بخشی از مقاله
چکیده
بسیاری از ساختمانهای بتنی که در نیم قرن گذشته احداث شده اند حداقل ضوابط مورد نیاز جهت نیروهای زلزله را ارضاء نمی نمایند و بعلت عدم طراحی دقیق و بر اساس آئین نامه های قدیمی اکثر ساختمانهای موجود را می توان جزو ساختمانهای نیمه مقاوم و غیر مقاوم طبقه بندی نمود که نیاز به بهسازی دارند. با توجه به نیاز به مقاوم سازی و بهسازی سازه ها در این تحقیق سعی بر آن شد تا با بررسی عملکرد میراگر اصطکاکی در سه مدل ساختمان با ارتفاع های متفاوت 3، 5 و 7 طبقه آن عملکرد مورد انتظار بدست آید.
برای همین منظور ساختمانهای مذکور بگونه ای که در برابر بارگذاری جانبی، ضعیف باشند، طراحی شده سپس با انتخاب رکوردهای مناسب و تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی در سه مدل پیشنهادی ضعف آنها نشان داده شد. در مرحله بعد میراگر ها برای مقاوم سازی اضافه شدند و رفتار آنها با حالت قبل از مقاوم سازی مقایسه گردید تا روشن شود که چطور باعث بهبود رفتار لرزه ای و کاهش پاسخ های دینامیکی ساختمانها می شوند. مطالعات انجام شده بیانگر آن است که در سازه های بتنی دمپر اصطکاکی که وابسته به تغییر مکان می باشد از عملکرد مطلوبی برخوردار بود و سهم بسزای در مستهلک سازی انرژی و کاهش تغییر مکان نسبی طبقات نسبت به ساختمان مبنا را از خود نشان داد.
-1 مقدمه
تحقیقات متعدد تحلیلی و آزمایشگاهی نشان می دهد که میراگرها می توانند بطرز موثری تغییر مکانهای ناشی از زلزله را کاهش دهند. بدین صورت عملکرد بیشتر اعضای باربر سازه، در محدوده ارتجاعی باقی می ماند. پذیرفتن تغییر شکلهای غیر ارتجاعی که آئین نامه های طراحی بواسطه شکل پذیری سازه ها مجاز می دانند، به مفهوم ایجاد خسارت قابل توجه در اعضای سازه ای و غیر سازه ای می باشد. لذا بکارگیری میراگرها می تواند عامل کاهش خسارت از هر دو جنبه سازه ای و غیر سازه ای باشد و این مسأله در کاهش هزینه مقاوم سازی سازه های آسیب دیده از زلزله، تأثیر زیادی دارد.
این وسائل را به سادگی میتوان در سازه های موجود جاسازی و یا در صورت لزوم بعد از بارگذاری - رخداد زلزله - تعویض نمود.4]و[7 در این پژوهش که از میراگر اصطکاکی جهت نمایش عملکرد آنها استفاده شده است و میراگرها بصورت مهاربند در دهانه ها اجرا شده جهت مستهلک نمودن و محدود کردن حرکت جانبی ساختمان تا حتی المقدور در اثر زلزله آسیب کمتری به سازه برسد.در ابتدا سه مدل سازه با ارتفاع و دهانه های مختلف در نرم افزار Etabs طبق آیین نامه زلزله 2800 ویرایش سوم در منطقه لرزه خیزی متوسط مدل گردید و سپس به ارزیابی و تحلیل دینامیکی غیر خطی مدل های آیین نامه ای پرداخته شد.
با توجه به اینکه فرض شده سازه ها در منطقه لرزه خیزی متوسط طراحی شده، ساختمانهای مذکور بگونه ای که در برابر بارگذاری جانبی، ضعیف باشند، طراحی شده وساختمان ها در منطقه لرزه خیزی خیلی شدید قرار گرفته و آسیب پذیر می باشند. که با تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی می توان نشان داد که ساختمان ها آسیب پذیر هستند. جهت بهبود عملکرد و جذب انرژی درسازه های بتنی دمپر اصطکاکی در دهانه ها و ارتفاع های مختلف به سازه ها معرفی می شود، و بهترین مکان در این تحلیل ها مشخص خواهد شد.
-2 میراگرهای وابسته به تغییر مکان - شامل انواع اصطکاکی و تسلیمی -
در این میراگر که ازنظر تحلیلی وابسته به تغییر مکان هستند، انرژی زلزله صرف غلبه بر اصطکاک موجود در سطح تماس قطعات می شود. این یک روش مفید، معتبر و اقتصادی برای اتلاف انرژی است در دهه 70، اصل ترمز اصطکاکی از توسعه میراگرهای اصطکاکی الهام گرفته می شود.[5] یکی از میراگرهای اصطکاکی میراگر پال است، که از چندین ورق قرار گرفته روی یکدیگر و بهم فشرده به کمک پیچهای با مقاومت بالا تشکیل شده است که هرگونه حرکت جانبی اصطکاکی میان ورقها را امکان پذیر می سازدکه توسط پال و مارش در 1982 ، پال و همکاران در 1987 عرضه شد.
