بخشی از مقاله
چکیده
جداگرهاي الیافی غیرمتصل گونهنسبتاً جدیدي از جداگرهاي الاستومري هستند که شامل لایههاي متناوب الاستومر و ورقههاي الیاف مسلح کننده بوده و بدون هیچگونه پیوستگی و یا اتصال مکانیکی خاصی مابین زیرسازه و روسازه قرار میگیرید .
با توجه به کاربري غیرمتصل و همچنین عدم وجود سختی خمشی در لایههاي الیاف، سطح تماس مؤثر بین جداگر و تکیهگاههاي فوقانی و تحتانی آن - زیرسازه و روسازه - کاهشیافته و جداگر دچار تغییر شکل جانبی شبه غلتان میگردد. این امر سبب کاهش سختی جانبی و افزایش راندمان جداگر میگردد. بهنگام حرکات رفت و برگشتی زمین، نیروهاي برشی بین یک جداگر غیرمتصل و تکیهگاههاي آنصرفاً با اتکا به اصطکاك موجود در سطوح تماس فوقانی و تحتانی جداگر ردوبدل میشوند؛ بنابراین، لازمه عملکرد مناسب جداگر، تأمین مقاومت اصطکاکی کافی جهت ممانعت از بروز لغزش نسبی در سطح تماس است .
بر اساس مطالعات آزمایشگاهی پیشین عدم لغزش جداگر منوط به وجود حداقلی از تنش فشاري در سطح تماس جداگر میباشد. هدف از این مقاله ارائه الگوریتمی است که بر اساس آن سطح تماس مؤثر جداگر و ناپایداري لغزشی آن در هر گام زمانی تحلیل قابلمحاسبه و ارزیابی باشد.
مقدمه
فلسفه غالب در طرح سازههاي مقاوم در برابر زلزله آن است که سازه در برابر زلزلههاي خفیف - سطح بهرهبرداري - هیچگونه آسیب سازهاي و غیر سازهاي ندیده و در زلزلههاي شدید - سطحمبناي طرح - دچار فروریزش نگردد. چنانچه اعضاي سازهاي قابلیت اتلاف انرژي مناسبی داشته باشند، تغییرشکلهاي ناشی از زلزله علیرغم رفتار غیرارتجاعی سازه، کمتر از ظرفیت شکلپذیري آن شده و هدف طراحی که ممانعت از فروریزش سازه است محقق میگردد؛ بنابراینڇ شکلپذیري و اتلاف انرژي دو ویژگی ضروري در سازههایی است که هنگام زلزله، تغییرشکلهاي خمیري - غیراتجاعی - را تجربه مینمایند.
در صورت کاربرد جداساز لرزهاي پایه، بازتاب دینامیکی سازه کاهشیافته و رفتار آن در محدوده ارتجاعی باقی میماند. دو شاخصه اصلی هر سیستم جداساز لرزهاي، انعطافپذیري جانبی و قابلیت اتلاف انرژي میباشند. انعطافپذیري سیستم جداسازي سبب افزایش دوره تناوب اصلی سازه جداسازي شده گشته و موجب تقلیل قابلتوجه انرژي ورودي زلزله میگردد . افزایش قابلیت اتلاف انرژي - میرایی - در سیستم جداساز سبب کاهش جابجاییهاي جانبی آن بهنگام زلزله شده و همچنین در تقلیل بیشتر شتاب ورودي به سازه مؤثر میباشد.
جداگرهاي الاستومري مسلح به صفحات فلزي - SREI - یکی از متداولترین انواع جداگرها میباشند . در جداگرهاي مذکور صفحات فلزي و ورقههاي الاستومر بهصورت متناوب به یکدیگر متصل - bond - شدهاند. صفحات تسلیح فولادي با محدود کردن کرنش جانبی لایههاي الاستومر تحت اثر بارهاي فشاري قائم موجب کاهش تغییر شکلهاي قائم جداگر و درنتیجه تأمین سختی لازم در آن میگردند.
