بخشی از مقاله
چکیده
در طراحی سازههای در معرض انفجار بارهای ارتعاشی و تعیین آثار آن بر سازه بخش مهم و تأثیرگذاری از کار هستند. با توجه به اینکه استفاده از جداسازهای فونداسیون به دلیل مزایای فراوان در میرا نمودن بارهای جانبی نقش مؤثری در بهسازی ساختمانها و کمتر شدن جابهجایی و سایر آثار مخرب بار ارتعاشی انفجار دارد و در راستای اصول پدافند غیرعامل بررسی اثر همزمان این دو مؤلفه بر سازههای شهری حائز اهمیت است. در این پژوهش ضمن بررسی تأثیر جداسازی بر استهلاک انرژی و کاهش جابجایی سازه به کمک یک نرمافزار المان محدود - - Abaqus، پیشنهاد استفاده از جداساز غلطکی مقید به همراه کلاف بندی پایه ستونها جهت بهبود نتایج جداسازی ارائهشده و موردبررسی قرارگرفته استنهایتاً. ، پس از مقایسه نتایج برای سه حالت بدون جداساز، جداساز متداول لاستیکی با هسته سربی و شرایطی که مورد پیشنهاد این پژوهش است، نمودارهای جابجایی و انرژی جذبشده سازه نشان میدهند پیشنهاد مطرحشده تأثیر مثبتی در بهبود ویژگیهای مورد انتظار جداسازی و کاهش بیشتر آثار مخرب بار انفجار دارد. البته انتخاب نوع و شرایط پیرامونی جداساز اهمیت ویژهای در این مورد خواهد داشت.
واژههای کلیدی: بار انفجار، سازه فولادی، جداساز غلطکی مقید، کلاف بندی پایه
-1 مقدمه
در روشهای مرسوم، ساختمان با استفاده از ترکیبی از سختی- قابلیت شکلپذیری و همچنین استهلاک انرژی در برابر بارهای جانبی از خود مقاومت نشان میدهد، مقدار میرایی در این قبیل ساختمانها بسیار کم است ازاینرو انرژی مستهلکشده در محدوده الاستیک سازه ناچیز است. در هنگام اعمال بار جانبی قوی، این ساختمانها بعد از محدوده رفتار الاستیک ، تغییرمکانهای زیادی مییابند و فقط بهواسطه چگونگی قابلیت تغییر مکان غیرالاستیک خود ، پایدار باقی میمانند ، این تغییرمکانهای غیرالاستیک موجب به وجود آمدن مفاصل پلاستیک بهصورت موضعی در نقاطی از سازه میگردند که خود باعث افزایش شکلپذیری و همچنین افزایش استهلاک انرژی میگردد. درنتیجه مقدار زیادی از انرژی زلزله بهواسطه تخریبهای موضعی در سیستم مقاوم جانبی سازه مستهلک میگردد. بهواسطه توجه به نحوه توزیع انرژی در یک سازه امروزه در دنیا روشهای دیگری بهمنظور کاستن اثرات بار¬های جانبی موردتوجه قرارگرفته است.
طی اعمال بار جانبی، مقدار زیادی انرژی به سازه تحمیل میگردد. این انرژی ورودی به دو صورت جنبشی و پتانسیل در سازه پدیدار میگردد که میبایست به طریقی جذب یا مستهلک شود. اگر هیچ نوع میرایی در سازه موجود نباشد، سازه تا بینهایت به ارتعاش خود ادامه میدهد.اما عملاً بهواسطه خصوصیات سازه، مقداری میرایی در آن به وجود میآید که موجب عکسالعمل در مقابل ارتعاش سازه و میرا کردن آثار بار وارده میگردد. کارایی ساختمان را میتوان با افزودن جاذبهای انرژی - میراگرها - به ساختمان افزایش داد. هرقدر بتوانیم میرایی سازه را افزایش دهیم انرژی تحمل شده توسط سازه و درنتیجه آثار تخریبی آن کاهش میابد .[1] با کاربرد جداساز پایه ضمن کاهش صلبیت، امکان ارتعاش آزادانه سازه نسبت به فونداسیون و درنتیجه تأمین میرایی لازم جهت مستهلک نمودن انرژی وارده به وجود میآید. تعیین پارامترهای محاسباتی و فاکتورهای طراحی با انجام آزمایشهای عملی میسر است.[2]
