ھندسة الزالزلEarthquake Engineering

General Consideration For EarthquakeEngineering

Elements of Structural Dynamics

Earth Sciences & Seismic Eng. Center

General Consideration For EarthquakeEngineering

Elements of Structural Dynamics

عناصر الدینامیكا االنشائیة،اعتبارات عامــة في ھندسة الزالزل

Introductionمقدمــــة

بال شك تعتبر الھزات األرضیة التأثیر الدینامیكي األكثر أھمیة وذلك لما یتبع ھذا التأثیر من دمار وخسائر بشریة ومادیة وخصوصاً في التجمعات

السكانیة الكبیرة ، األمر الذي فرض استخدام علم ھندسة الزالزل في األعمال اإلنشائیة إلیجاد األفكار والطرق الكفیلة لسالمة المباني عند

فالزالزل تكشف أخطاء التصمیم والتنفیذ . تعرضھا للھزات األرضیة . وحتى الصغیرة والغیر واضحة

بال شك تعتبر الھزات األرضیة التأثیر الدینامیكي األكثر أھمیة وذلك لما یتبع ھذا التأثیر من دمار وخسائر بشریة ومادیة وخصوصاً في التجمعات

السكانیة الكبیرة ، األمر الذي فرض استخدام علم ھندسة الزالزل في األعمال اإلنشائیة إلیجاد األفكار والطرق الكفیلة لسالمة المباني عند

فالزالزل تكشف أخطاء التصمیم والتنفیذ . تعرضھا للھزات األرضیة . وحتى الصغیرة والغیر واضحة

مع ) علم الزالزل(میكانیكا الزالزل تستخدم كتعبیر لتوحید السیسمولوجیاأي مبنى . دینامیكا المنشآت بحیث تمثل أسس علوم ھندسة الزالزل

وبغض النظر عن مجال استخدمھ، یصمم وینفذ بحیث یكون مقاوماً للھزات األرضیة التي یمكن أن تحدث العدید من الخسائر والتي یجب

: تجنبھا، وھي .خسائر في األرواح البشریة -

.خسائر مادیة -وقف الخدمات الحیویة والتي تؤثر على سیر حیاة المجتمع وعلى -

محطات تولید الطاقة الكھربائیة ، الحراریة ( االقتصاد الوطني .الخ ...والذریة، الصناعات ، المستشفیات ومحطات ضخ المیاه

المصانع الكیمیائیة والمنشآت (تسرب مواد ضارة وسامة -) .النوویة

فقدان اآلثار الثقافیة والفنیة -

مع ) علم الزالزل(میكانیكا الزالزل تستخدم كتعبیر لتوحید السیسمولوجیاأي مبنى . دینامیكا المنشآت بحیث تمثل أسس علوم ھندسة الزالزل

وبغض النظر عن مجال استخدمھ، یصمم وینفذ بحیث یكون مقاوماً للھزات األرضیة التي یمكن أن تحدث العدید من الخسائر والتي یجب

: تجنبھا، وھي .خسائر في األرواح البشریة -

.خسائر مادیة -وقف الخدمات الحیویة والتي تؤثر على سیر حیاة المجتمع وعلى -

محطات تولید الطاقة الكھربائیة ، الحراریة ( االقتصاد الوطني .الخ ...والذریة، الصناعات ، المستشفیات ومحطات ضخ المیاه

المصانع الكیمیائیة والمنشآت (تسرب مواد ضارة وسامة -) .النوویة

فقدان اآلثار الثقافیة والفنیة -

تأثیر دینامیكیة ناتجة عن اھتزازات اآللة المثبتة بالمنشأ

Earth Sciences & Seismic Eng. Center

(a)

Earth Science & Seismic Eng. Center

تغیر سرعة الریاح بالعالقة مع الزمن تأثیر حركة الریاح

(b) (c)

Earth Science & Seismic Eng. Center

التأثیرات الزلزالیة

Earth Science & Seismic Eng. Center

(e)

نماذج دینامیكیة لبعض المنشآت

آلیة تأثیر الھزات األرضیة على المبانيMechanism of Earthquakes

حركة األرض االھتزازیة عند حدوث الزالزل تكون معقدة والسرعة وتسارع الحركات ) االنتقال(جداً، وبالتالي التشوه

الزلزالیة تكون بدورھا معقدة وغیر منتظمة من ناحیة . الزمن واالتجاه والمقدار

حركة األرض االھتزازیة عند حدوث الزالزل تكون معقدة والسرعة وتسارع الحركات ) االنتقال(جداً، وبالتالي التشوه

الزلزالیة تكون بدورھا معقدة وغیر منتظمة من ناحیة . الزمن واالتجاه والمقدار

تعتمد بشكل أساسي على ) العمودیة واألفقیة(طبیعة مقدار اإلزاحات:

