بخشی از مقاله
چکیده
هدف از کنترل سازه در برابر زلزله، اتلاف انرژی ورودی ناشی از زلزله به سازه، و در نتیجه کاهش تغییرشکلهای پلاستیک اعضای سازهای، تغییرمکانهای بین طبقهای، تغییرمکان کل و شتابهای طبقات در سازه میباشد. در این مقاله یک مدل سازهای نامتقارن با رفتار نرم پیچشی با خروج از مرکزیت های صفر، 10 و 20 درصد و موقعیتهای مختلف نصب میراگر توسط نرم افزار opensees مدلسازی شد و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی، تحت اثر هفت شتابنگاشت حوزه نزدیک، بر روی آن انجام گرفت.
در مجموع تغییرمکان حاصل از 336 مدل ساخته شده مورد بررسی قرار گرفت و نتایج به صورت نمودارهایی ارائه شد. نتایج نشان داد که سیستم میراگر کارایی بالایی در کنترل تغییرمکان دو لبه و کنترل پیچش سازههای نرم پیچشی تحت زلزلههای حوزه نزدیک داشته و با افزایش نسبت جرم و خروج از مرکزیت، کارایی افزایش مییابد. همچنین مشخص شد که بهترین موقعیت نصب در هردو لبه، با درصد جرمی 12M برای میراگر و با خروج از مرکزیت 20 درصد میباشد.
-1مقدمه
کنترل سازهها قدمتی بیش از 100 سال دارد، زمانی که یک خانه چوبی کوچک بر روی بلبرینگ قرار داده شد تا نشان دهد که یک سازه را میتوان از تکانهای زلزله در امان نگهداشت. این ایده آغاز تحقیقات اولیه در کنترل سازه در زمینه مهندسی هوا فضا شد، که پس از آن به مهندسی عمران راه یافت. عدم تقارن در سازه همواره از علل مهم شکست سازه در هر زلزله بزرگ بوده است. مشاهده شده است که خرابی به دلیل پاسخ بیش از حد پیچشی، به ویژه در ساختمانهای نامتقارن بوده است. شکست پیچشی به خصوص برای ساختمانهای چند طبقه وحشتناک بوده چرا که پاسخ پیچشی، جابجایی یکنواخت کفها را تغییر میدهد و باعث عدم هماهنگی المانهای محیطی ساختمان میشود.
این اتفاق اغلب به شکست المانهایی میانجامد که در حال تحمل بار بیش از حدی هستند، که به نوبه خود آغاز فروپاشی تدریجی ساختمان است. یکی از اثرات زلزله بر ساختمانها پدیده پیچش است. راهبردهای گوناگونی بهمنظور کاهش این اثر ارائه شدهاند که یکی از آنها کنترل سازهها با کمک میراگرهایی نظیر میراگر جرمی تنظیم شده است. کنترل پیچش توسط میراگر جرمی تنظیم شده به این صورت است که فرکانس اصلی سازه یا همان فرکانس مود اول که دارای بیشترین انرژی ارتعاشی است یا به عبارتی مود غالب است، با فرکانس میراگر طوری تنظیم میشود که در آن فرکانس خاص میراگر تحریک شود و در فاز مخالف شروع به حرکت کند.
به این صورت بخش زیادی از انرژی ورودی به سازه توسط نیروی اینرسی میراگر کاهش مییابد. تحقیقاتی که برای کنترل پدیده پیچش با استفاده از این میراگر انجام شدهعموماً مبتنی بر استفاده از چند میراگر بوده است. این تحقیقات بسیار زیاد هستند که از جمله مهمترین آنها میتوان به تحقیق انجام شده توسط جدیدیان و سروقدمقدم، 1388، حق اللهی و عباسی طرئی،1391، لطفالهییقین و همکاران، 1392، اسدپور و همکاران ،1393، اسدپور و همکاران ،1393، خدایاری و همکاران،1393، روانان و بهشاد ،1393، ضیائیفر و همکاران،1393، طبابایی و شمس الدینی،1393، جانگید و همکاران، 1997، لین و همکاران، 1999، ماهندرا و همکاران، 2002، سینگ و همکاران، 2002، اهوات و راماسامی، 2003، وانگ و لین، 2005، چونچیانگ و وایلن، 2006، ناگندرا و همکاران،2006، جین مین و همکاران،2007، چونچیانگ و همکاران 2009، و خوزه لویس و همکاران،2012، اشاره کرد.
