در این مطالعه تلاش داریم پاسخ سازه های چند درجه آزاد را تحت زلزله نزدیک گسل مورد بررسی قرار دهیم. هدف کلی شناخت و بهبود درک خود از خصوصیات زلزله نزدیک گسل و اثر آن روی پاسخ لرزه ای سازه ها می باشد. بنابراین قادر خواهیم بود ارزیابی از وضع موجود آیین نامه های طراحی برای ارائه طرحی ایمن در مقابل زلزله نزدیک گسل انجام دهیم. در این مطالعه از زمین لرزه تولید شده به کمک روش های لرزه شناسی برای تولید زمین لرزه نزدیک گسل استفاده می شود. سپس این زلزله ها به عنوان تحریک ورودی به سازه اعمال می شوند و پاسخ لرزه ای سازه ها مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

فصل دوم : ادبیات موضوعی

مقدمه

جنبش های ثبت شده در نزدیک گسل های فعال، به علت اثرات جهت پذیری پیشرونده و تغییرمکان ماندگار دارای ویژگیهای متفاوتی نسبت به جنبش های معمولی ثبت شده در فاصله دور از گسل می باشند. از جمله مهمترین خصوصیات متمایز این جنبش ها می توان به وجود پالس های پریود بلند در تاریخچه زمانی شتاب، سرعت و تغییرمکان، نسبت بزرگ حداکثر سرعت به حداکثر شتاب در تاریخچه زمانی، محتوای فرکانسی بالای نگاشت و مدت دوام کوتاه در مولفه عمود بر گسل نگاشت اشاره کرد. هریک از این ویژگی ها اثرات مختلفی بر روی سازه های مختلف دارند. همچنین در اینگونه زلزله ها، تجمع انرژی در یک بازه زمانی کوتاه و در یک پالس می تواند باعث حرکت ضربه مانند شود.

تاریخچه موضوع

هال[۸] در دسامبر ۱۹۹۵ گزارش طولانی تحت عنوان مطالعه پارامتری پاسخ قاب های خمشی فولادی به زمین لرزه نزدیک گسل با سرمایه گذاری آژانس مدیریت بحران آمریکا FEMA)) ارائه کرد. بر اساس نتایج این تحقیق معلوم گردید که تنش غیر الاستیک عموما در تیرها ایجاد شده ولی به میزان قابل توجهی تسلیم در ستون ها اتفاق می افتد. همچنین نتایج مقادیر جابه جایی نسبی تحت رکوردهای مورد نظر برای هر دو قاب ۶ و ۲۰ طبقه حاکی از نیاز تغییر مکانی بالای سازه ها تحت رکوردهای نزدیک گسل در مقایسه با محدودیت آیین نامه های لرزه ای فعلی می باشد. همچنین در طی بررسی انجام شده در این تحقیق در خصوص تاثیر مولفه قائم این دسته از رکوردها معلوم گردید که مولفه های قائم در این حالت از اهمیت و تاثیر کمتری برخوردار است. در پایان نتیجه گیری نموده است که تاثیرات این دسته از زمین لرزه ها (رکوردهای نزدیک گسل) از تاثیرات زلزله های ارائه شده در آیین نامه ها بیشتر می باشد. لذا به منظور در نظر گرفتن تاثیرات رکوردهای نزدیک گسل در آیین نامه های لرزه ای، باید سطح نیروی طراحی آیین نامه ها برای زمین لرزه های نزدیک گسل افزایش یابند[۸].
در دو دهه اخیر مطالعات متعددی درباره اثرات و ویژگی های متفاوت زلزله های حوزه نزدیک انجام شده است. برترو و همکاران رفتار ساختمان مرکز پزشکی Olive View را بعد از زلزله سال ۱۹۷۱ سان فرناندو مورد بررسی قرار داده و نشان دادند که این ساختمان به سبب یک پالس شدید متحمل آسیب گسترده ای گردیده است که آنها این پالس شدید را به عنوان یکی از ویژگی های زلزله های حوزه نزدیک شناسایی کردند[۹]. هال و همکاران نشان دادند که پتانسیل خرابی زلزله های حوزه نزدیک بستگی به این موضوع دارد که چه مقدار تعییر مکان در زمین به علت پالس های سرعت ایحاد خواهد شد[۱۰]. همچنین ایوان با رسم منحنی حداکثر تغییر مکان نسبی طبقه در مقابل پریود سازه، نشان داد که حتی برای سازه های الاستیک، اثرات حوزه نزدیک نمی تواند با ضرب کردن ضریب برش پایه آیین نامه ای در یک ضریبی به عنوان فاکتور اثر حوزه نزدیک، محاسبه گردد[۱۱].
