بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله خصوصیات دینامیکی میز لرزان پژوهشگاه بینالمللی زلزلهشناسی و مهندسی زلزله مورد بررسی قرار میگیرد. این خصوصیات از جمله پارامترهاي اصلی براي بررسی عملکرد صحیح میز لرزان و صحت و دقت نتایج آزمایشات مربوطه محسوب میشود. بنابراین، قبل از انجام آزمایشها روي میز لرزان، لازم است عوامل مؤثر در عملکرد میز لرزان مانند : ارتعاشات ناشی از اندرکنش میز با مدلهاي سازهاي و همین طور اثرات اندرکنش میزباپیِ و محیط اطراف بخوبی شناخته شوند. در صورتیکه پی بر بستر کاملاً صلب قرار گرفته باشد هیچگونه اندرکنشی رخ نمی دهد.
ولی در حالت خاك نرم، پی به همراه خاك اطراف به ارتعاش در می آید. بنابراین اثرات اندرکنش دینامیکی میز لرزان با خاك اطراف پی باید مورد توجه قرار گیرد.براي انجام آزمایشهاي ارتعاش محیطی و اجباري سیستم فونداسیون میز لرزان از دستگاههاي لرزهنگاري پژوهشگاه و دستگاههاي لرزاننده - Shaker - استفاده شده است. سپس با پردازش اطلاعات ثبت شده مشخصات دینامیکی سیستم شامل فرکانس و میرایی آن در محدوده ارتعاشات کم دامنه تعیین گردیده است.
کلید واژهها: میز لرزان، اندرکنش دینامیکی، دستگاههاي لرزاننده، فرکانس، میرایی
مقدمه
پی دستگاههایی نظیر موتورهاي الکتریکی، دستگاههاي مکانیکی، ژنراتورها و ..... معمولا تحت تاثیر ارتعاشات دینامیکی قرار دارند . به علاوه در هنگام زلزله تمام پیها نظیر پی ساختمانها، پلها، مخازن و .... تحت ارتعاشات دینامیکی قرار میگیرند. اگر این ارتعاشات بیش از حد مجاز باشند ممکن است منجر به شکست یا خسارات خود پیها، دستگاهها و یا سازهها گردند. علاوه بر این درصورتی که فرکانس و دامنه ارتعاشات پی دستگاهها کنترل نشده باشد ممکن است در سازه مورد نظر تاثیر زیادي داشته باشد. اگرچه مدلهاي تحلیلی گوناگونی براي تعیین رفتار دینامیکی پیها ارائه شده است، اما گزارشهاي کمتري در مورد آزمایشهاي ارتعاش اجباري روي پیها و به ویژه پیهاي سنگین در دسترس میباشد.
هدف از این مقاله ارائه پارامترهاي دینامیکی مربوط به پی میز لرزان پژوهشگاه بینالمللی زلزلهشناسی و مهندسی زلزله با استفاده از انجام آزمایش ارتعاش اجباري در سایت مورد نظر به وسیله دستگاه لرزاننده - Shaker - میباشد.درصورتی که پی بر روي مصالح صلب مانند سنگ و یا صخره بنا شده باشد اندرکنشی بین سازه وخاك رخ نمیدهد. اما اگر خاك پی خیلی نرم باشد، ارتعاشات سازه ونیروهاي ناشی از آن بر روي خاك، میتواند بر حرکات پاي ساختمان و در نتیجه بر محیط اطراف تاثیرداشته باشد. در سازههاي حساس ومهم مانند راکتورهاي اتمی وسدها لزوم بررسی این اثرات بیشتر بوده و حتماً میبایست در نظر گرفته شوند تا تدابیر لازم براي کاهش اثرات مخرب آنها اتخاذ گردد.
همینطور سازههاي بلند و یا خیلی سنگین نیز ممکن است از این پدیده متأثر شوند بخصوص اگر خاك زیر پی آنها نرم باشد. پارامترهائی که میتوانند در نتیجه اندرکنش آثار متفاوتی روي مودهاي ارتعاش نامطلوب میز لرزان و پریود ارتعاشیِ آن داشته باشند شامل: ارتفاع مدل، وزن مدل،مشخصات مکانیکی خاك، جنس و ابعاد و وزنِ پی میباشند.بهنامفر و سوگی مورا در سال 1377 تحلیل دینامیکی سازههاي باپی سطحی یامدفون تحت اثر زمینلرزه متغیر در مکان و اثر سازههاي مجاور را مورد مطالعه قراردادهاند که مبتنی بر مطالعات تحلیلی و عددي میباشد. گتمیري و حائري در سال 1375 راهنماي تحلیل بر هم کنش دینامیکی خاك- سازه و اثرات آن بر واکنش دینامیکی سازه را ارائه نمودند.
حسینزاده و ناطقیالهی در سال 1381 اثرات اندرکنش دینامیکی سازههاي ساختمانی منفرد و مجاور هم روي خاك به کمک آزمایشهاي دینامیکی روي میز لرزان بررسی قراردادهاند. همچنین رعیت رکنآبادي در سال 1388 و حسینزاده در سال 1381 مطالعه تجربی- تحلیلی اثرات اندرکنش خاك- سازه بر پاسخ دینامیکی غیرخطی سازههاي متداول با پیهاي سطحی و مدفون را مورد توجه قراردادند.ریناوي و کلاف در سال 1991 میلادي - Rinawi and clough, 1991 - به بررسی مسأله اندرکنش میز لرزان دانشگاه برکلی - به ابعاد شش در شش متر - با مدلهاي سازهاي پرداخته و به این نتیجه رسیدند که مدلهاي سنگین و بلند مهمترین اثرات را ایجاد میکنند.
