بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این مقاله ارزیابی اثر سیستم میراگر جرمی تنظیم شده - - Tuned Mass Damper - TMD - بر دریفت طبقات در ساختمان نامنظم بتن مسلح تحت اثر زلزله است. بدین منظور، ابتدا ساختمان های مورد نظر یکبار بدون وجود TMD و یکبار با وجود TMD مدلسازی گردیده و نتایج حاصل از دو مرحله باهم مقایسه شد. جهت دستیابی به نتایج از نرم افزار Sap 2000 استفاده گردید. به منظور بررسی اثر نامنظمی، ساختمان 20 طبقه بتن مسلح با سیستم مهار جانبی قاب خمشی متوسط و دیواربرشی درنظر گرفته شده و به بررسی نمودار دریفت نسبت به زمان در سازه با دهانه 4 متر پرداخته می شود. بدین منظور تأثیر افزایش تعداد میراگر در ارتفاع، مورد بررسی قرار داده می شود که با قرار گیری میراگر در مرکز ساختمان در طبقه 20 ، طبقه 20 ، 19 و در طبقه 19،20 و 18 و در نهایت در کل ساختمان مورد بررسی قرار می گیرد ، که مشاهده می شود هر چه تعداد میراگر ها در ارتفاع بیش تر شود مقدار دریفت ساختمان هم کاهش پیدا می کند، به طوری که بیشترین دریفت ساختمان مذکور پس از ساختمان بدون میراگر مر بوط به سازه دارای میراگر در طبقه 20 می باشد و کمترین مقدار دریفت مربوط به جایگذاری میراگر در کل طبقات ساختمان می باشد.
-1 مقدمه
سیستم میراگر جرمی تنظیم شدهTMD یکی از پیشرفته ترین و کاراترین سیستم های نوین می باشد که امروزه با به کارگیری آن در برج ها و آسمان خراش ها باعث پایداری سازه در برابر نیروهای خارجی وارد بر سازه می گردداصولاً. این سیستم با استهلاک نیروی وارده و کاهش اثر آن بر روی سازه موجب می شود که سازه حداقل نوسان و جابه جایی در بالاترین قسمت سازه را داشته باشد. سیستم TMD اولین بار در سال 1909 توسط Frahm برای کاهش ارتعاشات مکانیکی ناشی از بارهای هارمونیک و مونوتونیک پیشنهاد داده شد و مشاهده شد که اگر یک سیستم ثانویه متشکل از یک جرم ، میراگر و یک فنر بر سازه اصلی اجرا شود و فرکانس طبیعی سیستم اولیه به مدل اصلی سازه ی اصلی نزدیک باشد، کاهش زیادی در پاسخ دینامیک سازه ی اولیه بدست می آید - . - Frahm, 1990 Den Hartogدر سال 1956برای اولین بار به ارائه تئوری طراحی بهینه یک TMD برای یک سیستم بدون میرایی که تحت تحریک بار سینوسی قرار گرفته بود،پرداخت. وی فرض کرد که هیچ گونه میرایی در جرم اصلی وجود ندارد و در کتاب خود با عنوان ارتعاشات مکانیکی،تئوری مدرن ضربه گیرها را در حالتی که سازه اصلی بدون میرایی باشد،در قالب معادلات تحلیلی ریاضی عرضه نمود پس از آن در سال Falcon1967 با پیروی از کارهای Bishop به طرح مسأله بهینه سازی پارامترهای میراگر جرمی پرداخت وی روشی را برای بهینه سازی جاذب ،با گنجاندن مقدار محدودی میرایی اعمال شده به سیستم اصلی میرا شده ابداع کرد - - Falcon, 1967 .برجcenter-pointبا ارتفاع 305 متر در سیدنی استرالیا اولین سازه ای بود که در آن یک TMD برای کاهش ارتعاشات ناشی از باد نصب شد،از آن پس تعداد زیادی سازه شامل Citicorp در Newyork، John Honkok در Boston، FunadeBridge در Osaka،برج CN در Toronto وبلندترین برج جهان - برج 101 طبقه در - Taiwan از TMD استفاده کردند. Lin و همکارانش در سال 1999 با استفاده از مدل هایی با دو TMD در معرض تحریک تصادفی دو جهتی ،پیشنهاد کردند جذر میانگین مربعات پاسخ مرتبط به حالت غالب کاهش داده شود - . - Lin and other, 1999در ادامه ،Ueng و همکارانش در سال 2008 از یک مدل مشابه استفاده کردند،اما کسر میانگین مربعات درجات آزادی کنترل شده ساختمان دارا و فاقد TMD را کاهش دادند - . - Ueng and other, 2008 سپس Li و همکارانش در سال 2010 برای به دست آوردن سختی بیشتر در برابر تحریک لرزه ای ،سیستم نامتقارن دارای دو درجه آزادی مجهز به میراگر جرمی تنظیم شده فعال - ATMD - را مورد بررسی قرار دادند.