بخشی از مقاله
چکیده:
تکنیک کنترل سازهها، جدیدترین روش جهت بهبود رفتار سازه در مقابل نیروهای غیر متعارف باد و زلزله میباشد. در این راستا محققین، استفاده از وسایل و ابزار آلات ابتکاری نظیر میراگر جرمی تنظیم شده را جهت کاهش ارتعاشات لرزهای سازهها و نیز فراهم نمودن تسهیلاتی برای مقابله با بار باد و زلزله پیشنهاد میکنند. در تحقیق حاضر تاثیر الحاق میراگر جرمی، درصد جرمی میراگر و تاثیر نوع سیستم سازهای در ساختمانهای فولادی و پارامترهای تنظیمی میراگر جرمی TMD بر عملکرد سازههای فولادی مورد بررسی قرار گرفته است.
برای این منظور سه نوع مدلهای سازههای خمشی و مهاربندی شده هجده طبقه فولادی، در نرم افزار SAP 2000 مدلسازی و تحت آنالیز تاریخچه زمانی غیرخطی تحلیل گردید. نتایج حاصل، بیانگر این امر میباشد که میراگرهای جرمی تنظیم شده میتواند پاسخ دینامیکی سازهها را در مقابل زلزله، تا حد زیادی کاهش دهند. از این رو چنین سیستمهایی میتوانند برای مقاوم سازی سازهها و بهبود رفتار آنها تحت اثر زلزله مورد استفاده قرار گیرند.
-1 مقدمه
در بهسازی لرزهای سازهها یکی از روش های کاهش نیروی جانبی ناشی از زلزله استفاده از میراگرها می باشد. میراگرها را بر اساس عملکرد آنها به انواع اصطکاکی، فلزی - جاری شونده - ، ویسکوز، ویسکوالاستیک، آلیاژهای حافظه دار شکلی و میراگرهای جرمی دسته بندی می گردند؟ از مزایای استفاده از میراگرها میتوان به جذب انرژی بالا، سادگی در نصب و تعویض آنها و همچنین هماهنگی با سایر اعضای سازه اشاره نمود [1]؟ که در این تحقیق بر روی میراگرهای جرمی با سیستم کنترلی TMD بحث شده است
استفاده از میراگر جرمی تنظیم شده یک روش جدید برای کنترل ارتعاش سازه در مقابل نیروی زلزله میباشد. در این تحقیق بررسی تاثیر الحاق میراگر جرمی و تاثیر نوع سیستم سازهای در ساختمانهای فولادی مورد مطالعه قرار می گیرد. برای این منظور، سازه فولادی با قاب خمشی و دو نوع قاب مهاربندی مطابق با مبحث 10 مقررات ملی ساختمان و استاندارد 2800، در نرم افزار ETABS 2000 تحلیل و طراحی گردید. در مرحله بعدی، میراگر جرمی با نسبت میرایی 5، 10، 15 و 20 درصد در نرم افزار SAP 2000 مدلسازی و در سازه الحاق گردید و نمونهها تحت بارگذاری تاریخچه زمانی قرار گرفتند.
-2 میراگر جرمی
شکل - ٍ- - 1 ساختار عمومی میراگر جرمی را نشان می دهد؟ جرم روی یک تکیه گاه که به عنوان غلتک عمل می نماید، قرار می گیرد که به جرم اجازه می دهد به صورت انتقالی ؛ جانبی نسبت به کف حرکت نماید؟ فنرها و میراگرها بین جرم و اعضای تکیه گاهی عمودی مجاور قرار می گیرند که این اعضای تکیه گاهی نیروی جانبی - در فاز مخالف - را به سطح کف و سپس به قاب 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 می آورند؟
شکل 1 - : مدل میراگر جرمی در ساختمان
-3 مطالعات انجام یافته توسط محققین بر روی سیستم میراگرهای جرمی
باتوجه به پیشرفتهای اخیر در زمینه کنترل سازهها در برابر زلزله و باد، نیاز به بررسی سیستمهای کنترل غیر فعال و یافتن قوت و ضعف این سیستمها از جمله سیستم میراگر جرمی متوازن در کشورهای زلزله خیز بیشتر احساس میشود ]ٍ.[ در سیستم میراگر جرمی متوازن به عنوان یک سیستم کنترل غیر فعال سازهها مانند بقیه روشهای کنترلی، هدف کاهش نیاز به استهلاک انرژی در اعضای باربر سازه در برابر بارهای جانبی اعمال شده میباشد.
این کاهش مقدار نیاز توسط حرکت جرمی سنگین بر روی اعضای باربر سازهای انجام میشود. اساس رفتار میراگر جرمی متوازن بر روی سازهها ریشه در عملکرد جذب کنندههای ارتعاشات دینامیکی داشته که از سال 1909 توسط Frahm مورد مطالعه قرار گرفته است. در سال Den 1956 ] Hartogَ[ تصحیحات و مباحثی تکمیلی بر کار Frahmانجام داد و بعداً سیستمهای جذب کنندههای دینامیکی میرا و نامیرا را با وجود میرایی سیستم اصلی مورد بررسی قرار داد. در سال Snowdon 1960 برای افزایش بازده، رفتار جذب کننده صلب را در کاهش پاسخ سیستم اصلی مورد بررسی قرار داد.
نتیجه مطالعه اخیر نشان داد که جذب کننده دینامیکی با استفاده از مواد با سختی متناسب با فرکانس و ضریب میرایی ثابت میتواند بطور قابل ملاحظهای ارتعاش تشدید شده سیستم اصلی را کاهش دهد. در سال 1977 آقایان Jennige و Frohrib بصورت عددی اثر یک سیستم جذب کننده انتقالی- چرخشی را در کاهش مقادیر مودال خمشی و پیچشی مربوط به یک ساختمان مورد بررسی قرار دادند
بیشتر مطالعات اولیه به استفاده از جذب کنندههای دینامیکی در سیستمهای مکانیکی که فقط یک فرکانس موثر برابر با فرکانس اساسی ماشین را دارا هستند پرداخته شده است. سازههای ساختمانی با توجه به اینکه متاثر از اعمال بارهای محیطی و طبیعی هستند لذا دارای مولفههای متفاوت فرکانسی میباشند. مطالعات و بررسیهای بسیاری بر روی رفتار میراگر جرمی متوازن و نحوه عملکرد آن بر روی ساختمانها به منظور کنترل ارتعاشات ناشی از بارهای جانبی در سی سال اخیر انجام شده است که برخی از آنها در این مقاله مرور میشود و تحقیقات جدید در حال انجام میباشد
در ایران نیز خوشبختانه در پنج سال اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در این میان Zahrai و Ghannadi-Asl کاربرد میراگر جرمی برای کاهش ارتعاشات لرزهای ساختمانهای میان مرتبه را بررسی نموده و نشان دادند که مشخصات زلزله بر راندمان میراگر جرمی موثر است
Mohtat و همکاران نیز بر روی معیاری برای پایداری تاثیر عملکرد بهینه میراگرهای جرمی چندگانه کار کردندبیشتر مطالعات برای کاهش اثرات باد بر انواع سازهها انجام گرفته است ]ًٌ،ُ،َ[ و میزان کارایی این میراگرها در کاهش ارتعاشات لرزهای کمتر بررسی شده است.
Den Hartog به وسیله متعادل کردن دو نقطه ماکزیمم تابع پاسخ فرکانس، نسبت فرکانس بهینه f و نسبت میرایی بهینه را برای سیستم یک درجه آزاد نامیرا تحت بار هارمونیک به صورت زیر بدست آورد
