بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه اثر خروج از مرکزیت جرمی روسازه و خروج از مرکزیت در سختی جداگرها در تشدید رفتار لرزهای سازههای جداسازی شده با جداگرهای آونگی اصطکاکی سهگانه - TCFP - بررسی شده است. برای انجام این موضوع، پالسهای ساده شده زلزلههای حوزه نزدیک از جمله پالس جهتپذیری پیشرونده شکست و جابجایی ماندگار زمین مورد استفاده قرار گرفته و تأثیر دو خصوصیت مهم این پالسها یعنی زمان تناوب و حداکثر سرعت زمین ارزیابی شده است.
دامنه مطالعات صورت گرفته شامل روسازههایی با تعداد طبقات و نسبت طول به عرض پلان مختلف بوده است. با بررسی پاسخهای مختلف سازه از جمله حداکثر برش پایه و جابجایی جداگرها و حداکثر شتاب و دریفت روسازه مشخص گردیده وجود نامتقارنی میتواند باعث افزایش شدید پاسخهای سازه جداسازی شده گردد. این افزایش در مورد خروج از مرکزیت جرمی روسازه شدیدتر از خروج از مرکزیت در سختی جداگرها بوده به طوری که در یک سازه 6 طبقه با پلان مربعی، خروج از مرکزیت جرمی میزان برش پایه را به 2,55 برابر حالت متقارن افزایش داده است.
در شرایط مشابه جابجایی جداگرها و شتاب بام یک سازه 9 طبقه به ترتیب 1,49 و 2,16 برابر نسبت به سازه متقارن رشد داشته است. همچنین نشان داده شده که وجود خروج از مرکزیت جرمی در حالت وقوع پالسهای جهتپذیری پیشرونده شکست میتواند دریفت سازه را به مقادیر نزدیک به میزان مجاز آییننامهای سوق دهد؛ بنابراین لازم است در طراحی سازههای دارای جداگر لرزهای دقت کافی به این امر صورت گیرد.
-1 مقدمه
دیدگاههای نوین در کنترل پاسخهای سازه در برابر زلزله، شامل طیف وسیعی از اقدامات از جمله افزایش سختی، افزایش شکلپذیری و همچنین استهلاک انرژی زلزله میباشد. از این میان روش جداسازی لرزهای با کاهش انرژی ورودی به روسازه به همراه افزایش ظرفیت تغییرمکان صلب سیستم منجر به کاهش قابل ملاحظه خرابی در اجزای اصلی سازه میگردد. از آنجا که این کاهش خرابی باعث افزایش قابلیت بهرهبرداری بیوقفه سازه در هنگام وقوع زمینلرزههای شدید میشود، استفاده از سیستم جداساز لرزهای استفاده فراوانی در سازههایی که کاربری آنها پس از زلزله اهمیت زیادی دارد یافته است.
علیرغم وجود انواع مختلفی از جداسازهای لرزهای که تاکنون پیشنهاد شده است میتوان آنها را به دو دسته کلی الاستومری و اصطکاکی تقسیم نمود. جداگرهای آونگی اصطکاکی - - SFP، آونگی اصطکاکی دوگانه - DCFP - و آونگی اصطکاکی سهگانه - TCFP - از انواع جداگرهای اصطکاکی میباشند. جداگر TCFP که مقطع آن در شکل a.1 قابل مشاهده است از دو صفحه مقعر قرارگرفته در مقابل هم تشکیل شده است. این دو صفحه توسط یک مجموعه لغزنده که در میان آنها قرار گرفته از هم جدا شده است.
مجموعه مذکور خود متشکل از دو صفحه لغزنده و یک جسم صلب نوسان کننده در میان هاستآن . از آنجا که لغزنده میانی تقریباً صلب است، مجموعه میانی میتواند بچرخد تا چرخشهای دیفرانسیلی صفحات بالا و پایین را تحمل کند. شعاع مؤثر هر کدام از صفحات جداگر با Ri و ظرفیت جابجایی آنها با di مشخص گردیده است. سطح تماس هر یک از صفحات با صفحه دیگر با یک ماده غیر فلزی پوشانده میشود که ضرایب اصطکاک این مواد برای صفحات از پایین به بالا به ترتیب ʽ1 تا ʽ4 میباشد. با تنظیم دقیق شعاع مؤثر و ضرایب اصطکاک صفحات میتوان انتظار رفتاری 5 خطی را از این جداگر داشت. این رفتار که با رژیمهای حرکتی 1 تا 5 مشخص میگردد در شکلb .1 نشان داده شده است.