این مطالعه نشان داد که در سازه های انعطاف پذیر از نظر پیچشی که برون محوری نرمال شده شان پایین تر از 0,1 است،ATMD می تواند طوری طراحی شود که پاسخ انتقالی را با نادیده گرفتن لنگر پیچشی ،سرکوب کند.در سازه های میانی و انعطاف پذیر از نظر پیچشی ،ATMD پاسخ انتقالی و پیچشی برای یک گستره وسیع در برون محوری های نرمال شده را کاهش می دهد - . - Li and other, 2010در پی آن Almazan وهمکارانش در سال 2008 میراگر جرمی تنظیم شده همگن و دو جهتی - BH-TMD - را پیشنهاد کردند که برای کنترل هم زمان سازه هایی با فرکانس جانبی مشابه یا بسیار متفاوت ،طراحی شدند. از سوی دیگر، نسبت میرایی معادل دستگاه با دامنه حرکت تقرباًی ثابت می ماند - خاصیت همگن - که آن را در شدت های مختلف تحریک ، به یک اندازه کارآمد می کند. در رابطه با سازه های متقارن خطی با چند درجه آزادی ،این مطالعه نشان داد که عملکرد BH-TMD قابل مقایسه با یک TMD خطی ایده آل است - در جای دیگر Lin و همکارانش در سال 2011 یک TMD دو جهتی را برای کنترل سازه های کوپل شده پیچشی با تحریک دو جهتی پیشنهاد کردند.نتایج این طرح نشان داد که طراحی این دستگاه ساده تر از TMD های چندگانه است، زیرا پارامترهایش می توانند از یک TMD معمولی به دست آیند که یک سیستم دارای یک درجه آزادی را کنترل می کند.از سوی دیگر ،دستگاه قادر است انرژی تغییر شکل غیرالاستیک و در نتیجه آسیب را در یک ساختمان در معرض تحریک لرزه ا ی دوجهتی کاهش دهد - . - Lin and other, 2011 در سال Almazan 2012 و همکارانش پیچش سازه نامتقارن دارای یک یا دو TMD را مورد بررسی قرار دادند. نتایج تحقیق آنها نشان داد که افزودن TMD به سازه سبب کاهش پاسخ سازه می شود همچنین افزودن TMD دوم به سازه باعث بهبود عملکرد سازه نمی شود بیشتر مطالعات اولیه به استفاده از جذب کننده های دینامیکی در سیستم های مکانیکی که فقط یک فرکانس مؤثر برابر با فرکانس اساسی ماشین را دارا هستند، پرداخته شده اند.سازه های ساختمانی با توجه به این که متأثر از اعمال بارهای محیطی و طبیعی هستند،لذا دارای مؤلفه های متفاوت فرکانسی می باشند.موارد زیادی مطالعات و بررسی روی رفتار میراگر جرمی متوازن و نحوه عملکرد آن بر روی ساختمان ها به منظور کنترل ارتعاشات ناشی از بارهای جانبی در سی سال اخیر انجام شده است.در ایران نیز خوشبختانه در سال های اخیر استفاده از میراگرهای جرمی تنظیم شده جهت کاهش پاسخ سازه مورد توجه قرار گرفته است.در این میان Zahrai و Ghannadi¬¬ Asl در سال 2005 کاربرد میراگر جرمی برای کاهش ارتعاشات لرزه ای ساختمان های میان مرتبه را بررسی نموده و نشان دادند که مشخصات زلزله بر راندمان میراگر جرمی مؤثر است - Zahrai, Ghanadi Asl, 2005 - .Zahrai و همکاران در سال 2008، همچنین روی معیاری برای پایداری تأثیر عملکرد بهینه میراگرهای جرمی چندگانه کار کردند - . - Zahrai and other, 2008بیشتر مطالعات برای کاهش اثرات باد بر انواع سازه ها انجام گرفته است و میزان کارایی این میراگرها در کاهش ارتعاشات لرزه ای کمتر بررسی شده است.جهت درک بهتر از نیازها و ظرفیت های لرزه ای ساختمان های نامنظم در ارتفاع که از سیستم میراگر TMD در آنها استفاده شده است باید تحقیقات و مطالعات بیشتری صورت بگیرد از این رو این تحقیق صورت گرفته است.
-2 مواد و روش ها
در این مطالعه، جهت حصول نتایج تحقیق از روش عددی المان محدود استفاده شده است. در این خصوص مدل سازی ساختمان نامنظم بتن مسلح با استفاده از نرم افزار - Sap 2000 - Ver. 17 انجام شده است. به منظور ارزیابی اثر TMD بر عملکرد لرزه ای ساختمان نامنظم بتن مسلح از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی استفاده شده است. بدین منظور از هفت زوج شتاب نگاشت مختلف استفاده شده است.رکوردها از سایتpeer.berkeley.edu/smcat گرفته شده است که مقیاس سازی آنها براساس استاندارد 2800 زلزله ایران انجام گردید - استاندارد 2800 زلزله ایران، . - 1387 جدول 1 و شکل 1 مشخصات شتاب نگاشت های مورد استفاده در این تحقیق را نشان میدهد.
