بخشی از مقاله
چکیده
یک روش کنترل غیرفعال ازطرح لرزه ای برای قابهای فولادی مورد بررسی قرارگرفته است.باتعبیه تجهیزات اصطکاکی درسیستمهای مهاربندی شده ساختمانهای فولادی ، مقاومت دربرابرزلزله وپتانسیل کنترل خسارت آنها را میتوان به میزان قابل ملاحظهای بهبود بخشید .درحین تحریکات شدید زلزله، تجهیزات اصطکاکی میلغزند ودر عوض جاری شدن غیرارتجاعی اعضا اصلی سازه ، سهم زیادی از انرژی ارتعاشی رابصورت مکانیکی دراصطکاک تلف میکنند. تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی رفتار بهتر قابهای فولادی مهاربندی شده با میراگراصطکاکی رادر مقایسه با انواع قابهای دیگر نشان میدهد. این نوع میراگر به خاطر سادگی نصب وارزان قیمت بودنشان میتوانند درساختمانهای جدید وهم در ساختمانهای موجود بکار روند.
کلمات کلیدی: میراگر اصطکاکی پال، ارزیابی عملکرد سازهای، بار بهینهی لغزش، تحلیل تاریخچهی زمانی غیرخطی
-1 مقدمه
سازهی مقاوم در برابر زلزله عموماً به سازهای اطلاق میشود که به سیستم یا امکانی مجهز باشد که سازه را قادر میسازد با کمترین آسیب با نیروهای وارد بر سازه در اثر زلزله مقابله کند. با نگاهی به آییننامه های مدرن ساختمانی، درمییابیم که فلسفه ی طراحی لرزهای اکثر این آییننامهها مبتنی بر مفهوم شکلپذیری قرار داده شده است، پس به منظور حفاظت از سازه در برابر زلزله باید سازه به نحوی طراحی گردد که ظرفیت شکلپذیری هر عضو با نیاز شکلپذیری آن عضو در تعادل باشد تا در حین زلزله انرژی در عضو به صورت مطمئنی مستهلک گردد. بر این اساس تحقیقات گستردهای در خصوص یافتن راهکارهای مناسب و روش های جدید طراحی سازهها بر مبنای تأمین ظرفیت شکلپذیری صورت پذیرفته است.
روش های متداول بهسازی لرزهای مانند افزودن دیوار برشی و یا اضافه کردن بادبندها به سازهها عموماً سبب افزایش سختی سازه میشوند که این خود علاوه بر پر هزینه بودن و ایجاد خلل در کاربری سازه، به زمان نسبتاً طولانی هم نیاز دارد چراکه در بیشتر مواقع تقویت سایر اعضا را نیز در پی خواهد داشت؛ اما پیشرفت علم و تکنولوژی در زمینه ی صنعت ساختمان و مطالعات و تحقیقات گسترده محققین در بررسی رفتار ساختمان ها در هنگام وقوع زلزله، راه را جهت استفاده از سیستم های نوینی در بهسازی سازه ها هموار ساخته است که بهسازی لرزهای سازهها را با افزایش شکلپذیری سازه انجام دهند که این روش علاوه بر اینکه مشکلاتی از قبیل مسائل فوق را ندارد بلکه عموماً مزایایی را نیز در پی خواهد داشت. با توجه به گسترش استفاده از مهاربندهای همگرا در سازههای ساختمانی در این مقاله سعی بر این است تا رفتار قابها در ساختمانهای فولادی با بادبندهای هممحور هشتی و ضربدری در حالت مجهز به میراگرهای اصطکاکی با ترازهای ارتفاعی مشخص مورد ارزیابی قرار گیرد.
-2 میراگرهای اصطکاکی
این سیستم اساساً شامل یک سری صفحات فولادی میّاشد که به وسیلهی پیچهای پرمقاومت فولادی به یکدیگر متصل میشوند و مجاز به لغزش تحت بار از پیش تعیین شدهای میباشند. در هنگام زلزله میراگرهای اصطکاکی به ازای بار از پیش تعیین شدهی قبل از اینکه قاب صدمه ببیند یا فرو ریزد میلغزد. این امر اجازه میدهد تا قسمت اعظم انرژی زلزله به واسطهی اصطکاک مستهلک شود. در حقیقت ساختمانها در محدودهی آلاستیک باقی میمانند و قادر هستند نیروهای لرزهای فاجعه آمیزی را تخمل کنند. شکل - 1 - منحنی – تغییر مکان مکانیزم اصطکاکی پال را نشان میدهد که شکل مستطیلی آن نشانگر جذب بالای انرژی توسط این سیستم میباشد.
