بخشی از مقاله
چکیده
سیستم های جداساز برای جداسازی سازه از اثرات زیان بار زلزله و برای کاهش جذب انرژی زلزله بین طبقه همکف و پی ساختمان استفاده میشوند. در این تحقیق به منظور بررسی کارایی سیستم جداگر لرزه ای در سازه های بلند مرتبه از سازه های 5، 10 و 15 طبقه تحت هفت رکورد دور و نزدیک گسل قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد سازه جداسازی شده 10 طبقه بهترین کارایی را بین سازه های دیگر در کنترل بهینه پاسخ های سازه ها تحت رکورد زلزله دور و نزدیک گسل دارند.
-1 مقدمه
به دلیل کنترل لرزشهای سازه ای در مقابل نیروهای حاصل از زلزله، میتوان از سیستم های میرا کننده انرژی بهره مند شد تا هم تغییر شکل های غیر ارتجاعی را در هنگام وقوع زلزله متمرکز کرد و هم از آسیب های احتمالی وقوع زلزله تا حد امکان جلوگیری کرد. در روشهای مرسوم، ساختمان با استفاده از ترکیب سختی، قابلیت شکل پذیری، استهلاک انرژی و همچنین اینرسی در برابر نیروهای دینامیکی - نظیر باد، زلزله، ارتعاش ماشین آلات، امواج دریا و..... - از خود مقاومت نشان میدهد.
مقدار میرایی در این قبیل از سازه ها بسیار کم است و از این رو، انرژی مستهلک شده در محدوده رفتار الاستیک سازه ناچیز است. این ساختمانها تحت تاثیر نیروهای دینامیکی قوی نظیر زلزله با گذر از از محدوده الاستیک، تغییر مکانهای زیادی میدهند و به واسطه قابلیت تغییر مکان غیر الاستیک خود پایدار باقی میمانند. تغییر مکانهای غیر الاستیک موجب به وجود آمدن مفاصل پلاستیک به صورت موضعی در نقاطی از سازه میشود که خود افزایش شکل پذیری و همچنین، افزایش استهلاک انرژی زلزله را در پی دارد. در نتیجه، مقدار زیادی از انرژی زلزله به دلیل تخریب های موضعی در سیستم مقاوم جانبی سازه مستهلک میشود.
استفاده از سیستم های مستهلک کننده انرژی باعث کاهش تغییر مکان یا شتاب سازه در برابر زلزله میشود، مهم ترین روشی را که در سالهای اخیر در کشور های توسعه یافته جهان از قبیل امریکا و ژاپن و ... برای مقابله با نیروی زلزله و بالا بردن ضریب مقاومت ساختمان ها در برابر زلزله استفاده شده است عمل جدا سازی پایه و یا شالوده و یا استفاده از انواع میراگرها است .
در سال های اخیر، تکنولوژی جداسازی لرزه ای پیشرفت قابل ملاحظه ای داشته است. نصب سیستم های جداساز لرزه ای منجر به افزایش زمان تناوب اصلی سازه و کاهش نیروهای وارد بر آن میگردد. جداسازی از پایه یک روش شناخته شده است و به طور گسترده در طراحی لرزه ای سازه ها مورد استفاده قرار میگیرد. جداسازها پاسخ سازه را در برابر زلزله کاهش میدهند و آسیب های احتمالی وارده به سازه را به حداقل میرسانند. در شکل 1 عملکرد دو سازه جداسازی شده از پایه و با پایه گیردار نشان داده شده اند.
شکل :1 عملکرد سازه جداسازی شده - سمت راست - و با پایه گیردار - سمت چپ - تحت زلزله
سیستم های جداساز برای جداسازی سازه از اثرات زیان بار زلزله و برای کاهش جذب انرژی زلزله بین طبقه همکف و پی ساختمان استفاده میشوند. در بعضی موارد برای بهبود رفتار لرزه ای جداسازها دمپرهایی را به رو سازه اضافه میکنند. در استفاده از جداسازها اثبات شده است که جابجایی در جداسازها متمرکز میشود و تغییر مکان درون طبقه ای کاهش مییابد.
استفاده از جداسازهای لرزه ای باعث افزایش دوره تناوب و افزایش انعطاف پذیری سیستم شده و در نتیجه تغییر مکان افقی سازه تحت زلزله افزایش مییابد، اما با افزایش میرایی تغییر مکان کاهش مییابد. حداکثر مقدار واقعی میرایی در سازه جداشده میرا نشده در زلزله های قوی بیش از یک متر است که این مقدار را می توان به 50 الی 400 میلیمتر به کمک هسته سربی رساند که این تغییر مکان با ایجاد یک درز انقطاع ممکن میشود. حرکت واقعی قسمتهای سازه به توزیع جرم وپارامترهای سیستم های جداسازی و مودهای پیش بینی شده ارتعاش بستگی دارد.
-2 تئوری و پیشینه تحقیق
نشیمن های با هسته سربی در سال 1975 در نیوزیلند اختراع شده و به طور گسترده ای در نیوزیلند، ژاپن و ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفته اند. این نوع از نشیمن ها دارای یک یا چند هسته سربی بوده به همین دلیل صفحات فولادی به کار رفته در این سیستم سبب تغییرشکل هسته سربی در برش میشوند. این هسته های سربی در جریان برشی در حدود 10Mpa تغییر شکل فیزیکی داده و سبب ایجاد پاسخ دو خطی در نشیمن میشوند و از میرایی بالایی برخوردار میباشند.
