مفاهیم مهندسی زلزله

رابطه گسل با زلزله

رابطه گسل با زلزله دو طرفه می‌باشد. یعنی وجود گسلهای فراوان در یک منطقه سبب بروز زلزله می‌گردد. این زلزله به نوبه خود سبب ایجاد گسل جدیدی گردیده و نتیجتا تعداد شکستگیها زیادتر شده و به این ترتیب قابلیت لزره خیزی منطقه افزایش می‌یابد.
نحوه آزاد شدن انرژی زلزله
ممکن است یک زلزله به همراه خود پیش لرزه و پس لرزه‌هایی داشته باشد، که این دو قبل و بعد از زلزله اصلی ممکن است وقوع یابند، به عبارتی دیگر این موضوع به نحوه آزاد شدن انرژی زلزله بستگی دارد. بطوری که انرژی زلزله بصورتهای زیر آزاد می‌گردند:

پیش لرزه
گاهی اوقات از بروز زلزله اصلی ، یکسری زلزله‌هایی با بزرگی کمتر از زلزله اصلی به وقوع می‌پیوندند که معمولا فراوانی آنها با نزدیک شدن به زمان وقوع لرزش اصلی ، افزایش می‌یابد.

لرزش اصلی
همان زلزله اصلی بوده که بواسطه آن اکثر انرژی ذخیره شده در سنگها یکباره آزاد می‌گردد و چنانچه داده‌های مربوط به یک زلزله بزرگ غیر دستگاهی باشد مهلرزه نامیده می‌شود.

پس لرزه
زلزله‌های خفیفتری که غالبا پس از لرزش اصلی ، از حوالی کانون زلزله اصلی منشأ می‌گیرند، را پس لرزه می‌گویند. پس لرزه‌ها می‌توانند حتی تا سالها پس از وقوع زلزله‌های اصلی نیز
به طول انجامد.

دسته لرزه
مجموعه‌ای از تعداد زیادی زلزله که در یک منطقه محدود در مقطع زمانی در حد هفته تا چند ماه به وقوع می‌پیوندد. دسته لرزه‌ها غالبا در نواحی آتشفشانی دیده می‌شوند.

ریز لرزه
زلزله‌های ضعیفی هستند که بزرگی آنها 3 ریشتر و یا کمتر از 3 بوده و غالبا افزایش ناگهانی و نامنظم آنها نشانه قریب الوقوع بودن زلزله اصلی می‌باشند.

بزرگای محلی ریشتر و بزرگای گشتاوری

به طور معمول برای تخمین میزان بزرگای زلزله مقیاس های مختلفی همچون مقیاس ریشتر و بزرگای گشتاوری استفاده می شود. مقیاس ریشتر توسط چارلز ریشتر در سال 1935 برای بیان بزرگای یک زلزله پیشنهاد داده شد که بر مبنای لگاریتم بیشینه دامنه ثبت شده زلزله در فاصله 100 کیلومتری از مرکز زلزله تعریف می شود. بزرگای محلی ریشتر بهترین مقیاس شناخته شده می باشد اما همیشه مناسبترین مقیاس نمی باشد. که به طور معمول بزرگای ریشتر برای زلزله های کوچکتر از M5-6 مناسب‌تر است (به دلیل پدیده اشباع شدن).

مقیاس ریشتر بر اساس اندازه گیری خصوصیات مختلف حرکات زمین توسط دستگاه می باشد و اثرات انرژی کل آزاد_شده زلزله به صورت مناسب در این مقیاس دیده نمی شود زیرا لزوماً افزایش خصوصیات حرکات زمین متناسب با افزایش انرژی آزاد شده در اثر زلزله نمی باشد. عدم توجه به این امر به خصوص در زلزله های بزرگ می تواند تخمین غیرواقعی از بزرگا به همراه داشته باشد. به همین دلیل بزرگای گشتاوری در اواخر دهه 70 میلادی پیشنهاد شده که برمبنای گشتاور لرزه ای (که با توجه به خصیوصیات گسل تعیین می شود) می باشد. به عبارت ساده تر گشتاور لرزه ای بیان می کند که نیروی لازم برای ایجاد امواج ثبت شده چه مقدار می باشد.

