نو در جهت کاهش اثرات مخرب گسلش بر سازه‌ها برداشته‌ایم. با استفاده از مدل‌سازی عددی به روش اجزای محدود و نرم‌افزار Abaqus، به بررسی یک روش نوین برای انحراف تغییر شکل‌های ناشی از گسلش با بهره‌گیری از قطعات پلی‌استایرن پرداخته‌ایم.

پلی‌استایرن، راه‌حلی هوشمندانه؟

پلی‌استایرن، که معمولاً به عنوان مصالح پرکننده سبک در سقف سازه‌های فولادی و بتن‌آرمه کاربرد دارد، در این تحقیق به عنوان یک عنصر کلیدی برای ایجاد مانع دیواری معرفی شده است. با مدل‌سازی یک مانع دیواری حاوی قطعات پلی‌استایرن در عمق و فاصله مشخصی از سازه، عملکرد این المان در انحراف نیروهای زلزله و کاهش تغییر شکل‌های ناشی از گسلش مورد بررسی قرار گرفته است. این مطالعات به ما کمک کرده است تا عمق، عرض و فاصله بهینه این مانع دیواری از سازه را تعیین کنیم، گامی مهم در جهت ایمن‌سازی سازه‌ها در برابر یکی از مخرب‌ترین پدیده‌های طبیعی.