اولین میراگر اصطکاکی توسط پال و مارش - Pall, Marsh, 1982 - معرفی شد. {1} در ادامه فیتزگرالد و همکاران - Fitzgerald et all, 1989 - اتصالات پیچ و حفره که استهلاک انرژی آن مبتنی بر لغزش بین ورقهای فولادی بر روی هم میباشد را معرفی کردند. اسگل - Scgoll, 1993 - میرایی بهینه میراگرهای اصطکاکی را برای یک سازه بیان کرد. یوامین و چری - Yoamin, Cherry, 2000 - مطالعاتی را درزمینه ی طراحی سازههای با میراگر اصطکاکی با استفاده از روش بار جانبی انجام دادند. {2}
-3 مدلسازی تحلیلی
در این مقاله بهمنظور مطالعهی دقیق و مستند اثرات مثبت میراگرهای اصطکاکی در عملکرد لرزهای سازههای فولادی، شش قاب فولادی دارای چهار دهانه و در ارتفاعهای مختلف 5 و 10 و 15 طبقه در نظر گرفتهشده است. سیستم سازهای سازه مذکور قاب خمشی فولادی با بادبند هممحور میباشد. ارتفاع هر طبقه 3,2 متر میباشد و دارای 4 دهانهی 5 متری میباشد. برای پوشش سقف با فرض سقف تیرچهبلوک، بار مردهی بام 650 و طبقات با وزن واحد سطح 600 کیلوگرم بر مترمربع در نظر گرفتهشده است. بار زنده نیز بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان 200 کیلوگرم بر مترمربع برای طبقات و 150 کیلوگرم بر مترمربع برای طبقه بام فرض شد. نیروی جانبی زلزله بر اساس ضوابط استاندارد 2800 ایران {3} تعیین میگردد. در شکل 2 مدلهای دوبعدی سازه پنج طبقه با دو سیستم متفاوت بادبند هممحور - هشتی و ضربدری - را مشاهده میکنید.
-4 تعیین بار لغزش
روش های متفاوتی برای طراحی سیستمهای اصطکاکی توسط محققین مختلف ارائه شده است. یکی از روشهای تعیین بار طراحی لغزش استفاده از تحلیلهای تاریخچه زمانی غیرخطی و مقایسهی پاسخهای بهدستآمده از آن میباشد. به همین منظور، در محدودهای از بارهای آستانه لغزش اقدام به انجام تحلیلهای زمانی غیرخطی میگردد و باری بهعنوان بار لغزش بهینه انتخاب میگردد که متناظر با کمترین پاسخ ها باشد.در این تحقیق، پس از تحلیل و طراحی قابهای 5، 10، 15 طبقه با مهاربند هممحور هشتی، وزن آنها به ترتیب 281/86، 565/79 و 856/23 تن و برای قابهای 5، 10، 15 طبقه با مهاربندی هممحور ضربدری وزن آنها به ترتیب 285/29، 573/12، 866/39 بهدستآمده است.
مقادیر 1، 5، 10، 15، 20، 25، 30 درصد وزن قاب برای کلیه میراگرها بهعنوان نیروی لغزش در نظر گرفته میشود. سپس نیروهای لغزش مذکور را بر تعداد میراگرها تقسیم و بهصورت مساوی برای هر میراگر لحاظ میگردد. به ازای هر یک از مقادیر لغزش بهدستآمده، قابهای موردبررسی تحت هفت شتابنگاشت مقیاس شده تحت تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی قرار میگیرد و در ادامه نتایج مربوط به شاخص عملکرد تغییر مکان بام مربوط به قابهای مجهز به میراگر جهت تعیین نیروی لغزش بیان میگردد. مشخصات هفت شتابنگاشت انتخابی در جدول - 1 - آورده شده است.