همچنین مطالعات نشان دادند که برای سازه های چند درجه آزاد، هنگامی که فرکانس سازه بسیار بزرگتر از فرکانس غالب پالس های سرعت باشد، استفاده از فرکانس اصلی سازه به تنهایی برای تعیین پاسخ سازه کفایت نمی کند[۱۲, ۱۳]. نیازهای پاسخ غیرخطی زلزله های حوزه نزدیک از زلزله های حوزه دور بزرگتر می باشد. در بعضی موارد، استفاده از روش هایی نظیر جذر مجموع مربعات^[۸] و مجموع قدر مطلق مقادیر^[۹] برای پیش بینی پاسخ غیرخطی سازه ها ممکن است باعث نتایج غیرمحافظه کارانه شود[۱۴, ۱۵]. بنابراین، تنها، اصلاح طیف پاسخ طراحی در آیین نامه های طراحی لرزه ای سازه ها برای در نظر گرفتن اثرات زلزله های حوزه نزدیک کافی نمی باشد، زیرا آنها قادر به در نظر گرفتن افزایش پاسخ غیرالاستیک نمی باشند. در سازه های با شکل پذیری یکسان، زلزله های حوزه نزدیک نسبت به زلزله های حوزه دور ضریب کاهش مقاومت کوچکتری در ناحیه حساس به شتاب دارند. هرچند، شکل طیف ضریب کاهش مقاومت برای هر دو نوع زلزله در نواحی طیفی متناظر، شبیه یکدیگر می باشد. این موضوع ناشی از تفاوت موجود در T_c (فرکانسی که ناحیه حساس به شتاب را از ناحیه حساس به سرعت جدا می کند ) در زلزله های حوزه نزدیک نسبت به زلزله های حوزه دور می باشد[۱۶, ۱۷]. فان و همکاران نشان دادند که پالس های دامنه بلند سرعت ناشی از پدیده جهت پذیری، سبب رفتار شلاقی ستون های بتن مسلح یک پل شده و باعث ایجاد تغییرمکان پسماند بزرگ در یک جهت می گردد[۱۸]. همچنین لیو و همکاران نشان دادند که نسبت حداکثر سرعت به حداکثر شتاب مطلق در تاریخچه زمانی نگاشت و نیز مقدار انرژی زمین لرزه در نگاشت های حوزه نزدیک، دو پارامتر کلیدی می باشند که پاسخ پل دارای جداگر لرزه ای و بدون جداگر لرزه ای را کنترل می نمایند[۱۹]. همچنین در مورد اثرات ساختگاهی بررسی های انجام شده نشان می دهدکه بطور کلی، ویژگی های جنبش های ثبت شده در خاک تابعی از ویژگی های مقطع خاک (مشخصات دینامیکی خاک، وضعیت هندسی لایه ها و عمق سنگ بستر ) و محرک ورودی (شدت و فرکانس پالس) می باشد. دامنه پالس در خاک به غیر از پالس های ورودی با شدت های بالا و فرکانس کوتاه، بلند تر از دامنه پالس در سنگ می باشد. فرکانس پالس نیز در خاک بزرگتر و یا حداقل برابر با فرکانس پالس ورودی می شود . سختی خاک نیز دامنه و فرکانس پالس ورودی را تغییر می دهد[۲۰].
راچ و اسمولکا [۲۱] با بررسی زمین لرزه نورتریج کالیفرنیا و کوبه ژاپن خسارت بوجود آمده تحت اثر این زمین لرزه ها، عامل تاثیر نزدیکی به گسل و قرار گیری ساختمان ها در مسیر گسیختگی گسل را مورد مطالعه قرار دادند.