مهمترین وجه تمایز جداگر TCFP نسبت به جداگرهای پیشین این گروه وجود سختی بیشتر جداگر در فازهای پایانی حرکت - فاز 4 و - 5 است. بعنوان نمونه سختی جداگر در پایان دو فاز حرکتی 3 و 5 در شکلb.1 نشان داده شده است. همانگونه که مشخص است سختی در انتهای فاز 5 حرکت - Keff5 - بیش از سختی در پایان فاز - Keff3 - 3 است، بنابراین میتوان از این جداگر توقع تغییرمکان کمتر نسبت به انواع دیگر جداگرهای اصطکاکی در زلزلههای با سطوح خطر بالاتر را انتظار داشت. بنابراین با توجه به پنج خطی بودن رفتار جداگر TCFP انتظار میرود رفتار لرزهای مناسبتری در مقایسه با جداگرهای SFP و DCFP داشته باشد.
شکل - a :1 جداگر 5 - b TCFP رژیم حرکتی جداگر.
فنز و کنستانتینو - 2008 a,b - روابط نیرو-تغییر مکان جداگرهای TCFP را ارائه دادهاند. آنها همچنین آزمایشهای متعددی جهت صحتسنجی معادلات پیشنهادی انجام دادهاند. بکر و میهین - 2012 - مدلی برای پیشبینی حرکت این جداگر تحت تحریک زلزله دو جهته ارائه نمودهاند. مورگان و میهین - 2010 - با تعریف سطوح خرابی مختلف سازههای جداسازی شده در سطوح خطر مختلف زلزله، به بررسی سازههای جداسازی شده با TCFP از منظر طراحی بر اساس عملکرد پرداختهاند. دائو و همکاران - 2013 - مدلی جدید برای تحلیل سهبعدی سازههای دارای TCFP در نرمافزار Opensees ارائه نمودهاند و دقت مدل خود را با آزمایش میز لرزه یک سازه 5 طبقه با مقیاس واقعی نشان دادهاند.
در بررسی پیچش سازهها بطور معمول دو نوع خروج از مرکزیت در نظر گرفته میشود: خروج از مرکزیت جرمی و خروج از مرکزیت سختی. در سازههای جداسازی شده از آنجا که بیشترین اثر نیروهای جانبی در جداگرها متمرکز میشود، مرکز سختی جداگرها نیز دارای اهمیت میباشد - کیلار و کورن، . - 2009 آلمیزن و دلالرا - 2003 - به بررسی اثر پیچش اتفاقی در سازههای جداسازی شده با جداگرهای آونگ اصطکاکی تکی تحت زلزلههای حوزه دور پرداختهاند. از آنجا که در جداگرهای اصطکاکی، نیروی اصطکاک جداگر تابعی از نیروی محوری آن میباشد، آنها چنین فرض نمودهاند که خروج از مرکزیت جرمی منجر به جابجایی مرکز سختی ایزولاتورها میگردد.
از این رو با هم محور شدن مرکز سختی جداگرها و مرکز جرم، عدم تقارن جرمی تا حد زیادی کنترل میگردد و تأثیر زیادی در افزایش جابجایی جداگر نمیگذارد. تناکلونگا و گومز سوبرون - 2002 - اثر خروج از مرکزیت جرمی روسازه در افزایش پاسخهای مختلف سیستم جداسازی شده با جداگرهای الاستومریک را مطالعه نمودهاند. تناکلونگا و اسکامیلاکروز - 2007 - اثر خروج از مرکزیت جرمی و سختی روسازه در پیچش سازه های دارای جداگر دوخطی را مورد توجه قرار دادهاند.
آنها نشان دادهاند اثر خروج از مرکزیت جرمی در روسازه بسیار بیش از خروج از مرکزیت سختی در پیچش کل سیستم میباشد. تمامی مطالعات انجام شده توسط این محققین مربوط به زلزلههای حوزه دور بوده است. خوشنودیان و ایمانیآزاد - 2011 - از دیگر پژوهشگرانی هستند که در مطالعهشان اثر خروج از مرکزیت مرکز جرم و مرکز سختی جداگرها را مورد توجه قرار دادهاند. در پژوهش پیشرو اثر پیچش ناشی از خروج از مرکزیت جرمی روسازه - ES - و خروج از مرکزیت سختی جداگرها - EB - بر روی پاسخهای سازه دارای جداگر TCFP بصورت گستردهای مورد بررسی قرار گرفته است. برای در نظر گرفتن طیف وسیعی از خصوصیات این رکوردها، از جمله زمان تناوب پالس اصلی و حداکثر سرعت زمین از پالسهای مصنوعی ساده شده استفاده شده است.
