بخشی از مقاله
چکیده
با وجود درنظر گرفته شدن اوج شتاب افقی زمین و شتابهای طیفی، در تقرباًی همه تحلیلهای بهسازی لرزهای، در تحلیلهای سازهای اغلب از در نظر گرفتن مدت دوام حرکت قوی زمین چشم پوشی میکنند. تجربه زلزلههای گذشته و تحلیلهای عددی، تأیید میکند که مدت دوام حرکت قوی زمین میتواند به طور قابل توجهی درجه خرابی سیستمهای مهندسی عمران را تحت تأثیر قرار دهد. یکی از روشهایی که امروزه برای کاهش اثرات مخرب زلزله مورد توجه بسیار قرار گرفته است جداسازی پایه ساختمان میباشد، به همین منظور در این پایان نامه تأثیر مدت دوام زلزله - زمان مؤثر زلزله - بر عملکرد سازههای فولادی خمشی مجهز به جداگر لرزه ای از نوع آونگی اصطکاکی مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش سازههای 3، 6 و 9 طبقه فولادی که سیستم مقاوم آنها در برابر زلزله قاب خمشی میباشد برای دو حالت پایه ثابت و پایه جداسازی شده مورد مطالعه قرار گرفته است. برای تحلیل این سازهها از روش دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی با استفاده از نرم افزار SAP2000 تحت 14 عدد رکورد زلزله دور از گسل در دو بازهی با زمان موثر 10 تا 25 ثانیه و 40 تا 70 ثانیه استفاده شده است. با توجه به دادههای بدست آمده مشاهده میشود، در زمان موثرهای طولانی اثر جداگرهای لرزهای در کاهش برش پایه و جابجایی طبقات کمتر شده است. بنابراین جداگرها در زلزلههای با زمان موثر کوتاه تأثیر بیشتری دارند.
واژههای کلیدی: مدت دوام زلزله، جداگر لرزه ای، جداگر آونگی اصطکاکی، تحلیل دینامیکی غیر خطی
-1 مقدمه
جداگر لرزهای یک روش مؤثر برای حفاظت از ساختمانها، اعضای سازهای و غیرسازهای و سایر تجهیزات آنها در برابر اثرات ناشی از تکانهای زمین میباشد. در نتیجه از این روش میتوان برای بهبود عملکرد لرزهای ساختمانهای مهم و حساس از قبیل مدارس، بیمارستانها، مراکز ارتباط جمعی و مراکز اضطراری، ادارههای پلیس و ایستگاههای آتش نشانی، در زمانی که به آنها نیاز است یعنی بلافاصله پس از وقوع زلزله استفاده نمود.
در این روش سازه به وسیله ایجاد یک مؤلفه انعطاف پذیر و اتلاف کننده انرژی در راستای افقی، در تراز پایه، از زمین و حرکتهای ناگهانی آن مانند زلزله جدا میشود. این قابلیت انعطاف پذیری و اتلاف انرژی به وسیله تجهیزات جداسازی که به آن جداگر گفته میشود صورت میگیرد.
استفاده از جداگرهای لرزهای در سازه، باعث افزایش پریود طبیعی سازه میگردد. افزایش در پریود سازه سبب میشود که در اثر وقوع زلزله شتاب وارد بر طبقات و جابجایی نسبی طبقات سازه جداسازی شده نسبت به سازه ثابت کاهش قابل توجهی داشته باشد. این کاهش منجر به آن میگردد که سازه جداسازی شده در محدوده الاستیک و یا نزدیک به الاستیک رفتار کند .[3-1]
کاهش هم زمان شتاب وارد بر طبقات و جابجایی نسبی آنها یکی از مهمترین نتایج استفاده از جداگرهای لرزهای میباشد که این امکان را فراهم میکند تا سازه تحت اثر زلزله در محدوده قابلیت استفاده رفتار کند. از مقایسه روشهای مختلف طراحی به منظور افزایش مقاومت ساختمانها در برابر زلزله میتوان نتیجه گرفت که روش جداسازی لرزهای یکی از روشهایی است که میتواند نیروی زلزله وارد بر ساختمانها را به طور قابل ملاحظه ای کاهش دهد. [4] یکی از انواع پرکاربرد جداگرهای لرزهای، سیستم آونگی اصطکاکی میباشد. در ساختار این جداگرها از دو پارامتر جاذبه و هندسه به عنوان پارامترهای تعیین کننده جداسازی مورد نظر بهره گرفته شده است. اساس طراحی این جداگر بر پایه بحث شناخته شده ای در اصول مهندسی یعنی حرکت آونگ، استوار است.