به دلیل نیاز لرزه ای بالای زلزله های نزدیک گسل، سازه هایی که بر طبق نیروهای پایه معمولی ارائه شده در آیین نامه های لرزه ای فعلی طراحی شده اند به هیچ وجه نمی توانند تامین کننده اثرات نزدیک گسل باشند. لذا لزوم بررسی و شناخت رکوردهای نزدیک گسل و گنجاندن تاثیرات این رکوردها در آیین نامه های لرزه ای و بهبود ظرفیت سازه ها برای نیازهای بالای لرزه ای حاصل از زمین لرزه های حوزه نزدیک موضوع تحقیقات دهه اخیر بوده است. در این راستا، آیین نامه UBC97 [22]تاثیرات رکوردهای زلزله نزدیک گسل را با ارائه یک سری ضرایب بزرگنمایی در نواحی نزدیک گسل در روابط مربوط به روش استاتیکی معادل و طیف طرح آیین نامه اعمال نموده و ضرورت دارد در دیگر آیین نامه های لرزه ای نیز با انجام تحقیقات وسیع تری تاثیرات این گونه زلزله ها گنجانده شود.
در آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله ایران ( استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش سوم) در مورد زمین لرزه های نزدیک گسل هیچگونه تمهیداتی در نظر گرفته نشده است و تنها به بیان جمله «به طور کلی باید از احداث ساختمان در مجاورت گسل های فعال و محل هایی که احتمال بوجود آمدن شکستگی در سطح زمین در هنگام زلزله وجود دارد، اجتناب شود. در مواردی که احداث ساختمان ها در چنین مکان هایی اجتناب ناپذیر باشد، علاوه بر رعایت این آیین نامه باید تمهیدات ویژه ای که کارشناسان مشخص می کنند منظور شود.» اکتفا می کند. در کشور ایران شهرهای زیادی از جمله تهران، آستارا، اردبیل، بم، مهاباد و … بر روی گسل واقع شده اند و همچنین شهرهایی نظیر آمل، بجنورد، تبریز، خوی و … فاصله ای کمتر از ۲۰ کیلومتر تا گسل دارند که نزدیک به ۷۰ درصد این شهرها سابقه لرزه خیزی با بزرگی بیشتر از ۶ ریشتر را داشته اند. تنها با تکیه بر همین مسائل ضرورت تحقیقات بیشتر در این زمینه قابل توجیه و پراهمیت می باشد.
در سال ( ۲۰۰۱ ) لیو و همکاران برای بررسی ویژگی های پاسخ غیر خطی قاب های بتنی تحت زلزله های نزدیک گسل دو قاب خمشی ۵ و ۱۲ طبقه را براساس آیین نامه ساختمانی تایوان طراحی کردند و تحت ۴ نگاشت نزدیک گسل از زلزله چی چی تایوان و تعدادی نگاشت از مناطق دیگر جهان مورد تحلیل قرار دادند. نگاشت ها با شتاب اوج ۳۰۵/۰شتاب ثقل، همپایه شدند. در این مطالعه مشخص شد که تغییر مکان نسبی در هر دو سازه تحت زلزله های نزدیک گسل بیشتر از زلزله های دور از گسل است[۲۳].