در میان ادبیات فنی موجود برای جداگرTCFP مطالعهای در مورد پیچش روسازه بر اثر خروج از مرکزیت جرم و جداگر وجود ندارد. هرچند مطالعات قبلی حاکی از اثر قابل توجه پیچش زلزلههای حوزه دور و نزدیک بر روی پاسخ جداگرهای دارای رفتار دو خطی است، ولی با توجه به اینکه رفتار جداگرهای TCFP دراری رژیمی 5خطی است مسلماً پاسخ های متفاوتی نسبت به سایر جداگرهایی که تابحال بررسی شدهاند پیشبینی میشود. با توجه به سخت شوندگی رفتار این نوع جداگر در مراحل پایانی حرکت، انتظار میرود در محدوده زلزلههای حوزه نزدیک با پریود پالس و سرعت بالا، این جداگر اثر بهتری در محدود نمودن میزان پیچش سازه از خود نشان دهد.
-2 امواج حوزه نزدیک ساده سازی شده
رکورد زلزلههای حوزه نزدیک دارای مشخصات مهم و قابل توجهی میباشد که آنها را از رکوردهای زلزله حوزه دور متمایز میسازد. مهمترین این مشخصات پالسهای سرعت با زمان تناوب بلند و نیز محتوای فرکانسی بالا میباشد - مسائلی و همکاران، . - 2014 بر اساس مطالعات بیکر - 2007 - در زمینه تجزیه رکوردهای زلزله حوزه نزدیک بر اساس محتوای فرکانسی و با بهرهگیری از روش تابع تبدیل موجک، رکوردهای حوزه نزدیک را میتوان به دو دسته کلی پالسمانند و غیر پالسمانند تقسیمبندی کرد. مطالعات گذشته نشان میدهد که رکوردهای زلزله حوزهنزدیک پالسمانند تأثیرات قابل توجه و مخربی بر سازهها از خود بر جای میگذارد. بطوریکه معیارهای متعارف در طراحی لرزهای نمیتواند جوابگوی نیازهای لرزهای سازه در شرایط وقوع زلزلههای حوزه نزدیک پالسمانند باشد.
- هال و همکاران، . - 1995 دادههای ثبت شده از رکوردهای زلزلههای حوزه نزدیک نشان میدهد که یکی از عوامل عمده در پیدایش پالسهای با زمان تناوب بلند، ناشی از جهتپذیری پیشرونده شکست 1میباشد. علاوه بر این جابجایی ماندگار زمین 2نیز از عوامل تشکیل پالسهای با زمان تناوب بلند در رکوردهای زلزله حوزهنزدیک میباشد. پالس جهتپذیری پیشرونده شکست غالباً خود را به صورت یک تک پالس با دامنه بزرگ و زمان تناوب بلند آشکار میسازد که عموماً در بازه زمانی آغازین تحریک رخ میدهد و در راستای عمود بر امتداد گسل انتشار مییابد. پالس جابجایی ماندگار زمین در نتیجه تغییر شکل ماندگار پوسته زمین در مرز گسل تشکیل میشود و به صورت تغییر مکان یک جهته ماندگار در رکورد ثبت شده زلزله حوزهنزدیک قابل شناسایی است - خوشنودیان و احمدی، . - 2013
شکل :2 امواج حوزه نزدیک ساده سازی شده - a جهتپذیری پیشرونده - b تغییر شکل ماندگار زمین - ساسانی و برترو . - 2000 در این پژوهش جهت بررسی اثر زلزلههای حوزه نزدیک پالس مانند از امواج ساده شده نشان داده شده در شکل 2 که توسط ساسانی و برترو - 2000 - پیشنهاد گردیده استفاده شده است. مطالعات قبلی بیانگر این واقعیت است که زمان تناوب پالس جهتپذیری پیشرونده 1,5 تا 2,5 برابر زمان تناوب پالس جابجایی ماندگار است - کالکان و کونات، . - 2006 در این مطالعات کمینه این مقدار یعنی 1,5 برابر مورد استفاده قرار گرفته است. جهت پیشبینی پاسخ سازه جداسازی شده با TCFP در برابر طیف وسیعی از پالسهای حوزه نزدیک، زمان تناوب پالس از 1 تا 10 ثانیه متغیر بوده است.
