بخشی از مقاله
چکیده
میراگر جرم متوازن - TMD - یکی از مهمترین مکانیسمهاي کنترل پاسخ لرزهاي سازههاي بلند در مقابل بارهاي دینامیکی است. این نوع میراگر داراي سه پارامتر فیزیکی اصلی شامل: جرم، سختی و میرایی میباشد. در دو دههي اخیر به علت عملکرد مناسب و کاربرد سهلتر میراگرهاي جرم متوازن، این نوع از میراگرها بیشتر مورد مطالعهي پژوهشگران قرار گرفتهاند. در این تحقیق به بررسی اثرات تغییر در چیدمانTMD در طبقات مختلف ساختمان بلند فولادي و همچنین تأثیر تغییر پارامترهاي فیزیکی مؤثر TMD بر کنترل پاسخ لرزهاي آنها با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی پرداخته شده است. نتایج به دست آمده از این مقاله حکایت از آن دارد که دو عامل: -1 مکان یابی هندسی مناسب توزیع جرم TMD و -2 تغییر پارامترهاي فیزیکی اصلی آن بیشترین تأثیر بر بهبود پاسخ لرزهاي ساختمانهاي بلند فولادي زیر اثر شتابنگاشتهاي مهم کشور را دارند.
کلمات کلیدي: میراگر جرم متوازن - TMD - ، ساختمان بلند فولادي، تحلیل تاریخچه زمانی، کنترل پاسخ سازه، شتابنگاشت.
.1 مقدمه
بار اعمالی ناشی از زلزله از مهمترین اولویتهاي طراحی در طرح سازهها میباشد. باتوجه به وسعت یافتن شهرها ومسائل اقتصادي، احداث سازههاي بلند مورد اهمیت فروانی قرار گرفته است. سازههاي با مقاومت بالا و مصالح بهینه که داراي استحکامی مطلوب ومناسب باشند. زلزله که از انواع بارهاي طبیعی و غیرقابل پیشبینی چه در زمان وقوع و چه در شدت می-باشد، عامل مهمی در طراحی سازه به حساب میآید. جهت کنترل پاسخ هاي سازه روشهاي متنوعی در اختیار طراحان قرار دارد، از جمله میتوان به استفاده از مهاربندي قابهاي ساختمانی، دیوار برشی، قابهاي خمشی فلزي و بکارگیري جداگرهاي لرزهاي و میراگرها اشاره کرد.
در چند دهه اخیر استفاده از میراگرهاي جرمی تنظیم شده - Tuned Mass Damper - مورد مطالعه قرار گرفته و عملکرد آنها بیشتر مورد توجه محققین و پژوهشگران واقع شده است. میراگرهاي جرم متوازن که مورد مطالعه و نظر این پژوهش میباشند، با ساختاري که دارند موجب اتلاف انرژي بارهاي جانبی به سازه اصلی میشوند. همچنین باعث کاهش پاسخ سازه در اثر این بارها می شوند.
بدلیل پتانسیل وقوع زلزلههاي شدید و لرزه خیزي کشور ایران و همچنین تغییر مکانهاي جانبی در سازههاي بلند، در این پژوهش استفاده از میراگرهاي جرمی تنظیم شده در ساختمانهاي بلند مورد مطالعه قرار گرفته است که بر اساس تغییر محل چینش ونصب میراگرها و تغییر خصوصیات فیزیکی موثرTMD ها نتایجی براي استفاده بهینه از این نوع میراگرها بدست آمده است.
بهطور کلی اعمال هرگونه نیرو به یک سازه سبب ایجاد ارتعاش در آن می شود. نیروي وارده به سازه می تواند عوامل داخلی یا خارجی داشته باشد. وجود یک سیستم مرتعش در داخل سازه به نحوي که تکیهگاه این دستگاه به یک عضو سازهاي نیرو وارد کند، میتواند سبب ارتعاش موضعی یا کلی سازه گردد. نیروي نظیر باد، منشا خارجی داشته و به طور مستقیم بر سازه وارد میگردد. نیروهایی نظیر زلزله یا اثر ترافیک خارج ساختمان، ارتعاش را از طریق زمین به پایه سازه منتقل کرده و انرژي ارتعاش از پی سازه به سایر طبقات انتقال مییابد که نتیجهي اعمال نیرو به سازه، ارتعاش طبقات میباشد. طراحی مقاوم سازه در برابر بارهاي وارده به آن باید به نحوي صورت گیرد که ارتعاشات و نیروهاي ایجاد شده ناشی ار آن در اعضاي سازهاي و غیر سازهاي، کاربري ساختمان را دچار اختلال نکند.[1]
.2 میراگر جرم متوازن
میراگر جرم متوازن یکی از انواع میراگرهاي متنوع اتلاف انرژي سازهها است که داراي سه پارامتر فیزیکی اصلی، شامل جرم، سختی و میرایی میباشد. در طراحی یک سیستمTMD هدف نهایی تعیین و تنظیم پارامترهاي آن بصورت بهینه و مطلوب به-منظور استفاده درست و دقیق از آن است.