سختی و میرایی موثر نشیمن های با هسته سربی، وابسته به مقدار جابجایی آن میباشد. محاسبه تغییرمکان متناظر با مقدار میرایی لازم یکی از ضروری ترین سنجش های کار با این نوع جداگر میباشد. هسته سربی باید کاملا در نشیمن الاستومتری محکم شده باشد که به این دلیل قطر هسته سربی را کمی بیشتر از قطر سوراخ در نظر گرفته و هسته را با فشار به داخل سوراخ هدایت میشود.
به دلیل اینکه سختی و میرایی موثر جداگرهای با هسته سربی وابسته به مقدار جابجایی جداگر است، بنابراین باید تغییر مکان متناظر با مقدار میرایی لازم، معلوم باشد. جداگرهای با هسته سربی به طور گسترده ای در نیوزیلند به کار رفته اند و ضوابط بسیار کاملی در زمینه طراحی و مدل سازی این نوع جداگرها وجود دارد. طبق تحقیقات به عمل آمده ساختمان هایی که به وسیله این جداگرهای لرزه ای تقویت شده اند، در زلزله های 1994 نورث ریج و 1995 کوبه، عملکرد بسیار مناسبی داشته اند.
نتایج تحقیقات گذشته نشان داده است که سیستم جداساز لرزه ای در برابر نیروهای ناشی از زلزله در ساختمان های بلند تاثیر مطلوبی نداشته است اما مطالعات کمی در مورد مقایسه هم زمان سیستم های جداگرلرزه ای تحت رکوردهای دور و نزدیک گسل در ساختمان های بلند مرتبه صورت گرفته است. از این رو به منظور مقایسه کارایی بهتر سیستم های جداگرهای لرزه ای تحت رکوردهای متفاوت در ساختمان های بلند مرتبه این تحقیق صورت گرفته است.
-3 روش انجام تحلیل
-3-1 معرفی مدل تحلیلی
طراحی مطمئن یک سازه زمانی تضمین میشود که اطلاعات درستی از نیروهای وارد بر سازه، رفتار و مقاومت و مصالح ساختمانی و همچنین روش مناسب تحلیل سازه در دست باشد. از این رو جهت طراحی اقتصادی و ایمن طرح، از مباحث مقررات ملی ساختمان و آیین نامه 2800 استفاده شده است و طراحی سازه به روش تنش مجاز ASD و بر مبنای آیین نامه UBC97 صورت گرفته است. جهت طراحی، آنالیز وانجام مطالعات پارامتریک سازه ها از نرم افزار SAP2000 استفاده شده است و برای پردازش اطلاعات خروجی نیز از نرم افزار Microsoft Office Excel استفاده شده است. در این تحقیق مدل های سازه ای در نظر گرفته شده دارای 5، 10، 15 طبقه میباشند. ارتفاع تمامی طبقات 3 متر و ابعاد پلان مطلبق شکل 2 در جهت X و Y به ترتیب برابر 5 و 6 متر است.
طراحی سازه به روش تنش مجاز - ASD - و بر مبنای آیین نامه UBC97 صورت گرفته است. طراحی به گونه ای صورت گرفته است که نسبت تنش ها در مقاطع بین 0/7و 1/1 بوده و همچنین دیریفت طبقات بر اساس ضوابط آیین نامه رعایت شود.
-3-2 مشخصات و پارامترهای لرزه ای جداگرهای لرزه ای
با استفاده از وزن کل ساختمان و فرض پریود موثر برای سیستم جداساز، سختی جانبی موثر در تغییر مکان طرح برای کل جداسازها مطابق آیین نامه UBC97 قابل محاسبه است. با ضرب جرم هر طبقه در تعداد کل طبقات به علاوه جرم طبقه صلب و جرم تمامی جداگرهای - جرم هر جداگر0/01 تن - واقع بر روی جداسازهای لرزه ای جرم کل سازه W حاصل میشود. در زیر هر ستون یک جداساز لرزه ای لاستیکی با هسته ی سربی - LRB - قرارگرفته است. با فرض زمان تناوب موثر ساختمان جداسازی شده در تغییر مکان طرح TD برابر 2/5 ثانیه برای هر جداگر، سختی جانبی موثر در تغییر مکان طرح Keff مطابق رابطه - 1 - بدست میآید.
میرایی بحرانی جداگرها eff برابر %15 و نسبت سختی پس از تسلیم به سختی پیش از تسلیم - Kd - برابر 0/1 فرض شده اند. همچنین از رابطه - 2 - مقدار سختی اولیه جداساز u محاسبه میشود. در این رابطه نیروی تسلیم جداساز و محاسبه تغییر مکان تسلیم جداساز Dy است. همچنین با توجه به رابطه - 3 - میرایی موثر جداگرهای لرزه ای Ceff قابل محاسبه است. پارامتر های طراحی جداگرهای لرزه ای جهت وارد کردن به نرم افزار Sap2000 مطابق جدول 1 میباشد.
