بخشی از مقاله
چکیده
هدف از کنترل سازه در برابر زلزله، اتلاف انرژي ورودي ناشی از زلزله به سازه، و در نتیجه کاهش تغییرشکلهاي پلاستیک اعضاي سازهاي، تغییرمکانهاي بین طبقهاي، تغییرمکان کل و شتابهاي طبقات و کاهش برش پایه در سازه میباشد. روشهاي معمول استهلاك انرژي در سازهها بر استفاده از تغییر شکلهاي غیرخطی مصالح به کار رفته در ساخت آن استوار میباشد، ولی در حال حاضر مستهلک کردن انرژي وارده به سازه در اثر زلزله، به سمت استفاده از وسایل کنترل سازهاي غیرفعال، نیمه فعال و فعال سوق یافته است.
تحقیقات اخیر نشان داده است که جداساز لرزه اي میتواند برش پایه، پاسخ تغییرمکان و شتاب حداکثر این سازهها را به طور مناسبی کاهش دهد. و دوره تناوب سازه را افزایش دهد. در این مقاله یک مدل سازهاي فولادي سه طبقه نامنظم در ارتفاع، که شامل سه دهانه در هر طرف و ارتفاع طبقات 3/3 متر بود، به این صورت نامنظم شد که در هر طبقه یک دهانه از سازه حذف شد.
سازه مورد نظر توسط نرم افزار opensees مدلسازي شد و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی، تحت اثر هفت شتابنگاشت حوزه نزدیک، بر روي آن انجام گرفت. در مجموع برش پایه، دوره تناوب، تغییرمکان و شتاب پلان مدل ساخته شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که جداساز لرزه اي باعث افزایش دوره تناوب و کاهش قابل ملاحظه شتاب و تغییرمکان طبقات شده است.
اما در برش پایه همیشه کاهش نمیابد و تحت اثر زلزله هاي مختلف رفتار متفاوتی از خود نشان میدهد و این می تواند ناشی از اثرات محتوایی زلزله حوزه نزدیک باشد. و نکته بسیار جالب این است که جداساز در کنترل تغییرمکان ها توانسته به خوبی پالس هاي ناگهانی ناشی از زلزله هاي حوزه نزدیک را به پالس هاي ملایم تبدیل کند یا آنها را از بین ببرد.
.1 مقدمه
تغییر شکل طبقات ساختمان، در ارتفاعات مختلف، ایجاد رانش نسبی می کند . از آنجاییکه طبقات در یک زمان و با یک سرعت حرکت نمی کنند، لذا در هنگام وقوع زلزله یک جابجایی نسبی افقی بین آنها به وجود می آید. لذا مسأله اصلی به منظور تامین مقاومت لرزه اي بالاي یک ساختمان، چگونگی به حداقل رساندن تغییر مکان بین طبقه اي و شتابهاي طبقات می باشد .
شتابهاي طبقات را می توان با نرم تر کردن سیستم کاهش داد. اما انعطاف پذیري بیش از حد موجب تغییر مکانهاي قابل توجه در تراز طبقات و خرابیهاي وسیع ناشی از آن و عملکرد نامناسب سازه تحت اثر نیروي باد و زلزله می شود . مسأله فوق بخصوص در مورد سازه هاي ویژه که انتظار بهره وري بالایی در شرایط پس از زلزله در مورد آنها وجود دارد ، صادق می باشد.
لذا روش دیگري که از اوایل قرن حاضر مطرح بوده و در سال هاي اخیر براي مقاوم ساختن سازه ها در برابر زلزله به عرصه عمل وارد شده است ،جدا سازي در برابر زلزله یا جداسازي لرزه اي می باشد ، هدف اصلی در این روش جلوگیري از انتقال مستقیم نیروي زلزله از پی به سازه است.
یکی از اهداف جداسازي لرزهاي منحرف ساختن بسامد اصلی سازه از بسامدهاي غالب زلزله - بسامد اصلی روسازه - است. هدف دیگر از یک سیستم جداساز، فراهم نمودن وسیله اي اضافی براي میراسازي انرژي و در نتیجه کاستن شتاب منتقل شده به روسازه است. دیدگاه اصلی در این روش جداساختن سازه از زمین - عمومآ در جهت افقی - به منظور کاهش انتقال تحریک زلزله به سازه است
. جداسازي لرزه اي یک روش طراحی مقاوم است که به جاي افزایش ظرفیت لرزه اي سازه، مبتنی بر کاهش نیاز لرزه اي می باشد.
جداسازي لرزه اي یک روش ساده سازه اي براي کاهش یا حذف پتانسیل خسارت زمین لرزه می باشد و در عین حال یک روش طراحی مقاوم محسوب می گردد که به جاي افزایش ظرفیت لرزه اي سازه، بر مبناي مفهوم کاهش نیاز لرزه اي پایه ریزي شده است.
