بخشی از مقاله
خلاصه
میراگر ضربه ای جزو کنترل کننده های غیرفعال محسوب میشود، تحقیقات آزمایشگاهی و تحلیلی نشان میدهد که این گروه از میراگرهای غیرخطی جهت کاهش نوسانات سازه ها عملکرد بهتری نسبت به خنثی کننده های ارتعاشی خطی دارند. ساختمان بلند سازه ای است که از نقطه نظر ارتفاع باعث شده تا از جنبه طراحی، ساخت و استفاده با سایر ساختمانها متفاوت باشد.
در این پژوهش، به کمک نرمافزار SAP2000 به بررسی عملکرد لرزهای ساختمانهای بلند مجهز به میراگر ضربهای پرداختهشده است. ابتدا شرایط مربوط به ساختمانهای بلند با میراگر ضربهای معرفی میشود. جهت رسیدن به نتایج مطلوب تر ساختمان بلند تحت ارتعاش، زلزلههای اعمالی به سیستم چند درجه آزاد از هر دو حوزه نزدیک و دور از گسل انتخاب گردیده است.
هدف از این پژوهش، نمایش نحوه عملکرد میراگر ضربهای در یک ساختمان 10 طبقه فولادی و تعیین بهترین محل قرارگیری میراگر در کاهش دامنه پاسخ سیستم در حال ارتعاش است. تحلیل مورداستفاده در این تحقیق از نوع تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی بوده و جهت طراحی المانهای سازه تحت آییننامه AISC-10 بررسیشده است. از جمله نتایج حاصل در این پژوهش می توان به کاهش دامنه پاسخ سازه 10 طبقه در حال ارتعاش ناشی از قرار گیری میراگر ضربه ای در طبقه بام اشاره نمود.
.1 مقدمه
استفاده از میراگر ضربهای جهت جلوگیری از حالت تشدید سازه ها مورد مطالعه قرارگرفته است که میتوان به چالمرز2 و سمرسیجیل[1] 3 اشاره کرد که در آن، دو میراگر ضربهای برای کنترل حالت تشدید در یک تیر طره استفادهشده است. ایده اولیه اتصال یک جرم ناپیوسته به یک ورق در حال نوسان با هدف کاهش ارتعاش ورق به گذشته دور، حدود 70 سال پیش برمیگردد که لیبر[ 2] 4 مطالعات تجربی و تحلیلی خود را جهت کنترل هواپیما در قطعات ناپیوسته مرتبط با بال که قابلیت نوسان بهصورت آزاد داشتند، انجام داد.
مدلهای زنجیرهای میراگر ضربهای، روش ساده و قابلاطمینانی را برای کاهش لرزش در اثر باد در سازههای بلند مثل آنتنها و دودکشها ارائه میدهند. در تئوری مطرحشده توسط مسری به تأثیر پارامترهای مهم میراگر لرزهای در سیستمهای چند درجه آزادی پرداخته و نتایج این تحقیق با مطالعات تجربی و مدلهای مکانیکی مقایسه شده و نتایج خوبی از آن استنتاج شده است.
زهرائی و راد در سال [3]2009، به ارزیابی عملکرد لرزهای سازه تک درجه آزاد تقویتشده با میراگر ضربهای تحت اثر بار ضربه و هارمونیک پرداختهاند. در این پژوهش به این نتیجه رسیدند که با اندکی تغییر در پارامترهای میراگر ضربهای شاهد تغییرات گوناگون در پاسخ سازه میباشند. درنهایت مقادیر بهینه پارامترهای میراگر ضربهای را تحت بارهای ضربه و هارمونیک بهدستآمده است. افشاری فرد در پایاننامه کارشناسی ارشد، به فاصله بین ضربهگیرها، نسبت جرمی و ضریب بازگشت ضربهگیرها که سه پارامتر اصلی مؤثر بر عملکرد میراگر ضربهای است، مورد بررسی قرار داده و اثرات این عوامل بر کارایی سیستم در حال ارتعاش نشان داده است.
همچنین ایشان در نهایت کارایی مواد هوشمند و اثرات استفاده از این مواد در ضربهگیرهای میراگرهای ضربهای مورد بررسی قرار داده و عملکرد مثبت آن بر کارایی این سیستمها نشان دادهشده است .[4] دهقان نیری و همکاران در سال [5] 2012، به ارزیابی تأثیر پارامترهای میراگر ضربهای در عملکرد بهینه میراگر پرداختند. هم چنین به مطالعه و بررسی عملکرد بهینه میراگر ضربهای در هر دو حالت رزونانس و خارج از رزونانس پرداختهشده است. آنها بدین نتیجه دستیافتند که میراگر ضربهای طراحی شده برای دامنههای بالا عملکرد خوبی نسبت به دامنههای پایین تر دارد.
