بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از پارامترهای مهم در تعیین ضریب رفتار یک سازه، بخصوص در سازه های با پریود پایین، Rs یا ضریب کاهش نیرو ناشی از اضافه مقاومت می باشد. در این پژوهش توسط نرم افزار SeismoStruct، آنالیز دینامیکی غیرخطی تایخچه زمانی بر روی قاب خمشی بتن آرمه 4طبقه، مجهز به میراگرهای ویسکوالاستیک انجام گرفته و به موازات هم، پاسخ های لرزه ای سازه با نصب میراگر های مذکور بررسی و مقدار ضریب مقاومت افزون تعیین می گردد.
کلمات کلیدی:مقاومت افزون، میراگر ویسکوالاستیک، تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی
مقدمه
استفاده از وسایل مستهلک کننده ی انرژی و از جمله ی آن میراگرهای ویسکوالاستیک در سازه های ساختمانی بخصوص ساختمانهای با قاب خمشی بتن آرمه در بالا بردن میرایی سازه در برابر نیروهای جانبی - باد و زلزله - و افزایش ایمنی، تأ ثیر بسزایی دارد. یک سازه در اثر زلزله ورودی، تحت شرایطی رفتار غیر خطی از خود نشان می دهد، بدین معنی که از مرحله ای با افزایش مقدار اندک نیرو، جابجایی در سازه افزایش یافته در حالی که میزان برش پایه سازه تغییرات قابل توجهی از خود نشان نمی دهد.
در عمل یک سازه مقاومتی مازاد بر آنچه آیین نامه پیشنهاد داده است از خود نشان می دهد که رفتار چنین سازه ای با نصب وسایل مستهلک کننده انرژی و افزایش میرایی مد نظر قرار می گیرد.در این پژوهش آنالیز دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی بکار گرفته شده است که برای تعیین میزانآسیبهای سازه ای تحت یک زلزله معین بوده و معمولاً برای نشان دادن پاسخ غیرالاستیک سازه تحت اثر بارهای ناشی از زلزله به کار میرود.
ضریب اضافه مقاومت
برای محاسبه ضرایب کاهش نیروی لرزه ای رفتار واقعی یک سازه را می توان مطابق شکل - - 1 به صورت یک نمودار دو خطی پاسخ سازه مدل سازی کرده و آنرا جهت کاربردهای محاسباتی ساده نمود.
شمای کلی رفتارغیر خطی یک سازه
یکی از پارامترهای مهم در تعیین ضریب رفتار یک سازه، Rs یا ضریب کاهش نیرو ناشی ازاضافه مقاومت می باشد که به صورت مقاومت ذخیره ای که بین تراز واقعی تسلیم سازه و تراز اولین تسلیم وجود دارد تعریف می گردد. اضافه مقاومت سازه ای، از باز توزیع نیروهای داخلی - نامعینی در سازه - ، مقاومت بیشتر مصالح مصرفی نسبت به آنچه در طراحی در نظر گرفته می شود، سخت شدگی کرنشی، استفاده از یک پروفیل با سایز بزرگتر، ترکیبات بارگذاری چندگانه، اثرات ناشی از تیپ کردن اعضا در مرحله طراحی، اثر اعضای غیر سازه ای و اثر نرخ کرنش نتیجه می شود.
نقش اضافه مقاومت برای سازه های با پرید کم بسیار با اهمیت تر می باشد، چرا که شکل پذیری در کاهش مقاومت الاستیک در این محدوده پریدی تأثیر کمتری دارد، بنابراینساختمانهای کم ارتفاع معمولاً دارای اضافه مقاومت بیشتری هستند.
میراگرهای ویسکوالاستیک
از جمله تکنیک های کنترل ارتعاشات سازه ها، کنترل غیرفعال است که در این روش عوامل و تجهیزات کنترل کننده ارتعاش در محلهای مناسبی از سازه قرار داده می شوند و بدون استفاده از انرژی خارجی، با تغییر خواص دینامیکی سازه - جرم، سختی، میرایی و پریود، عملکرد کنترلی خود را به محض وقوع زلزله نشان می دهند. بکارگیری میراگرها در سازه باعث می گردد که بخشی از انرژی زلزله که صرف ایجاد تغییر شکلهای پلاستیک در سازه اصلی می شود، به صورتهای گوناگونی توسط این میراگرها جذب و مستهلک گردد. میراگر ویسکو الاستیک از جمله میراگرهای وابسته به سرعت بوده که چرخه های بار جابجایی عمومی میراگرهای مذکور ارائه شده است.
