بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه استفاده از مصالح نوین برای بهبود عملکرد لرزه ای سازه ها بیش از پیش مورد توجه محققین قرار گرفته است. در سه دهه اخیر وقوع زلزله های متعدد و آسیبهای ناشی از آن بر سازه ها موجب شده تا برای کاهش هزینه های تعمیر و بازگردانی سازه به عملکرد مطلوب خود از روش های موثرتری بهره جویند. استفاده از آلیاژهای حافظه دار هوشمند - SMA - که دارای ویژگی سوپر الاستیک و خاصیت برگشت پذیری میباشند به عنوان یک راه کار موثر، مطلوب میباشد. این آلیاژها دارای ظرفیت شکل پذیری و جذب انرژی بسیار مطلوبی هستند به طوری که میتوانند اثرات ناشی از تنش های پسماند را به خوبی جذب کرده و مانع از ایجاد خسارت در سازه شوند.
در این تحقیق سعی شده تا به بررسی عملکرد این مصالح در بخشهای مختلف سازه ای اعم از اتصالات، تیرها و ستون ها و همچنین سیستم های استهلاک انرژی از قبیل میراگرها و جدا سازهای لرزه ای پرداخته شود. از این مصالح علاوه بر ساختمان های متداول در ساخت سازهای غیر ساختمانی از جمله پل ها و دکل ها نیز میتوان استفاده نمود. تحقیقات نشان داده است که بهره گیری از این مصالح در طراحی سازه های جدید و بهسازی ساختمان های موجود در بلند مدت میتواند باعث کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری شود.
-1 مقدمه
امروزه زیرساخت های عمرانی بخش مهمی از ثروت ملی در اکثر کشورها هستند که به دلیل فرسودگی و خرابی، اغلب نیاز به نظارت، ارزیابی و تعمیر در فواصل زمانی منظم دارند. این باعث شده که مدیریت زیرساخت ها تبدیل به یک بار اقتصادی شود. این گونه بیان می شود که اگر یک سازه هوشمند با قابلیت تشخیص آسیب و اصلاح وضعیت خود و همچنین تغییرات در شرایط بارگیری آن باشد، بسیاری از مشکلات مربوط به مدیریت زیرساخت ممکن است مرتفع گردد.
این تفکر باعث ایجاد مواد هوشمند سازه ای می شود که برای انطباق با محیط اطراف در نظر گرفته شده است، ارائه شرایط عملیاتی مطلوب، به حداقل رساندن انرژی مصرفی، افزایش کلی عملکرد چرخه عمر و به طور قابل توجهی کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری از جمله این معیار ها می باشند.[1] شناخت مصالح نوین ساختمانی و استفاده از رفتارهای خاص آنها همیشه مورد جلب توجه محققین بوده است، با ورود ابزارهای اندازه گیری دقیق و گسترش تحقیقات در چند دهه اخیر، این توجه رشد چشمگیری یافته است.
شروع تحقیقات مقدماتی به سال 1932 باز می گردد که برای اولین بار توسط Olander مورد مطالعه قرار گرفت و رفتار سوپر الاستیک این مصالح کشف شد.×؟در×سال 1951،Chang به رفتار برگشت پذیر در این آلیاژ ها پی برد که اولین تبدیل فاز ثبت شده بود.[2] درسال 1963 Buehler و همکارانش در آزمایشگاه تسلیحاتی نیروی دریایی آمریکا از اثر حافظه دار ی را در آلیاژ نیکل-تیتانیوم پرده برداشتند و نام این آلیاژ جدید را نایتینول که اسم مرکبی از ابتدای نام این دو آلیاژ بود، قرار دادند. از آن زمان به بعد تحقیقات مختلفی برای استفاده از این مصالح در صنایع مختلف صورت گرفت.[3]
محققین دریافتند که این آلیاژ حافظه دار جدید، دارای بیش از یک نوع ساختار - فازکریستالی - ، با یک نوع ترکیب شیمیایی می باشند. در این آلیاژها، فاز مصالح جدیدکشف شده، وابسته به دما و تنش اعمالی بود. در این میان دما های مشخصه که نشان دهنده درجه حرارت های متناظر با تبدیلات فازی و رفتار هیسترزیس در طی گرم و سرد کردن مواد حافظه دار بود، با حدود دمایی ثابتی نامگذاری شده اند، حدود دمایی آلیاژ ها شامل: دمای شروع مارتینزیتی، دمای پایین فرآیند مارتینزیتی، دمای شروع فاز آستینیت و دمای پایین آستینیت می باشد. این حدود دمایی و ساختارهای متناظر به ترتیب در شکل - 1 - و - 2 - نشان داده شده است.