در سال Cherry 1987 وFiliatrault و در سال Aiken 1988 و همکاران، تأثیر مثبت این میراگر در افزایش ظرفیت انرژی و کاهش تغییر مکان طبقه در مقایسه با قاب خمشی بدون میراگر را نشان دادند. Cherry وFiliatrault در سال 1990 با استفاده از مفهوم انرژی و اندیس کارایی، روش طراحی این میراگر را ارائه نمودند.[2] این میراگرها توسط Aiken وKelly در سالهای 1988 و1990 برروی مدل 1/4 یک سازه 9 طبقه با موفقیت آزمایش شده و در دو سازه 22 و31 طبقه در شهرهای Omiya وSonic ژاپن نصب گردیده اند.Fitzgerald .[1] و همکاران در سال 1989 میراگری ساختند که اجازه لغزش یک صفحه میانی در دو صفحه کناری را از طریق پیچهای بسته شده روی یک شکاف می داد.
-3 مدلسازی ساختمانهای مورد نظر و طراحی اولیه
قاب های مطالعه شده قسمتی از ساختمانی با سیستم قاب خمشی بتن مسلح با شکل پذیری متوسط در دو جهت انتخاب شده است. که بطور قراردادی و تقریبی می توان ساختمانهای متوسط 7-3 - طبقه - را پوشش دهد.به منظور ارزیابی آسیب پذیری سازه های بتنی مسلح از سه مدل ساختمان بتنی مسلح با تعداد طبقات مختلف 3، 5 و 7 طبقه و بترتیب از2×3 و3×4 و 4 ×6 دهانه و طبقه اول 3 متر و بقیه طبقات 3/20 متر استفاده شده است. این ساختمانها در منطقه با خطر لرزه خیزی متوسط و بر روی خاک از تیپ شماره II بنا شده و دارای سقف تیرچه بلوک است. کاربری ساختمان در تمامی طبقات مسکونی بوده و ضریب رفتار آن 7 در نظر گرفته شده است.
فرضیات بکار رفته در طراحی و مقاوم سازی آنها به صورت یکسان انتخاب گردیده است و در مدلسازی سیستم ها تلاش شده تا حد امکان از مقاطع متعارف و مرسوم استفاده شود. بنابراین در مدلها مقاطع تیرهای و ستون ها از پایین به بالا، کاهش داده شدند، البته طراحی اعضای بتن آرمه بر اساس ضوابط آئین نامهACI 318-99 انجام شده است. ذکر یک نکته ضروری است که این کار باید با ملاحظه و کنترل تغییر مکانهای جانبی و نسبت تغییر مکانهای جانبی طبقات صورت گیرد تا مقادیر بدست آمده از اعداد مجاز تجاوز ننمایند و مشکلی از لحاظ جابجایی و تغییر مکان ایجاد نگردد.
بارهای ثقلی وارد بر ساختمان شامل بارهای مرده و زنده است. مقدار بارهای مرده و زنده بر اساس جزییات اجرایی سقف ها و دیوارها به این ترتیب مقادیر بارهای مرده کف طبقات 600 کیلوگرم بر متر مربع و بام 550 کیلو گرم بر متر مربع، بار زنده طبقات برابر 200 کیلو گرم بر متر مربع و بام 150 کیلوگرم می باشد. سپس قاب ها، تحت تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی قرار می گیرند. دلیل انتخاب چنین مقاطعی این است که سازه باید از لحاظ مقاومتی ضعیف باشد تا مقاوم سازی آن توجیه پیدا کند.
-4 انتخاب شتاب نگاشت ها
برای تحلیل دینامیکی گام به گام تاریخچه زمانی، بارگذاری زلزله با به کار بستن شتابهای ثبت شده زمین اعمال می شود. مهمترین نکته ای که در آنالیز دینامیکی غیر خطی باید مورد توجه قرار گیرد، انتخاب مناسب رکورد زلزله است. این رکورد بایستی از نظر حداکثر شتاب موثر و طیف پاسخ، با زلزله طرح استاندارد 2800 سازگار باشد و در آنها آثار: بزرگا، فاصله از گسل، سازو کار چشمه لرزه زا در نظر گرفته شده باشد.در این تحقیق هفت شتاب نگاشت از سایت peer انتخاب شده است، که در جدول شماره1-4 ارائه گردیده است. این شتاب نگاشت ها بر اساس آئین نامه 2800 مقیاس می شوند.
جدول1-4 شتاب نگاشت های انتخاب شده
-1-4 مشخصات رکوردها و مقیاس کردن شتاب نگاشت ها
برای تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی 7 تا رکورد از سایت peer و مطابق با FEMA695 از جدول حوزه دور شتاب نگاشتها به لحاظ ویژگیهای زمین شناسی، تکتونیکی، لرزه شناسی ومشخصات لایه های خاک - نوع - 2 با زمین محل ساختمان و با توجه به آیین نامه مدت زمان حرکت شدید زمین در شتابنگاشت ها حداقل برابر با 10 ثانیه یا سه برابر زمان تناوب اصلی سازه، هر کدام بیشتر است، انتخاب شده است.
شتاب برای هر یک از هفت شتاب نگاشت زلزله های Chi Chi-Taiwan ،Hector-Mine ،Kobe-Japon ،Kocaeli-Turkey ، Landers ، Manjil-Iran ، San-Fernando بدست آمد. سپس با معلوم بودن طیف طراحی آیین نامه بدست آمده بر اساس A=0.35 ، براساس مدل B = ، کلیه زوج شتاب نگاشت ها که در نرم افزار Seismosignal به مقدار حداکثر خود مقیاس و فیلتر می شود بدین معنی که حداکثر شتاب ها برابر با شتاب ثقل g و طیف پاسخ شتاب هر یک از زوج شتابنگاشت های مقیاس شده با منظور کردن نسبت میرایی 5 درصد تعیین گردید، به نرم افزار Excel منتقل می شوند.