در روش جداسازي لرزه اي، سازه بر روي تکیه گاههایی که قابلیت تغییرشکل جانبی زیادي دارند قرار میگیرد. در صورت وقوع زلزله، عمده تغییرشکل ها در تکیه گاه رخ داده و سازه مانند جسمی صلب با تغییرشکل هاي کوچکی ارتعاش می کند. نصب جداگر باعث افزایش زمان تناوب و میرایی سازه می گردد و بدین ترتیب به جاي تقویت ظرفیت باربري سازه، نیاز لرزه اي کاهش می یابد.
به عبارت ساده تر به جاي آنکه نیروي زلزله وارد سازه شده و تمهیداتی براي مقابله با آن در نظر گرفته شود، از ورود نیروي زلزله به سازه جلوگیري شده و نیروي زلزله در تراز جداساز میرا می شود. در این تحقیق تاثیر جداسازي پی بر سازه هاي نامنظم بررسی خواهد شد و عواملی چون برش پایه و نیروهاي داخلی اعضاي سازه نامنظم و تاثیر جداساز لرزه اي بر روي پریود سازه ، لنگر خمشی تیرها ، نیروي برشی تیرها و نیروي برشی پایه مطالعه می گردد.
.2مطالعات گذشته
برازنده تاژ و قبادي، به بررسی اثر زلزله هاي حوزه نزدیک و حوزه دور بر روي ساختمان هاي داراي جداگر لرزه اي پرداختند و به این نتیجه رسیدند که عملکرد لرزه اي ساختمان ها با زمان تناوب هاي مختلف در برابر لرزه هاي حوزه نزدیک و حوزه دور متفاوت بوده و براي استفاده از جداسازهاي لرزه اي به منظور بهبود رفتار لرزه اي ساختمان ها، بایستی مطالعات مربوط حرکت پالس گونه زلزله هاي حوزه نزدیک انجام گیرد.
باقري و همکاران، ضمن معرفی سیستم جداگر لاستیکی با هسته سربی - LRB - و بررسی تاثیر استفاده از آن در قاب خمشی بتنی متوسط، با استفاده از نتایج تحلیل بر روي سازه هاي جداسازي شده در تعداد طبقات مختلف براساس آنالیز تاریخچه زمانی، بدست آمده از نرم افزارهاي SAP و ETABS بر روي پارامتر برش طبقات مورد بررسی قرار دادند و در پایان نتایج را به صورت جداول و نمودارهایی ارائه دادند.
عبداله زاده و دیلمی، سعی کردند با بررسی پاسخهاي بدست آمده از سازه فلزي باسیستم قاب خمشی جداسازي شده با جداگرهاي لاستیکی – سربی LRB واقع شده در نواحی حوزه هاي دور و نزدیک گسل با روش تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی، در دو حالت با پایه ثابت و با جداگر، تاثیر استفاده از جداگرها در این نوع از سازه ها نشان دهند. به همین منظور یک سازه سه بعدي فولادي قاب خمشی در دو حالت پایه گیردار و جداسازي شده با جداگر LRB در نرم افزار SAP 2000 V16 به روش آنالیز غیرخطی تاریخچه زمانی تحلیل شده، که نتایج حاصله تاثیر بسیارزیاد سیستم جداسازي در کاهش میزان قابل توجهی از جابجائی نسبی طبقات و همچنین شتاب کف طبقات در سازه جداسازي شده نسبت به سازه با پایه ثابت را نشان داد.
افشاري و مهدوي عادلی، با توجه به سطوح خطر پذیري سازه ها سطح عملکرد آنها به مطالعه مشخص میانگین نرخ وقوع سالیانه حالت حدي که یکی از داده هاي مهم قابلیت اعتمادپذیري سازه ها پرداختند.. نتایج نشان داد در تحلیل ریسک به منظور تصمیم گیري بر مبناي مهندسی زلزله و سازه، مقایسه عملکرد سازه ها با یکدیگر بسیار سودمند خواهد بود.
رسول پور و موسوي قاسمی، سازه هاي بتن آرمه نامنظم هندسی 4 و 6 و 15 طبقه جداسازي شده را با دوره تناوب هاي 1/5 و 2 و 2/5 و 3 ثانیه تحت اثر طیف زلزله خاك نوع 3 آیین نامه 2800 طراحی کردند و رفتار لرزه اي سازه ها را با استفاده از تحلیل فزاینده خطی در نرم افزار SAP 2000 ارزیابی کردند. در نهایت پاسخ لرزه اي سازه ها را در نقاط عملکردي در مقایسه با سازه بتن آرمه نامنظم هندسی با پایه ثابت مورد بررسی قرار دادند. [7] نکویی و همکاران، با مدل سازي یک ساختمان چهار طبقه بتن آرمه، سه سیستم جداسازي لرزه اي به صورت جداگانه و در ترکیب با یکدیگر مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند.
