بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه به منظور کاهش آسیبهای وارد به سازه از روشهای گوناگون اتلاف انرژی میتوان استفاده نمود. سیستمهای اتلاف انرژی غیرفعال یکی از این روشها بوده و میراگرهای فلزی جاریشونده در این مجموعه قرار گرفتهاست . این میراگرها دارای مزایای متعددی از جمله ساختمان ساده و سهولت تولید، عملکرد موثر، جایگزینی آسان پس از اتمام زلزله میباشد. هدف در این مطالعه یافتن چیدمانی از این میراگرها در سازههای فولادی 3، 6 و 9 طبقه با نامنظمی در پلان بوده به نحوی که با افزودن میراگرها به آن پیچش سازه تا حد ممکن کاهش یابد.
بدین منظور پس از طراحی میراگرها و تعیین خصوصیات آنها و اعمال این موارد در مدلها، چیدمانهای مختلف از میراگرها به صورت اتفاقی و با استفاده از الگوریتم ژنتیک تولید شده و در هر چیدمان مقدار پارامتر هدف محاسبه و در نهایت چیدمان مسبب کوچکترین دوران پیچشی در تحلیلهای دینامیکی غیرخطی در سازهها انتخاب و معرفی گردیده است. علاوه بر این پارامترهای دیگری از پاسخ سازهها و روند تغییر آنها نیز در این فرآیند بهینهسازی بررسی شدهاست.
.1 مقدمه
فلسفه مدرن طراحی سازهها به دنبال استفاده از تجهیزاتی است تا با متمرکز کردن تقاضای شکلپذیری در بخشهای خاصی از سازه، از وقوع تغییرشکلهای غیرخطی بزرگ در اعضای اصلی جلوگیری به عمل آورد؛ با در نظر گرفتن این رویکرد خسارات سازهای در اجزای قابل تعویض متمرکز شده و هزینه تعمیر و بازسازی سازهها پس از زمینلرزه کاهش مییابد. از جمله سیستمهای جذب و اتلاف انرژی لرزهای، سیستمهای کنترل غیرفعال میباشند که میراگرهای فلزی جاریشونده از مرسومترین این روشها به شمار میروند.
انواع متداول میراگرهای جاریشونده از ورقهای موازی فولادی مثلثی و یا X شکل تشکیل شدهاست. محل نصب این میراگر بین راس مهاربند جناقی و تیر طبقه قاب میباشد.[1] این میراگرها ضمن تامین میرایی به دلیل وجود المانهای مهاربندی از سختی جانبی بالایی برخوردارند. نوع مثلثی شکل این میراگر که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته با عنوان میرایی و سختی افزوده مثلثی TADAS* نامگذاری شدهاست. شکل 1 نمایی از این میراگرها را نشان دادهاست.[2]
شکل -1 میراگر [2] TADAS
از مزایای این میراگرها به افزایش شکلپذیری و میرایی و کاهش تغییرمکان سازه، تمرکز خسارت در میراگرها طی استهلاک انرژی در آنها و باقی ماندن سایر اعضای سازه غالبا در محدوده خطی، اطمینان بالا از کارکرد درست میراگر به دلیل وجود رویه کنترل کیفیت ساخت نسبت به اجزا و قطعات معمول سازه، چرخه پسماند پایدار بدون افت در سختی و مقاومت طی بارگذاری چرخهای، عدم نیاز به نگهداری و بازدید، سهولت تعویض دستگاه میراگر پس از خسارت ناشی از زلزله، درجات نامعینی بالا به علت تعداد ورقها در هر میراگر اشاره شده است.
تحقیقات صورت گرفته تا سال 1980 نشان داده بود که صفحات فولادی مثلثی به عنوان ابزاری برای افزایش سختی و میرایی، دارای سختی و مقاومت کافی هستند. Kelly و همکاران در سال 1972 از این صفحات به عنوان قیدهای جذب کننده انرژی استفاده کردندWhittaker .[1] در سال 1989 بر شکلپذیری و ظرفیت جذب انرژی این ابزار در زلزلههای شدید مطالعاتی انجام داد[3]؛ در سال 1993 تحقیقاتی آزمایشگاهی تحلیلی به رهبری Tsai انجام شد و میتوان گفت که اولین آزمایش بر روی میراگرهای TADAS توسط Tsai و همکارانش صورت گرفت که در آن چندین المان این میراگر با ابعاد مختلف تحت بارگذاری چرخهای قرار گرفت.
