بخشی از مقاله
چکیده
وجود خسارتهاي فراوان هنگام وقوع زلزله از یک طرف و ایجاد وقفه در استفاده از سازه پس از زلزله به دلیل نیاز به تعمیرات اساسی باعث شده است که مهندسین همواره به دنبال راه حلهایی براي کاهش خسارت زلزله و همین طور افزایش مقاومت لرزهاي سازه و کاهش نیروهاي وارد به سازه باشند، به نظر می رسد مواد ویسکوالاستیک با توجه به قابلیت استهلاك انرژي بسیار زیاد و قابل دسترس بودن آن میتواند چنین نقشی را ایفا کند.
هدف از این تحقیق استفاده از یک سامانه ترکیبی متشکل از ماده ویسکوالاستیک و دیوار برشی و بکارگیري مواد ویسکوالاستیک براي میرا نمودن انرژي حاصل از وقوع زلزله بوده است تا از طریق آن بتوان تنش هاي ایجاد شده در سازه و میزان تخریب ناشی از زلزله را کاهش داد، در نتیجه این مهم می توان المانهاي مختلف سازه را با سطح مقطع و میلگرد کمتري طراحی نمود که از لحاظ صرفهجویی اقتصادي نیز بسیار حائز اهمیت می باشد. روش کار استخراج معادلات دیفرانسیل حاکم و شرایط اولیه و مرزي لازم جهت حل مسأله می باشد. نتایج نشان داد که نیروهاي داخلی سازه به میزان قابل توجهی تقلیل پیدا مینماید.
-1 مقدمه
بکارگیري یک سیستم ترکیبی متشکل از مواد ویسکوالاستیک و دیوار برشی میتواند در جذب انرژي حاصل از نیروهاي زلزله موثر واقع شود. با استفاده از این سامانه مواد ویسکوالاستیک با میرا کردن انرژي حاصل از زلزله باعث خواهند شد تا جابجایی و تغییر مکان سازه و در نتیجه تنش هاي ایجاد شده در سازه کاهش پیدا کند.
-1-1 معرفی مواد ویسکوالاستیک
مواد ویسکوالاستیک، هم داراي رفتاري مشابه مواد الاستیک و هم رفتاري مشابه مایعات ویسکوز میباشند که بسته به ساختار مولکولی آنها میتواند مقدار هر یک از این رفتارها متفاوت باشد. در توصیف مدلسازي یک ماده ویسکوالاستیک خطی با استفاده از ترکیبات مختلف، از دو حالت ارتباطات سري و موازي فنرها و میراگرها استفاده میشود.
مواد ویسکوالاستیک به سه گروه اصلی الاستومرها، ترموپلاستیکها و ترموست ها تقسیم میشوند - هري - 2003 برخی مواد مانند پلیمرها در اثر بارگذاري خارجی وارد بر آنها، به تدریج آرایش مولکولهایشان نسبت به هم تغییر میکند. این امر باعث ایجاد یک تغییرشکل اضافی، علاوه بر تغییرشکل ایجاد شده بلافاصله پس از بارگذاري میگردد. مقدار این تغییرشکل اضافی با میزان و تاریخچه تنش وارده بر آن ماده رابطه دارد. در ادامه به ذکر چند کاربرد مواد ویسکوالاستیک در سازهها اشاره میگردد:
-1-1-1 صفحات تکیهگاهی نئوپرن در اتصالات پلها
نیروهاي مکانیکی شامل بارهاي افقی، عمودي وگشتاورهاي وارده بر یک پل در ترکیب با تنشهاي ناشی از انقباض و انبساط مصالح پل و خزش، موجب تغییرشکل و حرکات پیچیدهاي در این سازهها میشود، بنابراین به منظور کنترل این حرکتها به گونهاي که منجر به تغییرشکل و تنشهاي ناخواسته نشود، از ضربهگیرهاي زیرسري پل استفاده می شود.