زلزله های حوزه نزدیک Near field earthquake

ارتعاشات زمین در سایت های مجاور گسل باعث خرابی های گسترده ای در بسیاری از سازه هایی که حتی مسائل مربوط به آیین نامه زلزله را نیز رعایت کرده اند، گردیده است. از جمله در زلزله های (1995)Northridge ( 1994 ) Kobe ( 1994 ) Taiwan سازه های مهندسی در مجاورت مرکز زلزله دچار خرابی های زیادی شده اند. به همین علت بررسی ماهیت ارتعاشات زمین در نزدیکی منشا زلزله به عنوان یک ضرورت مطرح شده و مطالعات متعددی نیز در این زمینه صورت گرفته است. زلزله های حوزه نزدیک به نقاطی از زمین اطلاق می شود که فاصله آنها از مرکز سطحی زلزله کمتر از یک حد معین است. بعضی از محققین از جمله اکی این فاصله را ۵۰ کیلومتر می دانند و برخی دیگر این فاصله را ۱۵ کیلومتر در نظر می گیرند. با توجه به تحقیقات انجام گرفته بر روی رکوردهای ثبت شده، جنبش قوی زمین در نزدیکی گسل و تاثیر این نوع رکوردها بر روی سازه های مختلف نیاز توجه به این رکوردها و آثار آن بر روی سازه ها، در دو دهه اخیر اهمیت تحقیق بیشتری را به خود جلب نموده است. تحقیقات انجام گرفته در این زمینه عمدتا به دو دسته تقسیم می گردد :

دسته اول، مجموعه ای از تحقیقاتی است که بر روی رکوردهای ثبت شده ناشی از جنبش قوی زمین در نزدیکی گسل و مشخصات و پارامترهای مختلف مربوط به رکوردهای نزدیک گسل انجام گرفته است و با جمع بندی دقیق و جمع آوری اطلاعات بدست آمده از رکوردهای ثبت شده زمین لرزه ها در نزدیکی گسل اطلاعات کامل و قابل استفاده ای جهت بررسی رفتار سازه ها تحت اثر این نوع رکوردها در اختیار محققان و کارشناسان قرار می دهد.

دسته دوم، مجموعه تحقیقاتی است که مربوط به بررسی رفتار سازه های مختلف تحت اثر رکوردهای نزدیک گسل می باشد. مشخصات زلزله های نزدیک گسل به دلیل خواص امواج برشی و تجمع آثار این امواج در جلوی مسیر گسیختگی تفاوتهایی با مشخصات زلزله های دور از گسل دارند. وجود حرکت پالس گونه با پریود بلند در ابتدای رکوردها، بزرگتر بودن مولفه عمود بر جهت گسل نسبت به مولفه موازی گسل، تجمع انرژی و انتقال آن در مدت زمان کوتاه، اعمال نیروی ضربه گونه بر سازه های موجود در مسیر پیشرو گسیختگی، نسبت بیشینه سرعت به بیشینه شتاب بالا و وجود بیشینه شتاب و سرعت و جابجایی بالاتر از تفاوتهای حائز اهمیت رکوردهای زلزله های نزدیک گسل می باشد.

نکته ویژه در رکوردهای سرعت زلزله های نزدیک گسل علاوه بر موارد بالا، وجود سرعت های بزرگ زمین است که در پی پالسهای بلند مدت شتاب ایجاد می شود. نمودی از این اثرات به شکل ایجاد تغییر مکان های نوسانی بزرگ است که در رکورد تغییر مکان زمین نیز دیده میشود. وجود این مقادیر بزرگ در پارامترهای حرکات زمین در نزدیک گسل، مشخصه بارز رکورد زلزله های حوزه نزدیک گسل نظیر زلزله نورتریج، زلزله کوبه، زلزله چی چی تایوان و بم میباشند .