.3 مدل تحلیلی میراگر جرمی تنظیم شده
شکل - - 1 نمایش سادهاي از مکانسیم ارتباط میراگر جرم متوازن با سازه اصلی را نشان میدهد. پارمترهاي Ms، Cs و Ks بترتیب نمایانگر جرم سازه اصلی، استهلاك و سختی آن بوده و پارامترهایی که داراي اندیس d میباشند، بیانگر مقادیر نظیر آن براي میراگر هستند. اگر Us، Ud و Ug بترتیب نشانگر تغییر مکان سازه اصلی نسبت به تکیه گاه، تغییر مکان میراگر نسبت به سازه اصلی و تغییر مکان تکیه گاه باشند، آنگاه معادلات دیفرانسیل تعادل دینامیکی سیستم بصورت رابطهي - 1 - نوشته می-شود .[2]
شکل-1 نمودار شماتیک سازه اصلی و برخی از انواع میراگرهاي جرمی متصل به آن
.4 مطالعات انجام شده
مطالعات فراوان و متنوعی بر روي میراگرهاي جرمی تنظیم شده در حالتهاي مختلف و کاربردهاي متنوع در سازههاي متفاوت صورت گرفته است. طرح اولیهي میراگرها بر پایه مطالعاتی است که بر روي ضربهگیرهاي ارتعاشات دینامیکی توسط فراهام انجام شد و نتایج آن در سال 1909 منتشر گردید.[3] در سال 1928 اورموندروید و دنهارتوگ مدل کاملتري از ضربهگیرها را گسترش دادند.[4] در سال1952 بیشاپ و ولبورن مسأله ضربهگیرهاي ارتعاشی را با درنظر گرفتن اثر وجود میرایی در سازه اصلی مورد بحث قرار دادند.[5] دنهارتوگ در کتاب خود با عنوان ارتعاشات مکانیکی که در سال 1956 منتشر شد تئوري مدون ضربهگیرها را در حالتی که سازه اصلی بدون میرایی باشد در قالب معادلات تحلیلی ریاضی در فضاي حالت عرضه نموده است .[6] فالکن با پیروي از کارهاي بیشاپ به طرح مسأله بهینهسازي پارامترهاي میراگر جرمی متوازن پرداخت.[7] رندال جداولی را در خصوص طراحی پارامترهاي این میراگرها منتشر نمود.[8] در سال 1988 آلنجیکلارك مطالعاتش را که به بررسی روش طراحی سیستم میراگرهاي جرمی تنظیم شده - TMD - براي کاهش حرکت سازه میپرداخت را تحت عنوان استفاده از میراگرهاي جرمی تنظیم شده چندگانه براي کاستن میزان حرکت ساختمان تحت زلزلههاي اعمال شده ارائه داد.[9] در سال 1992 وايالخو، کواك و بیسامالی اثر بخشی استفاده از میراگرهاي جرمی تنظیم شده - TMD - را در کاهش حرکت ساختمانهاي بلند زیر اثر تحریکات باد بررسی کردند. این پژوهشگران نتایج تجزیه و تحلیل خود را بر اساس آزمایش تونل باد ارائه دادند.[10] در سال 1998 براساس معیارهاي مختلف بهینهسازي کنترل نوسانات همساز سازه اصلی، جداول مشابه دیگري نیز از سوي محققین مختلف ارائه گردید. طی سالهاي گذشته بررسی اثر اختلال در تنظیم فرکانس و یا دیگر پارامترهاي میراگرهاي جرمی توسط محققین مورد مطالعه قرار گرفته است. رانا و سونگ اثرات این گونه اختلالات را در سازه هاي خطی بررسی نموده اند.[11]
.5 روش کار و نمودارهاي خروجی از نرمافزار