اثر این صفحات بر سختی جانبی ناچیز بوده و مدول برشی الاستومرعمدتاً تعیینکننده سختی جانبی جداگر میباشد. سختی قائم جداگرهاي الاستومريمعمولاً چند صد برابر بزرگتر از سختی جانبی آنهاست جNaeim and Kelly,1999ض. جداگرهاي الاستومري مسلح به الیاف جFREIض گونه جدیدي از جداگرهاي الاستومري هستند که در آنها بجاي صفحات فلزي، از لایههاي الیاف پلیمري - FRP داراي مدول کششی بالا و قابل قیاس با فولاد - جهت مهار کرنش جانبی لایههاي الاستومر و تأمین سختی لازم در امتداد قائم استفاده میشود.
بهمنظور اتصال جداگر به زیر سازه و روسازهمعمولاً از صفحات ضخیم فلزي انتهایی که به بالا و پایین جداگر متصل میشوند استفاده به عمل میآید که چنین کاربردياصطلاحاًرا کاربري متصل - Bonded Application - مینامند - شکل . - a-1 در صورت حذف صفحات اتصال ذکرشده، کاربرد جداگر را غیرمتصل - Unbonded - گویند جToopchi-Nezhad et al.,2011ض. جداگرهاي الیافی غیرمتصل آن دسته از جداگرهاي الاستومري مسلح به الیافی هستند که در کاربرد غیرمتصل بکار گرفته میشوند
شکل :1 تغییر شکل جانبی در جداگرهاي الاستومري مسلح به الیاف، - a کاربرد متصل، - b کاربرد غیرمتصل
جایگزینی صفحات تسلیح فلزي میانی با لایههاي تسلیح الیافی و همچنین حذف صفحات ضخیم فلزي انتهایی قابلیتهاي مثبتی ازجمله کاهش هزینه تولیدڇ کاهش وزن و هزینههاي حملونقل و نصب را در پی خواهد داشت. به دلیل شرایط مرزي غیرمتصل جداگر و همچنین سختی خمشی ناچیز لایههاي تسلیح الیافی، در اثر نیروهاي برشی وارده، وجوه فوقانی و تحتانی جداگر مانند شکل 2 از سطوح تکیهگاه بهطور موضعی بلند میشوند و یا به عبارتی تغییر شکل شبه غلتان در جداگر رخ میدهد. این جابجایی میتواند تا آنجا پیش رود که وجوه قائم اولیه جداگر در تماس کامل با سطوح تکیهگاههاي فوقانی و تحتانی آن قرار گیرند. این حد از جابجایی را حداقل حد ایمن تغییر شکل شبه غلتان پایداراصطلاحاً یا جابجایی نظیر تماس کامل مینامند
شکل :2 جداگرهاي الاستومري در کاربرد غیرمتصل تحت اثر جابجاییهاي جانبی مختلف
تغییر شکل شبه غلتان، بهعنوان یک پدیده مثبت، سبب کاهش سختی جانبی مؤثر جداساز با افزایش تغییر مکان جانبی آن میشود - شکل - 3 که درنتیجه این امر دوره تناوب جداساز افزایش بیشتري یافته و کارایی آن بهعنوان یک جداساز لرزهاي ارتقاء مییابد
شکل :3 نمودارنیرو- جابجایی جانبی در جداگرهايالیافی متصل و غیرمتصل
با توجه به شکل 3، رفتار غیرخطی جداساز غیرمتصل در قیاس با رفتار خطی جداساز الیافی متصل به معناي انتقال نیروي برشی کمتر به روسازه - کارایی بهتر - به ازا یک تغییر مکان جانبی ثابت است. بر اساس مطالعات انجامشده چنانچه نسبت طول به ارتفاع جaspect ratioض در یک جداگر الیافی غیرمتصل حداقل 2.5 انتخاب شود حلقههاي پسماند نیرو-تغییر شکل جانبی حاصل پایدار میماند جToopchi-Nezhad, 2014ض. بهعبارتیدیگر به ازا هر نمو جابجایی افزایش مقاومت جانبی - نمو نیروي برشی - در حلقههاي پسماند جداگر ملاحظه میگردد. در این شرایط با حذف نیروي جانبی، تغییر شکل جانبی برگشتپذیر بوده و جداگر به موقعیت قبل از تغییر شکلش بازمیگردد.