با توجه به پیشرفتهای اخیر، محققین شاهد اثرات متفاوت زلزلههای نزدیک گسل با زلزلههای دور از گسل بودهاند. اینگونه زلزلهها که در نزدیکی یک گسل فعال رخ میدهد، دارای نگاشتهای پالسی با پریود پالس بلند و دارای یک یا چند اوج سرعت میباشند. این پالس توسط لغزش گسل ایجاد میشود و باعث میشود تا قسمت بزرگی از انرژی زلزله در یک یا دو پالس بطور ناگهانی به سازه وارد شود. بنابراین بایستی این انرژی ناگهانی به هر صورت ممکن کنترل شود.
بنابراین به علت ناشناخته بودن تاثیر زلزله حوزه نزدیک بر کارایی میراگر جرمی و همچنین تاثیر نوع زلزله بر پارامترهای بهینه مثل موقعیت بهینه، درصد جرم بهینه، سختی فنر TMD، نسبت میرایی میراگر و تعداد TMD نصب شده در سازه های نرم پیچشی، لازم دانسته شد که این تحقیق انجام و این موارد بررسی شوند.
-2مروری بر تحقیقات گذشته:
در زمینه کنترل سازه های نامتقارن با میراگرهای جرمی مطالعات و تحقیقات بسیار زیادی در سراسر جهان انجام گرفته است که در ادامه به بیان برخی از آنها خواهیم پرداخت.
جدیدیان و سروقدمقدم، 1388، مطالعاتی برای یافتن بهترین موقعیت نصب میراگر و درصد جرم بهینه برای کاهش همزمان شتاب و تغییر مکان لرزهای سازههای نامتقارن خطی و غیرخطی با استفاده از میراگرهای جرمی تنظیم شده تحت زلزلههای حوزه دور انجام دادند. نتیجه ای که به دست آمد این بود که نسبت جرم میراگر پارامتری است که همیشه افزایش آن تاثیر مثبت داشته و میزان بهینه آن بایستی با توجه به محدودیتهای اجرایی و اهداف کنترل تعیین گردد. افزایش خروج از مرکزیت تاثیر چندانی در کارایی سیستم در کنترل شتاب و تغییرمکان و همچنین کنترل همزمان شتاب و تغییرمکان ندارد. میراگر در کنترل سازههای نرم پیچشی موثرتر از بقیه حالتها است. سیستم میراگر در سازه های نرم پیچشی شتاب و تغییرمکان لبه سخت را همزمان تا 50 درصد کاهش میدهد.
حق اللهی و عباسی طرئی، 1391، به بررسی اثرات تغییر در آرایشهای مختلف میراگر جرمی در طبقات مختلف ساختمان پرداختند. بدین منظور یک قاب فولادی 25 طبقه - سیستم قاب خمشی به همراه مهاربند هم محورفولادی - بررسی شد. آنالیز تاریخچه زمانی تحت سه شتابنگاشت و برای حالات مختلف توزیع جرم انجام شد. نتایج تحلیلهای مختلف نشان داد که با توزیع جرم میراگر در طبقات علاوه بر کاهش پاسخ سازه در طبقات بالایی، پاسخ سازه در طبقات پایینی نیز کاهش پیدا میکند.
صفرپور و رهگذر، 1392، برای جبران وزن زیاد میراگر، طبقه میراگر تنظیم شده TSD را پیشنهاد دادند. در مطالعه به بررسی تاثیر این میراگر پیشنهادی TSD بر انواع پاسخهای سازه در برابر زلزله پرداختند. در انتها به این نتیجه رسیدند که طبقه میراگر تنظیم شده بسته به نوع سازه قادر خواهد بود لنگر پایه را یک تا 10 درصد کاهش دهد.
لطف الهی یقین و همکاران، 1392، به بررسی تاثیر استفاده از میراگرهای جرمی تنظیم شده با میرایی % 11 بر کاهش پاسخ سازهها در زلزلههای حوزه نزدیک برای ساختمانهای فولادی با قاب خمشی چهار، نه، 11و 19 طبقه پرداختند. با انتخاب شتابنگاشتهای معتبر نزدیک گسل، بر روی مدلها با استفاده از نرم افزار SAP2000 تحلیل دینامیکی غیرخطی انجام شد. در انتها نشان داده شد که میراگر جرمی میتواند برش پایه را تا 30 درصد در مدل چهار طبقه و با خروج از مرکزیت 10درصد و 29 درصد در حالت خروج از مرکزیت 15 درصد کاهش دهد.
اسدپور و همکاران، 1393، موقعیت بهینه میراگرهای جرمی تنظیم شده در کنترل رفتار لرزهای سازهها مورد مطالعه قرار دادند. بدین منظور سازه های فولادی سه، هفت و 15طبقه که دربرگیرنده پریودهای طبیعی مختلف میباشند، در نرم افزار ایتبس به روش تنش مجاز طراحی . در انتها به این نتیجه رسیدند که بهترین موقعیت برای نصب میراگر، به طور همزمان در لبه سخت و در جهت عرضی و لبه نرم در جهت طولی است.