بالشتکهاي الاستومریک یا همان نئوپرن وظیفه کنترل حرکتهاي قائم، افقی، چرخشی و به طور کلی ایزوله کردن سازه از ارتعاشات فونداسیون را در انواع سازهها بر عهده دارند، بالشتکهاي نئوپرن اجازه میدهد که بار از تیر به نرمی و به صورت یکنواخت به زیربنا انتقال پیدا کند. پژوهشگران مختلف، پارامترها و خصوصیات مختلف انواع جداگرهاي لرزه اي در پلهاي مختلف را مورد تحلیل و آزمایش قرار داده اند که به طور خلاصه میتوان گفت که همگی نقش موثر جداگرهاي لرزهاي در بهبود رفتار پل را تأیید کردهاند - زهرایی . - 1394
-2-1-1 میراگرهاي ویسکوالاستیک
میراگرهاي ویسکوالاستیک با چند ورق فولادي و ویسکوالاستیک اغلب از جنس پلیمر با خاصیت الاستیک و ویسکوز، تحت اثر جابجایی قسمتی از انرژي را مستهلک میکند. در دو دهه اخیر استفاده از میراگرهاي ویسکوالاستیک بعنوان یکی از روشهاي مقاومسازي لرزهاي سازههاي موجود و یا طراحی لرزهاي ساختمانهاي جدید مطرح شده است. تحقیقات انجام شده همگی حاکی از مؤثر بودن این میراگرها در کاهش پاسخ سازهها و همچنین کاهش صدمات وارده به آنها تحت اثر زلزله است - مین . - 2004
-3-1-1 تیر ساندویچی با هسته ویسکوالاستیک
امروزه اجزاي بکار رفته در ساختمانهاي مدرن اغلب شامل تعدادي اجزاي ویسکوالاستیک از قبیل پلیمرها، رزینهاي مصنوعی و کامپوزیتهایی هستند که رفتار ویسکوالاستیک دارند. فلزات نیز در دماهاي بالا رفتار ویسکوالاستیک از خود نشان میدهند. لایه ویسکوالاستیک اساساً انرژي را با تغییرشکل برشی تلف میکند و لایهي فلزي دامنه تغییرشکل برشی را افزایش میدهد. در حال حاضر استفاده از تیرهاي ساندویچی، صفحهها و سازههاي لایهاي گسترش چشمگیري در صنعت براي میرا کردن حرکات افزایشی و متناوب پیدا کرده است - کرامت . - 1384
سازههاي ساندویچی معمولا شامل لایههایی سفت و سخت میباشد که به یک هسته ضخیم با چگالی کم چسبیده میشود. به این ترتیب سختی خمشی و مقاومت تیرهاي ساندویچی از سختی خمشی هر یک از اجزاي آن به تنهایی بیشتر میشود که در کمترین وزن ممکن این خصوصیات بدست میآید. اخیًرا توجه خیلی زیادي به پیشرفت سازههاي ساندویچی و کاربرد آنها شده است. از جمله خواص عمومی این سازهها مقاومت حرارت بالا، نسبت استحکام به وزن بالا، قابلیت بالاي جذب صدا و انرژي و اینکه اغلب از هزینههاي کمی براي تولید برخوردار است می باشد. در این سازهها رابطه سبکی و سختی بسیار خوب است.
-2 نحوه بکارگیري مواد ویسکوالاستیک
در این سامانه ترکیبی، سازه و دیوار برشی فقط از طریق تکیهگاه ویسکوالاستیک با هم در ارتباط بوده و در سایر قسمتها کاملاً مجزا از یکدیگر هستند، نحوه قرارگیري دیوار برشی با تکیهگاه ویسکوالاستیک در پلان سازه در شکل 1 نشان داده شده است.
-1-2 جزئیات اجرایی
در این بخش روش اجراي تکیهگاه ویسکوالاستیک و نحوهي ارتباط آن با دیوار برشی و سازه ارائه خواهد شد. با استفاده از مدل نشان داده شده در شکل 2، ماده ویسکوالاستیک داخل یک کپسول که انتهاي آن درون دیوار برشی جاسازي شده است قرار میگیرد و جهت جلوگیري از فرآیند تمرکز تنش و اعمال یکنواخت فشار به سطح مقطع ماده ویسکوالاستیک نیروي ناشی از جابجایی سازه بوسیله یک ورق اتصال به آن منتقل میشود. این مدل بصورت یک محفظه بسته در نظر گرفته میشود که فقط از یک طرف تیر سازه به آن راه پیدا کرده است. تیر فقط به ورق نشان داده شده در شکل 2 متصل میشود و حرکت آن درون کپسول آزاد است.
