بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، برش پایه و جابجایی جانبی طبقات یک سازه بلند با در نظر گرفتن یک جداساز FPS در تکیه گاه محاسبه شده است. حداکثر جابجایی تکیه گاه در حداکثر زلزله محتمل - MCE - و حداکثر برش پایه و جابجایی نسبی طبقات در زلزله طرح - DBE - محاسبه شده است. سیستم باربر جانبی سازه مهاربند ضربدری می باشد و مهاربندها به گونه ای طراحی شده اند که از ایجاد کشش در تکیه گاه ها جلوگیری شده است.
سازه در نرم افزار SAP-2000 مدلسازی شده و نتایج مورد نظر به دو روش FEMA و ATC-40 محاسبه شده اند. همچنین، سازه مورد نظر در نرم افزار Seismostruct مدلسازی شده و نتایج مورد نظر به دو روش پوش آور تطبیقی و تاریخچه زمانی دینامیکی غیر خطی محاسبه شده است. در پایان نتایج روشهای مختلف با یکدیگر مقایسه شده است.
-1 مقدمه
ملاحظات معماری در دوران جدید سبب شده است تا ساختمان های نامنظم قسمت اعظمی از ساختمان های موجود در مناطق شهری را تشکیل دهند. یکی از متنوع ترین نامنظمی های موجود در سازه های شهری، نامنظمی جرمی در ارتفاع است. در حقیقت با تغییر ناگهانی در جرم طبقات مجاور، اثر مشارکت مودهای بالا افزایش یافته و پاسخ سازه در موارد گوناگون به دوره های مودهای بالاتر نیز بستگی دارد .>11@
این مسئله به خصوص در سازه های جداسازی شده به این دلیل که وابستگی به مودهای بالا ممکن است از میزان اثر بخشی جداسازی سازه بکاهد، اهمیت بیشتری خواهد داشت. پدیده توالی زلزله که در آن حرکات زمین در اثر زلزله با شدت متوسط تا زیاد در یک بازه زمانی مینیمم، یکی بعد از دیگری رخ می دهد سبب خسارت سازه هایی که تحت اثر زلزله اصلی هستند، می شود.
در صورتی که پس لرزه ها با فاصله زمانی کوتاه به سازه اعمال شوند به دلیل وجود این فاصله زمانی کوتاه بین زلزله اصلی و پس لرزه های قوی و همچنین با توجه به این که سازه های آسیب دیده تحت زلزله اصلی هنوز تقویت و مقاوم سازی نشده اند، امکان پیشرفت ناحیه خسارت دیده در سازه تحت اثر پس لرزه افزایش یابد222@ و . >3 حتی سازه ها تحت اثر پس لرزه ها می توانند بدون افزایش خسارت و فقط با افزایش جابه جایی ماندگار تا حد تخریب پیش روند.>22@ با پیشرفت علم و فناوری در سال های اخیر، افزایش ایمنی و عملکرد ساختمان ها، قبل و بعد از وقوع یک زلزله بزرگ اهمیت فزاینده ای یافته است.
در سیستم های معمولی با پایه ثابت کل حرکات لرزه ای زمین به سازه فوقانی منتقل می شود و برای تامین ظرفیت تحمل بار جانبی از رفتار الاستو پلاستیک - شکل پذیری - عناصر سازه ای استفاده می شود.>4@ جداسازی لرزهای با توجه به قدمت و تجربیات موجود در دنیا در بسیاری از موارد، عملکرد مناسبی را در برابر خطرات لرزهای نشان داده است. در کشور ما نیز با توجه به توسعهی روزافزون و روند رو به رشد ساخت و ساز، لرزهخیزی زیاد و خسارات قابل توجه در وقوع زلزله، به کارگیری این فناوری مورد توجه قرار گرفته است.
منظور از جداسازی لرزهای یعنی جداکردن کل یا بخشی از سازه از زمین یا قسمتهای دیگر به منظور کاهش پاسخ لرزهای در زمان رویداد زلزله است. جداساز سامانهای است که سازه روی خود را از بخش زیرین جدا میکند. برای اینکه در زمان بروز زلزله هیچ نیرویی به سازه منتقل نشود، باید سازه را به حالت شناور درآورد. این امر با توجه به کنترل تغییر مکانهای نسبی جانبی در زمان تحریک زلزله از نظر اجرایی درست و امکان پذیر نیست. دو گروه اصلی از جداسازهای لرزهای برای کنترل نیروی منتقل شده به روسازه در ساختمانها به شرح زیر است.