Epicenterالمسافة بین الموقع ونقطة ما فوق مركز الھزة -Distance

.الطبیعة والظروف الجیولوجیة -

) مسافة األبیسنتر كبیرة(في المنشآت التي تبعد عن المركز السطحي

تعتمد بشكل أساسي على ) العمودیة واألفقیة(طبیعة مقدار اإلزاحات:

Epicenterالمسافة بین الموقع ونقطة ما فوق مركز الھزة -Distance

.الطبیعة والظروف الجیولوجیة -

) مسافة األبیسنتر كبیرة(في المنشآت التي تبعد عن المركز السطحي

:تم تسجیل الحركة الزلزالیة في أحد المباني في الطابق األرضي والطابق التاسع :في الطابق األرضي ُسجل التسارعات القصوى التالیة -

=aغرب -في االتجاه شرق 1.6 - 1.7 m/s2

=aجنوب - في االتجاه شمال 2.2 m/s2

=aالتسارعات الرأسیة 1.1 - 1.2 m/s2

- في الطابق التاسع ُسجل تسارع أفقي مقدارهa= 3 - 3.3 m/s

وقد كانت الفترة الزمنیة للھزة الواحدةs (0.8-1) وھذا یعني تجاوز ،تسارع التربة ، لذلك في المواصفات ، عند حساب االھتزازت یضاف الھتزازات

التربة المسجلة على سطح األرض االھتزازات الذاتیة للمبنى والتي تتأثر ) .الخ...... الصالبة، التخمید ، (المیكانیكیة - بالخواص الدینامیكیة والھندسیة

:تم تسجیل الحركة الزلزالیة في أحد المباني في الطابق األرضي والطابق التاسع :في الطابق األرضي ُسجل التسارعات القصوى التالیة -

=aغرب -في االتجاه شرق 1.6 - 1.7 m/s2

=aجنوب - في االتجاه شمال 2.2 m/s2

=aالتسارعات الرأسیة 1.1 - 1.2 m/s2

- في الطابق التاسع ُسجل تسارع أفقي مقدارهa= 3 - 3.3 m/s

وقد كانت الفترة الزمنیة للھزة الواحدةs (0.8-1) وھذا یعني تجاوز ،تسارع التربة ، لذلك في المواصفات ، عند حساب االھتزازت یضاف الھتزازات

التربة المسجلة على سطح األرض االھتزازات الذاتیة للمبنى والتي تتأثر ) .الخ...... الصالبة، التخمید ، (المیكانیكیة - بالخواص الدینامیكیة والھندسیة

أثر األحمال الزلزالیة على تشوه المنشآت

Earth Science & Seismic Eng. Center

المساقط الثالث للتسارعات الزلزالیة

Earth Science & Seismic Eng. Center

تشوھات تربة التأسیس

Earth Science & Seismic Eng. Center

تشوه رأسي أو ھبوط تشوھات جانبیة تشوھات دورانّیة

عناصر الدینامیكا االنشائیةElements of Structural Dynamics

من أھم خصائص التأثیرات االستاتیكیة أن قیمة تلك األحمال التتغیر مع الزمن أو أن ھناك تغّیر بطيء جداً مما یؤدي الى

.اھمال قوى القصور الذاتي

أما األحمال الدینامیكیة فتتغّیر قیمتھا واتجاھھا ووضعھا مع الزمن بسرعة مما یستدعي ادخال قوى القصور الذاتي في

.الحسابات

من أھم خصائص التأثیرات االستاتیكیة أن قیمة تلك األحمال التتغیر مع الزمن أو أن ھناك تغّیر بطيء جداً مما یؤدي الى

.اھمال قوى القصور الذاتي

أما األحمال الدینامیكیة فتتغّیر قیمتھا واتجاھھا ووضعھا مع الزمن بسرعة مما یستدعي ادخال قوى القصور الذاتي في

.الحسابات

Earth Science & Seismic Eng. Center

التحلیل الدینامیكي یعطي لكل فترة زمنیة من الفترة الكلیة حل ممّیز بمعنى أنھ الیقود الى حلّ واحد مثل

الحل االستاتیكي

التحلیل الدینامیكي یعطي لكل فترة زمنیة من الفترة الكلیة حل ممّیز بمعنى أنھ الیقود الى حلّ واحد مثل

الحل االستاتیكي

Earth Science & Seismic Eng. Center

Earth Science & Seismic Eng. Center

.قوى القصور الذاتي في التحمیل الدینامیكي تعاكس الحركات الناتجة:أما قیمة ھذه القوى فتعتمد على

شدة التأثیرات الخارجیة.ردة فعل المنشآت والتي تقررھا مواصفاتھ الخاصة.

