امروزه با پیشرفت فناوری , سهولت نسبی در حفاری و ساخت سازه های زیرزمینی, محدودیت های فضاهای سطحی برای اجرای طرح های عمرانی و نیز به واسطه مسائل سیاسی و امنیتی , توجه بسیاری از کشور های توسعه یافته و در حال توسعه به احداث سازه های زیرز مینی برای کاربریهای عمرانی , نظامی و معدنی معطوف شده است. راهها و بزرگراههای زیرزمینی , انواع تونل ها , سیستم حمل ونقل آب و فاضلاب ,شبکه متروی شهری, نیروگاهها و سایر مغار های زیرزمینی برای دفن زباله های هسته ای و یا به عنوان مخازن نفت , معادن , پناهگاهها و انبارها, تعدادی از سازه هایی هستند که در کشور های مختلف به سرعت در حال ساخت و اجرا می باشند.
با توجه به توسعه روز افزون سازه های زیرزمینی و هزینه های فراوانی که برای ساخت هریک از این سازه ها صرف می شود و نیز اهمیت آنها در شبکه حمل و نقل بین شهری و داخل شهری و خطری که در صورت آسیب دیدگی آنها متوجه جان مردم میشود, تاسیسات زیرزمینی که در ناحیه لرزه خیز ساخته شده اند,هم باید در برابر بارهای استاتیکی و هم بارهای لرزه ای مقاومت کنند ولازم است که پایداری آنها در برابر خطرات ناشی از زلزله مورد مطالعه قرار گیرد.
تجربه نشان داده است که تاسیسات زیرزمینی آسیب کمتری نسبت به سازه های روی سطح زمین میبینند. در طی زلزله لوما پریتا در سال1989 در منطقه ی سانفرانسیسکو سیستم حمل و نقل رو زمینی آسیبهای سختی را تجربه کرد . متروی سانفرانسیسکو یکی از ایمن ترین مکانها در هنگام وقوع حادثه بود و تنها راه دسترسی مردم و ارتباط آنها بین اوکلند و سانفرانسیسکو بعد از زلزله بود . اگر این تونل آسیب دیده بود نتایج ناشی از عدم کارایی مترو غیر قابل تصور بود. سی سال پیش از این حادثه معیار طراحی لرزه ای در طراحی 60 مایل طول متروی سانفرانسیسکو توسط مهندسین اعمال شده بود.
اما گزارش های زیادی مبنی بر آسیب دیدگی تونل ها معادن, تونل ها و فضاهای زیرزمینی ناشی از زلزله وجود دارد و حاکی برآین است که تونلها و فضاهای زیرزمینی به طور مطلق در برابر زلزله مصون نیستند و بروز آسیب ها و خسارت ها در آنها کاملا محتمل است.
زلزله کوبه ژاپن در سال 1995 ,باعث فروپاشی کامل ایستگاه متروی دایکی شد . متروی دایکی اولین سازه ی زیرزمینی مدرن بود که طی زلزله شکست خورد و آسیب دید.در طراحی مترو در سال 1962 هیچگونه ملاحظات لرزه ای در نظر گرفته نشده بود.
تونل های بسیاری در منطقه تایوان مرکزی, در زلزله چی چی تایوان که در سال 1999به وقوع پیوست , آسیب دیدند . از بین 57 تونل بررسی شده توسط ونگ (2001)][i][, 49 تونل آسیب دیده بودند. این آسیب ها شامل ترک ها و پوسته پوسته شدن پوشش بتنی و همچنین تغییر شکل میلگردهای فولادی و ناپایداری شیب در ورودی تونل ها بود.
گستردگی و پراکندگی عوامل موثر در طراحی لرزه ای سازه های زیرزمینی موجب ایجاد طیف وسیعی از روش ها و نظریه ها در این مورد شده است. برای طراحی لرزه ای یک سازه ی زیرزمینی لازم است ضمن کسب و جمع آوری اطلاعات به صورت یک مدل مناسب این سازه مورد تحلیل قرار بگیرد.
روش های بسیاری برای تحلیل وطراحی لرزه ای تونل ها و سازه های زیرزمینی پیشنهاد شده است. از راه حل های الاستیکی تحلیلی ساده گرفته و روش های استاتیکی یا شبه استاتیکی معادل و روش های هیبرید(ترکیبی), که سعیشان بر این است که سختی نسبی خاک و سازه و تاثیرات اندرکنش خاک و سازه را در محاسبات وارد کنند تا روش های پیچیده تر و مدل های دقیق تر که با تحلیل های دینامیکی به روش عددی سیستم خاک و سازه را مورد بررسی قرار دهند.
تحلیل سازه های زیرزمینی به خاطر اندرکنش با خاک محیط مخصوصا در شرایط دینامیکی پیچیده می شود و شاید به همین علت مقالات موجود راجع به رفتار دینامیکی سازه های زیرزمینی به اندازه ی سازه های روی سطح زمین غنی نمی باشد.
پیچیدگی مساله و وجود کمبودهای مختلف در روش های موجود اغلب منجر به دست بالا گرفتن طراحی میشود.به عنوان نمونه برای تغییر شکل های تخم مرغی و متوازی الاضلاع مقاله های بسیاری موجود است که شامل معادلات تحلیلی حل بسته و همچنین رویکرد های عددی می باشد. برای مثال کرامر و همکاران (2007)][ii][ یک تحلیل سه بعدی غیر خطی را برای بدست آوردن تغییر شکل های تخم مرغی تونل دایره ای به کار گرفتند. هو و همکاران (2005)][iii][ یک سری معادلات حل بسته برای پوشش تونل های مستطیلی ارائه دادند. اما شناخته شده ترین این معادلات که برای محاسبه نیروهای ایجاد شده توسط انتشار امواج لرزه ای در تونل ها توسط ونگ( 1993)][iv][ و پنزین و وو (1998)][v][ می باشد که به طور گسترده ای مهندسین از آنها استفاده می کنند.اما اینگونه معادلات حل بسته به فرضیات زیر محدود هستند:
- در جهت نرمال پوشش تونل, خاک و تونل کاملا در تماس هستند.