استفاده از جداسازهای لاستیکی برای افزایش دورهی تناوب طبیعی سازه. · استفاده از جداسازهای اصطکاکی و کنترل حداکثر نیروی منتقل شده به روسازه و استهلاک انرژی در محل جداساز. جداسازها باید مقاومت لازم برای تحمل وزن سازه روی خود را داشته باشند. در عین حال جداسازهای لاستیکی باید در جهت افقی به اندازهی کافی نرم باشند .
با توجه به گسترش استفاده از جداساز در برابر زلزله به نظر می رسد استفاده از آن در ساختمان های معمولی، با سطح عملکرد پایین تر، نیز رایج شود.>56@ در این تحقیق کنترل یک سازه بلند توسط جداساز FPS در فونداسیون بررسی شده است. به منظور بررسی اثر جداساز بر پاسخ این سازه، حداکثر جابجایی تکیه گاه در حداکثر زلزله محتمل - MCE - و حداکثر برش و جابجایی نسبی طبقات در زلزله طرح - DBE - به دو روش :1 استاتیکی معادل و طیف طرح ایران و :2 دینامیکی غیر خطی محاسبه شده است. در نهایت نتایج تحلیل ها با یکدیگر مقایسه شده و در مورد گزینه بهینه برای کنترل این سازه بحث و نتیجه گیری انجام شده است.
-2 جداسازی لرزه ای
اصل جداسازی لرزه ای مبتنی بر ایجاد انعطاف پذیری پایه ی ساختمان در صفحه ی افقی می باشد و در عین حال از اجزای میرا کننده برای محدود کردن دامنه حرکت ناشی از زلزله استفاده می کند. اولین طرح جداسازی لرزه ای در سال 1909 ثبت شد [7] و از آن موقع تا کنون پیشنهاد های متعددی با اهداف مشابه ارائه شده است. با ابداع موفقیت آمیز مستهلک کننده های انرژی مکانیکی و الاستومر های با میرایی بالا انگیزه برای توجه به مفهوم جداسازی لرزه ای فراهم شد.
زمانی که مستهلک کننده های انرژی مکانیکی همراه با یک وسیله جدا کننده ی انعطاف پذیر به کار برده شوند، می توانند با محدود کردن جابه جایی ها و نیرو ها پاسخ سازه را کنترل کنند، و بدین وسیله تا حد زیادی عملکرد ساختمان در مقابل زلزله را بهبود بخشند. انرژی زلزله در اجزایی تلف می شود که مخصوصا به همین منظور طراحی شده اند، لذا اجزای سازه ای از قبیل تیرها و ستون ها را از نقش مستهلک کننده ی انرژی و بالطبع آسیب دیدن معاف می کنند. این فن آوری برای سازه های سختی که به صورت صلب به زمین متصل شده اند، از قبیل ساختمان های با ارتفاع کم و متوسط، نیروگاه های برق هسته ای، پلها و بسیاری از تجهیزات دیگر بیشترین تاثیر را دارند.[8]
-3 مشخصات سیستم آونگ اصطکاکی - - FPS
درسال 1986 زایاز یک جداکننده بسیار مؤثر را معرفی و به نام خود ثبت کرد. این جداکننده سیستم آونگ اصطکاکی نام گرفت. این سیستم به وسیله هندسه خاص خود، عمل لغزش و نیروی بازگرداننده را فراهم می کند. جداساز FPS بصورت شماتیک در شکل 2 نمایش داده شده است، دارای یک قسمت لغزنده مفصلی است که بر روی یک سطح کروی از جنس فولاد ضد زنگ می لغزد.
سطحی از این قسمت لغزنده مفصلی که در تماس با سطح کروی است، با اصطحکاک کم پوشیده شده است، سطح دگیر این لغزنده نیز کروی بوده و با لایه ای از فولاد ضد زنگ پوشیده شده است، با حرکت قسمت لغزنده از روی سطح کروی، جرم موجود از روی آن بلند شده که این امر سبب ایجاد نیروی بازگرداننده در سیستم می شود. اصطحکاک بین سطح لغزنده مفصلی و سطح کروی نیز سبب ایجاد میرایی در جداساز ها می شود .
اگر بار وارده به یک جداساز FPS - سیستم آونگ اصطحکاکی - W و تغییر مکان افقی آن D و ضریب اصطحکاک ʽ باشد، آنگاه نیروی مقاوم F برابر است با: که در آن R شعای انحنای صفحه کوژ می باشد. عبارت اول در این رابطه نیروی بازگرداننده ناشی از بلند شدن جرم بوده و عبارت دوم، نیروی اصطحکاک بین قسمت لغزنده و سطح برآمده می باشد. ضریب اصطحکاک ʽ به مقدار P و سرعت بستگی دارد.