در زلزله انرژی بسیار زیادی که با گذشت زمان در محل جمع شده با یک پارگی در پوسته زمین آزاد می شود. این انرژی به صورت ارتعاشی پخش می شود. به هر میزان از مرکز زلزله دور می شویم، این ارتعاشات که عمدتا در سطح زمین توسط دستگاه های زلزله نگار ثبت می شوند، حالت یکنواخت تر و شکل مشخص تری دارند. با صرف نظر کردن از برخی مسائل، مثل اثر ساختگاه و در نظر گرفتن منشا کانونی برای زلزله می توان گفت، انتشار این امواج در فواصل دور به صورت کروی در داخل پوسته و دایروی در روی سطح زمین می باشند. به هر میزان به منشا زلزله نزدیکتر می شویم، حالت یکنواخت تری در ارتعاشات و پخش کروی گونه در پوسته زمین و دایروی شکل در سطح کاملا از بین می رود

 

مشخصات زلزله های حوزه نزدیک Near Field

هنگام وقوع زلزله خصوصیات ارتعاشی هر یک از نقاط زمین تابع عوامل مختلفی به شرح زیر است :

١. بزرگای زلزله

٢. فاصله منطقه از مرکز رها شدن انرژی

٣. خصوصیات زمین شناختی (اثر ساختگاه)

برخی مطالعات نشان میدهد که رکوردهای زلزله های نزدیک را می توان به دو بخش، با ضربان(پالس) و بدون ضربان تقسیم بندی کرد که در بعضی مواقع، پدیده ضربان در تاریخچه شتاب، سرعت و تغییر مکان یکی از ویژگی هایی است که زلزله حوزه نزدیک را از زلزله حوزه دور متمایز می کند. ضربان در زمین لرزه به صورت ضربان شتاب، سرعت و جابجایی می باشد که می توان آنها را به تغییرات بزرگ در تاریخچه های شتاب، سرعت و جابجایی تعریف کرد. شکل ۱ تاریخچه های شتاب، سرعت و جابجایی را برای چهار حرکت زمین نزدیک گسل مصنوعی، سیلمار، امپریال والی و السنترو نشان می دهد، چنانچه در شکل ۲-۱ مشاهده می شود، در زلزله های نزدیک گسل، حرکت زمین بر اثر گسل مصنوعی، سیلمار و امپریال والی با ضربان و بر اثر گسل السنترو، بدون ضربان می باشد.

 

شکل ۱: تاریخچه های شتاب، سرعت و جابجایی را برای چهار حرکت زمین نزدیک گسل مصنوعی

به دلیل نزدیکی محل تا گسل، رکورد حاصل از سرعت و جابجایی زمین به جهت اینکه نسبت به شتاب دارای پریود بالاتری هستند دارای شکل پالس مانند با پریود بالا می باشند، که یادآور تحریکی به صورت ضربه هستند. در زمین لرزه های حوزه نزدیک به جهت فاصله کوتاه بین محل شکست (منبع تولید موج) و محل دریافت آن فرصتی جهت مستهلک شدن فرکانسهای بالا نبوده؛ از همین رو تاریخچه زمانی شتاب آنها محتوای فرکانسی بالایی دارند

 

پیش بینی زلزله ها

متن زیر به بررسی چند مورد از وقایع پیش از وقوع زلزله می پردازد.