یکی از خصوصیات حرکات زمین مدت دوام حرکات شدید میباشد که تأثیر عمدهای بر پاسخ سازه در زمین لرزه دارد به طوری که مدت دوام حرکات شدید تأثیر قابل توجهی بر شدت جنبش و تکان سازه دارد، به نحوی که زمین لرزهای که دارای حداکثر شتاب متوسط و مدت دوام طولانی باشد خسارت بیشتری از زمین لرزهای با شتاب بزرگتر اما مدت دوام کوتاه تر بر جای میگذارد. منظور از مدت زمان مؤثر، زمان مورد نیاز برای بوجود آوردن شدتی موسوم به شدت آریاس در حد فاصل 5 تا 95 درصد کل شدت آریاس یک نگاشت میباشد [5]و .[6] به همین منظور در این پژوهش تأثیر مدت دوام زلزله - زمان مؤثر زلزله - بر عملکرد سازههای فولادی خمشی مجهز به جداگر لرزه ای از نوع آونگی اصطکاکی مورد بررسی قرار گرفته است.
-2 جداگر آونگی اصطکاکی
سیستم آونگ اصطکاکی، سیستم جداسازی اصطکاکی است که به وسیله هندسه خاص خود، عمل لغزش و نیروی بازگرداننده را فراهم میکند. جداساز آونگی اصطکاکی که در شکل - 22-2 - نشان داده شده است، دارای یک سطح لغزنده مفصلی است که بر روی یک سطح کروی از جنس فولاد ضد زنگ میلغزد .[7]
سطحی از این قسمت لغزنده مفصلی که در تماس با سطح کروی است، با موادی با اصطکاک کم پوشیده شده است. سطح دیگر این لغزنده نیز کروی بوده و با لایهای از فولاد ضد زنگ پوشیده شده است. این سطح در شیار کروی که آن هم از ترکیباتی با اصطکاک کم پوشیده شده قرار میگیرد. با حرکت قسمت لغزنده از روی سطح کروی، جرم موجود از روی آن بلند شده که این امر سبب ایجاد نیروی بازگرداننده در سیستم میشود. اصطکاک بین سطح لغزنده مفصلی و سطح کروی نیز سبب ایجاد میرایی در جداسازها میشود. سختی موثر جداساز و دوره تناوب سازه جداسازی شده به وسیله شعاع انحنای سطح محدب کنترل میشود .[8]
-3 روش تحقیق
در تحقیق حاضر ساختمانهای مورد مطالعه، 3 و 6 و 9 طبقه در نظر گرفته شدهاند، این سازهها دارای اسکلت فلزی، با سیستم قاب خمشی متوسط می باشند. ساختمان ها از نوع مسکونی با اهمیت متوسط فرض شده اند. منطقه مورد مطالعه با لرزه خیزی خیلی زیاد و خاک از نوع سه در نظر گفته شده است. ارتفاع طبقات یکسان و برابر 3/2 متر میباشد. برای تیرها وستونها از فولاد ST37 با حداقل تنش تسلیم Fy = 2400 cmkg2 استفاده شده است. تمامی اتصالات و تکیه گاهها صلب فرض شده و سیستم سقف از نوع تیرچه با عملکرد یک طرفه میباشد. بارگذاری ثقلی بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان انجام شده است .[9]
میزان بار مرده برای طبقات 800 2، بار زندهی آنها 200 2، بار مردهی بام 600 2 و بار زندهی آن 150 2 میباشد و بار مردهی گسترده روی دیوارهای جانبی پلان طبقات 600 f میباشد. طراحی سازه ها مطابق ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان انجام شده است .[10] تحلیل سازهها با روش دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی، با استفاده از نرم افزار غیرخطی SAP2000 ، Version 18.1.1 انجام شده است.
ساختمانهای مورد مطالعه در دو حالت پایه ثابت و پایه جداسازی شده تحت تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی در دو بازه با زمان موثر10 تا 25 ثانیه و 40 تا 70 ثانیه، مورد ارزیابی قرار گرفته شده است. در انجام این تحلیلها در مجموع 14 زوج شتاب نگاشت زلزله از حوزه دور مورد استفاده قرار گرفته اند که 7 زوج شتابنگاشت از زلزلههای با زمان موثر 10 تا 25 ثانیه و 7 زوج شتابنگاشت از زلزلههای های با زمان موثر 40 تا 70 ثانیه انتخاب شده اند. 14زوج شتابنگاشت انتخابی با توجه به روش همپایه سازی شتابنگاشتها در استاندارد 2800 به مقیاس در آمده اند.[11] در این روش طیف متوسط پاسخ شبه شتاب شتابنگاشتها نسبت به طیف طرح استاندارد2800 مقیاس می گردد. در تحلیل دینامیکی غیرخطی، هر سازه یک بار در حالت پایه ثابت و یک بار در حالت جداسازی شده، تحت تحریک14 شتابنگاشت قرار گرفته شده است.
رکوردهای زلزله از سایت PEER انتخاب شده است [5]و .[12] خاک محل احداث پروژه نوع 3 میباشد بنابراین مطابق آیین نامه 2800 از رکوردهایی که سرعت موج برشی آنها 175-375 میباشد استفاده شده است.
در جدول1، مشخصات 7 زلزله دور از گسل با مدت زمان موثر 10تا 25 ثانیه و در جدول2، مشخصات 7 زلزله دور از گسل با زمان موثر 45 تا 70 ثانیه بکار رفته در تحلیل سازهها آمده است.
