ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی
ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی
ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی ) با مطالعه موردی بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری)
خلاصه
هدف از این مقاله تحقیق سازوکار گسیختگی اجزای بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری و تعیین مناطق مستعد خرابی سازه است. از آنجاییکه شهرستان اهر یکی از شهرستان های زلزله خیز ایران و با خطر نسبی زلزله زیاد می باشد. لذا با توجه به وجود گسلهای متعدد در این منطقه و همچنین اهمیت این بنا از لحاظ تاریخی، فرهنگی و گردشگری آسیب شناسی و مقاوم سازی این بنا را اجتناب ناپذیر می سازد. نظر به اینکه مصالح مصرفی در این بنا از نوع مصالح بنایی با قدرت چسبندگی پایین می باشد و همچنین با توجه سوابق آسیب پذیری این بنا در برابر زمین لرزه های قبلی به نظر می رسد که این بنا زلزله های نسبتاً شدید ضعیف باشد. هدف از این پژوهش، بررسی آسیب پذیری این بنا در برابر زلزله های محتمل می باشد. اصلاح زلزله های انتخابی برای بارگذاری لرزه ای، با بیشینه شتاب افقی امکانپذیر بدست آمده برای این منطقه انجام شده است. پس از ایجاد مدل اجزای محدود در نرم افزار Ansys و انجام آنالیزهای مختلف، نتایج گوناگونی مورد بررسی قرار گرفتند.
کلمات کليدي: رفتار لرزه ای، بناهای تاریخی ،آنالیز دینامیکی، شیخ شهاب الدین اهری ، مدلسازی اجزاء محدود
1. مقدمه
اهميت بناهاي تاريخي ايران بلحاظ فرهنگي، هنري و زيبايي شناسي بر کسي پوشيده نيست چرا که اين بناها هويت فرهنگي گذشتگان را در خود حفظ کرده است و همچنين عامل تحکيم وحدت ملي مي باشند. اين آثار پر ارزش با عوامل طبيعي و غير طبيعي در دوره هاي گذشته مورد تهديد قرار گرفته اند چه بسا بناهايي که هيچ اثري از آنها امروزه وجود ندارد. از آنجا که مشخصاً در طول طرح و ساخت اين بناها اثرات زلزله ملاحظه نشده اند لذا ضرورت بايد عملکرد اين بناها در مواجهه با اين پديده طبيعي شناسايي شده و در نهايت اقدامات لازم جهت مقاوم سازي بنا و در مواردي نيز بازسازي آن انجام گيرد. از آنجاييکه شهر اهر يکي از شهرهاي زلزله خيز ايران و با خطر نسبي زلزله زياد است و همچنين اهميت بنای تاریخی شیخ شهاب اهر از لحاظ تاريخي، فرهنگي و گردشگري، آسيب شناسي و مقاوم سازي اين بنا را اجتناب ناپذير مي سازد.]1[
2. بازشناسی بقعه شیخ شهاب الدین اهری
بقعه شیخ شهاب الدین اهری در پارک شیخ شهاب الدین قرار گرفته و آرامگاه شیخ شهاب الدین محمد اهری- عارف بزرگ قرن هفتم هجری- است. دارای 1497 مترمربع بوده و ساختمانی مشتمل بر خانقاه، مسجد، ایوانی بلند، مناره ها و غرفه های متعدد است. خانقاه اين بنا داراي فضاي بزرگي است كه زير گنبد دو پوش قرار گرفته و مقطعي مربعي شكل دارد و هر ضلع آن ۱۱/۲۰متر ،ارتفاع آن ۱۸متر و ضخامت ديوارهايش ۱/۳۰متر مي‌باشد كه در اصطلاح محلي به "قوشخانه" معروف است. در شکل های 1 و 2 نمای بنا و نقشه های ساره ای و معماری آورده شده است.