در سابقه مطالعات مربوط به پیش نشانگرهای لرزه‌ای به ویژه در مواردی مانند زلزله 4 فوریه 1975 " هایچنگ" در چین که با بزرگای 7.3 رخ داد به مدت چند هفته طوفان لرزه‌ای و به صورت رخداد پیش‌لرزه‌های با بزرگای متوسط تا شدید (با بیشینه بزرگای بین 5 تا 6) در حال ثبت بود که تعداد آنها به بیش از 7 برابر تعداد معمول چنین زمین‌لرزه هایی در پیرامون هایچنگ رسید. همین پیش لرزه‌ها بزرگترین کمک را به پیش بینی رخداد زمین‌لرزه 1975 هایچنگ کرد. چنین سیکلی از رخداد زمین‌لرزه‌ها (با بزرگی بین 4 تا 6.5) در همین کشور در سال 1976 قبل از زلزله 23 اوت 1976 سیچوان با بزرگی 7.3، در فاصله زمانی بین 14 ژوئن 1976 تا 23 ژوئن 1976 (در فاصله حدود 40 روز) تکرارشد.
قبل از رخداد زمین‌لرزه بم 1382 در ایران رخداد زمین‌لرزه‌ای با بزرگی 5.3 در تاریخ 13 مرداد 82 و زمین‌لرزه‌ای دیگر با بزرگای 5.5 در تاریخ 30 مرداد 82 (حدود 4 ماه و نیم قبل از رخداد زمین لرزه بم) فاصله حدود 130 کیلومتری شرق بم، بین بم و زاهدان و سپس رخداد زلزله‌ای در روز قبل از رخداد زمین‌لرزه بم با بزرگای حدود 4.5، مقدمه ( پیشنشانگر لرزه‌ای) بر رخداد زمین‌لرزه مخرب بم با بزرگای 6.5 در بامداد 5 دی ماه 82 می‌تواند تلقی شود.

زمین‌لرزه 11 فروردین 1385 "چالان‌چولان" بروجرد لرستان (با بزرگی 6.0) نیز از حدود دو هفته قبل با رخداد یک سری زمین‌لرزه‌ها از زلزله‌های با بزرگی 4 به بالا همراه بوده است که موجب شد مردم در لرزه اصلی اکثرا در امان بمانند.

گزارش‌های مشابهی از مشاهده چنین آنومایی‌های لرزه‌ای از ماه‌ها قبل به همراه تغییرات سطح آب زیر زمینی در زلزله 12 مه 2008 ونچوان چین با بزرگای 7.8 و همچنین تغییرات در سطح گاز رادون در زلزله 6 آوریل 2009 لاکویلا ایتالیا با بزرگای 6.3 و همچنین زلزله 17 ژانویه 1995 کوبه ژاپن با بزرگای 6.8 وجود دارد که در آنها نشانه‌هایی از تغییرات طبیعی یاد شده ، قبل از رخداد زلزله اصلی گزارش شده است. به نظر می‌رسد با توجه به نحوه رخداد پس‌لرزه‌ها، می‌توان تصور کرد که حداقل در هفته‌ها تا حدود دو ماه بعد از رخداد زمین‌لرزه 27 مرداد مورموری همچنان احتمال رخداد زمین‌لرزه‌ای با بزرگای بیش از 6 در چنین پهنه‌ای وحود دارد.

گزارش‌هایی از تغییر در سطح آب زیرزمینی در پهنه رومرکزی زلزله ٢٦ مرداد ١٣٩٣ مورموری ایلام وجود و فراوانی عقرب‌ها در قبل و بعد از رخداد زمین‌لرزه در پهنه رومرکزی در منطقه زلزله زده وجود داشت،: این موضوع می‌تواند نشانگر وجود پیش‌نشانگر تغییر سطح آب زیر زمینی در این زمین‌لرزه باشد که بیرون زدن و فراوانی عقربه‌ها نیز می‌تواند مرتبط با تغییر سطح آب زیرزمینی و مشخصا بالا آمدن سطح آب زیر زمینی در قبل و بعد از رخداد زمین‌لرزه در پهنه رومرکزی باشد.یلام

زلزله ظهر پنجم اردیبهشت ١٣٩٤ شمال غرب کاتماندو، پایتخت نپال، با بزرگای ٧،٨، موجب ٩ هزارو ٥٤١ کشته و ١٧هزارو ٨٣٨ مجروح و تخریبی وسیع در نپال شد. بزرگای زلزله ٧.٨، ژرفای آن ١٥ کیلومتر و کانون آن هم در ناحیه کوهستانی قرار داشت.
در همین پهنه در ٣١ ژانویه ٢٠١٥ و ٢١ آوریل ٢٠١٥ (به ترتیب سه ماه قبل و چهار روز قبل از رخداد لرزه اصلی)، دو زمین لرزه با بزرگاهای ٥.٤ و ٥.١ در محدوده شهر کاسکی نپال (حدود ١٠٠کیلومتری کانون لرزه اصلی در ٢٥ آوریل ٢٠١٥) رخ داده است. رخداد این دو زلزله متوسط، به عنوان وقوع پیشلرزه در محدوده گسله، قابل بررسی و ارزیابی است.