.قوى القصور الذاتي في التحمیل الدینامیكي تعاكس الحركات الناتجة:أما قیمة ھذه القوى فتعتمد على

شدة التأثیرات الخارجیة.ردة فعل المنشآت والتي تقررھا مواصفاتھ الخاصة.

Earth Science & Seismic Eng. Center

مخطط العزوم لكمرة بسیطة االرتكاز تحت تأثیر األحمال االستاتیكیة و الدینامیكیة

Earth Science & Seismic Eng. Center

التأثیر االستاتیكي التأثیر الدینامیكي

التأثیر االستاتیكي, اتزان مرن

االطار الحامل

Earth Science & Seismic Eng. Center

التأثیر االستاتیكي, اتزان مرن

اتزان دینامیكي، التأثیر الدینامیكي

التحلیل االستاتیكي للمنشآت یأخذ بعین االعتبار شكل واحد من.الطاقة وھي طاقة وضع العناصر المرنة في النظام االنشائي

في حالة التحلیل الدینامیكي فھناك أیضاً الطاقة الحركیة

التحلیل االستاتیكي للمنشآت یأخذ بعین االعتبار شكل واحد من.الطاقة وھي طاقة وضع العناصر المرنة في النظام االنشائي

في حالة التحلیل الدینامیكي فھناك أیضاً الطاقة الحركیة

Earth Science & Seismic Eng. Center

األنظمة االنشائیة المعرضة لالھتزازات الزلزالیة یمكن اعتبارھا أنظمة.محافظة أو غیر محافظة

الطاقة الكلیة تبقى ثابتة أو تحفظ وقت االھتزازات: في األنظمة محافظة .

وفي الحقیقة تعتبر العناصر االنشائیة في المباني أنظمة انشائیة غیر.محافظة

األنظمة االنشائیة المعرضة لالھتزازات الزلزالیة یمكن اعتبارھا أنظمة.محافظة أو غیر محافظة

الطاقة الكلیة تبقى ثابتة أو تحفظ وقت االھتزازات: في األنظمة محافظة .

وفي الحقیقة تعتبر العناصر االنشائیة في المباني أنظمة انشائیة غیر.محافظة

Earth Science & Seismic Eng. Center

تقنیة التمثیل النقطي والنماذج الدینامیكیة

طریقة الكتل المركزةConcentrated Masses Method

طریقة التشوھات العامةGeneral Deformations Method

طریقة الوحدات الجزئیةFinite Elements Method

طریقة الكتل المركزةConcentrated Masses Method

طریقة التشوھات العامةGeneral Deformations Method

طریقة الوحدات الجزئیةFinite Elements Method

Earth Science & Seismic Eng. Center

نماذج مثالّیة لألنظمة االنشائّیة ذات حركة دینامیكیة واحدة

Earth Science & Seismic Eng. Center

أنواع مختلفة من العناصر االنشائّیة

كمرة بسیطة أعمدة و كمرات

بالطات سمیكة حوائط قصّ

ھیكل انشائي مع حوائط حاملةأساسات

سدEarth Science & Seismic Eng. Center

نماذج دینامیكیة لكمرة بسیطة

Earth Science & Seismic Eng. Center

نظــام االطـــارات

Earth Science & Seismic Eng. Center

الشكل الھندسي للمنشأ الكتل المركزة في المفاصل الكتل المركزة في مستوى األسقف

)الكتلة موزعة على طول المحور(نموذج دینامیكي للمداخن

Earth Science & Seismic Eng. Center

نماذج دینامیكیة لبعض المنشآت

(a)خزان میاه معلّق

(b),(c),(e),(h)

تمثل النماذج الدینامیكیة للمنشآت

اطار) d)

اطار متعدد الفتحات (f)

Earth Science & Seismic Eng. Center

(a)خزان میاه معلّق

(b),(c),(e),(h)

تمثل النماذج الدینامیكیة للمنشآت

اطار) d)

اطار متعدد الفتحات (f)

Earth Science & Seismic Eng. Center

النماذج الدینامیكیة للمنشآت

Earth Science & Seismic Eng. Center

د ـــس نموذج دینامیكي للمنشأ

الشكل الھندسي لألسطح الدورانیة والنموذج الدینامیكي المحتمل

Earth Science & Seismic Eng. Center

مبنى مفاعل نووي، ونموذج دینامیكي مبسط للتحلیل الدینامیكي

Earth Science & Seismic Eng. Center

الدینامیكينموذجھالھیكل االنشائي لمفاعل نووي و

Earth Science & Seismic Eng. Center

الدینامیكينموذجالالشكل الھندسي

Different mode shapes of a structure

First

mode

Second

modeThird

modeF.M