خانقاه: فضای بزرگی که زیر گنبد دو پوش قرار گرفته مقطعی مربعی شکل دارد که هر ضلع آن 20/11 متر است و ارتفاع آن 18 متر و ضخامت دیوارهایش 30/1 متر می باشد و در اصطلاح محلی به قوشخانه معروف است و در طرفین خانقاه اتاقهایی به ابعاد 30/6 * 60/9 متر و قرینه هم ساخته شده اند که به چینی خانه ( محل نگهداری ظروف چینی ) معروف شده است
مسجد: این قسمت در شرق بقعه به ابعاد 90/60 * 30/9 متر واقع شده و با گچ بریها و نقاشی هایی تزئین یافته و دور تا دور دیوارهایش حاوی دستخط هایی است که از میان آنها دست نوشته های شیخ بهائی ، شاه عباس سوم ، ابوالقاسم نباتی شناخته شده است
شکل 1 – تصاویری از بنای زیبای بقعه شیخ شهاب
شکل 2 – نقشه های معماری و سازه ای بنا
3. آنالیز بناهای تاریخی
به طور کلی آنالیز بناهای تاریخی کاری پیچیده است. زیرا، اولاً محدودیت منابع جهت مطالعه رفتار مکانیکی مصالح بنایی از جمله آزمایش های غیرمخرب در محل، آزمایش تجربی آزمایشگاهی بعدی و توسعه ابزارهای عددی معتبر و ثانیاً مشکلات بکارگیری اطلاعات موجود در آنالیز بناهای تاریخی که عامل مهمتری است، وجود دارد. از مهمترین این مشکلات می توان به موارد متداول زیر اشاره نمود :
* نبود اطلاعات مربوط به ابعاد هندسی قسمت های تخریب شده بنا
* از مصالح تشکیل دهنده هسته داخلی المان های سازه ای اطلاعاتی در دسترس نیست
تشخیص خواص مکانیکی مصالح بکار گرفته در بنا مشکل و گران است*
به علت کیفیت ساخت و استفاده از مصالح طبیعی، تغییرات زیادی در خواص مکانیکی مصالح مشاهده می شود *
* تغییرات چشمگیر در اصل و ترکیب المان های سازه ای مربوط به بناهای با دوره طولانی
* توالی و ترتیب ساخت بنا ناشناخته است
آسیب های موجود در بنا ناشناخته است *
*دستورالعمل های و آیین نامه ها غیر کاربردی می باشند. , 2]1 [
4. لرزه زمینساخت، گسل های بنیادی و کواترنر در پهنه استان آذربایجان شرقی
وقوع زمین لرزه های بزرگ و مخرب در گذشته در سطح ایران به ویژه سلسله جبال البرز در شمال و زاگرس در جنوب غرب ایران و همچنین منطقه ی آذربایجان بر اثر حرکت صفحه عربستان به طرف شمال و فشار آوردن آن به صفحه ایران می باشد. گستره آذربایجان شرقی از نواحی لرزه خیز ایران است. رویداد لرزه های متعدد تاریخی اثر مهم و قابل توجهی در تاریخ تکوین و تحولات این ناحیه از سرزمین ما داشته است. به طور کلی سه روند لرزه زمین ساختی فعال تبریز زنجان، زرینه رود- اراک و ارس گستره آذربایجان را تحت تاثیر قرار داده اند.[3] گسل شمال تبریز را می توان به عنوان جنبانترین روند لرزه خیز در کل گستره آذربایجان معرفی نمود و انتظار می رود که در آینده مهمترین رویدادهای مهلرزه ای استان در اثر فعالیت مجدد این پهنه گسلی رخ دهد.[4] لذا مهمترین روندهای ساختاری در گستره استان معرفی در ادامه معرفی می شوند. این روندها در نقشه ی لرزه زمینساخت این ناحیه در شکل(3) قابل مشاهده است. به طور کلی از نظر لرزه زمینساخت جنبا، روندهای لرزه خیز تبریز – زنجان، زرینه رود – اراک و ارس گستره آذربایجان را تحت تاثیر قرار داده اند. شهراهر به علت واقع شدن در جوار گسل جنوب اهر، محلی پر خطر از دیدگاه لرزه خیزی می باشد بطوری که برای این محل بیشینه شتاب افقی حدود 0.36 g محاسبه شده است.(جدول 1 ) بنابراین بطور کیفی می توان گفت که آثار تاریخی اهر در وضعیت خطرناکی قرار دارند و زلزله عامل تهدید کننده جدی برای ابنیه تاریخی این شهرستان است. لذا در صورت اولویت بندی برای رسیدگی به بناهای تاریخی با توجه به معیارهای مبتنی بر ارزش معماری بناها و آسیب پذیریشان در برابر زلزله، به این نتیجه می رسیم که بنای شیخ شهاب اهر در اولویت قرار دارد.
شکل 3 – نقشه لرزه زمینساخت پهنه استان آذربایجان شرقی
جدول 1- محاسبه بیشینه پارامترهای جنبشی شدید زمین در گستره استان آذربایجان شرقی
سرچشمه خطی لرزه¬زا ( مهمترین سرچشمه لرزه¬زا نسبت به شهر) بیشینه پارامترهای جنبش شدید زمین MCE
گسل طول (کیلومتر) طول گسیختگی (کیلومتر) بزرگا شدت بیشینه بر روی گسل I(MSK) فاصله از گسل (کیلومتر) بیشینه شتاب افقی(g%) PGA بیشینه شدت در محل 1(MSK)
گسل جنوب اهر 62 23 5/6 VII+ 8 36% VII+
5. مدل اجزای محدود ( به روش مدلسازی ماکرو)
بر پایه این روش از مدلسازی مصالح بنایی، نمی¬توان واحد¬های منفرد و اتصالات را از یکدیگر تشخیص داد و محیط مصالح بنایی به صورت پیوسته در نظر گرفته می¬شود به این معنی که آجرها و ملات و سطح مشترک ملات و آجر به صورت یک ماده همگن معادل فرض می¬گردد. خواص فیزیکی این محیط با انجام آزمایشات، و یا متوسط¬گیری وزنی بین خواص فیزیکی محیط آجر و ملات تعیین می گردد. یکی از این پارامترها که در نتایج آنالیز تاثیر زیادی دارد، مدول الاستیسیته مصالح است. در ادامه رابطه ای جهت تعیین دقیقتر این پارامتر ارائه شده است.
