بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارزیابی شکل پذیری مهاربندهای هم محور ضربدری مجهز به میراگر تسلیمی خمشی
چکیده:
در این تحقیق،تأثیرمیراگرهای تسلیمی X-ADAS(X-shape Added Damping And Stiffnes) در ترکیب با مهاربند هم محور ضربدری بر نیازهای لرزه ای قاب های خمشی فولادی 3 و 5 و 7 طبقه با سطح شکل پذیری متوسط در دو حالت ،یک بار بدون استفاده از میراگر((Xbrace و بار دیگر با استفاده از میراگر در مهاربند (XBWYD) مورد بررسی قرار گرفته شده است. بارگذاری قاب های مورد بررسی بر اساس آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله (استاندارد(2800 و مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران انجام شده و تحلیل و طراحی آن ها به کمک نرم افزار SAP2000 و بر اساس ضوابط مقررات ملی ساختمان ایران انجام گردیده است .در این مطالعه،قاب ها با نرم افزار OpenSees مدلسازی شده و نیازهای لرزه ای قاب های خمشی فولادی ،سختی و مقاومت و شکل پذیری،تحت هفت شتاب نگاشت ،نورثریج، طبس ، چیچی ،ویکتوریا ،سن فرناندو،امپریال ولی و لندرز با استفاده از تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی و استاتیکی غیر خطی مورد بررسی قرار گرفت.همچنین با استفاده از میراگر ها که برای 85 در صد از حداکثر نیروی قابل تحمل اعضای مهاربند ها طراحی شده تا قبل از تسلیم شدن اعضای مهاربند بتواند نیروی جانبی را مستهلک نماید .بر پایه نتایج بدست آمده ،حضور میراگرها در ترکیب با مهاربند هم محور که بیشترین سختی را داراست و دارای کمترین شکل پذیری است باعث افزایش ظرفیت شکل پذیری و کاهش سختی و مقاومت قاب ها می گردد.
واژگان کلیدی : شکل پذیری ، میراگر تسلیمی، نیاز لرزه ای،تحلیل استاتیکی غیر خطی،تحلیل دینامیکی غیر خطی
.1 مقدمه
به طور کلی اساس میراگر های تسلیمی بر رفتار غیر الاستیک استوار است.در این روش از استهلاک انرژی پسماند برای افزایش میرایی سیستم استفاده می شود.سطح زیر منحنی نیرو – تغییر مکان معرف مقدار انرژی مستهلک شده است.[1]
در زلزله های با شدت کم یا متوسط ،سطح زیر این منحنی به دلیل سختی بالای اعضاء کم است؛اما با افزایش شدت زلزله تشکیل حلقه ها وسعت یافته و میرایی اضافه می شود.در این میراگرها از خاصیت تغییر شکل فولاد نرمه یا سرب برای جذب انرژی استفاده می شود.[2]بدین ترتیب با افزودن قطعه ای فلزی به سیستم و انتقال نیروی حساب شده به آن،موجب جاری شدن آن در هنگام زلزله و در نتیجه مستهلک کردن مقدار زیادی از انرژی ورودی به سازه می شود.لذا عمل تخریب
1
بر روی اسکلت روی نمی دهد؛بلکه بر روی قطعه ای از پیش تعیین شده روی می دهد که پس از زلزله نیز قابل تعویض است.سیستم تسلیمی خمشی ADAS معمولا به عنوان بخشی از عضو بادبند ی طراحی می شود و به گونه ای نصب می شود که تغییر مکان طبقه باعث ایجاد تغییر مکان نسبی در دستگاه شود.[3]
.2روش تحقیق
در این تحقیق نیز از تحلیل غیر خطی بر اساس سطح عملکرد جهت بررسی عملکرد نمونه های مختلف استفاده می شود. در این تحقیق ، سطح عملکرد ایمنی جانی (LS) برای اجزای سازه ای انتخاب شده است. برای انجام طراحی از نرم افزار SAP2000 و به منظور انجام تحلیل غیر خطی از نرم افزار OpenSees V2,4,3 استفاده شده است.در این تحقیق، به منظور بررسی شکل پذیری قاب ها، حداکثر تغییرمکان جانبی و نیز تغییرمکان جانبی نظیر نقطه تسلیم در بالاترین تراز هر یک از قاب های مورد بررسی به وسیله تحلیل های تاریخچه زمانی و پوشآور تحت اثر میانگین نتایج شتاب نگاشت های نورثریج، طبس ، چیچی ،ویکتوریا ،سن فرناندو،امپریال ولی و لندرز -که همگی بر مبنای شتاب 0/35g بر طبق آیین نامه 2800 همپایه شده اند تعیین شده و از متوسط نتایج به دست آمده استفاده شده است.