در سال ( ۲۰۰۵ )چوی و همکاران به منظور بررسی ایمنی نیروگاه هسته ای کره که در حوزه نزدیک گسل واقع شده است، یک قاب ۴ طبقه سه بعدی با پریود اصلی معادل با سازه های نیروگاه اتمی ساختند و با ورودی های مختلف بر روی میز لرزان مورد آزمایش قرار دادند. در این آزمایش سازه اصلی مورد نظر یک سازه صفحه ای گنبدی پیش تنیده با فرکانس اصلی ۴٫۷ هرتز بود، به همین سبب یک قاب فولادی با فرکانس مشابه، برای بررسی اثر محتوای فرکانسی زلزله نزدیک گسل مورد استفاده قرار گرفت. ضخامت ورق ( سقفها) و سختی لوله ها ( ستون ها) طوری تعیین شدند، که پریود اولیه سازه برابر ۴٫۷ هرتز شود. نتایج این مطالعه نشان داد، که رابطه بین محتوی فرکانسی زلزله و فرکانس اصلی سازه ها فاکتور مهمی برای پاسخ سازه ها است. با توجه به این مسئله به نظر می آید که اثر زلزله های نزدیک گسل بر روی سازه های نیر وگاهی در محدوده خطی یا الاستیک تا اندازه ای ناچیز می باشد. مطالعات نشان داد فرکانس سازه بزرگ و سنگین نیروگاه اتمی بین ۴ تا۱۰ هرتز می باشد. ازاین رو اگر سازه ناشی از یک تغییر مکان بزرگ در محدوده غیر خطی قرار گیرد. آنگاه فرکانس سازه کاهش خواهد یافت و پاسخ تغییر مکان بطور چشمگیری افزایش می یابد. زیرا ویژگی های زلزله نزدیک گسل یک حالت ضربه ای با پریود بلند است، که در یک زمان کوتاه رخ می دهد. این ارتعاش، ضربه ای با پریود بلند ( تقریبا ۱ ثانیه) باعث خسارت عمده ای در سازه های با پریود بلند می شود. در واقع می توان گفت سازه های با فرکانس بالا (دوره تناوب کم ) که در محدوده خطی قرار دارند؛ تحت زلزله های نزدیک گسل که دارای محتوای فرکانسی کوتاه (با پریود بلند) هستند، دارای پاسخ بزرگی نمی باشند، اما اگر این سازه ها وارد ناحیه غیر خطی شوند، فرکانس آنها کم شده و پریود آنها افزایش می یابد و در این حالت تحت زلزله های نزدیک گسل آسیب پذیر می شوند. همچنین بررسی آسیب پذیری قطعات نصب شده در هر تراز سقف تحت طیف پاسخ شتاب هر تراز نشان داد که زمین لرزه های با فرکانس بالا می توانند، بر روی ایمنی تجهیزات نصب شده بر روی یک ساختمان اثر بگذارد و مشخص شد زلزله های نزدیک گسل بر روی تجهیزاتی که دارای فرکانس طبیعی بالا هستند، خسارات چشمگیری وارد نمی کنند [۲۴].
فوچ و یان ۲۰۰۲ انواع روش های مدلسازی سازه تحت نگاشت های دور و نزدیک گسل را برای دو ساختمان ۹ و ۲۰ طبقه فولادی با قاب خمشی، مورد بررسی قرار دادند و نتایج حاصل از، تحلیل های دینامیکی و استاتیکی را با یکدیگر مورد مقایسه قرار دادند. در این مطالعه شش مدل ۹ طبقه و شش مدل ۲۰ طبقه بر اساس مقررات NEHRP97 [25]طراحی شدند. در ۴ مدل از هر ساختمان ۹ و ۲۰ طبقه، بعد از آزمایش اتصالات تیر کاهش یافته، اتصالات به صورت شکل پذیر مدل شده، و در دو مدل دیگر اتصالات همانند اتصالات جوشی قبل از زلزله نورتریج شکننده و ترد مدل شدند. اثرات قاب های ثقلی در مقاومت سازه نیز در ۳ مدل برای هر کدام از ساختمان های ۹ و ۲۰ طبقه مورد بررسی قرار گرفت و هرکدام از مدل ها تحت ۱۰ نگاشت متداول کالیفرنیا (دور از گسل ) و ۱۰ زلزله نزدیک گسل مورد بررسی قرار گرفت نتایج این مطالعه نشان داد مدلی که با خط وسط اعضا فرض شده است، خیلی نرم تر و ضعیف تر از مدل های دیگر است. این مدل برای طراحی ساختمان های جدید محافظه کارانه است؛ اما برای ارزیابی ساختمان های موجود یا آسیب دیده پیشنهاد نمی شود. مدل هایی که شامل قاب های داخلی ثقلی هستند، نیازهای تغییر مکان نسبی کوچکتر و ظرفیت تغییر مکان نسبی بزرگتری نسبت به دیگر مدل ها دارند و اثر ناشی از اندر کنش دال مرکب چندان چشمگیر نیست. از این رو پیشنهاد شده که بر ای ارزیابی و پیش بینی عملکرد قاب های فولادی، این اثرات در نظر گرفته شود. قاب هایی که دارای شکست اتصال بودند، دارای نیازهای تغییر مکان نسبی بزرگتر و ظرفیت تغیرمکان های کوچکتری نسبت به مدل های با اتصالات نرم بودند. این مسئله برای هر دو تحلیل دینامیکی و استاتیکی صحیح است. در مدل های با شکست اتصال (قبل از نورتریج )، قاب های ثقلی اثر چشمگیری در پاسخ سازه دارد. درخیلی از حالات قاب های ثقلی داخلی باعث جلوگیری از شکست می شوند. پیشنهاد شده است که، برای ارزیابی ساختمان های با اتصال قبل از نورتریج و سازه های آسیب دیده، قاب های ثقلی در مدلسازی در نظر گرفته شوند[۲۶].