تعیین مدول الاستیسیته معادل مصالح بنایی : جهت تعیین مدول الاستیسیته مصالح بنایی برای بارگذاری¬های بدون خروج از مرکزیت رابطه ای به صورت زیر ارائه شده است. [8]
عوامل تاثیرگذار در رابطه (1) مشخصات هندسی و خواص مکانیکی اجزای اساسی تشکیل دهنده مصالح می باشد.
(1):
که در آن نسبت حجمی ملات و آجر با استفاده از روابط(2) و (3) تعیین می گردد.
(2): (3):
ضخامت ملات و آجر مدول الاستیک ملات و آجر و ضریب پواسون ملات و آجر
معمولا روش مدلسازی ماکرو برای آنالیز سازه های بنایی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش نیز به علت حجیم بودن سازه و تعداد بی شمار آجرهای بکار رفته، از این روش جهت مدلسازی محیط بنایی استفاده شده است. بدین منظور و با توجه به خصوصیات مکانیکی مصالح مصرفی، مدلسازی سه بعدی در نرم افزار Ansys انجام شده و تحلیل های مختلف بر روی مدل صورت گرفته است. از جمله المان های مورد استفاده در مدلسازی SOLID45 می باشد. مدل هندسی سازه به علت حجم بزرگ و پیچیدگی فراوان، پس از مدلسازی در نرم افزار Solid Works به محیط نرم افزار Ansys انتقال داده شد و سپس اقدام به مش بندی مدل گردید. مدل ایجاد شده که در شکل 4 قابل مشاهده می باشد در مجموع از 224000 المان تشکیل شده است که برای آنالیز دینامیکی، هزینه زمانی و سخت افزاری زیادی بکار رفته است.
مشخصات مکانیکی مصالح : ، و
6. آنالیز مدل اجزای محدود تحت بارگذاری ثقلی
مدل اجزای محدود ارگ با استفاده از المان 8 گرهی Solid45 ایجاد شده است.. برای المان ها رفتار الاستیک خطی در نظر گرفته شده است. محیط مصالح بنایی در این مدل ایزوتروپ همگن در نظر گرفته شده است.
از تلفیق نتایج حاصل از تغییر شکل سازه در جهت محورهای x,y در جهت محورهای اصلی می توان مکانیزم های گسیختگی محتمل بنا را حدس زد. از نتایج کانتور های تغییرمکان که در شکل 5 آورده شده است،مشاهده می شود که مناره ها تمایل به تغییرشکل در جهت مثبت محور y دارند در حالی که همین تغییرشکل ها برای نواحی اطراف گنبد نزدیک به صفر و یا مقادیر منفی (یعنی تغییرمکان در خلاف جهت محور y) هستند. که می تواند بیانگر این باشد که گنبد در مقطعی به موازات محور x دارای تنش های کششی است. لازم به ذکر است که ترکهای موجود در گنبد (شکل 4) نیز در همین راستا می باشند و این مطلب را تایید می کنند.
7. آنالیز مودال
تحلیل مودال به روش Subspace Method برای 30 مود اول در جهت محورهای اصلی x,y جداگانه بدست آمد که در شکل¬ (6) نشان داده شده است. مود غالب در جهت محور اول،مود 2 و مود غالب برای جهت محور دوم مود اول بدست آمد. اگر بنا را در سه طبقه در نظر گرفته شود، با مشاهده تغییرشکل های مودی، مشاهده می شود که طبقه اول دارای سختی زیادی نسبت به دو طبقه دیگر دارد. همچنین مشاهده می شود که طبقه سوم نسبت به دو طبقه پایین تر طبقه نرم محسوب می شود.
شکل 4 – مدل اجزای محدود بقعه و معرفی نقاط کنترلی
شکل5– نتایج تحلیل مدل تحت اثر وزن خودش
شکل 6 – تغییرشکل های مودی و پریود 10 مود اول
8. آنالیز تاریخچه ی زمانی
با انتخاب تعدادی زیادی از شتابنگاشت های مناسب منطقه از جمله زلزله های چی چی، کوبه، طبس، منجیل، دوزسی، ارزینکن والسنترو و... اقدام به تحلیل لرزه ای مدل عددی گردید. برای تعیین زلزله ای که سازه را در ناحیه تشدید قرار دهد اقدام به تهیه طیف های پاسخ شتابنگاشت زلزله های منتخب نموده و شتابنگاشتی را که بزرگترین پاسخ را برای سازه ارائه دهد، برای اعمال به مدل انتخاب می شود. طیف پاسخ واقعی و مقیاس شده این شتابنگاشت ها در شکل (7) آورده شده است طیف های منجیل، طبس به ترتیب بزرگترین پاسخ ها را دارند. . شتابنگاشت زلزله منجیل از میان شتابنگاشت های ذکر شده انتخاب گردید. به طوری که ماکزیمم شتاب افقی زمین در این شتابنگاشت m/s253 /3 رسانده و به مدل اعمال گردید که در شکل (8 ) قابل مشاهده می باشد. در آنالیز اولیه ای که برای 30 ثانیه رکورد انجام گرفت، مشاهده گردید که در 15 ثانیه اول اکثر نتایج مهم و قابل توجه بدست می آیند و بقیه رکورد سهم چندانی در نتیجه ندارد. لذا نتایج برای 15 ثانیه اول ارائه شده است.
