بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی بر روی دو قاب ساختمانی ده و پانزده طبقه فولادی مهاربندی شده با بادبند شورون و میراگر فلزی جاری شونده انجام شده است و نتایجی چون جابجایی و دریفت سازه در حالت تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی تحت زلزله السنترو، کوبه و نورتریج با هم مقایسه شده است و ملاحظه شده که در تمامی تحلیل های دینامیکی تاریخچه زمانی سه زلزله ذکر شده در فوق، معیارهای مورد بررسی با بکارگیری میراگر فلزی کاهش یافته است.
-1 مقدمه
یک ساختمان در طول عمر مفید خود به دلایلی همچون وقوع زلزله، تغییر کاربری و حتی ضعف آییننامهها در زمان ساخت ممکن است نیاز به مقاومسازی و بهسازی داشته باشد. در این راه مهندسین روشهایی همچون کاهش وزن ساختمان بهوسیله حذف دیوارهای سنگین، استفاده از ژاکت بتنی و فولادی، بهبود و اضافه کردن سیستم باربر جانبی را برای مقاومسازی سازهها آزمودهاند.
این روشها به دلایلی همچون سختی اجرا، پیچیدگی شرایط نگهداری، افزایش سختی سازه که خود باعث افزایش نیروی ورودی زلزله به سازه میشود و همچنین عدم امکان تحلیل غیرخطی دقیق، مهندسین را به پدید آوردن روشهای نوین سوق داده است. یکی از بهترین روشهای نوین مهندسی استفاده از میراگرها برای کاهش پاسخهای سازه میباشد. از جمله میراگرها میتوان به میراگرهای فلزی جاری شونده اشاره کرد که با وارد شدن به تغییر شکلهای پلاستیک، انرژی ورودی به سازه را مستهلک میکنند.
این میراگرها در حقیقت در حالات خمشی، پیچشی، محوری و یا برشی تسلیم میشوند. بیشتر مطالعات انجام شده بر روی میراگرهای فلزی بهصورت آزمایشگاهی بوده است. اغلب روشهای طراحی استفاده شده نیز بر پایه یک روش آزمایشگاهی بوده است. در اینجا چند مورد از مطالعات آزمایشگاهی صورت گرفته را مورد بررسی قرار میدهیم:
کلی - - Kelly و همکاران در سال 1972، مطالعهای بر روی میراگرهای فلزی انجام دادند. در این مطالعه به معرفی کارایی میراگرهای فلزی در استهلاک انرژی لرزهای در یک سیستم سازهای پرداخته شد. آزمایشات انجام شده بیشتر بر روی اجزا متمرکز بود. تجهیزات در یک دستگاه اعمال بار جهت تعیین پاسخ نیرو-جابجایی مورد آزمایش واقع شدند.
گرین بنک Greenbank - و - Robinson در سال 1993، چندین میراگر سربی را به عنوان مستهلک کنندههای انرژی ارائه و بررسی نمودند. منحنیهای هیسترسیس مربوطه با شکل مستطیلی بیانگر تمایل به استهلاک انرژی بالا بود. علاوه بر آن طبیعت طراحی آنها بهگونهای بود که خستگی درآنها مسئله مهمی نبود. ادامه این تحقیقات منجر به توسعه میراگرهای برشی سربی توسط رابینسن ومانتی و - Monti در سال 1996 گردید.
گل و برگ من Geol - و - Bergman در سال 2005، آزمایشاتی را بر روی میراگرهای فلزی با صفحههای X شکل و V شکل انجام دادند. در مجموع سه میراگر مورد آزمایش قرار گرفت. چرخهها تا انهدام نمونهها نیز ادامه یافت. براساس نتایج بدست آمده، میراگر X شکل هم از نظر استهلاک انرژی و هم دوام، عملکرد بهتری از میراگر V شکل داشت. همچنین نویسندگان اظهار داشتند که باید در طراحی اعضای سازهای مجاور و میراگر و اتصالات، کوتاه شدگی محوری آنها را مدنظر گرفت.
