بخشی از مقاله
خلاصه
میراگرها و جداسازها، ابزار اتلاف انرژی برای کنترل و کاهش پاسخهای لرزهای سازهها تحت زمینلرزههای شدید محسوب میشوند. یکی از پرکاربردترین این وسایل نوع خاصی از میراگرها تحت عنوان میراگرهای جرمی TMD و جداساز های هسته سربی LRB میباشند. مطالعه خواص لرزه ای و رفتار غیر خطی سیستم های سازه ای مجهز به این نوع میراگر ها و جداساز ها می تواند کمک قابل توجهی به درک رفتار این سیستم ها در برابر نیروهای جانبی ناشی از زمین لرزه های بزرگ نماید در این پژوهش، سازههای بتنی 10، 20 و 30 طبقه دارای میراگر جرمی و جداساز هسته سربی بر مبنای استاندارد 2800 و دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران طراحی شده اند.
سپس با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی در نرمافزار SAP2000 در حالتهای ایزوله شده با و بدون میراگر ، پاسخ های سازه ها در برابر زلزله های ذکر شده بدست آمده است.نتایج تحلیلهای انجام گرفته نشان میدهد که با افزایش ارتفاع سازه ها به دلیل افزایش جابجایی در تراز جداسازی شده، وجود میراگر جرمی بسیار موثر میباشد . از طرفی جداساز لرزه ای بطور متوسط باعث کاهش 30 الی 40 درصدی جابجایی نسبی طبقات میشود. میراگرجرمی، جابجایی های زیاد جداساز را کنترل مینماید. نتایج حاصل نشان میدهد در سازه های بلند برای بهره مندی هرچه بیشتر از قابلیت های جداساز، سیستم ترکیب آن با میراگر های جرمی مطلوب میباشد.
کلمات کلیدی: جداساز هسته سربی، میراگر جرمی، تحلیل دینامیکی، سیستم لرزه ای، سازه های بلند
.1مقدمه
حفاظت از سازهها در مقابل بارهای بحرانی مانند تحریکات زلزله و بادهای شدید همواره از بزرگ-ترین نگرانیهای مهندسان سازه و زلزله بوده است و در مواردی که این امر به خوبی محقق نگردد سازه در معرض آثار مخرب عمدهای قرار خواهد گرفت و در نتیجه شاهد وقایع جبران ناپذیری خواهیم بود. درروش سنتی، سازهها به گونهای طراحی میشوند که مقاومت، سختی و قابلیت جذب انرژی کافی جهت پایداری در مقابل بارهای جانبی را داشته باشند. در این روش با ترکیب سیستمهای سازهای نظیردیواربرشی، قابهای مهاربندی شده، قابهای خمشی،دیافراگمها وخرپاهای افقی مقاومت جانبی سازه تأمین میشود. محدودیتهای موجود درروش طراحی سنتی سازههاشامل میرایی اندک مصالح جهت جذب
انرژی بارهای دینامیکی و آسیبپذیری در مقابل بارهای دینامیکی طبیعی پیشبینی نشده، به دلیل دارابودن خواص ثابت و غیرقابل انطباق بر شرایط بارگذاری سبب چارهاندیشی محققین گردیده و نسل نوین روشهای طراحی سازههای مقاوم، با هدف کاهش پاسخهای دینامیکی سازه و آثار مخرب ناشی از بارهای طبیعی با ابزار کنترل مدرن مورد توجه قرارگرفت.
به طورکلی روشهای کنترل مدرن سازه به سه گروه عمده تقسیم می شود که عبارتند از: سیستم های کنترل فعال، سیستم هایکنترل نیمه فعال وسیستم های کنترل غیرفعال.به طور خلاصه در رابطه با این سیستمهامیتوان گفت، سیستمهای کنترل فعال با استفاده از یک منبع انرژی خارجی قابل ملاحظه، پاسخهای لرزهای سازه را کنترل میکنند.سیستمهای کنترل نیمه فعال نیزبا اینکه نیازبه یک منبع انرژی خارجی ندارند،ولی همچنان پیچیدگیهای سیستمهای کنترل فعال را دارا میباشند. سیستمهای کنترل غیرفعال به منبع انرژی خارجی نیاز نداشته و ساختار ساده تر و اجرایی تری نسبت به آنها دارند 1]و. [2
در این پژوهش بمنظور ارزیابی عملکرد لرزه ای سازه های بلند مرتبه از ترکیب دو نوع سیستم کنترل غیرفعال استفاده شده است. سیستم های کنترل غیرفعال بکارگرفته شده در این مقاله, جداساز های لرزه ای هسته سربی - - LRB و میراگرهای جرمی تنظیم شده - - TMD در ارتفاع طبقات میباشد. با توجه به اهمیت استفاده از جداساز ها و مشکل عمده ی این سیستم ها مبنی بر جابجایی های بسیار بزرگ در تراز جداسازی شده تحت زلزله های نزدیک گسل, ضرورت استفاده از ترکیب انواع میراگرها جهت تعدیل این اثرات, ضروری میباشد. اغلب میراگرهای TMD در تراز بام سازه ها تعبیه میشوند که در این پژوهش با استفاده از یک ایده ی جدید این سیستم ها در تراز هر یک از طبقات سازه توزیع شده اند. در پژوهش اخیر ما به بررسی تاثیر ترکیب این سیستم ها با جداسازهای LRB خواهیم پرداخت که نحوه ی انجام مدلسازی و آنالیزغیرخطی این سیستم ها در ادمه بیان شده است.
