محتوای فرکانسی زلزله Frequency Content چیست؟
محتوای فرکانسی به همراه پارامترهایی چون دامنه و مدت تداوم، از مهمترین مشخصه‌های یک رکورد زلزله محسوب می‌شوند که می‌توانند در تخمین خسارت وارد بر سازه‌ها مورد استفاده قرار گیرند. جهت ارزیابی محتوای فرکانسی، ابزارهای گوناگون از جمله تبدیل فوریه، تبدیل فوریه زمان کوتاه، تبدیل موجک و تبدیل هیلبرت-هوانگ مورد بررسی قرار گرفتند.
نتایج نشان دادند که پاسخ خطی و غیرخطی سازه‌ها به مقدار زیادی متاثر از محتوای فرکانسی می‌باشد و اصولا در هر رکورد زلزله یک یا دو مولفه تجزیه شده از رکورد با محدوده فرکانسی باریک، که پریود آنها نزدیک پریود طبیعی سازه می‌باشد، در پاسخ سازه هاتاثیر گذار است. همچنین قابل بیان است که دسته بندی رکوردها بر اساس محتوای فرکانسی میتواند جهت انتخاب شتاب‌نگاشت مناسب برای تحلیل تاریخچه زمانی بسیار مفید باشد. علاوه بر تمرکز انرژی در فرکانس، تمرکز انرژی در زمان نیز در پاسخ سازه‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
رکوردهای زمین‌لرزه دارای ویژگی‌های مختلفی می‌باشند که هر یک از این ویژگی‌ها تاثیرات گوناگونی بر پاسخ سازه‌ها خواهند داشت.
سه خصوصیت اصلی هر زمین لرزه دامنه، مدت تداوم و محتوای فرکانسی می‌باشند. پارامترهای متفاوتی جهت مشخص نمودن این سه مشخصه وجود دارند که برخی از آنها فقط یکی از سه خصوصیت فوق را توصیف می‌کند در حالی که برخی دیگر دو و یا حتی سه خصوصیت را تشریح می‌کنند. مهمترین پارامترهایی که برای تشریح دامنه زلزله به کار می‌روند شامل ماکزیمم شتاب زمین (PGA)، ماکزیمم سرعت زمین (PGV) و ماکزیمم تغییرمکان زمین (PGD) می‌باشند.
برای تعیین مدت تداوم زلزله روش متفاوتی بکار می‌روند که مهمترین آنها تعیین مدت بر اساس شتاب حرکت زمین، بر اساس شدت آریاس و بر اساس شتاب rms می‌باشد. پاسخ دینامیکی سازه هابه فرکانس بارگذاری بسیار حساس می‌باشد. از طرفی زلزله‌ها، بارگذاری بسیار پیچیدهای در یک محدوده فرکانسی ایجاد می‌کنند. لذا مطالعه محتوای فرکانسی از اهمیت ویژهای برخوردار است. به طور کلی به نحوه توزیع دامنه حرکت زمین در فرکانسهای متفاوت، محتوای فرکانسی گفته می‌شود. اطلاعات فرکانسی زمین‌لرزه‌ها، بر خلاف دامنه و مدت تداوم، بطور مستقیم از تاریخچه زمانی‌های رکورد زلزله قابل برداشت نیست بلکه این اطلاعات در ماورای رکوردها نهفته شده‌اند، که برای استخراج آنها نیاز به ابزارهای ریاضیاتی گوناگون می‌باشد. به طور سنتی برای تعیین محتوای فرکانسی زمین‌لرزه‌ها از طیف فوریه و طیف توان استفاده می‌شود. در واقع تبدیل فوریه پل ارتباطی بین زمان و فرکانس می‌باشد که سیگنال را از حوزه زمان به حوزه فرکانس انتقال می‌دهد و اطلاعات سیگنال را در حوزه فرکانس استخراج می‌کند. این نوع تبدیل از تعیین زمان دقیق فرکانسهای متفاوت عاجز و فقط میتواند وجود فرکانس را تعیین کند. این نوع بیان محتوای فرکانسی برای سیگنالهای ایستا بسیار مفید می‌باشد، سیگنال ایستا به سیگنالی گفته می‌شود که اگر دارای فرکانسی باشد آن فرکانس در تمام دامنه زمانی موجود می‌باشد. از طرفی سیگنالهای زمانی موجود در مهندسی زلزله به طور ذاتی هم در محتوای فرکانسی و هم در تغییرات دامنه غیرایستا می‌باشند. لذا برای استخراج بهتر اطلاعات فرکانسی سیگنالهای زلزله لازم است سیگنال را توأماً در فضای زمان – فرکانس بررسی شوند، که بر اساس آن می‌توان مقادیر دامنه و انرژی را در هر زمان و در هر فرکانس تعیین کرد، به این نوع تحلیل، آنالیز زمان – فرکانس گفته می‌شود. ابزارهای گوناگون برای آنالیز زمان – فرکانس سیگنالهای غیر ایستا وجود دارند که از مهمترین آنها تبدیل موجک و تبدیل هیلبرت- هوانگ (HHT) می باشند.
همواره رکوردهای زلزله بر اساس پارامترهای متفاوت دسته بندی می‌شوند که از جمله می‌توان به دسته بندی براساس بزرگی زلزله، نوع خاک، فاصله سایت تا منبع، مکانیسم گسل، مدت تداوم زلزله، مقادیر دامنه و… اشاره نمود.
محتوای فرکانسی تاثیر بسیار زیادی بر پاسخ سازه هادارد. برای مثال می‌توان به اهمیت حضور یک مولفه تجزیه شده از رکورد با محتوای فرکانسی نزدیک به فرکانس سازه، اشاره کرد که این مولفه از اهمیت بسیار بالایی در پاسخ سازه برخوردار است و سهم عمده پاسخ متعلق به این مولفه می‌باشد.
محتوای فرکانسی در کنار پارامترهایی چون دامنه و مدت تداوم، از مهمترین مشخصه‌های یک رکورد زلزله محسوب می‌شوند که می‌توانند در تخمین خسارت وارد بر سازه هامورد استفاده قرار گیرند. به عنوان یک تعریف ساده، به توزیع مقادیر دامنه یک سیگنال زمانی در فرکانسهای متفاوت، محتوای فرکانسی گفته می‌شود. به دلیل اهمیت زیاد این پارامتر در رفتار سازه‌ها، محققان برای استخراج بهتر اطلاعات فرکانسی زمین‌لرزه‌ها، مطالعات فراوانی داشته‌اند.
شما می توانید لیست کتاب های مربوط به "طراحی های لرزه ای سازه" را در سایت انتشارات عمران سرا مشاهده بفرمائید.