برای تامین اهداف این پژوهش ، با توجه به محدوه ای از سازه های قابی خمشی فولادی که ویژگی های مورد نظر را دارا باشند مد نظر قرار گرفت . سه ساختمان فولادی 3، 5 و 7 طبقه با مهاربند X شکل به ارتفاع هرطبقه 3 متر و با دهانه 5 متری، در منطقهای با خطر لرزهپذیری زیاد و نوع خاک II، مطابق با ضوابط آییننامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد (2800، طراحی با شکلپذیری متوسط (قاب خمشی متوسط) و دارای کاربری مسکونی مورد بررسی قرار گرفت . بارگذاری قابها شامل دو بخش بارگذاری ثقلی و بارگذاری زلزله میشود برای پوشش سقف های طبقات و بام ، سیستم
تیرچه و بلوک با جزییاتی مطابق جزییات متعارف در ساختمان ها و با وزن واحد سطح در نظر گرفته شده است . بار زنده طبقات نیز بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمانی ایران برای طبقات به دست آمده است . لازم به
ذکر است ، بار زنده بام مشابه طبقات برابر منظور شده است .برای این کار یکی از قابهای میانی بهمنظور بارگذاری انتخاب شد. سازه ها پس از انتخاب ، برای تحلیل ارتجاعی به منظور طراحی ، مدل سازی و بارگذاری شدند . نتایج تحلیل ها در طراحی مورد استفاده قرار گرفت و مقاطع اعضا برای تمام قاب ها مشخص گردید . پس از این مرحله ، سازه ها به همراه ترکیب المان های میراگر XADAS برای تحلیل های غیر ارتجاعی شامل تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش آور) و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی مدل سازی شدند . در این فصل ، انتخاب سازه ها ، بارگذاری ، طراحی و مدل سازی آن ها و ویژگی های دینامیکی سازه ها به همراه معرفی نرم افزار تحلیل غیرخطی OpenSees مورد بحث قرار می گیرد .
.3روش پیشنهادی طراحی المان های تسلیمی
هر صفحه میراگر ADAS با سه پارامتر طول و عرض و ارتفاع مشخص می شود.مشخصات مکانیکی این میراگرها،مقاومت برشی و سختی میراگر در حالت الاستیک و همچنین جابهجایی تسلیم است.[4]با توجه به فرضیات طراحی سازه بر این مبنا که ابتدا اعضای کششی (بادبند) به حد تسلیم برسند بعد تیرها و در نهایت ستونها و با توجه به قرار گیری این المان ها در بادبند بنابراین صفحات را برای حداکثر نیروی کششی در بادبند باید طراحی می کنیم تا قبل از اینکه بادبند به کشش بیافتد
2
صفحات به حد تسلیم برسند و برای حصول اطمینان از این موضوع طراحی را برای 85 درصد از این نیرو انجام می دهیم . با توجه به مطالبی که در فصل سوم درباره صفحاتX شکل و مثلثی بیان شد .اما به دلیل اتصال بهتر و اجرای آسان تر اتصال در این تحقیق از صفحات تسلیمیXADAS استفاده می شود. همچنین ورق X شکل در دو انتهای خود گیردار است و ورق X شکل حول ارتفاع میانی خود با انحنای مضاعف و به شکل پادتقارن تغییر شکل می دهد.با توجه به اینکه مدلسازی رفتار مصالح در نرم افزار OpenSees نیاز به اطلاعات مکانیکی قطعه مورد استفاده دارد.برای دقت بیشتر در مدلسازی رفتاری و احتمال بروز خطای کمتر از اطلاعات آزمایشگاهی که C. X. Wu Y. Zhou و J.G. Tong J.J. Han در مطالعه رفتاری قطعه XADAS انجام داده اند، [5] در این تحقیق استفاده می شود. شکل1 مشخصات فیزیکی میراگر مورد استفاده در تحقیق را نشان می دهد همچنین می توان در جدول 1 نتایج مشخصات مکانیکی قطعه را مشاهده کرد.