[4] نتایج نشان دادند که المانهای پیشنهادی میتوانند بدون علامت خاصی در کاهش سختی و یا مقاومت، تعداد چرخههای تسلیم فوقالعاده زیادی را تحمل کنند. مطالعات دیگری توسط Suzuki و همکاران [5]، Moreschi و [6] Singh، معتمدی و ناطقیاللهی [7]، تهرانیزاده و خالقیان [8]،آلهاشم و همکاران [2]، یونسپور و غفارزاده [9] بر روی اشکال مختلف میراگرهای فلزی جاریشونده صورت گرفته و نتایج بیانگر این است که خصوصیات مکانیکی المان پیشنهادی تا حد بسیار زیادی قابل پیشبینی بوده و این المان یکی از قابل اعتمادترین وسایل اتلاف انرژی برای استفاده در ساختمانهای با اهمیت زیاد و در مناطق با خطر لرزهای بالا میباشد.[4]
موقعیت قرارگیری و چیدمان اجزا و سیستمهای سازهای مانند مهاربندها، دیوار برشی، میراگرها و ... نسبت به پلان در هر سازه تاثیر قابلملاحظهای بر پاسخهای سازه داشته و چنانچه این سیستمها در مکان مناسب و با آرایشی مطلوب تعبیه گردند موجب کاهش پاسخهای سازه به میزان قابل توجهی میشوند. مطالعات مختلفی در جهت رسیدن به چیدمان بهینه میراگرها در سازه صورت گرفته شده است. Lopez و Soong در مطالعه خود در محلی از سازه که پاسخ در آن حداکثر شده بود میراگر تعبیه کرده و سازه را مجددا تحلیل کردند و با ادامه این کار پاسخ سازه را تا حد قابل قبولی کاهش دادند.
Chang در مطالعه خود ابتدا تعداد معینی میراگر در سازه تعبیه نمود و سپس جای میراگرها را از مکانی که پاسخ سازه در آن حداقل شده بود به محلی که دارای پاسخ حداکثر بود تعویض کرد و با ادامه این روند پاسخ سازه را کاهش داد.[10] نتایج تحقیق امینی و قادری در مورد موقعیت بهینه میراگر در یک قاب 16 طبقه برشی، یک سازه خرپایی و قاب ساختمانی نشان داد الگوریتم کلونی مورچگان نسبت به روش جستجوی پایه هارمونی بر مبنای تابع توزیع جرمی احتمالاتی روشی موثرتر بوده و زمان کمتری برای بهینه یابی صرف مینماید.
[11] باقری و فلاح در مطالعه خود بر روی یک ساختمان 10 طبقه در دو حالت مجهز شده به میراگر و بدون میراگر، تعداد و چیدمان بهینه میراگرهای ویسکوز در ارتعاشات لرزهای را با استفاده از الگوریتم ژنتیک مورد بررسی قرار دادند . نتایج نشان داد پاسخ سازه در اثر استفاده از میراگر کاهش قابل توجهی یافته است.[12] آراسته خوشبین و همکاران در تحقیق خود بهینهیابی چیدمان سیستم مهاربندی به کمک الگوریتم ژنتیک را بررسی کردند.
در این مطالعه یک ساختمان 5 طبقه که در دو دهانه آن مهاربند با آرایشهای مختلفی قرار گرفت بررسی و نتیجه آن بود که با توجه به وجود محدودیت معماری طرح بهینه مهاربندها در کاهش نیروهای بالابرنده ستونهای طبقه اول و جابهجایی طبقه آخر تاثیر گذار بوده و استفاده از الگوریتم ژنتیک در این مطالعه با توجه به چند هدفه بودن این بهینهسازی روش بسیار مناسبی میباشد.[13] مطالعات نشان داده که وجود نامنظمی در سازه یکی از دلایل اصلی آسیب به آن در زلزله میباشد.
در طول دو دهه گذشته مطالعات زیادی در رابطه با کنترل پاسخ این سازهها در زلزله که دارای رفتار پیچشی نیز میباشند به کمک تجهیزات استهلاک انرژی نظیر میراگرها انجام شده که تحقیقات Goel در سالهای 1988 و 2000، 15]، [14، Goel و Booker در سال [16] 2001، Llera و همکاران در سال [17] 2005، منصوری و همکاران در سال [18] 2010، یوسفیصفت و همکاران در سال [19] 2012، سامی و سعیدمنیر در سال [20] 2013 از آن جمله میباشند. در این مطالعه هدف یافتن چیدمان بهینه میراگرهای فلزی جاریشونده در ساختمانهای فولادی با پلان نامنظم با کمترین مقدار پاسخ دوران پیچشی سازه میباشد که جزئیات روش مطالعه و نتایج آن در بخشهای بعد ارائه شدهاست.
.2 طراحی سازههای مورد مطالعه
پلان نامنظم در نظر گرفته شده برای ساختمانها در شکل 2 نشان داده شدهاست. نامنظمی موجود در ساختمان از نوع فرورفتگی در گوشه پلان با حداقل مقدار 15 درصد بعد پلان مطابق آییننامه [21] میباشد که در این مطالعه 25 درصد در نظر گرفته شده و ساختمانهایی با تعداد طبقات 3، 6 و 9 طبقه به صورت سه بعدی به این منظور در نظر گرفته شدهاست. ارتفاع کلیه طبقات 3.2 متر بوده و طول دهانهها در جهت x برابر 5 متر و در جهت y برابر 6 متر میباشد. بار لرزهای بر اساس طیف آییننامه ASCE 7-10 و برای منطقهای واقع در شهر لسآنجلس و با خاک از نوع D - خاک سخت - در نظر گرفته و طراحی سازهها به روش حدی و به کمک نرمافزار SAP2000 انجام شدهاست.[22] مشخصات شتابنگاشتهای استفاده شده در تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی در جدول 1 آمده است.
