بخشی از مقاله
چکیده:
درسال های اخیراستفاده از میراگر ویسکوز مایع در صنعت ساختمان و مهندسی مکانیک برای کاهش نیروها و سرعت های دینامیکی از این میراگرها استفاده می شود. این چنین میراگرها شامل مایع لزج ویسکوز سیلیکونی که بین سوپاپهای داخلی میباشند که ویسکوزیته آن بواسطه تغییرات درجه حرارت نباید تغییر کند. استفاده از میراگرهای ویسکوز بخصوص پس از زلزله هیوگو مورد توجه مهندسین عمران در ژاپن و ایالات متحده قرارگرفت.
تنها پس از گذشت 5 سال از آن زلزله در سال 2000 میلادی تعداد ساختمان هایی که با استفاده از جداسازی پی و میراگرهای ویسکوز ساخته شده اند با ضریب 10 افزایش یافته است. در این مقاله به تاثیر میراگر ویسکوز مایع غیر فعال-غیر خطی بر روی پاسخ دینامیکی ساختمان گروه - ج - مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا چندین موقعیت بهینه براساس استدلال شهودی تعیین گردید و برای طراحی عملی و جانمایی این میراگر در ساختار سازه، روش تحلیل غیر خطی تاریخچه زمانی با روش انتگرال گیری مستقیم مناسب ترین است. نتایج عددی نشان می دهد که میراگرهای ویسکوزمایع به صورت موازی با سیستم میتوانند 67 درصد دریفت غیر خطی بام سازه را کاهش دهد.
-1 مقدمه:
به طور کلی میراگرهای جاذب انرژی به منظور کاستن پاسخ دینامیکی سازه در برابر بارگذاری باد و زلزله استفاده می شود مکانیزم عملکردی اینگونه وسایل به گونه ای است که به انضمام تغییر شکل های ویژه و اعمال مکانیکی خاصی، مقدار زیادی از انرژی ورودی به سازه بر اثر بارگذاری دینامیکی را جذب و مستهلک میسازند. علت این امر نیز شکل ویژه این وسایل و همچنین محل قرار گیری آنها می باشد که عموما در جای بادبندها جاسازی میگردند. این وسایل را به سادگی می توان در سازه های موجود جاسازی و یا در صورت لزوم بعد از بارگذاری رخداد زلزله تعویض نمود ایده این دسته از میراگرها نیز همان طور که ایده میراگرهای اصطحکاکی از ترمز اتومبیل گرفته شده است از اتومبیل سرچشمه می گیرد.
سیستم تعلیق اتومبیل از یک فنر و یک کمک فنر - میراگر - استفاده می کند که در تعامل با یکدیگر، ضربات وارده به اتومبیل از سوی زمین را جذب و انرژی آنها را اتلاف می کنند. اگر ستونهای یک سازه را به عنوان فنر در نظر بگیریم، در واقع با ایجاد یک کمک فنر در کنار - میراگر - در کنار آنها میتوان انرژی وارده به سازه در اثر زلزله را اتلاف کنیم. ساختمان میراگرهای مایع لزج عموما از یک پیستون و یک سیلندر تشکیل شده است مایع لزج داخل سیلندر توسط پیستون فشرده می شود، با توجه به اینکه درون پیستون، سیلندر دیگری وجود دارد. که به وسیله سوراخهای ریزی می تواند مایع را به درون پمپ کند، با اعمال فشار به سیستم مایع لزج با سرعت کمی بین دو سیلندر مبادله می شود و مقدار زیادی انرژی را اتلاف می کند.
ساختمان این میراگرها در شکل نشان داده شده است. استفاده از این نوع میراگرها مدتی است که در کشورهای آمریکا و نیوزلند و ژاپن در ساختمانهای مختلف رایج شده است. تلاش های بسیاری به منظور توسعه روش های طراحی و بهینه سازی پارامترها و ارتقا عملکرد سیستم ویسکوز انجام شده است. در بیشتر موارد مطالعات که توسط XU و Igusa انجام شد، نشان داد که یک مجموعه از نوسانگرهای میرا شده آهسته که فرکانس ها را درمحدوده کوچکی در اطراف فرکانس طبیعی سیستم یک درجه آزادی - SDOF - توزیع مینمایند که درهنگام تحریکات اتفاقی موثرتر وکاراتر باشند. مقادیر بیشتر میرایی باعث کاهش جابجایی می شوند و نکته جالب اینکه افزایش میرایی باعث کاهش مقدار ثابتی برای جابجایی سازه میشود.
تغییرات ناشی از میرایی ویسکوز یکی از مولفه های مربوط به رفتار غیر خطی سازه ها تحت اثر این سطح از بارگذاری زلزله می باشد. میراگرهای ویسکوز یک راهکار درتسلیم شدن یا گسیختگی ارائه می دهند. این میراگرها یک نیرو تامین می کنند که همیشه درمقابل حرکت سازه مقاومت می کند این نیرو متناسب با سرعت نسبی دو سر میراگر است. همانطور که در شکل شماتیک ملاحظه می فرمایید مکانیزم عملکرد این میراگر بصورت سیستم سیلندر - پیستون است.
داخل سیلندر سه محفظه وجود دارد، یک محفظه سمت راست پیستون، یک محفظه در سمت چپ آن و یک محفظه هم در آخر سمت را ست . یک شیر کنترل هم وجود دارد که مشخصات دستگاه را تعیین می کند. در پیستون سوراخ وجود دارد و در داخل سیلندر هم یک مایع که یا روغن و یا یک مایع تراکم پذیر است. وقتی پیستون در سیلندر حرکت می کند بر اثر این حرکت مایع از سوراخ اوریفیس واقع در سر پیستون جابجا می شود . حرکت مایع از بین این سوراخها باعث استهلاک انرژی می گردد به عبارتی انرژی بصورت حرارتی از بین می رود .[1]
-2 پیشینه موضوع
در سال 2004 میلادی دلا لرا1 و همکاران در تحقیق خود از مفهوم تعادل پیچشی جهت تعین توزیع میراگرها برای بهینه کردن وضعیت پیچش در سازه های نامتقارن ارائه نمودندتعادل پیچشی وضعیتی از توزیع میراگر ها - شامل میراگر ویسکوز، ویسکوالاستیک و اصطحکاکی - در پلان است که موجب یکسانی مقدار میانگین مربع پاسخ سازه - شتاب، سرعت، تغییر مکان - در طول زلزله نقاطی از دیافراگم می باشد، که دارای یک فاصله از مرکز سطح دیافراگم هستند.
بررسی این محققان بر روی پاسخ تغییر مکان سازه های یک وچند طبقه نشان داد که چنین توزیعی از میراگر ها بیشینه چرخش در دیافراگم و تغییر مکان جانبی را به حداقل می رساند. همچنین در خالت خاص قرار گرفتن مرکز جرم در وسط دیافراگم نتایج این محققان با ناتیج گول همخوانی داشت. درحوزه تحلیلی این تحقیق سعی بر تمرکز روی پارامتر های با اهمیت در نتایج آزمایشگاهی آن بوده است .[2]
-2 نوع حرکت سیستم
تحلیل تاریخچه زمانی یک تحلیل گام به گام برای برآورد پاسخ دینامیکی سازه تحت یک بارگذاری خاص که ممکن است متغیر با زمان باشد، میباشد. تحلیل تاریخچه زمانی برای مشخص کردن پاسخ های غیر خطی سازه تحت یک بارگذاری دلخواه مورد استفاده قرار میگیرد. حالت کلی معادلاتی که در این تحلیل باید حل شوند به صورت رابطه - 1 - میباشد.