شکل 1 مشخصات فیزیکی المان XADAS
جدول 1 مشخصات مکانیکی قطعه حاصل از آزمایش
Plastic Yield displaceent(mm) Yield force(kn) Elastic NO
Stiffness(kn/mm) Stiffness(kn/mm)×
3/23× 1/44× 181/5× 126/1 نمونه1
3/78 1/44 176/4× 122/74 نمونه2
3/51 1/44 179/2 124/4 متوسط
اعضای مهاربندی ضربدری،اعضای محوری می باشند.در این اعضا نیرو هم به صورت محوری یعنی به شکل کششی یا فشاری در دو سر اعضای آن منتقل می گردند.بنابراین می توان میراگر را در هر قسمت از مهاربند استفاده کرد.برای استفاده
از میراگر نکات اجرایی را باید مد نظر قرار داد .محل مناسب برای استفاده از میراگر را ابعاد دهانه در نظر گرفته می شود
بنابراین نحوه قرارگیری المان ها در مهاربند مطابق رابطه (1) به بدست می آید و همچنین شکل 2 نحوه عملکرد خمشی و محل قرارگیری المان های تسلیمی را نشان می هد.
در رابطه X ( 1) محل قرار گیری ابتدای المان و L طول دهانه یا ارتفاع آن (ابعاد دهانه) می باشد.بنابراین محل قرار گیری المان 1,25 متر در عرض دهانه و 0,75 متر در ارتفاع دهانه بدست می آید.
شکل 2 نحوه قرارگیری و عملکرد المان های تسلیمی خمشی
در روایط (2) و P ( 3) حداکثر نیروی کشش بادبند با 15 درصد کاهش جهت اطمینان می باشد. لنگر پلاستیک
صفحات تسلیم و Py نیروی تسلیم صفحات تسلیمی خمشی و Z اساس مقطع صفحات، مساحت مقاطع بادبند و Fy نیز تنش تسلیم فولاد می باشد.
برای محاسبه تعداد المان های مورد استفاده در این تحقیق از نتایج آزمایش کفته شده استفاده شده است و بر اساس روابط و و تعداد المان ها ی بدست آمده با توجه به مساحت سطح مقطع مهاربندها در جدول 3 آمده است.
جدول 3 تعداد المان ها بدست امده در مهاربندهای قاب ها
مقطع بادبند (cm2) N
BOX100*100*14,2 56 12
BOX90*90*12,5 45 10
BOX80*80*10 32 8
BOX120*120*12,5 60 14
.4نتایج تحلیل
به منظور بررسی نیاز سختی قاب ها ، تغییر مکان های مطلق طبقات تحت اثر شتابنگاشت های نورثریج، طبس ، چیچی ،ویکتوریا ،سن فرناندو،امپریال ولی و لندرز که همگی بر مبنای شتاب 0/ 35g همپایه شده اند ، برای هر یک از آن ها تعیین گشته و از متوسط نتایج به دست آمده استفاده گردیده است . در ادامه ، نتایج بررسی نیاز سختی ارائه گردیده و سپس مجموعه آن ها مورد مقایسه قرار می گیرند.