در جداگرهاي الیافی غیرمتصل نیروهاي جانبی از طریق اصطکاك در سطوح تماس جداگر ردوبدل میشوند . عدم اتصال مکانیکی جداگر به روسازه و زیر سازه، باعث میشود که در صورت عدم وجود مقاومت اصطکاکی کافی، لغزش در سطوح تماس جداگر بهنگام حرکات رفت و برگشتی زمین رخ دهد. وقوع لغزش در هر یک از جداگرهاي موجود در یک سیستم لرزه جداسازي موجب حذف جداگر مذکور از سیستم مقاوم جانبی در برابر زلزله شدهعملاًو برش پایه در سایر جداگرهاي فعال توزیع میگردد.
عملکرد مناسب یک جداگر الیافی غیرمتصل وابسته به آن است که لغزش قابلتوجهی در سطوح تماس جداگر با تکیهگاههاي فوقانی و تحتانی آن رخ نداده و مقاومت اصطکاکی کافی در سطوح تماس جداگر وجود داشته باشد تا پایداري لغزشی آن تأمین گردد. مقاومت اصطکاکی به عواملی مانند تنش فشاري نرمال، نوع الاستومر، زبري سطح تماس جداگر و سرعت بارگذاري وابسته است.
یکی از بهترین راههاي تحقیق میزان مقاومت اصطکاکی مطالعه آزمایشگاهی لغزش جداگر میباشد. بهعنوانمثال مطالعات آزمایشگاهی نشان میدهند در صورت کاربرد الاستومري با مدول برشی 0.9 MPa، در صورت تأمین تنش فشاري حداقل 0.5 MPa در سطوح تماس جداگر با زیرسازه و روسازه، هنگامیکه میانگین نرخ جابجاییهاي جانبی اعمالی حدود 0.4 mm/s باشد حلقههاي پسماند نیرو تغییر شکل جانبی پایدار مانده و لغزش نسبی اتفاق نخواهد افتاد - شکل. - 4 همچنین افزایش نرخ جابجایی موجب بهبود پایداري لغزشی جداگر میگردد
شکل :4 منحنیهاي جابجایی∆ نیرو بهدستآمده بر روي نمونه معرفیشده تحت تنشهاي فشاري متفاوت و نرخ 0.4 mm/s سرعت جابجایی جانبی
بدیهی است که از حاصل تقسیم نیروي قائم وارده بر جداگر بر سطح تماس آن میتوان تنش فشاري قائم وارد بر آن را محاسبه نمود؛ اما درصورتیکه جداگر الاستومري در کاربرد غیرمتصل بکار برده شودڇ عدم وجود صفحات اتصال انتهایی باعث میشود که در اثر تغییر شکل شبه غلتانڇ سطح تماس مؤثر نیز تغییر کند. توپچی نژاد جToopchi-Nezhad, 2014ض نشان داد درصورتیکه یک جداگر الاستومري غیرمتصل با ابعاد a×b×hڇ تحت جابجایی جانبی δ در راستاي b قرار گیرد سطح تماس مؤثر جداگر را با دقت مناسب میتوان از رابطه 1 محاسبه نمود.
سختی افقی مؤثر - سختی سکانتی - جداگر را نیز میتوان از رابطه 2 محاسبه نمود جToopchi-Nezhad, 2014ض که در آن G مدول برشی لایههاي الاستومر و tr مجموع ضخامت لایههاي الاستومر موجود در جداگر است.