شکل 7 – مقایسه طیف پاسخ شتابنگاشت های انتخابی
شکل 8 – شتابنگاشت زلزله منجیل
شکل 9 – تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل
شکل10– تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل
شکل 11 – تاریخچه ی شیب خط فرضی متصل کننده نوک مناره ها
شکل 2 1– تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل
شکل 13– تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل
در شکل 9 تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل در جهت محور اول نشان داده شده است. سختی زیاد طبقه اول از این نمودار قابل مشاهده است. همچنین نتایج بارگذاری برای جهت محور دوم در شکل 10 قابل مشاهده است. از مقایسه تغییر مکان شکل های 9 و 10 مشخص است که تغییرمکان ماکزیمم در نوک مناره در اثر تحریک در جهت محور دوم اتفاق افتاده است.
در شکل 11،شیب خط فرضی متصل کننده نوک مناره ها نشان داده شده است. بدین صورت که اگر خطی فرضی در نظر بگیریم که نوک مناره ها را به هم متصل کند، و شیب مثبت آن در جهت مثبت محور اول و پادساعتگرد باشد، تاریخچه ی شیب خط فرضی را در این شکل نشان می دهد. همانطور که در اشکال مودی مشخص شد این فرم تغییر شکل مربوط به مد 2 بود که در جهت محور اول غالب بود. و شکل 11 نیز از نتایج بارگذاری در جهت همین محور بدست آمده است.
در شکل 12 و 13 نیز تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود در اثر اعمال بارگذاری لرزه ای در جهت محور اول مقادیر تنش های کششی زیادی در جهت محور y در این نقطه از سازه بوجود می آید.
9. نتيجه¬گيري
بنا در طبقه اول از استحکام و سختی خوبی برخوردار بوده و در صورت ارائه طرحی جهت مقاوم سازی باید نسبت به تقویت آن در طبقات بالاتر اقدام نمود. برای بارگذاری در جهت محور دوم مقادیر بالاتری هم برای تغییرمکان ها و هم برای تنش ها داریم. لذا بنا در این جهت آسیب پذیرتر خواهد بود. و در صورت ارائه طرحی جهت مقاوم سازی بنا در برابر بارگذاری لرزه ای تقویت بنا در این جهت در اولویت قرار دارد. مناره ها، دیوار متصل کننده مناره ها که به عنوان بازوی کوپل آنها محسوب می شوند و همچنین گنبد و دیوار زیر آن نیاز به تقویت و بهسازی دارند.
9. مراجع
مرجع اصلی: ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی ) با مطالعه موردی بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری)
Assessment Seismic Behavior of The
Historical Structures (Case Study: Sheikh Shahabe Ahar)
مجید پورامینیان ،ارژنگ صادقی 1- کارشناس ارشد سازه، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان، تبریز (09113928867) 2- دکتری سازه فضاکار، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان، تبریزMajeed_aminian@yahoo.com
1. پورامینیان، مجید، (1387)، " ارزیابی لرزه ای بناهای تاریخی( با مطالعه موردی بنای تاریخی ارگ علیشاه تبریز)" پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان،تبریز.
2. Lourenco. P.B: Assessment, diagnosis and strengthening of Outeiro church, Portugal; Con build mat; 2005, 19, 634-645.
3- شاه پسند زاده ، مجید: بررسی مقدماتی لرزه¬خیزی، لرزه زمینساخت و خطر زمین لرزه گسلش در پهنه استان آذربایجان شرقی؛ مهدی زارع، موسسه بین المللی زلزله شناسی و منهدسی زلزله، ایران / تهران، شهریور 1374، 2/7 – 95 – 74.
4- ذکاء، یحیی: زمین لرزه¬های تبریز؛ ایران / تهران ؛ کتاب سرا، چاپ اول، زمستان 1368.
5. پورامینیان، مجید، (1387)، " ارزیابی رفتار لرزه ای بنای تاریخی ارگ تبریز)" چهارمین گنگره ملی عمران، دانشگاه تهران،اردیبهشت 1387.
6. Boothby, Thomas E.: Manual for the Assessment of Load–Bearing Unreinforced Masonry Structures; Huriy Sezar Atamturkur, Ece Erdogmus; USA/ Pensylavania; University Park, 5May 2006
7. Bani- Han, Khaldon: Analytical evaluation of repair and stregthening measures of Qasr al – Bint historical monument – Petra, Jordan: samer Barakat; Journal of Engineering Structures; 2006, 28, 1355-1366
8. Blasi. C: the Fractures of the French pantheon: Survey and Structural analysis; Coisson .E; Iori. I; Engineering Fracture mechanics; Article in press 2007
9. Moon , Franklin L.: Rocommendations for Seismic Evaluation and Retrofit of Low – Rise URM Structures; Tianyi Yi; Roberto T. Leon ; Lawrence F. kahn ; Journal of Structural Engineering @ ASCE ; 2006,132,5 , 663-672.
10. Ansys (2004) http://www.ansys. com FE_software, SAS IP Inc.
11. Oliveira, D.V: Experimental and numerical analysis of blocky masonry structures under cyclic loading, Ph.D Thesis, Portugal, guimaraes, University of Minho, Department of civil Engineering, Jan 2003.
ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی ) با مطالعه موردی بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری)
خلاصه
هدف از این مقاله تحقیق سازوکار گسیختگی اجزای بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری و تعیین مناطق مستعد خرابی سازه است. از آنجاییکه شهرستان اهر یکی از شهرستان های زلزله خیز ایران و با خطر نسبی زلزله زیاد می باشد. لذا با توجه به وجود گسلهای متعدد در این منطقه و همچنین اهمیت این بنا از لحاظ تاریخی، فرهنگی و گردشگری آسیب شناسی و مقاوم سازی این بنا را اجتناب ناپذیر می سازد. نظر به اینکه مصالح مصرفی در این بنا از نوع مصالح بنایی با قدرت چسبندگی پایین می باشد و همچنین با توجه سوابق آسیب پذیری این بنا در برابر زمین لرزه های قبلی به نظر می رسد که این بنا زلزله های نسبتاً شدید ضعیف باشد. هدف از این پژوهش، بررسی آسیب پذیری این بنا در برابر زلزله های محتمل می باشد. اصلاح زلزله های انتخابی برای بارگذاری لرزه ای، با بیشینه شتاب افقی امکانپذیر بدست آمده برای این منطقه انجام شده است. پس از ایجاد مدل اجزای محدود در نرم افزار Ansys و انجام آنالیزهای مختلف، نتایج گوناگونی مورد بررسی قرار گرفتند.
کلمات کليدي: رفتار لرزه ای، بناهای تاریخی ،آنالیز دینامیکی، شیخ شهاب الدین اهری ، مدلسازی اجزاء محدود
1. مقدمه
اهميت بناهاي تاريخي ايران بلحاظ فرهنگي، هنري و زيبايي شناسي بر کسي پوشيده نيست چرا که اين بناها هويت فرهنگي گذشتگان را در خود حفظ کرده است و همچنين عامل تحکيم وحدت ملي مي باشند. اين آثار پر ارزش با عوامل طبيعي و غير طبيعي در دوره هاي گذشته مورد تهديد قرار گرفته اند چه بسا بناهايي که هيچ اثري از آنها امروزه وجود ندارد. از آنجا که مشخصاً در طول طرح و ساخت اين بناها اثرات زلزله ملاحظه نشده اند لذا ضرورت بايد عملکرد اين بناها در مواجهه با اين پديده طبيعي شناسايي شده و در نهايت اقدامات لازم جهت مقاوم سازي بنا و در مواردي نيز بازسازي آن انجام گيرد. از آنجاييکه شهر اهر يکي از شهرهاي زلزله خيز ايران و با خطر نسبي زلزله زياد است و همچنين اهميت بنای تاریخی شیخ شهاب اهر از لحاظ تاريخي، فرهنگي و گردشگري، آسيب شناسي و مقاوم سازي اين بنا را اجتناب ناپذير مي سازد.]1[
2. بازشناسی بقعه شیخ شهاب الدین اهری
بقعه شیخ شهاب الدین اهری در پارک شیخ شهاب الدین قرار گرفته و آرامگاه شیخ شهاب الدین محمد اهری- عارف بزرگ قرن هفتم هجری- است. دارای 1497 مترمربع بوده و ساختمانی مشتمل بر خانقاه، مسجد، ایوانی بلند، مناره ها و غرفه های متعدد است. خانقاه اين بنا داراي فضاي بزرگي است كه زير گنبد دو پوش قرار گرفته و مقطعي مربعي شكل دارد و هر ضلع آن ۱۱/۲۰متر ،ارتفاع آن ۱۸متر و ضخامت ديوارهايش ۱/۳۰متر مي‌باشد كه در اصطلاح محلي به "قوشخانه" معروف است. در شکل های 1 و 2 نمای بنا و نقشه های ساره ای و معماری آورده شده است.