منحنی هیسترزیس میراگر وابسته به سرعت
بطور کلی میراگر ویسکو الاستیک به میراگرهای جامد و مایع تقسیم می شود. روغن سیلیکون برای ساخت میراگر مایع بکار میرود در حالیکه میراگرهای جامد از همپلیمرها - همبسپارها - و مواد شیشهای ساخته میشوند که نمونه ای از این میراگرها داده شده است. رفتار میراگرها بیشتر به خواص تغییر شکل مواد ویسکوالاستیک که میراگرها از آنها ساخته شدهاند و بعضی از پارامترهای هندسی آنها وابسته است. این مشخصات به دما و فرکانس ارتعاش بستگی دارند که این تغییرات دما در میراگرها به خاطر نوسانهای دمایی محیطی و همچنین افزایش دمای داخلی به خاطر اتلاف انرژی میتواند اتفاق بیافتد.
تشریح مدلهای مورد مطالعه
در این مطالعه ابتدا سازه های بتن آرمه ای با پلان منظم بر مبنای آیین نامه ایران بارگذاری و نمونه های مذکور به صورت ساختمانهای مسکونی 4 طبقه ای در منطقه با خطر نسبی خیلی زیاد و نوع زمین توسط نرم افزار ETABS V9.7.1 تحلیل و طراحی گردیده است. ضریب رفتار ساختمان ها نیز با توجه به اینکه سیستم سازه ای قاب خمشی بتن مسلح معمولی در نظر گرفته شده است برابر بوده و در تعیین نیروی زلزله ترکیبات بارهای ثقلی شامل بار مرده به علاوه 20 درصد بار زنده و بر مبنای آیین نامه UBC97 می باشند. سازه ها طوری در نظر گرفته شده اند که فاصله بین مرکز جرم و مرکز سختی در هر جهت سازه بیشتر از 5 درصد بعد ساختمان در آن جهت نباشد و بنابراین می توانیم از اثر پیچش صرفنظر کنیم.
در ادامه برای تحلیل غیر خطی دینامیکی از نرم افزار المان محدود استفاده شده است و مدلسازی به صورت دو بعدی، به انضمام میراگرهایی و بر روی یکی از قابهای سازه انجام شده است. تیرریزی به صورت شطرنجی بوده و دهانه ها به ترتیب با طولهای 3و5،4 متر می باشد. ارتفاع تمامی طبقات 3 متر بوده و از مدلسازی خرپشته در پشت بام صرفنظر شده است. از جمله پاسخ های لرزه ای یک سازه، برش پایه و جابجایی نسبی تراز بام نسبت به تکیه گاه های واقع بر روی زمین می باشد که با افزایش سختی محوری میراگرها، به ترتیب اولی افزایش و دومی کاهش می یابد.
با آزمون و خطا مقداری معادل برای سختی محوری، طوری که هر دو متغیر فوق در حد انتظار تأمین شوند بدست آمد. در این میراگرها 5 میرایی، مازاد بر میرایی ذاتی سازه تعریف شده است. از مقاطع بتن آرمه ای با مدل برای تعریف بتن با مقاومت فشاری برای تعریف میلگردهایی با تنش تسلیم و مدول ارتجاعی استفاده شده است.
تحلیل غیرخطی توسط نرم افزار SeismoStruct وبررسی وضعیت تسلیم سازه
از روش دینامیکی غیر خطی تاریخچهزمانی به عنوان کاملترین و دقیقترین روش واز مدلهای غیر خطی بار - تغییر شکل مناسب برای اعضای سازهای استفاده شده است، تا اثر پدیدههایی چون جاری شدن و کاهش مقاومت در اعضا در رفتار کلی سازه، منعکس گردداین. آنالیز معمولاً برای نشان دادن پاسخ غیرالاستیک سازه تحت اثر بارهای ناشی از زلزله به کار میرود. علاوه بر این نحوه اعمال بارهای جانبی نیز به صورت شتابنگاشتهای حرکت زمین، با مشخصات بوده و به این ترتیب طبیعت دینامیکی آنها حفظ میگردد. این شتاب نگاشت ها با روش پیشنهادی آیین نامه 2800 ایران، در محدوده 0.2T تا 1.5T و پریودی معادل 0.45 ثانیه، بدست آمده از تحلیل استاتیکی معادل، مقیاس شده و PGA های موجود با ضریب 1.62 بزرگنمایی شده اند.