آلیاژهای حافظه دار که به عنوان موادی هوشمند شناخته می شوند، نسبت به سیستم های متداول اتلاف انرژی دارای مزایا و ویژگی های منحصر به فردی هستند که از آن جمله می توان، مقاومت بالا در برابر خوردگی و خستگی، عدم نیاز به تعویض پس از زلزله، قابلیت بازگشت به حالت اولیه، قابلیت استهلاک انرژی زیاد و تحمل کرنش تا حدود ده درصد بدون باقی گذاشتن کرنش پسماند به وسیله اعمال حرارت اشاره نمود. [4]
معروفترین و پرکاربردترین آلیاژ حافظه دار، نیتینول - NiTi - است که ترکیبی از نیکل و تیتانیوم می باشد، خصوصیت اصلی این مواد، رفتار فوق الاستیک - Super Elastic - و حافظه داری آنها می باشدکه عبارت بود از بازیابی شکل اولیه بعد از حذف بار و حذف تغییر شکل ها بزرگ از روی عضو با استفاده از عملیات حرارت و بار برداری از این عناصر. [5] همزمان با گسترش تحقیقات روی این مصالح در صنایع چون پزشکی، خوردرو سازی، کشتی سازی ...، ایده استفاده از آلیاژهای حافظه دار در صنعت ساختمانی نیز مطرح گردید. نمونه از این تلاش ها در بخشهای مختلف ساختمان در جدول - 1 - آورده شده است.
نتایج
کرنش ها گسیختگی به اندازه 17 درصد کاهش یافت. عملکرد لرزه ای قابل قبول را نشان داد کارایی بالایی در کاهش پاسخ سازه - دریفت سازه - از خود نشان داده شد. حساسیت بالا به دما برای جداسازهای SMA مورد بررسی قرار گرفت دامنه نوسان پل کابلی با دمپر، SMA 25 درصد کاهش یافت. کاهش شدید دامنه های نوسان در زمان کمتر رخ داد سختی سازه با استفاده از این مصالح 16 درصد کمتر از مقدار استفاده از فولاد می باشد که باید در طراحی لحاظ شود
بررسی تحقیق
تئوری/نوع آزمایش
تست های شبه استاتیکی-آرماتورهای ساخته شده با این مصالح تست شد و بررسی عملکرد لرزه ای آرماتورها ساخته شده با این آرماتورها مهاربندهای BRBF به همراه مصالح هوشمند از نوع نیتینول در مهاربندها مورد استفاده قرار گرفت/ تحلیل دینامیکی غیر خطی با اپن سیس انجام گرفت سه نوع جداساز لرزه ای فولادی، رزینی و نوع SMA با وسیله کمکی همراه آنمورد آزمایش قرار گرفت و کارایی هر سهجداساز بررسی/تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی تست آزمایشگاهی پل بهمراه تحلیل های IDA و تحلیل عددی مسله مطالعه تحلیل اثرات SMA به عنوان آرماتور در سازه های بتنی درسازه های سه -شش و هشت طبقه/تحلیل پوش اور
-2 ساخت، خواص و هزینه ساختSMA
آلیاژهای حافظه دار هوشمند - SMA - به دلیل دارا بودن خواص مکانیکی و فیزیکی متفاوت می توانند به عنوان یک گزینه مناسب برای مهندسی سازه مطرح شوند. این نوع آلیاژها از تنوع بالایی برخوردار هستند، به طوری که میتوان از آن جمله به آلیاژهای Ag-Cd، Au-Cd، Cu-Zn، Cu-Zn-Al، Cu-Al-Ni، Fe-Mn، Mn-Cu، Fe-Pd، Cu-Zn-Al-Mn-Zr، Cu- Al-Be، Ti-Ni-Cu، Ti-Ni-Hf، Ni-Ti-Fe و Ni-Ti و غیره اشاره نمود.