نتایج مطالعات اخیر[3] نشان میدهد که دوره ارتعاش طبیعی سیستم با در نظر گرفتن نرمی شالوده از شرایط خاک سفت بزرگتر است. شکلپذیری، پیوستگی اعضای سازهای، مقاومت، سختی ازجمله عواملی هستند که نقش مهمی را در بقای سازهها تحت هر دو نوع بار لرزهای و انفجاری ایفا میکنند. Han در سال 2002 رفتار لرزهای یک ساختمان بلند قاببندی شده 20 طبقه را با لحاظ کردن اندرکنش خاک و شمع مطالعه کرد و نتیجه گرفت که مدل پایه سفت، سختی را بیشتر از حد واقعی و میرایی را کمتر از حد واقعی برآوردمی کند.لذا با پیشنهاد یک روش تقریبی و کاربردی تأثیر میراگری شالوده را موردتوجه قرار داد[4] .همراستا با اصول پدافند غیرعامل در طراحی سازهها استفاده از تأثیر جداسازی سازه کمک شایانی به طراحی پایدارتر و اقتصادیتر سازه میکند باوجود جداسازی و عدم اتصال صلب سازه به ساختگاه ضمن افزایش پریود و کاهش جذب انرژی سازه ,امکان حرکت نسبی سازه و درنتیجه مستهلک نمودن بار ارتعاشی وارده به وجود میآید و میرایی سازه از سه درصد در حالت معمول تا میزان ده درصد قابلافزایش خواهد بود که تأثیر شایانی در کمتر شدن جابهجایی در طول زمان اعمال بار، بهبود ایمنی و کمک به حفظ عملکرد سازه پس از انفجار دارد.
نکته قابلتوجه در این مورد دوره تناوب بار جانبی اعمالشده است. در مورد ساختمانهای بلندمرتبه با افزایش زمان تناوب سیستم - با افزایش ارتفاع - ، میزان اثرپذیری سازه از بارهای پریود بلند بهشدت افزایش مییابد - براثر پدیده تشدید - و این حرکات قادرند نیاز جابهجایی بالایی را به جداساز تحمیل کنند که میتوانند منجر به تجاوز بیشینه جابهجایی جداساز از مقادیر طراحی شوند.
بنابراین در شرایطی که امکان بروز این نوع حرکات وجود داشته باشد لازم است برای کنترل جابهجایی جداساز تدابیر ویژهای - مانند استفاده از میراگر در تراز جداسازی - در نظر گرفته شود. [5][6]
در مورد نحوه اعمال بار انفجار به سازه استفاده از بارهای متمرکز در تراز طبقات با توزیع خطی نسبت به زمان دقت کافی را به دست میدهد ,همچنین با توجه به اینکه شدت بار وارده با توان سوم فاصله رابطه عکس دارد وجوه بیرونی ساختمان حالت بحرانی خواهند داشت که لازم است با معیارهای بالاتری طراحی شوند. [7]
-2 مدل سازی
با توجه به عدم دسترسی پایگاه داده آزمایشگاهیجهت مطالعه و متعاقباً آنالیز مرتبط با آن از مدلسازی به کمک نرمافزار المان محدود آباکوس بهره میجوییم. بهمنظور بررسی هرچه دقیقتر اثر انفجار بر رفتار ساختمانهای مسکونی سه سازه با پلان ساده تیپ مسکونی سه، هشت و دوازده طبقه فولادی مهاربندیشده که بر اساس آییننامه 2800 طراحیشده است را در دو آیتم انرژی جذبشده سازه و جابجایی بیشینه جهت مقایسه در نظر میگیریم. مقایسه در سه حالت بدون جداساز، با جداساز متعارف لاستیکی سربی و حالت جداساز غلطکی با کلاف بندی پایه ستونها صورت میگیرد. همچنین به دلیل کم شدن تعداد آیتمهای مؤثر از اثر ssi صرفنظر و ساختگاه صلب در نظر گرفته میشود. ساختمانها دارای ضریب اهمیت زیاد و در منطقه با خطر لرزهخیزی بسیار زیاد قرار دارند. در ساخت سازه از فولاد نرمه با Fy=235mpa استفادهشده است. ضریب پواسون 0,3 و مدول الاستیسیته E=200Gpa است. بار ضربهای اعمالشده ناشی از انفجار 100 کیلوگرم TNT در فاصله 10 متری و در تراز زمین است که بهصورت یک بار دینامیکی مثلثی با بیشینه مقدار Pso=5 Mpa و در زمان 0,1 ثانیه به سازه اعمال میشود. شکل شماره یک نمایی از نرمافزار برای سازه 8 طبقه را نشان میدهد. پیشنهاد ارائهشده در این مقاله استفاده از جداساز غلطکی با کلاف بندی پایه ستونها است.
شکل -1 نمایی از نرمافزار سازه هشت طبقه
