بخشی از مقاله
خلاصه
مقاله حاضر به معرفی یک سیستم سازه ای نوین و روش طراحی آن می پردازد. در این سیستم سازه ای اتصال تیر به ستون مفصلی بوده و تحمل بارهای جانبی به عهده مهاربندهای قطری مجهز به میراگر اصطکاکی می باشد. طراحی سیستم سازه ای مذکور به گونه ای انجام می شود که بعد از وقوع زلزله هیچ یک از اعضاء آسیب ندیده و نیازی به تعویض آنها نمی باشد. با استفاده از روش طراحی پیشنهادی ، میزان باز لغزش میراگرها به گونه ای انتخاب می شوند که تغییر مکان حداکثر سازه تحت اثر زلزله طراحی کمتر و یا برابر با تغییر مکان هدف باشد. چند ساختمان با استفاده از روش پیشنهادی طراحی شده و به منظور صحت سنجی روش مذکور تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی سازه ها انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد که اهداف طراحی در تمام سازه ها حاصل شده است.
.1مقدمه
روش مبتنی بر جابجایی به عنوان یک رویکرد منطقی تر در مقایسه با روش های سنتی مبتنی بر نیرو مطرح شده است. این روش طراحی، شامل چندین مرحله می باشد که مهمترین آنها معادل سازی سازه چند درجه آزادی اصلی با یک سازه یک درجه آزادی غیر خطی معادل و برآورد تغییر مکان سازه معادل می باشد. در روش جابجایی مستقیم 1، تغییر مکان سازه یک درجه آزادی غیر خطی، به کمک روش های تقریبی و بر اساس سازه یک درجه آزادی خطی برآورد می شود.
در روش جاب- جایی مستقیم ارتقاء یافته[1] 2 از طیف پاسخ غیرخطی جهت دستیابی به پاسخ های دقیق تر استفاده می گردد. در این بخش، روشی جهت طراحی سازه های مجهز به میراگرهای اصطکاکی [4-2] مبتنی بر جابجایی ارتقاء یافته پیشنهاد می گردد. علاوه بر این، یک سیستم سازه ای در این پژوهش معرفی می گردد. در این سیستم سازه ای اتصال تیر به ستون مفصلی بوده و تحمل بارهای جانبی به عهده مهاربندهای قطری مجهز به میراگر اصطکاکی میباشد.
طراحی سیستم سازه ای مذکور به گونه ای انجام می شود که بعد از وقوع زلزله هیچ یک از اعضاء آسیب ندیده و نیازی به تعویض آنها نمی باشد. با استفاده از روش طراحی پیشنهادی، میزان بار لغزش میراگرها به گونه ای انتخاب می شوند که تغییر مکان حداکثر سازه تحت اثر زلزله طراحی کمتر و یا برابر با تغییر مکان هدف باشد. چند ساختمان با استفاده از روش پیشنهادی طراحی شده و به منظور صحت سنجی روش مذکور تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی سازهها انجام گرفته است.
.2 معرفی ایده
استفاده از ظرفیت الاستیک مصالح جهت جذب انرژی ورودی هنگام زلزله، مقرون به صرفه نیست. در نتیجه، روال مرسوم طراحی، پذیرش سطحی از آسیب در سازه به صورت رفتار پلاستیک می باشد. بهتر است این آسیب ها در نقاط مشخص و از پیش تعیین شده رخ دهد. ایده متمرکز ساختن آسیب ها در نقاط مشخص و ایمن نگاه داشتن سایر نقاط سازه اولین بار توسط Wada و همکاران [5] مطرح شد. آنها نام چنین سیستم سازه ای را سازه مقاوم در برابر آسیب3 نامیدند. Kim و همکاران [6] نوع خاصی از سازه بدون آسیب را پیشنهاد دادند که متشکل از قاب های ساده با اتصلات مفصلی جهت تحمل بارهای ثقلی و مهاربندهای کمانش ناپذیر به عنوان فیوزهای سازه ای است.
در این سیستم سازه ای، تیرها و ستون ها در باربری لرزهای مشارکتی نداشته و تمام بارهای جانبی توسط مهاربندهای جانبی تحمل می شوند. بادبندهای کمانش ناپذیر، از طریق جاری شدن انرژی ورودی را مستهلک می کنند. بنابراین می بایست بعد از وقوع زلزله های شدید، تعویض شوند. علاوه بر این، مطالعات گذشته [7] نشان می دهد که با افزایش تعداد سیکل های بارگذاری، احتمال رخداد خستگی کم چرخه در مهاربندهای کمانش ناپذیر افزایش می یابد. به دنبال بیشتر زمین لرزه های کم عمق، در ساعت های بعدی و حتی در چند ماه آینده، پس لرزه های متعدد اتفاق می افتد و گاهی اوقات به اندازه کافی بزرگ هستند که خسارت های اضافی را به سازه تحمیل کرده و موجب گسیختگی مهاربند شوند.
لازم به ذکر است که گسیختگی مهاربند موجب به خطر انداختن ثبات کلی سازه و ظرفیت باربری جانبی آن میشود. جهت غلبه بر این مشکل، در این پژوهش نوع دیگری از سازه مقاوم در برابر آسیب پیشنهاد می گرددکه در آن میراگرهای اصطکاکی جایگزین مهاربندهای کمانش ناپذیر می شوند. استفاده از میراگرهای اصطکاکی، باعث حذف تغییر شکل های پلاستیک در سازه شده و تنها کافیست که میراگرها به موقعیت اولیه خود بازگردانده شوند. از این رو، این سیستم سازه ای، سازه بدون آسیب نامیده می شود. در این مقاله، بر اساس روش مبتنی بر جابجایی ارتقاء یافته [1]، یک روال طراحی برای سازه بدون آسیب پیشنهاد می گردد.
.3توصیف سیستم
میراگرهای اصطکاکی را میتوان هم در قاب های خمشی و هم در قاب های ساده به کار گرفت. سازه یک درجه آزادی شکل - -1 الف - را در نظر بگیرید که درآن اتصال تیر به ستون اتصال صلب می باشد. شکل - -1 الف - مدل جرم، فنر و میراگر این سازه را نشان میدهد که در آن k f ، m f و c f به ترتیب سختی، جرم و میرایی قاب می باشند. kb ، f s ، u و Q نیز به ترتیب معرف سختی جانبی مهاربند، بار لغزش میراگر، تغییر مکان جانبی سازه و نیروی خارجی وارده هستند.
در این حالت بار جانبی توسط مهاربند و قاب تحمل میشود. بنابراین در یک تحریک لرزهای شدید، بنا به سختی قاب و مهاربند، اعضای قاب ممکن است آسیب دیده و مفصل پلاستیک در تیرها و یا ستونها شکل گیرد. علاوه بر این، رفتار لرزهای سیستم مذکور هم به سختی قاب و هم به سختی مهاربند وابسته است که روال طراحی را پیچیده تر میکند. در صورتی که از میراگر اصطکاکی در قاب ساده استفاده شود، معایب فوق الذکر رفع می گردد.
در چنین سیستم سازه ای انرژی ورودی ناشی از زلزله تنها توسط میراگرهای اصطکاکی جذب شده و قاب مشارکتی در باربری جانبی ندارد. بنابراین، اعضاء قاب الاستیک باقیمانده و آسیب نمی بینند. این سیستم سازه ای، سازه بدون آسیب نامیده میشود. منحنی نیرو جابجایی این سیستم، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، یک منحنی دو خطی بوده که در آن um تغییر مکان هدف است.