هال در سال ۱۹۹۷ به بررسی دو ساختمان ۶ و ۲۰ طبقه که بر اساس آیین نامه UBC97^[10] و مقررات رایج ژاپن طرح شده بودند، پرداخت. در این گزارش رفتار غیر خطی سازه همراه با رفتار انوع اتصالات در زلزله های نزدیک منبع و در موقعیت های مختلف نسبت به گسل مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای بررسی محدوده نزدیک گسل در مناطق زلزله خیز، حوزه لرزه خیز به صورت شبکه هایی تقسیم شد، و در هر گره اثر نگاشت های نزدیک منبع بر روی رفتار سازه ها مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه چهار سا ختمان ۶ و ۲۰ طبقه با زیر زمین که یک بار براساس آیین نامه ژاپن و یکبار بر اساس آیین نامه UBC97 [22]طرح شده بودند مورد بررسی قرار گرفت. در طراحی همه ساختمان ها، فنداسیون صلب بوده و از اثر اندرکنش دال بتنی صرف نظر شده است. همچنین در تحلیل اثرات ثانوی P- Δ برای قاب های داخلی در نظر گرفته شده بود و در محاسبات، اثر نیروی محوری ستون ها بر ظرفیت خمشی پلاستیک ستون ها دیده شده بود. در این مطالعه پنج حالت اتصال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که خسارت وارده به ساختمان ها، بیشترین ارتباط را با اوج تغییر مکان زمین دارد. اگرچه در بعضی از ساختمان ها شکستی توسط برنامه کامپیوتری پیش بینی نشده است، اما کاهش مقاومت ناشی از کمانش موضعی را نباید رد کرد. ملاحضه شد بیشتر شکست جوشی، در بال تیر ها اتفاق می افتد. همچنین در بعضی از ساختمان ها، با وجود اینکه پاسخ سازه کم بوده است، بعضی از اتصالات شکسته شده است. با بررسی پایداری ساختمان هایی که دارای درصد بالایی از شکست های جوشی بودند، مشخص شد، عامل پایدارای ساختمان ها ناشی از، اتصالات سالم، مقاومت باقیمانده در اتصالات شکسته شده، اندرکنش دال، مقاومت محوری تیرها، مقاومت اتصالات ساده قاب های ثقلی، مقاومت بیشتر فولاد و کرنش سخت شدگی بوده است. همچنین مقاومت ساختمان ها بطور چشمگیری بیشتر از سطح طرح شده بر اساس آیین نامه می باشند، این مسئله به دلیل محدود کردن تغییرمکان های نسبی و عوامل ذکر شده می باشد. این مطالعه نشان داد که سه پارامتر ارتفاع سازه، سختی جانبی و نوع اتصال در پاسخ سازه بسیار موثر است. با مقایسه رفتار ساختمان ۶ و ۲۰ طبقه مشخص شد، که تغییر مکان­های نسبی در ساختمان های ۶ طبقه بیشتر از ساختمان های ۲۰ طبقه است، با اینکه مقاومت جانبی ساختمان های ۶ طبقه نسبت به وزن، از ساختمان های ۲۰ طبقه بزرگتر است. با مقایسه دو ساختمان ۶ طبقه که براساس آیین نامه ژاپن طرح شده بوند، مشخص شد، ساختمانی که بر اساس آیین نامه ژاپن طرح شده است، دارای مقاومت جانبی بیشتری هستند. همچنین مشاهده شد، افزایش مقاومت جانبی، تاثیر کمی در افزایش مقاومت ساختمان در برابر زلزله دارد، بطوری که احتمالا با افزایش سختی، سازه بار جانبی بیشتری جذب می کند [۲۷].