با استفاده از تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی و تحت تحریک شتاب نگاشت هاي متفاوت مقادیر شتاب و جابجایی براي سیستم هاي جداسازي مجزا و ترکیبی با یکدیگر مقایسه و در قالب جداول و نمودار هایی ارایه شده است ل همچنین اثرات قرار گرفتن جداگر هاي لغزشی در ترکیب با جداساز هاي الاستومري بررسی شده است. در نهایت نتایج تحقیق نشان داد که ترکیب مناسب سیستم هاي جداسازي لرزه اي متناسب با ویژگی هاي آنها، ضمن کاهش بیشتر پاسخ سازه نسبت به سیستم هاي جداسازي یگانه بهینه می باشد.
.3جداساز لرزه اي
مسله اصلی که یک مهندس سازه به منظور تامین مقاومت لرزه اي بالاي یک ساختمان که با آن روبروست، چگونگی به حداقل رساندن تغیر مکان بین طبقه اي و شتابهاي طبقات می باشد . تغییر مکان هاي بین طبقه اي زیاد سبب خسارت دیدن اجزاي غیر سازه اي و تجهیزات متصل کننده طبقات می شود . تغییر مکان بین طبقه اي را می توان با افزایش سختی سازه کاهش داد، اما این عمل سبب تقویت و تشدید حرکت زمین می شود که به نوبه خود سبب افزایش شتاب طبقات شده و منجر به خسارت دیدن تجهیزات حساس داخلی می شود. شتاب هاي طبقات را می توان با نرمتر کردن سیستم کاهش داد، اما این کار منجر به تغیر مکان هاي بین طبقهاي بزرگی می شود
تنها راه عملی کاهش همزمان بین طبقه اي و شتاب هاي طبقات، استفاده از جداگر لرزه اي است که با متمرکز کردن تغییر مکان هاي حاصله در تراز جدا ساز , نرمی مورد نیاز سازه را فراهم می کند . پیرو این تفکر نخسین مورد استفاده از جدا ساز لاستیکی در سال 1969 در یک ساختمان 3 طبقه اي بتنی مدرسه ابتدایی در اسکوپیه – یوگسلاوي می باشد که توسط یک مهندس سوییسی طراحی و ساخته شده و با سیستمی معروف به جداسازي پایه کامل سه بعدي سوییسی جدا سازي شده است .
بلوك هاي لاستیکی مورد استفاده در این مدرسه بر خلاف نمونه هاي جدید امروزي بدون هرگونه تقویت بوده و در نتیجه به دلیل وزن ساختمان داراي انبساط جانبی زیادي می باشند. مشکل اصلی تکیه گاه هاي لاستیکی رفتار برشی این تکیه گاهها تا لحظه شکست به صورت خطی بوده و به این ترتیب فاقد میرایی هیسترزیس هستند . اما دکتر رابینسون با گذاشتن سرب در داخل تکیه گاه ها مشکل را بصورت 1LRB حل کرد به صورتی رفتار دوخطی نرم شونده LRB نشان میدهد که این سامانه در ابتدا سخت با دوره تناوب موثر کوتاه بوده و با افزایش نیروي زلزله جداسازهاي لاستیکی با هسته سربی نرمتر میشود - افزایش دوره تناوب موثر - . به طور کلی رفتار دینامیکی سیستم جداگر لرزه اي LRB غیر خطی است.
این مساله خصوصا در مورد میزان جذب انرژي بیشتر رخ می نماید . در سیستم هاي غیر خطی خصوصا LRB، با گذر سیستم از حد تسلیم و حرکت در قسمت پس از تسلیم سطح زیر نمودار به یکباره فزونی بیشتري می یابد بطوري که در طی حلقه هاي هیسترزیس تشکیل شده، انرژي زیادي مستهلک میگردد. حال هر چه بتوان این سطح را افزایش داد، می توان به سطح بالاتري از انرژي جذب شده توسط سیستم دست یافت.
از سوي دیگر در روند تغیرات منحنی تغیر مکان-نیرو می توان مشاهده کرد که تغیر مکان هاي بزرگ LRB به سرعت میرا می گردند. سرب درسیستم جداگر لرزه اي LRB دو وظیفه بر عهده داردکه هر دو از تغییرشکل پلاستیک هسته سربی نتیجه می شود. اول اینکه سبب می شود تا منحنی سازه به گونه اي تغییر یابد که نهایتا منجر به افزایش پریود سازه گردد و دوم اینکه خواص هیسترتیک و تغیر شکل غیر ارتجاعی سرب سبب افزایش مقدار میرایی سازه می گردد، و یکی از اهداف اساسی کاربرد سیستم جداساز لرزه اي LRB ایجاد سختی اولیه در برابر بار هاي بهره برداري است که از طریق سرب در LRB تامین می گردد.
همچنین تغییرات منحنی تغییر مکان- نیرو که بر اساس بار قایم بر LRB می باشد، در تعیین بار قائم بر روي تکیه گاه، ترکیب بار مرده، بار زنده و بار لرزه اي باید مورد توجه قرار گیرد. بنابراین سازه هاي سبک که با کمی بار قایم مواجه می شوند، با مشکل عملکرد کامل LRB مواجه می شوند