درنهایت آسیبپذیری میراگر ضربهای بهینه در برابر پارامترهای سازه بهوضوح روشن گردید بهنحویکه مشاهده شد سیستم با عملکرد کارآمدتر از پایداری کمتری برخوردار است. زهرائی و راد در سال 2014 [6]، به ارزیابی عملکرد لرزهای سازه تک درجه آزاد تحت میز لرزان پرداختند و آن را تحت زلزله کوبه و هارمونیک با دامنه 0.4g با اعمال لرزش از طریق میز لرزان در دو حالت با و بدون میراگر ضربهای قراردادند. در نهایت با تغییر پارامترهای میراگر ضربهای به این نتیجه رسیدند که اثر افزایش ضریب جرمی در کاهش دامنه ارتعاش وارد به سیستم بیشتر خواهد بود.
در این مقاله به ارزیابی لرزه ای یک قاب خمشی ویژه فولادی 10 طبقه مجهز به میراگر ضربه ای پرداخته شده است. مدل مورد نظر تحت زلزله حوزه نزدیک گسل قرار گرفته است. نتایج تحلیل حاکی از تاثیر قابل توجه میراگر ضربه ای در کاهش دامنه پاسخ سیستم در حال ارتعاش می باشد. بنحوی که پارامترهای اصلی ارتعاشی از جمله بیشینه برش پایه %33 و تغییرمکان نسبی طبقه %16 در سازه تقویت شده با میراگر ضربه ای کاهش یافته است.
.2 مدلسازی
همانطور که از مطالعه آزمایشگاهی زهرائی و فرج الهی راد [6] پیداست، اجزاء اصلی میراگر شامل گوی فلزی که دارای جرمی به نسبت جرم کل سیستم یک درجه آزاد و دو ایستگاه جهت برخورد گوی فلزی در هنگام ارتعاش و در فاصله معینی از گوی مذکور نیز می باشد. در مطالعه مزبور با تغییر محل قرارگیری دو ایستگاه - طول مسیر آزاد - و نسبت جرمی گوی فلزی، اثر میراگر ضربهای را در سیستم یک درجه آزاد موردبحث و بررسی قرارگرفته است و درنهایت حالت مناسب مشخصات میراگر ضربهای برای سیستم یک درجه آزاد بهدستآمده است.
ازآنجاکه در نرم افزار جهت مدلسازی میراگر ضربهای لینک بخصوصی قرار داده نشده لذا به ساخت میراگر در نرمافزار پرداخته شده است. از بین لینکهای موجود، لینک این ویژگی را دارد که نقش دو ایستگاه را در ساخت مدل میراگر ضربهای را داشته باشد. لذا با وارد نمودن میزان طول مسیر حرکت در مشخصات لینک بهعنوان طول مسیر آزاد و وارد نمودن سختی بینهایت که به معنای محل برخورد گوی فلزی و بازگشت آن، ایستگاه ها مدلسازی شده است. جهت تعریف گوی فلزی از المان و در بین دو لینک استفادهشده است.
همچنین جهت ارضاء جرم گوی فلزی که نسبتی از جرم کل سیستم یک درجه آزاد میباشد، در نرمافزار و قسمت خصوصیات میزان جرم آن را بهصورت نسبتی از کل جرم سیستم که از قبل جرم سیستم هم در بخش مشخصات مربوط به المان یک درجه آزاد وارد گردیده، اعمال می گردد. در این پژوهش، از مدلهای 10 و 25 طبقه 2 و 5 دهانه استفادهشده است که طبق رابطه در گروه ساختمانهای بلندمرتبه قرار می گیرند.
میراگر ضربهای در سه حالت طبقات پایین، میانی و فوقانی در هریک از مدلهای مذکور قرارگرفته است. لازم به ذکر است که حالت بهینه پارامترهای میراگر ضربهای از میان حالتهای مختلف بررسیشده آن در پژوهشهای گذشته استفاده گردیده که بهینهترین حالات طبق مطالعات گذشته، میراگر ضربهای با میباشد که ضرایب مذکور به ترتیب ضریب جرمی و طول مسیر حرکت جرم میراگر ضربهای هستند.