منبع: کانال دکتر زارع

مقالات مفید طراحی لرزه ای و زلزله شناسی

——————————————————————————————————————————–
اثرات ∆-Pو تغییر مکان جانبی
محمد تقی کاظمی

——————————————————————————————————————————–

اثر طراحی و اجرای اتصالات جوشی بر آسیب پذیری لرزه ای سازه های فولاد
ساسان عشقی – مسعود نورعلی

——————————————————————————————————————————–

اثرات زلزله اول تیر 1381 چنگوره – آوج بر ساختمانهای بنایی و مختلطی
ناهید رزاقی آذر

——————————————————————————————————————————–

آنالیز تقریبی سازه ها در برابر زلزله با استفاده از تئوری مو جک ها
علی حیدری – عیسی سلاجقه

——————————————————————————————————————————–

ایالت های لرزه زمین ساختی ایران
نوربخش میرزایی

——————————————————————————————————————————–

ارزیابی آزمایشگاهی عملکرد حلقه فولادی شکل پذیری در بادبندهای هم مرکز
رضا عباس نیا

——————————————————————————————————————————–

بررسی رفتار دینامیکی اعضاء سازه ای آسیب دیده به روش اجزاء محدود
محمدعلی لطف الهی یقین – رضا شاهین پر

——————————————————————————————————————————–

برنامه ریزی برای کاهش خسارات ناشی از زلزله در نواحی با خطر پذیری بالا محله چیذر تهران
سید محسن علوی – محمد مسعود

——————————————————————————————————————————–

بررسی نتایج تحلیل های استاتیک غیر خطی بر روی سازه های سه بعدی نامنظم
حسن عبدل پور – ضیاالدین زمان زاده

——————————————————————————————————————————–

کمانش جانبی – پیچشی و بررسی آن در آیین نامه ها و مقاطع هندسی مختلف
میثم جالو

——————————————————————————————————————————–

چشمه های لرزه زا ،گسله ها و انواع آن
ناصر شابختی – علی حشمتی سعادتی

——————————————————————————————————————————–

ضعف ها و اشکالات طراحی و احرای ساختمانهای بتنی
مهدی قالیبافیان

——————————————————————————————————————————–

بررسی رفتار غیر خطی دیورا برشی بتنی دارای بازشو به روش طراحی بر اساس سطح عملکرد
ناصر شابختی – علی حشمتی سعادتی

——————————————————————————————————————————–

راهمای تهیه پروژه سازه های بتنی
محسن مظهری

——————————————————————————————————————————–

بررسی عملکرد میراگرهای فوق ارتجاعی SMA
محمد کرمی – محسن گرامی

——————————————————————————————————————————–

کاربرد نگاره های ماهواره ای در مظالعات زلزله شناسی
محمد نظریان

——————————————————————————————————————————–

مبانی پهنه بندی لرزه ای و روشهای تحلیل خطر زمین لرزه
مالکی

——————————————————————————————————————————–

مدل سازی اتصالات خورجینی به کمک نرم افزار SAP 2000
وحید بهزادی

——————————————————————————————————————————–

مفاهیم بنیادین زلزله با نگاهی به لرزه خیزی ایران
اسماعیل فرزانگان

——————————————————————————————————————————–

روش ساده و دقیق جهت تعیین ظرفیت باربری میل مهارهای کششی
آرمین کشکولی- علیرضا سعیدی عزیز کندی-محمد حسن بازیار

منبع: moghavemsaze.ir