خانقاه: فضای بزرگی که زیر گنبد دو پوش قرار گرفته مقطعی مربعی شکل دارد که هر ضلع آن 20/11 متر است و ارتفاع آن 18 متر و ضخامت دیوارهایش 30/1 متر می باشد و در اصطلاح محلی به قوشخانه معروف است و در طرفین خانقاه اتاقهایی به ابعاد 30/6 * 60/9 متر و قرینه هم ساخته شده اند که به چینی خانه ( محل نگهداری ظروف چینی ) معروف شده است
مسجد: این قسمت در شرق بقعه به ابعاد 90/60 * 30/9 متر واقع شده و با گچ بریها و نقاشی هایی تزئین یافته و دور تا دور دیوارهایش حاوی دستخط هایی است که از میان آنها دست نوشته های شیخ بهائی ، شاه عباس سوم ، ابوالقاسم نباتی شناخته شده است
شکل 1 – تصاویری از بنای زیبای بقعه شیخ شهاب
شکل 2 – نقشه های معماری و سازه ای بنا
3. آنالیز بناهای تاریخی
به طور کلی آنالیز بناهای تاریخی کاری پیچیده است. زیرا، اولاً محدودیت منابع جهت مطالعه رفتار مکانیکی مصالح بنایی از جمله آزمایش های غیرمخرب در محل، آزمایش تجربی آزمایشگاهی بعدی و توسعه ابزارهای عددی معتبر و ثانیاً مشکلات بکارگیری اطلاعات موجود در آنالیز بناهای تاریخی که عامل مهمتری است، وجود دارد. از مهمترین این مشکلات می توان به موارد متداول زیر اشاره نمود :
* نبود اطلاعات مربوط به ابعاد هندسی قسمت های تخریب شده بنا
* از مصالح تشکیل دهنده هسته داخلی المان های سازه ای اطلاعاتی در دسترس نیست
تشخیص خواص مکانیکی مصالح بکار گرفته در بنا مشکل و گران است*
به علت کیفیت ساخت و استفاده از مصالح طبیعی، تغییرات زیادی در خواص مکانیکی مصالح مشاهده می شود *
* تغییرات چشمگیر در اصل و ترکیب المان های سازه ای مربوط به بناهای با دوره طولانی
* توالی و ترتیب ساخت بنا ناشناخته است
آسیب های موجود در بنا ناشناخته است *
*دستورالعمل های و آیین نامه ها غیر کاربردی می باشند. , 2]1 [
4. لرزه زمینساخت، گسل های بنیادی و کواترنر در پهنه استان آذربایجان شرقی
وقوع زمین لرزه های بزرگ و مخرب در گذشته در سطح ایران به ویژه سلسله جبال البرز در شمال و زاگرس در جنوب غرب ایران و همچنین منطقه ی آذربایجان بر اثر حرکت صفحه عربستان به طرف شمال و فشار آوردن آن به صفحه ایران می باشد. گستره آذربایجان شرقی از نواحی لرزه خیز ایران است. رویداد لرزه های متعدد تاریخی اثر مهم و قابل توجهی در تاریخ تکوین و تحولات این ناحیه از سرزمین ما داشته است. به طور کلی سه روند لرزه زمین ساختی فعال تبریز زنجان، زرینه رود- اراک و ارس گستره آذربایجان را تحت تاثیر قرار داده اند.[3] گسل شمال تبریز را می توان به عنوان جنبانترین روند لرزه خیز در کل گستره آذربایجان معرفی نمود و انتظار می رود که در آینده مهمترین رویدادهای مهلرزه ای استان در اثر فعالیت مجدد این پهنه گسلی رخ دهد.[4] لذا مهمترین روندهای ساختاری در گستره استان معرفی در ادامه معرفی می شوند. این روندها در نقشه ی لرزه زمینساخت این ناحیه در شکل(3) قابل مشاهده است. به طور کلی از نظر لرزه زمینساخت جنبا، روندهای لرزه خیز تبریز – زنجان، زرینه رود – اراک و ارس گستره آذربایجان را تحت تاثیر قرار داده اند. شهراهر به علت واقع شدن در جوار گسل جنوب اهر، محلی پر خطر از دیدگاه لرزه خیزی می باشد بطوری که برای این محل بیشینه شتاب افقی حدود 0.36 g محاسبه شده است.(جدول 1 ) بنابراین بطور کیفی می توان گفت که آثار تاریخی اهر در وضعیت خطرناکی قرار دارند و زلزله عامل تهدید کننده جدی برای ابنیه تاریخی این شهرستان است. لذا در صورت اولویت بندی برای رسیدگی به بناهای تاریخی با توجه به معیارهای مبتنی بر ارزش معماری بناها و آسیب پذیریشان در برابر زلزله، به این نتیجه می رسیم که بنای شیخ شهاب اهر در اولویت قرار دارد.
شکل 3 – نقشه لرزه زمینساخت پهنه استان آذربایجان شرقی
جدول 1- محاسبه بیشینه پارامترهای جنبشی شدید زمین در گستره استان آذربایجان شرقی
سرچشمه خطی لرزه¬زا ( مهمترین سرچشمه لرزه¬زا نسبت به شهر) بیشینه پارامترهای جنبش شدید زمین MCE
گسل طول (کیلومتر) طول گسیختگی (کیلومتر) بزرگا شدت بیشینه بر روی گسل I(MSK) فاصله از گسل (کیلومتر) بیشینه شتاب افقی(g%) PGA بیشینه شدت در محل 1(MSK)
گسل جنوب اهر 62 23 5/6 VII+ 8 36% VII+
5. مدل اجزای محدود ( به روش مدلسازی ماکرو)
بر پایه این روش از مدلسازی مصالح بنایی، نمی¬توان واحد¬های منفرد و اتصالات را از یکدیگر تشخیص داد و محیط مصالح بنایی به صورت پیوسته در نظر گرفته می¬شود به این معنی که آجرها و ملات و سطح مشترک ملات و آجر به صورت یک ماده همگن معادل فرض می¬گردد. خواص فیزیکی این محیط با انجام آزمایشات، و یا متوسط¬گیری وزنی بین خواص فیزیکی محیط آجر و ملات تعیین می گردد. یکی از این پارامترها که در نتایج آنالیز تاثیر زیادی دارد، مدول الاستیسیته مصالح است. در ادامه رابطه ای جهت تعیین دقیقتر این پارامتر ارائه شده است.
تعیین مدول الاستیسیته معادل مصالح بنایی : جهت تعیین مدول الاستیسیته مصالح بنایی برای بارگذاری¬های بدون خروج از مرکزیت رابطه ای به صورت زیر ارائه شده است. [8]
عوامل تاثیرگذار در رابطه (1) مشخصات هندسی و خواص مکانیکی اجزای اساسی تشکیل دهنده مصالح می باشد.