رئا و همکاران او قبلاً در سال - Rea. Et al, 1977 - 1977 دریافته بودند که اثرات درگیري پی با میز لرزان فقط در فرکانسهاي پائین قابلتوجه میباشد. هال وکیسن فنینگ در سال - Hall and kissenp fenning, 1976 - 1976 روشهاي اجزاء محدود و پارامتر متمرکز را براي محفظههاي مواد هستهاي هم با استفاده از پارامترهاي وابسته به فرکانس و هم غیروابسته به فرکانس انجام دادند. آنها دریافتند که پارامترهاي غیروابسته به فرکانس براي محاسبات پاسخ اندرکنش خاك- سازه کافی هستند. سید و لیسمر در سال - Seed and Lysmer, 1978 - 1978 پیشنهاد کردند که روشهاي اجزاء محدود براي طراحی تأسیسات هستهاي ابزار قدرتمندي است و در یافتند که وقتی روشهاي مختلف با قضاوت مهندسی خوبی همراه باشد و محدودیتها را بهطور کامل در نظر بگیرد، منجر به پاسخهایی با دقت کافی در طرح مهندسی میشود.
چن و همکاران در سال chen et al, - 1979 - 1979 یک راکتور را که بهطور عمیقی در زمین فرو رفته بود با روش اجزاء محدود و با استفاده از روش مستقیم انتگرال گام به گام زمانی تحلیل کردند. آنها مشاهده کردند که دامنه حرکت افقی ورودي درزیر پی بهطور قابل ملاحظهاي در نتیجه فرورفتگی پی صلب کاهش مییابد. فرو رفتگی پی باعث افزایش قابل توجه گیرداري افقی، سختی دورانی گهوارهاي - دوران حول محورهاي افقی - و میرایی تشعشعی میشود. میمند در سال - Meymand, 1998 - 1998 به مطالعه اثرات مدل خاك– شمع با میز لرزان پرداخته است. براساس این مطالعه ضریب مقیاس مدلسازي و همچنین مدهاي ارتعاشی نامطلوب میز عملکرد آن را تغییر میدهند.
آزمایش ارتعاش اجباري
پی مورد نظر مطابق شکل 1 میباشد که در امتداد محورهاي اصلی و یا حول هر یک محورها داراي درجه آزادي بوده و قابلیت ارتعاش دارد. بنابراین پی مورد نظر یک سیستم دینامیکی شش درجه آزادي محسوب میشود که عبارتند از: ارتعاش انتقالی در امتداد محورهاي z , y , x و ارتعاش دورانی حول محور x یا y ج که به ارتعاش گهوارهاي معروفندض و ارتعاش دورانی حول محور z جکه به ارتعاش پیچشی معروف است - . در میان این شش درجه آزادي، معمولا ارتعاشات انتقالی در امتداد قائم - z - و ارتعاشات دورانی در حول محور z جارتعاشات پیچشیض مستقل از درجات آزادي دیگر است.آنچه که تحلیل دینامیکی پیها را از تحلیل دینامیکی سازهها متمایز میکند، وجود خاك در اطراف پی و اثر آن بر پاسخ پی که با اندرکنش خاك و سازه معرفی میشود، میباشد.
دال بتنی که متکی بر خاك زیرین است وظیفه انتقال کلیه نیروهاي استاتیکی و دینامیکی ناشی از ساختمانها و ماشینآلات را به زمین ایفا میکند. بنابراین در نقاط اتصال پی به زمین اندرکنش دینامیکی خاك و پی به وجود میآید.این آزمایش به منظور تعیین خصوصیات دینامیکی پی مورد نظر از قبیل فرکانسهاي ارتعاشی شکلهاي مودي و میرایی انجام گردیده است. در این آزمایش، دستگاه لرزاننده - Shaker - در وسط پی نصب گردیده و در فرکانسهاي مختلف ارتعاشات هارمونیکی به سیستم اعمال شده است. ارتعاشات در دو جهت افقی و همچنین در جهت قائم ایجاد شده است. همزمان با تولید ارتعاشات هارمونیکی، در چهار طرف فوندانسیون از شتابنگار براي ثبت ارتعاشات استفاده شده است . در هر طرف از سه شتابنگار براي اندازه گیري ارتعاشات در هر سه جهت متعامد استفاده شده است.
دستگاه لرزاننده مورد استفاده از نوع جرم دوار بوده که فاصله مرکز جرمهاي نامتوازن تا محور دوران با شاخصی تحت عنوان زاویه نامتوازن تغییر میکند. حدود تغییرات این زاویه از 0 تا 60 درجه میباشد. با تغییر این زاویه، گشتاور جرم نامتوازن تولید شده در دستگاه نیز مطابق رابطه - 1 - تغییر خواهد کرد. به این ترتیب دستگاه قابلیت ایجاد بار هارمونیک با دامنه و فرکانس دلخواه را مطابق روابط - 2 - و - 3 - را دارا می باشد.براي تولید بارهاي هارمونیکی دستگاه را روشن کرده و با تغییر تدریجی فرکانس از 1 تا 20 هرتز جاروي فرکانسی مطابق شکل 2 و شکل 3 انجام گردید. بدینترتیب تمامی فرکانسهاي ارتعاشی پی در محدوده صفر تا 20 هرتز تحریک گردیده و توسط سنسورهاي نصب شده در نقاط مختلف - شتابنگارها - ثبت گردید. در هر یک از نقاط P1 الی P4 سه شتابنگار در سه جهت اصلی شمالی N شرقی E و قائم V نصب شده است.
