مقاله تاثیر جداگر الاستومریک بر رفتار غیرخطی سازه مهاربندی شده توسط دیوار برشی فلزی

بخشی از مقاله

چکیده
جداسازی لرزه ای یک روش نوین برای طراحی ساختمانها در برابر زلزله است که مبنای آن کاهش نیروهای وارد به سازه دراثر زمین لرزه، به جای افزایش ظرفیت سازه برای تحمل بارهای جانبی می باشد .اساس این روش کاهش پاسخها، به وسیله افزایش زمان تناوب و میرایی در سازه است .همچنین کاربرد این روش موجب می شود که تغیییر شکلهای سازه در محدوده الاستیک باقی بماند که این مساله به سطح ایمنی سازه خواهد افزود. هدف از انجام این تحقیق بررسی اثر جداسازی لرزه ای الاستومری بر رفتار قاب فولادی دارای دیوار برشی فولادی است. برای این منظور 6 قاب فولادی با تعداد طبقات 3، 6 و 9 که هر 6 قاب دارای دیوار برشی فولادی در دهانه میانی خود هستند مورد تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی قرار گرفتند تفاوت این قاب ها در مجهز بودن و نبودن آنها به جداساز لرزه ای لاستیکی با هسته سربی است. با توجه به نتایج، قاب دارای جداساز لرزه ای دارای برش پایه کمتر و همچنین دریفت کمتر طبقات نسبت به قاب جداسازی نشده است.

کلمات کلیدی: دیوار برشی فولادی، جداساز لرزه ای، تحلیل تاریخچه زمانی، دریفت، برش پایه

.1 مقدمه

جداسازی لرزهای یکی از روشهای کنترل غیرفعال سازه است که قادر میباشد پاسخ سازه را به نحو چشمگیری کاهش دهد. در این روش با قرار دادن یک سیستم انعطاف پذیر بین سازه و فونداسیون، حرکات سازه را از زمین را جدا میکنند. این روش در دهه های اخیر به علت در دسترس قرار گرفتن امکانات مختلف چه از نظر تکنولوژی ساخت و چه از نظر دانش مهندسی در خصوص تحلیل، طراحی و اجرا به منظور مقاوم ساختن سازهها در برابر زلزله به عرصه عمل وارد شده است.یکی از مسائل مهم درطراحی سازه ها، طراحی آنها در برابر بارهای جانبی به ویژه بارهای ناشی از زلزله است. تاکنون روشهای بسیاری برای مقاوم ساختن سازه ها در برابر زلزله ابداع شده است که برخی از آنها مانند نصب اعضای مهاربندی در قابها، قابهای خمشی و دیوارهای برشی رواج بیشتری دارد.

اکثر این روشها بر این فرض استوار است که نیروی ناشی از زلزله از طریق پی به سازه ساختمان منتقل شده و سپس این نیرو میان عناصر خاصی که برای این منظور در سازه تعبیه شده اند، توزیع و توسط آنها تحمل می گردد. با استفاده از روشهای معمولی طرح لرزه ای، سازه طوری طراحی می شود که ظرفیت جذب انرژی کافی برای تحمل نیروهای ناشی از زلزله را داشته باشد. با اینحال در خلال یک زلزله ی قوی محتویات یک ساختمان یا اجزاء غیر سازه ای ممکن است قابلیت تحمل این نیرو را نداشته و باعث خسارت گردند، حتی اگر اساس و اجزاء اصلی سازه پایدار بماند. این نحوه ی خسارت برای برخی ساختمانهای مهم که دارای محتویات و تجهیرات گران قیمت و حساس هستند غیر قابل جبران می باشد.