(1):
که در آن نسبت حجمی ملات و آجر با استفاده از روابط(2) و (3) تعیین می گردد.
(2): (3):
ضخامت ملات و آجر مدول الاستیک ملات و آجر و ضریب پواسون ملات و آجر
معمولا روش مدلسازی ماکرو برای آنالیز سازه های بنایی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش نیز به علت حجیم بودن سازه و تعداد بی شمار آجرهای بکار رفته، از این روش جهت مدلسازی محیط بنایی استفاده شده است. بدین منظور و با توجه به خصوصیات مکانیکی مصالح مصرفی، مدلسازی سه بعدی در نرم افزار Ansys انجام شده و تحلیل های مختلف بر روی مدل صورت گرفته است. از جمله المان های مورد استفاده در مدلسازی SOLID45 می باشد. مدل هندسی سازه به علت حجم بزرگ و پیچیدگی فراوان، پس از مدلسازی در نرم افزار Solid Works به محیط نرم افزار Ansys انتقال داده شد و سپس اقدام به مش بندی مدل گردید. مدل ایجاد شده که در شکل 4 قابل مشاهده می باشد در مجموع از 224000 المان تشکیل شده است که برای آنالیز دینامیکی، هزینه زمانی و سخت افزاری زیادی بکار رفته است.
مشخصات مکانیکی مصالح : ، و
6. آنالیز مدل اجزای محدود تحت بارگذاری ثقلی
مدل اجزای محدود ارگ با استفاده از المان 8 گرهی Solid45 ایجاد شده است.. برای المان ها رفتار الاستیک خطی در نظر گرفته شده است. محیط مصالح بنایی در این مدل ایزوتروپ همگن در نظر گرفته شده است.
از تلفیق نتایج حاصل از تغییر شکل سازه در جهت محورهای x,y در جهت محورهای اصلی می توان مکانیزم های گسیختگی محتمل بنا را حدس زد. از نتایج کانتور های تغییرمکان که در شکل 5 آورده شده است،مشاهده می شود که مناره ها تمایل به تغییرشکل در جهت مثبت محور y دارند در حالی که همین تغییرشکل ها برای نواحی اطراف گنبد نزدیک به صفر و یا مقادیر منفی (یعنی تغییرمکان در خلاف جهت محور y) هستند. که می تواند بیانگر این باشد که گنبد در مقطعی به موازات محور x دارای تنش های کششی است. لازم به ذکر است که ترکهای موجود در گنبد (شکل 4) نیز در همین راستا می باشند و این مطلب را تایید می کنند.
7. آنالیز مودال
تحلیل مودال به روش Subspace Method برای 30 مود اول در جهت محورهای اصلی x,y جداگانه بدست آمد که در شکل¬ (6) نشان داده شده است. مود غالب در جهت محور اول،مود 2 و مود غالب برای جهت محور دوم مود اول بدست آمد. اگر بنا را در سه طبقه در نظر گرفته شود، با مشاهده تغییرشکل های مودی، مشاهده می شود که طبقه اول دارای سختی زیادی نسبت به دو طبقه دیگر دارد. همچنین مشاهده می شود که طبقه سوم نسبت به دو طبقه پایین تر طبقه نرم محسوب می شود.
شکل 4 – مدل اجزای محدود بقعه و معرفی نقاط کنترلی
شکل5– نتایج تحلیل مدل تحت اثر وزن خودش
شکل 6 – تغییرشکل های مودی و پریود 10 مود اول
8. آنالیز تاریخچه ی زمانی
با انتخاب تعدادی زیادی از شتابنگاشت های مناسب منطقه از جمله زلزله های چی چی، کوبه، طبس، منجیل، دوزسی، ارزینکن والسنترو و... اقدام به تحلیل لرزه ای مدل عددی گردید. برای تعیین زلزله ای که سازه را در ناحیه تشدید قرار دهد اقدام به تهیه طیف های پاسخ شتابنگاشت زلزله های منتخب نموده و شتابنگاشتی را که بزرگترین پاسخ را برای سازه ارائه دهد، برای اعمال به مدل انتخاب می شود. طیف پاسخ واقعی و مقیاس شده این شتابنگاشت ها در شکل (7) آورده شده است طیف های منجیل، طبس به ترتیب بزرگترین پاسخ ها را دارند. . شتابنگاشت زلزله منجیل از میان شتابنگاشت های ذکر شده انتخاب گردید. به طوری که ماکزیمم شتاب افقی زمین در این شتابنگاشت m/s253 /3 رسانده و به مدل اعمال گردید که در شکل (8 ) قابل مشاهده می باشد. در آنالیز اولیه ای که برای 30 ثانیه رکورد انجام گرفت، مشاهده گردید که در 15 ثانیه اول اکثر نتایج مهم و قابل توجه بدست می آیند و بقیه رکورد سهم چندانی در نتیجه ندارد. لذا نتایج برای 15 ثانیه اول ارائه شده است.