- در جهت مماسی دو مورد در نظر گرفته می شود: (1) شرایط با لغزش کامل (2) شرایط بدون لغزش
- تونل دایره ای با ضخامت یکنواخت و بدون هیچگونه ناپیوستگی می باشد.
- برای خاک و پوشش تونل شرایط کرنش مسطح فرض می شود.
- اثرات ثانویه ساخت در نظر گرفته نمی شود.
این فرضیات معمولا ارائه دهنده ی شرایط واقعی خاک نیستند, زیرا:
- پوشش تونل و خاک به صورت پیوسته در جهت نرمال پوشش ,متصل نیستند.
- شرایط بدون لغزش و با لغزش کامل تنها یک حالت ایده آل برای اتصال واقعی خاک و تونل ا ست.
- شکل پوشش تونل دایره ای یا مستطیلی به ندرت دارای ضخامت یکنواخت است.
- خاک اطراف پوشش ممکن است تسلیم شود.
- اثرات ثانویه ساخت, وضعیت تنش در سطح مشترک پوشش با زمین را تحت تاثیر قرار می دهد.
متاسفانه اغلب روش های عددی که شناخته شده هستند, دقیقا فرض های به کار رفته در معادلات تحلیل رادر خود جا داده اند. از این رو همان محدودیت ها را شامل شده ومهندسین در پروژه های خود بدون اینکه از محدودیت های این معادلات تحلیلی(ونگ[4]1993: پنزین و وو[5] 1998) خبر دار شوند, اعتماد بسیاری به آنها می کنند(سدارات و همکاران 2009)][vi][. از این رو سوال های بسیاری در مورد رفتار واقعی لرزه ای سازه های زیرزمینی در طول زلزله همچنان بدون پاسخ باقی مانده است.البته نقش عدم حضور یک کد لرزه ای و آیین نامه برای تونل ها کم تاثیر نمی باشد.
[i] Wang, W. L., T. T. Wang, et al. (2001). "Assessment of damage in mountain tunnels due to the Taiwan Chi-Chi Earthquake." Tunnelling and Underground Space Technology 16(3): 133-150
[ii] Kramer, G., H. Sedarat, et al. (2007). "Seismic response of precast tunnel linings." Proceedings of the conference rapid excavation and tunnelling, Toronto: 1225-1242.
[iii] Hoeg K (1968) Stresses against underground structural cylinders. J Soil Mech Found Div94:833–858
[iv] Wang, J.-N. (1993). "Seismic design of tunnels." Parsons Brinckerhoff Monograph 7.
[v] Penzien, J. and C. L. Wu (1998). "Stresses in linings of bored tunnels." Earthquake engineering & structural dynamics 27(3): 283-300.
[vi] Sedarat, H., A. Kozak, et al. (2009). "Contact interface in seismic analysis of circular tunnels." Tunnelling and Underground Space Technology 24(4): 482-490.
فصل 1-مقدمه 6
1-1-کلیات 6
1-2-هدف 8
1-3-ساختار سمینار 8
فصل 2-تاریخچه تحقیقات 9
2-1-مقدمه 9
2-2-مطالعات تحلیلی و عددی 9
2-3-عملکرد میدانی 12
2-3-1- تونل ها 12
2-3-2-سازه های زیرزمینی طویل بزرگ 13
فصل 3-فرمولاسیون و مراحل تحلیل و طراحی 15
3-1-مقدمه 15
3-2-لرزش زمین 15
3-3-روش های طراحی براساس لرزش ها 16
3-4-اندرکنش خاک و سازه و عوامل موثر بر آن 17
3-4-1- انعطاف پذیری نسبی خاک و پوشش سازه 17
3-4-2-سطح مشترک خاک و پوشش سازه 19
3-5-تحلیل لرزه ای عرضی 20
3-5-1- براساس نیرو 20
3-5-2-براساس جابجایی 23
3-5-3-روش های عددی 29
3-6-تحلیلی لرزه ای در جهت طولی 31
3-6-1- روش های طراحی لرزه ای در جهت طولی 33
فصل 4-تحلیل لرزه ای تونل ها 41
4-1-آنالیز سازه های زیرزمینی استوانه ای تحت امواج لرزه ای 41
4-2-آنالیز دو بعدی تونل دایره ای تحت بارهای لرزه ای 42
4-3-آنالیز ورقه ای سه بعدی 45
4-3-1- کرنش های محوری و محیطی و برشی 45
4-3-2-مقایسه نتایج عددی و تحلیلی 48
4-3-3-کرنش های طراحی 50
فصل 5-نتیجه گیری 54
مراجع.................. 55
شامل 60 صفحه فایل word
دانلود پایان نامه مطالعه و بررسی روش های تحلیل و طراحی لرزه ای سازه های زیرزمینی
در این تحقیق رفتار لرزه ای صفحات فولادی دیوار برشی با سوراخ مرکزی بررسی می گردد. نسبت های ظاهری و قطرهای سوراخ های مختلف برای دستیابی به معادله مقاومت برشی پشنهادی مورد تحلیل قرار گرفت و نتایج این مدل پیشنهادی با تحلیل غیر خطی pushover تطابق خوبی داشت. سپس این مدل پیشنهادی برای طراحی ستون های لبه ای صفحات برشی 