.2 مبانی میراگرهای انرژی
به واسطه توجه به نحوه توزیع انرژی در یک سازه امروزه در دنیا روشهای دیگری به منظور کاستن اثرات زلزله مورد توجه قرار گرفته است. در طی یک زلزله، مقدار زیادی انرژی به سازه تحمیل میگردد. این انرژی ورودی به دو صورت جنبشی و پتانسیل - کرنشی - 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 خواهد داد. اما عملاً به واسطه خصوصیات سازه، مقداری میرایی در آن به وجود میآید که موجب عکس العمل در مقابل ارتعاش سازه و میرا کردن آن میگردد. کارآیی ساختمان را میتوان با افزودن جاذبهای انرژی - میراگر الحاقی - به ساختمان افزایش داد. بدین صورت که این وسایل قسمتی از انرژی قسمتها به صورت زیر نمایش داده میشود :[3] - 1 -
در این رابطه، E قدر مطلق انرژی ورودی به واسطه زلزله، Ek قدر مطلق انرژی جنبشی، Es انرژی کرنشی قابل بازگشت در محدوده الاستیک،Ehمقدار غیر قابل بازگشت انرژی به واسطه تغییر شکل غیر الاستیک و نهایتاً Ed مقدار انرژی مستهلک شده به وسیله میراگر الحاقی میباشد. مقدار انرژی ورودی نمایانگر کار انجام شده توسط کل نیروی برشی پایه در فونداسیون، تحت حرکت زمین و همچنین شامل اثر نیروهای اینرسی سازه میباشد 3] و .[4 طراحی اعضای سازهای به نحوی ک هدرحین زلزله قوی بدون تخریب باقی بمانند غیر اقتصادی میباشد. لذا اکثرآییننامههای مدرن طراحی ساختمان، فلسفه طراحی لرزهای مبتنی بر مفهوم تغییرشکلپذیری را ارائه نمودند. براین اساس یک سازه میبایست به نحوی طراحی گردد که تغییرشکلپذیری مورد نیاز هر عضو با تغییرشکلپذیری ظرفیتی آن در تعادل باشد. سیستمهای اتلاف انرژی را می-توان به دو گروه میراگرهای وابسته به سرعت و میراگرهای وابسته به تغییرمکان طبقهبندی کرد.
شکل زیر ساختار عمومی میراگر جرمی را نشان می دهد .جرم روی یک تکیه گاه که به عنوان غلتک عمل می نماید،قرارمی گیرد که به جرم اجازه می دهد به صورت انتقالی - جانبی نسبت به کف حرکت نماید .فنرها و میراگرها بین جرم
و اعضای تکیه را به سطح کف و سپس به قاب - در فاز مخالف - گاهی عمودی مجاور قرار می گیرند که این اعضای تکیه گاهی نیروی جانبی سازه ای انتقال میدهند .میراگرهای انتقالی دو جهته به صورت فنر - میراگر در دو جهت عمودی ساخته می شوند و امکان کنترل حرکت سازه در دو صفحه عمودی را فراهم میآورند.[5]
-3 مبانی سیستم های جداساز لرزه ای
جداسازی لرزهای، از جداکردن کلیا بخشی از سازه از پی ساختمانیا قسمتهای دیگر سازه به منظور کاهش پاسخ لرزهای سازه در زمان رویداد زلزله میباشد. روشهای معمول طراحی لرزهای سازهها، مبتنی بر افزایش ظرفیت سازه است. در این رویکرد ظرفیت باربری سازه، با افزایش مقاومت و تأمین شکل پذیری آن توسط اعضای مهاربندی جانبی همچون بادبندیا دیوار برشییا سایر اعضای سخت کننده، صورت میگیرد. در نتیجهی اجرای این روشها، ابعاد اصلی سازه و ابعاد اتصالات افزایش مییابد. در این روشها به دلیل تغییر شکلهای غیر خطی در اعضای سازهای و غیر سازهای و همچنین وقوع تغییر مکانهای زیاد و شتابهای قابل توجه، امکان بروز خرابی در این اعضا و وقوع آسیب در تجهیزات داخل طبقه وجود دارد.کنترل بروز آسیب در تکانهای ناشی از زلزلههای شدید کار دشواری میباشد. بر اساس آنچه پس از
