بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از شیوه هاي کنترل غیر فعال سازه ها در برابر تحریکهاي زلزله استفاده از میراگرهاي جرمی تنظیم شده میباشد. نصب این میراگرها در 35 mm طبقات بالاي ساختمان هاي بلند، باعث می شود به هنگام زلزله، این میرگرها در فاز مخالف فرکانس ارتعاشی سازه شروع به ارتعاش نموده و نیروهاي اینرسی آنها کاهش پاسخ سازه را به دنبال داشته باشد.
در این مقاله با استفاده از نرم افزار Sap2000 به بررسی تاثیر این میراگرها در سازه هاي قابی شکل پرداخته شده است. یک قاب یک دهانه دو بعدي 10 طبقه با استفاده از رکوردهاي زلزله السنترو 1940، تحت تحلیل تاریخچه زمانی قرار گرفته است. سپس یک میراگر جرمی تنظیم شده در طبقه دهم ساختمان قرار داده شده و مجدداً رفتار این ساختمان بررسی شده است.
برسی نسبت جرمی، یعنی نسبت جرم این میراگراها به جرم کلی سازه و همچنین تاثیر نسبت میرایی سازه، روي عملکرد این میراگراها، موضوعات اصلی این تحقیق میباشند. مشخص میشود که این میراگرها، در ساختمان هاي با نسبت میرایی کمتر، موثرتر میباشند و کاهش پاسخ تغییر مکانی بیشتري را در سازه ایجاد میکنند. همچنین افزایش نست جرمی ، کاهش پاسخ تغییر مکانی به تحریکهاي زلزله را به دنبال دارد.
1. مقدمه
در سالهاي اخیر، روشهاي سنتی طراحی ساختمانهاي مقاوم در برابر زلزله، در بسیاري از کشورها به دلایل مختلف مورد تجدید و ارزیابی قرار گرفته است. در آیین نامه 2800 زلزله ایران، کلیه ملاحظات طراحی مقاوم سازه روي نسبت R خلاصه شده است که I ضریب اهمیت ساختمان و R ضریب رفتار ساختمان میباشد. به طور کلی شیوه هاي طراحی نوین به سمت شکل پذیري سازه معطوف شده است و در طراحی مقاوم ساختمان به نوع عملکرد سازه در برابر بارهاي زلزله توجه بیشتري شده است.
یکی از روش هایی که باعث بهبود عملکرد سازه به هنگام زلزله میشوند، استفاده از وسایل کنترل غیر فعال در سازه می باشند. زیرا این وسایل باعث افزایش میرایی سازه شده و مقداري از انرژي ورودي به سازه را جذب می کنند و بنابراین از میزان خرابی سازه کاسته و پاسخ سازه را کاهش می دهند. اما طراحی این وسایل نیز، نیاز به یک سري تسهیلات ویزه دارد تا به هنگام زلزله بتوانند به شیوه اي مناسب عمل نمایند.
2. معادله دینامیکی یک قاب دو بعدي
زمانی که یک قاب در معرض نیروي دینامیکی خارجی p - t - قرار می گیرد معادله دینامیکی ان به صورت زیر است:
پاسخ مکانیکی سازه قاب به تحریک نیروي خارجی p - t - به وسیله جابجایی x - t - ، سرعت x و شتاب x تعریف می شود.
می توانیم رفتار یک ساختمان را که به صورت یک قاب 2 بعدي مدل شده است و یک میراگر جرمی تنظیم شده در طبقه بام سازه، جهت بهبود عملکرد سازه در آن تعبیه شده است را بررسی نماییم.
3. معرفی مدل سازه اي
یک قاب دو بعدي بتنی 10 طبقه یک دهانه با طول دهانه 5 متر و ارتفاع هر طبقه،3/5 متر براي مدل در نرم افزار Sap2000 انتخاب شده است. جهت مدل نمودن میراگر جرمی تنظیم شده از link linearاستفاده می شود. سپس این link در تراز بام قرار داده می شود
یک فنر و یک جرم نیز در طبقه آخر قرار داده می شود. به این ترتیب میراگر جرمی تنظیم شده در تراز بام توسط سه مشخصه جرم، سختی و میرایی مدل می گردد. طراحی قاب بر مبناي آیین نامه AcI می باشند. تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی، بر مبناي رکوردهاي زلزله السنترو روي قاب انجام می گیرد. به این دلیل در این مدل از رکوردهاي زلزله السنترو استفاده شده است که محتواي فرکانسی زلزله السنترو بسیار نزدیک به فرکانس پایه سازه قاب می باشد.
4. بررسی پارامترهاي اصلی طراحی میراگر جرمی تنظیم شده
سه پارامتر اصلی در این مدل عبارتند از: نسبت جرم، نسبت میرایی و نسبت تنظیم میراگر. نسبت میراگر در این تحقیق برابر یک در نظر پرفته شده است.
نسبت جرم به صورت نسبت جرم میراگر به جرم کل سازه تعریف می شود. این نسبت تابع حداکثر وزن قابل تحمل توسط سازه و فضاي موجود جهت اجراي این سیستم کنترل می باشد.
5. شتاب نگاشت مورد استفاده در این مطالعه
به منظور ارزیابی روش هاي کنترل پیشنهادي، شتاب نگاشت زلزله السنترو 1940 گزینش شده است.
شکل - 1 - شتاب نگاشت زلزله السنترو
شکل - 2 - پاسخ تغییر مکانی ساختمان مورد مطالعه تحت شتاب نگاشت زلزله السنترو
6. تاثیر میراگر جرمی تنظیم شده روي پاسخ سازه با تغییر نسبت جرم
در این حالت با ثابت نگاه داشتن نسبت میرایی سازه و نسبت میرایی میراگر جرمی تنظیم شده روي مقدار %2، نسبت هاي جرمی 0/3، 0/4 و 0/5 را روي مدل سازه قاب دو بعدي اعمال نموده ایم.