ویتاکر - Whittaker - و همکاران در سال 1991، نوع خاصی از میراگرهای فلزی با ورقههای X شکل که معروف به میراگرهای آداس - ADAS - بودند، را با انجام آزمایشاتی مورد ارزیابی قرار دادند.[1] این مطالعه شباهت بسیار زیادی با آزمایشات گل و برگ من Geol - و - Bergman در سال 2005 داشت، با این تفاوت که ویتاکر - Whittaker - و همکارانش در سال 1991، هم آزمایشات چرخهای و هم آزمایشات شبیهساز زلزله را انجام دادند. جهت تعیین خصوصیات مکانیکی میراگرهای آداس - ADAS - یک قاب صفحهای آزمایشگاهی با کنترل جابجایی افقی و نیروی عمودی مورد بررسی قرار گرفت. با مقایسه نتایج دو آزمایش مشاهده گردید که علیرغم شباهت روش آزمایشها، حلقههای هیسترسیس مربوط به دامنههای بزرگتر تفاوتهای فاحشی دارند. این اختلاف ناشی از اثرات محوری مربوط به تغییر شکلهای کوچک میباشند.
ویتاکر Whittaker - - و همکارانش ارسال 1991، در آزمایشی دیگر عملکرد عناصر تاداس - TADAS - را تحت تحریک لرزهای بررسی نمودند.[1] قاب خمشی شکلپذیر مورد آزمایش با یک دهانه ساده و سه طبقه با ابعاد پلان 6*12 فوت و مجهز به شش میراگر تاداس - TADAS - بود. تغییر قابل توجهی در زمان تناوب قاب به واسطه افزایش سختی ناشی از به کارگیری تاداس - TADAS - ایجاد شد. با بررسی حلقههای هیسترسیس مربوط به میراگرهای تاداس - TADAS - تحت زلزله السنترو و نمودارهای انرژی متناظر برای کل سازه، مشاهده شد که میراگرهای تاداس - TADAS - بخش بزرگی از انرژی را مستهلک کردهاند.
تسای - Tsai - و همکارانش در سال 1993، آزمایشاتی را بر روی میراگرهای فلزی با صفحههای مثلثی تاداس - TADAS - انجام دادند.[5] نخستین بخش آزمایشات آنها مربوط به آزمایش چرخهای میراگرهای تاداس - TADAS - بود. ابعاد صفحهها و الگوهای بارگذاری چرخهای متفاوتی مدنظر قرار گرفتند. با توجه به شباهت مکانیزم عمل میراگرها و میراگر X شکل، حلقههای ترسیمی مشابهی حاصل گردید. تسای - Tsai - و همکارانش در سال 1993، همچنین آزمایشی شبه دینامیکی را بر روی قاب دو طبقه فولادی انجام دادند. با بهرهگیری از میراگر تاداس - TADAS - کاهش قابل توجهی در پاسخهای دینامیکی سازه مشاهده گردید.
-2 خصوصیات مکانیکی میراگرها
همانطور که در تعریف میراگرها گفته شد باید جنس و شکل و محل استفاده این دسته از میراگرها را به شکلی انتخاب کنیم که در طول عمر سازه، خواص میرایی آنها تحت عوامل مختلف تأثیرگذارنده دچار اختلال نگردد. فلزی که برای ساخت اینگونه میراگرها به کار میرود،عموماً بایستی دارای رفتار مناسب تغییر هیسترسیس، دامنه خستگی بالا، استحکام نسبی بالا و عدم حساسیت زیاد نسبت به تغییرات درجه حرارت باشد.
اصولاً میراگرهای فلزی، با تکیه بر تغییر شکلهای الاستیک فلز و میرایی ناشی از اتلاف انرژی به صورت اصطکاک داخلی کریستالها، عمل میکنند. نحوه عملکرد میراگرهای آداس - ADAS - و تاداس - TADAS - بدینصورت است که در هنگام اعمال بار جانبی، حرکت نسبی طبقات نسبت به یکدیگر موجب حرکت نسبی ورقه بالایی میراگر نسبت به ورقه پایینی آن میگردد. این عمل موجب جاری شدن تعداد زیادی از ورقههای فلزی میراگر شده که این جاری شدن موجب مستهلک نمودن مقدار زیادی از انرژی ورودی به سازه میشود. شکل - 1 - نحوه عملکرد میراگرهای آداس - ADAS - و تاداس - TADAS - را طی زلزله نشان میدهد.
شکل -1 نحوه عملکرد میراگرها در هنگام بارگذاری، الف- المان آداس - ADAS - ، ب- المان تاداس . - TADAS -