شکل 7 – مقایسه طیف پاسخ شتابنگاشت های انتخابی
شکل 8 – شتابنگاشت زلزله منجیل
شکل 9 – تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل
شکل10– تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل
شکل 11 – تاریخچه ی شیب خط فرضی متصل کننده نوک مناره ها
شکل 2 1– تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل
شکل 13– تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل
در شکل 9 تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل در جهت محور اول نشان داده شده است. سختی زیاد طبقه اول از این نمودار قابل مشاهده است. همچنین نتایج بارگذاری برای جهت محور دوم در شکل 10 قابل مشاهده است. از مقایسه تغییر مکان شکل های 9 و 10 مشخص است که تغییرمکان ماکزیمم در نوک مناره در اثر تحریک در جهت محور دوم اتفاق افتاده است.
در شکل 11،شیب خط فرضی متصل کننده نوک مناره ها نشان داده شده است. بدین صورت که اگر خطی فرضی در نظر بگیریم که نوک مناره ها را به هم متصل کند، و شیب مثبت آن در جهت مثبت محور اول و پادساعتگرد باشد، تاریخچه ی شیب خط فرضی را در این شکل نشان می دهد. همانطور که در اشکال مودی مشخص شد این فرم تغییر شکل مربوط به مد 2 بود که در جهت محور اول غالب بود. و شکل 11 نیز از نتایج بارگذاری در جهت همین محور بدست آمده است.
در شکل 12 و 13 نیز تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود در اثر اعمال بارگذاری لرزه ای در جهت محور اول مقادیر تنش های کششی زیادی در جهت محور y در این نقطه از سازه بوجود می آید.
9. نتيجه¬گيري
بنا در طبقه اول از استحکام و سختی خوبی برخوردار بوده و در صورت ارائه طرحی جهت مقاوم سازی باید نسبت به تقویت آن در طبقات بالاتر اقدام نمود. برای بارگذاری در جهت محور دوم مقادیر بالاتری هم برای تغییرمکان ها و هم برای تنش ها داریم. لذا بنا در این جهت آسیب پذیرتر خواهد بود. و در صورت ارائه طرحی جهت مقاوم سازی بنا در برابر بارگذاری لرزه ای تقویت بنا در این جهت در اولویت قرار دارد. مناره ها، دیوار متصل کننده مناره ها که به عنوان بازوی کوپل آنها محسوب می شوند و همچنین گنبد و دیوار زیر آن نیاز به تقویت و بهسازی دارند.
9. مراجع
مرجع اصلی: ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی ) با مطالعه موردی بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری)
Assessment Seismic Behavior of The
Historical Structures (Case Study: Sheikh Shahabe Ahar)
مجید پورامینیان ،ارژنگ صادقی 1- کارشناس ارشد سازه، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان، تبریز (09113928867) 2- دکتری سازه فضاکار، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان، تبریزMajeed_aminian@yahoo.com
1. پورامینیان، مجید، (1387)، " ارزیابی لرزه ای بناهای تاریخی( با مطالعه موردی بنای تاریخی ارگ علیشاه تبریز)" پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان،تبریز.
2. Lourenco. P.B: Assessment, diagnosis and strengthening of Outeiro church, Portugal; Con build mat; 2005, 19, 634-645.
3- شاه پسند زاده ، مجید: بررسی مقدماتی لرزه¬خیزی، لرزه زمینساخت و خطر زمین لرزه گسلش در پهنه استان آذربایجان شرقی؛ مهدی زارع، موسسه بین المللی زلزله شناسی و منهدسی زلزله، ایران / تهران، شهریور 1374، 2/7 – 95 – 74.
4- ذکاء، یحیی: زمین لرزه¬های تبریز؛ ایران / تهران ؛ کتاب سرا، چاپ اول، زمستان 1368.
5. پورامینیان، مجید، (1387)، " ارزیابی رفتار لرزه ای بنای تاریخی ارگ تبریز)" چهارمین گنگره ملی عمران، دانشگاه تهران،اردیبهشت 1387.
6. Boothby, Thomas E.: Manual for the Assessment of Load–Bearing Unreinforced Masonry Structures; Huriy Sezar Atamturkur, Ece Erdogmus; USA/ Pensylavania; University Park, 5May 2006
7. Bani- Han, Khaldon: Analytical evaluation of repair and stregthening measures of Qasr al – Bint historical monument – Petra, Jordan: samer Barakat; Journal of Engineering Structures; 2006, 28, 1355-1366
8. Blasi. C: the Fractures of the French pantheon: Survey and Structural analysis; Coisson .E; Iori. I; Engineering Fracture mechanics; Article in press 2007
9. Moon , Franklin L.: Rocommendations for Seismic Evaluation and Retrofit of Low – Rise URM Structures; Tianyi Yi; Roberto T. Leon ; Lawrence F. kahn ; Journal of Structural Engineering @ ASCE ; 2006,132,5 , 663-672.
10. Ansys (2004) http://www.ansys. com FE_software, SAS IP Inc.
11. Oliveira, D.V: Experimental and numerical analysis of blocky masonry structures under cyclic loading, Ph.D Thesis, Portugal, guimaraes, University of Minho, Department of civil Engineering, Jan 2003.
+ نوشته شده در جمعه بیست و ششم شهریور ۱۳۸۹ ساعت 1:16 توسط شادمهردادگرپناه
|