در روش های مرسوم طراحی، به دلیل تغییر شکلهای غیرخطی در اعضای سازهای و غیرسازهای امکان بروز خرابی دراین اعضا و همچنین به دلیل تغییر مکانها و شتاب های قابل توجه در طبقه وقوع آسیب در اجزای غیرسازه ای و تجهیزات داخل طبقه وجود دارد. کنترل بروز آسیب در زلزله به خصوص در تکانهای نسبتاً شدید کار دشواری خواهد بود. بر اساس مشاهدات پس از رویداد زلزله های شدید، سازه های ساخته شده بر اساس روشهای مرسوم طراحی وساخت، مقادیر شتاب قابل توجهی را در طبقات تجربه می کنند که این امر درنهایت سلب آرامش از ساکنان ساختمانهای بلند، احتمال قطع خدمات ارایه شده از شبکه های مختلف در شریان های حیاتی مانند تلفن، حمل و نقل، بیمارستان ها، برق و آب را به همراه دارد.[1]

.2 بیان مسئله و روش کار

به منظور بررسی رفتار سازه دارای دیوار برشی فولادی و مجهز به سیستم جداساز لرزه ای پایه، از 6 مدل سازه ای دوبعدی 3، 6 و 9 طبقه ایجاد شده در نرم افزار Etabs ورژن 2013 استفاده شده است که 3 مدل با جداساز لرزه ای و 3 مدل بدون جداساز لرزه ای می باشند و مابقی مشخصات سازه ای در مدل های هم طبقه مشابه است. مشخصات این مدل ها در شکل 1 و نام گذاری هر سازه در جدول 1 نشان داده شده است.هر کدام از قاب های نشان داده شده در شکل 1 دارای 3 دهانه با عرض دهانه میانی 4/5 و عرض دهانه های کناری 5 متر با دهانه بارگیر 6 متر در دو سمت برای هر قاب است. با توجه به دهانه بارگیر 6 متر برای تمام قاب های مورد مطالعه، بار مرده و زنده وارد بر قابها محاسبه شده است.

برای این منظور بار زنده سطحی برای طبقات برابر 200 و برای بام برابر 150 کیلوگرم بر مترمربع سطح و همچنین بار مرده برای طبقات برابر 560 و برای بام برابر 640 کیلوگرم بر واحد سطح در نظر گرفته شده است که بارهای خطی وارد بر تیرها بر این اساس محاسبه شده است. روش مورد استفاده برای تحلیل این سازه ها، روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی است که در ادامه همین فصل به تشریح آن و پارامترهای مورد استفاده برای این نوع تحلیل خواهیم پرداخت. برای سازه های با جداساز لرزه ای که در این پایان نامه شامل 3 سازه 3، 6 و 9 طبقه هستند، جداساز لرزه ای مورد نظر با توجه به وزن سازه و همچنین روش طراحی موجود در نشریه شماره [2] 523، راهنمای طراحی و اجرای سیستم های جداساز لرزه ای در ساختمان ها، برای سازه های مورد مطالعه باید طراحی شود .1-2 طراحی سیستم جداساز لرزه ای جداساز مورد استفاده در این پروژه جداساز لاستیکی دارای هسته سربی - LRB - است. برای شروع عملیات طراحی به مشخصات مقدماتی نیاز است که به صورت زیر در نظر گرفته می شود:
-1  دوره تناوب طبیعی هدف TD سه برابر دوره تناوب طبیعی سازه T در نظر گرفته شده است.
-2 تکیهگاه لاستیکی دارای حداکثر تغییر شکل نسبی برشی mnx=150%  است.
-3 نسبت میرایی موثر eff=10%  است.
-4 ضریب میرایی BD  برای سامانه جداساز با eff=10%  بر اساس مفاد دستورالعمل طراحی برابر است با BD=1.2 ضریب میرایی موثر سامانه جداساز.
-5  منطقه احداث سازه با خطر نسبی خیلی زیاد ارزیابیشده و نوع زمین III است. از این رو مطابق استاندارد 2800

[3]، نسبت شتاب مبنای طرح T0=0.15s, Ts=0.7s , S=1.75 , A=0.35 خواهند بود.با توجه به محدودیت تعداد صفحات در این بخش فقط نتایج حاصل از طراحی جداسازهای لرزه ای مورد استفاده بر اساس نشریه 523 در جدول 2 ارائه شده است.پارامترهای مهم مورد استفاده در جدول 2 عبارتند از : سختی الاستیک تکیهگاه Kr، سختی ثانویه kd ، نیروی تسلیم اولیه Pd سختی موثر افقی، keff ، سطح مقطع نهایی تکیهگاه A ،ارتفاع تکیهگاه h