فصل سوم : مشخصات زلزله نزدیک گسل

مقدمه

زمین­لرزه که از رها شدن ناگهانی انرژی انباشته شده در پوسته زمین و در ظاهر بدون کوچکترین هشداری روی می­دهد، یکی از مهیب­ترین پدیده ­های طبیعی است که می ­تواند منجر به تلفات جبران ناپذیر انسانی و ویرانی­های گسترده در منطقه تحت حادثه گردد. به طور متوسط سالانه ۰۰۰/۱۰ نفر در دنیا جان خود را در اثر وقوع این پدیده از دست می­ دهند. خسارات مالی ناشی از زمین­لرزه نیز بسیار سنگین است بطوریکه مطالعات یونسکو تنها خسارات ناشی از زمین­لرزه­های سالهای ۱۹۲۶ تا ۱۹۵۰ میلادی را حدود ۰۰۰/۰۰۰/۰۰۰/۱۰ دلار برآورد می­ کند.
افزایش جمعیت در مناطق نزدیک به گسل های فعال (مانند ایالت کالیفرنیا در آمریکا و شهر تهران در ایران) به طور قابل توجهی احتمال وقوع یک زمین لرزه بزرگ نزدیک یک کلانشهر در آینده نزدیک را افزایش می دهد. این جمله که “وقوع یک زمین لرزه بزرگ نزدیک به شهرهای ایالت کالیفرنیا اجتناب ناپذیر است[۱۰]، برای بسیاری از دیگر کلانشهرهای دیگر در جهان صادق است. این در حالی است که مطالعات نشان می دهد زمین لرزه نزدیک گسل دارای خصوصیات ویژه ای است که می تواند باعث ایجاد خسارات زیادی در سیستم های مهندسی گردد. بنابراین مطالعه بیشتر این نوع از زمین لرزه ها و افزایش شناخت و آگاهی در مورد اثرات این زمین لرزه ها بر سازه ها ضروری به نظر می رسد.
در مناطق نزدیک گسل، انتشار شکست گسل به سمت ساختگاه با سرعت بسیار زیاد باعث می گردد که بخش قابل توجهی از انرژی لرزه ای به صورت یک پالس با پریود بالا که اغلب در ابتدای تاریخچه زمانی سرعت زمین لرزه مشاهده می شود، به ساختگاه وارد شود[۲۸]. وجود پالس با دامنه نوسان بالا باعث می گردد خصوصیات زمین لرزه نزدیک گسل متفاوت از زلزله ثبت شده در حوزه دور از گسل باشد. وجود پالس نزدیک گسل در رکورد زمین لرزه می تواند ناشی از دو عامل اثر جهت داری^[۱۱] و یا اثر تغییر مکان ماندگار^[۱۲] باشد. در ادامه به تفصیل در مورد اثرات جهت داری و تغییر مکان ماندگار توضیح داده خواهد شد. مطالعات نشان می دهد زمین لرزه دارای پالس می تواند باعث ایجاد نیاز لرزه ای زیادی روی سازه ها، و به خصوص سازه های شکل پذیر و نرم (با دامنه نوسان متوسط و بالا) گردد و بنابراین به طور قابل توجهی خطر فروریزش این سازه ها را در مقایسه با زمین لرزه دور از گسل افزایش دهد [۵, ۲۹]. 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 این فاصله را تا ۳۰ کیلومتر می دانند و برخی دیگر این فاصله را تا ۱۵ کیلومتر در نظر می گیرند [۳۰].
به طور کلی، رکوردهای ثبت شده در مناطق نزدیک گسل را می توان به دو نوع رکوردهای دارای پالس و رکوردهای بدون پالس تقسیم بندی کرد. وجود پالس در تاریخچه زمانی سرعت یکی از ویژگی هایی است که زمین لرزه حوزه نزدیک را از زمین لرزه حوزه دور متمایز می سازد. در ادامه به ویژگی های اثرات جهت داری و تغییر مکان ماندگار پرداخته می شود و خصوصیات فیزیکی این دو پدیده از دیدگاه مهندسی مورد بررسی قرار می گیرد.

اثر جهت داری

جهت داری باعث ایجاد تغییرات خاصی در دامنه و مدت زمان تاریخچه زمانی زلزله در حوالی گسل (R≤۱۰km ) و همچنین بروز اختلاف بین مولفه های موازی و عمود بر گسل می شود. نتایج مطالعات نشان می دهند که وجود پالس جهت داری در رکورد زمین لرزه باعث افزایش دامنه شتاب طیفی، به خصوص در دوره تناوب حدود ۶/۰ ثانیه به بالا می شود.
انتشار گسلش به سمت ساختگاه با سرعتی نزدیک به سرعت موج برشی (V_r≈۰٫۸V_c ) باعث می شود که اکثر انرژی حاصل از گسلش در یک ضربه^[۱۳] بزرگ به ساختگاه برسد که این ضربه در ابتدای تاریخچه زمانی زلزله ظاهر می­ شود. به عبارتی اگر فرض کنیم که هر قسمت از طول گسل در یک بازه زمانی مشخص گسیخته شود، دامنه این پالس بستگی به جهت گیری انتشار شکست نسبت به محل دارد. اگر شکست گسل به سمت محل مورد نظر انتشار یابد، به دلیل آنکه سرعت انتشار شکست تقریباً با سرعت انتشار موج برشی برابر است، موج ها در یک بازه زمانی کوتاه به محل رسیده و باعث ایجاد یک پالس با دامنه زیاد پریود کوتاه می شود که به این پدیده، اثر جهت پذیری پیشرونده^[۱۴] می گویند. حال اگر شکست در جهت دور شدن از محل باشد، موج ها به صورت پراکنده به آنجا رسیده و به این پدیده اثر جهت پذیری پس رونده^[۱۵] می گویند (شکل ‏۳‑۱). در حالتی که جهت گیری شکست طوری باشد که نه به محل نزدیک و نه از محل دور شود آن را اثر جهت پذیری خنثی^[۱۶] می نامند[۳۱].
حرکات پالسی می توانند توسط جابجایی دائمی زمین ناشی از شکست سطحی نیز تولید شوند. این پالس با پالس های ناشی از جهتپذیری پیش رونده متفاوت است. آنچه که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است، اثر پالس ناشی از جهت پذیری پیش رونده می باشد، که مطابق نتایج حاصل از تحقیقات قبلی، بیشترین میزان خسارت را به سازه ها اعمال می کند[۲۹, ۳۲].
۳
ساختگاه ۱
ساختگاه ۲
موج زلزله
۲
۳
۴
۵
قسمت ۱
۲
۴
شکل ‏۳‑۱: امواج حاصل از گسلش و تولید جهت داری
ضربه جهت داری برای گسل های امتداد لغز در جهت عمود بر گسل مشاهده می گردد و در جهت موازی گسل مقدار این اثر خیلی کمتر می باشد. در جهت موازی گسل همچنین اثر جابه جایی تکتونیکی نیز مشاهده می­ شود. این در حالی است که برای گسل های نرمال و معکوس، جهت داری و جابه جایی تکتونیکی در جهت عمود بر گسل مشاهده می شوند (شکل ‏۳‑۲).
گسل نرمال
گسل راستالغز
گسل
ضربه جهت داری
ضربه جهت داری
جابجایی تکتونیکی
جابجایی تکتونیکی
گسل
سطح زمین
شکل ‏۳‑۲ : ضربه جهت داری در گسل های امتداد لغز و نرمال – معکوس
در شکل ‏۳‑۳ وجود پالس جهت داری در مولفه سرعت رکورد ثبت شده از زمین لرزه بم را نشان می­دهد. همان طور که مشاهده می شود، یک پالس بزرگ در ابتدای تاریخچه زمانی سرعت زمین لرزه ایجاد شده است. وجود این پالس باعث ایجاد نیاز لرزه ای زیادی به سیستم های مهندسی در هنگام وقوع زلزله می شود. همچنین آثار مخرب زلزله های نزدیک به گسل به طور عمده ای در زلزله های ۱۹۹۴ نورثریج و ۱۹۹۵ کوبه مشاهده گردید. در هر یک از این زلزله ها حداکثر سرعت حرکت زمین تا حدود cm/sec 175 گزارش شد و پریود پالس موجود در رکورد در محدوده ۱ تا ۲ ثانیه قرار داشت. این محدوده پریود، نزدیک به پریود طبیعی پل ها و سازه های با ارتفاع متوسط می باشد و در نتیجه این نوع سازه ها در این زلزله ها دچار خسارت بسیاری شدند.