بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، رفتار سازه ها ی قاب خمشی بتن مسلح میان مرتبه و کوتاه مرتبه با بادبندهای هم محور و اثر میراگرهای اصطکاکی بر رفتار لرزه ای آنها مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرد. بدین منظور ابتدا قاب های بتنی با طبقات مختلف بر اساس مباحث مقررات ملی ساختمان صورت قاب خمشی بتن مسلح با شکل پذیری متوسط طراحی میگردند.
پس از انجام آنالیز دینامیکی غیرخطی با 7 زوج رکورد موجود.، قاب ها با افزودن مهار بندهایی در دهانه وسط تقویت شده ومجدداً تحت آنالیز دینامیکی غیر خطی قرار می گیرندنهایتاً. قاب خمشی بتن مسلح و مهاربند هم محور آن، به میراگر اصطکاکی تجهیز شده و با آنالیز دینامیکی غیر خطی پاسخهای سازه استخراج می گردد. در هر مرحله نتایج بدست آمده شامل تاریخچه شتاب ، جابجایی ، برش پایه بوده و بررسی نتایج حاکی از آن است که اضافه کردن میراگر اصطکاکی باعث عملکرد بهتر سیستم در برابر تحرکات لرزه ای در سازه های کوتاه و میان مرتبه می شود.
1. مقدمه
عملکرد صحیح لرزه ای یک سازه مستلزم آن است که مقاومت قابل دسترسی و ظرفیت های تغییر شکل اعضا بیش از نیازهای تحمیل شده به سازه بر اثر زمین لرزه باشد . باتوجه به رفتار سازه در زمان وقوع زمین لرزه، ارزیابی عملکرد دقیق آن باید توسط تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی و با استفاده از زمین لرزه های منتخب صورت گیرد.
با ورود سازه به حیطه رفتار غیر خطی تحت اثر زلزله، جابجایی ها نسبت به نیروها توصیف بهتری از پاسخ سازه ارائه داده و با محدود کردن تغییر مکانها به جای نیروها، سطح تخریب سازه به طرز موثرتری کنترل می شود. تغییر نگرش از طراحی بر اساس نیرو به سمت طراحی بر مبنای رفتار و عملکرد سازه، روش جدیدی را در زمینه طراحی به وجود اورده است که اصطلاحا "طراحی بر اساس عملکرد" نامیده میشود . طراحی بر اساس عملکرد بر مبنای روش حالات حدی می باشد . برای دستیابی به ظرفیت سازه در آن سوی محدوده الاستیک احتیاج به استفاده از تحلیل های غیر خطی میباشد.
بر مبنای دستورالعمل بهسازی لرزه ای - نشزیه - 360 و همچنین استاندارد 2800 ایران انواع تحلیل هایی که می توان بر اساس آن رفتار سازه را مورد ارزیابی قرار داد عبارتند از: تحلیل استاتیکی خطی، استاتیکی غیرخطی، دینامیکی خطی، و دینامیکی غیرخطی که تحلیل های دینامیکی خطی و غیرخطی هر یک به زیر گروه های دینامیکی طیفی - روش تحلیل مودها - ، دینامیکی تاریخچه زمانی خطی، دینامیکی غیز خطی تاریخچه زمانی، و دینامیکی فزاینده تقسیم بندی می شوند. در این پروژه در قالب یک مثال عملی برای قاب های 5 و 10 طبقه بتنی تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی انجام شده و نتایج شامل تاریخچه زمانی شتاب و برش پایه و تغییر مکان نقطه کنترل بام در سازه بدون میراگر، با مهاربند چورون و با میراگر همراه با بار لغزش های مختلف با یکدیگر مقایسه شده است.
2. مروری بر تحقیقات صورت گرفته
بسیاری از سازه های بتنی مسلح در زلزله های اخیر، عملکرد نامطلوبی داشته اند، تعدادی از این سازه ها فقط برای تحمل بارهای ثقلی و یا بر اساس آیین نامه های قدیمی طراحی شده بودند . به همین دلیل رفتار های غیر انعطاف پذیری از خود نشان داده اند. آسیب های جدی به سازه های بتن مسلح در زلزله های مکزیک 1985 ، نورث ریج 1994 ، آواجی-کوبه - ژاپن - 1995 و کوجالی - ترکیه - 1994 وارد شده اند که خسارت جانی و مالی بسیاری را در بر داشته است. لذا استفاده از روش های مقاوم سازی بمنظور بهبود عملکرد لرزه ای این سازه ها از اهمیت والایی برخوردار می باشد.
. در سال 1980 سوگانو و فوجی مورا1 روی تعدادی قابهای بتن مسلح بادبندی شده و همچنین قابهای مشابه مقاوم شده با میان قابهای بنایی و بتنی ، آزمایشهایی را انجام داده اند . هدف از این بررسی ها تعیین میزان تاثیر هر یک از سیستم ها در افزایش مقاومت درون صفحه ای و شکل پذیری قابها بود. [1] در سال 1984 هیگاشی، ایندو و شیمیزو2 انواع روشهای مقاوم سازی قابهای بتن مسلح موجود را با انتخاب مدلهایی از قاب یک دهانه و سه طبقه مقاوم شده با روشهای مختلف مورد آزمایش قرار دادند. رفتار تمام نمونه ها به صورت مدلهای قاب غیر الاستیک تحلیل شده و رابطه بار -تغییرمکان بدست آمده ازتحلیل با نتایج آزمایش همخوانی خوبی نشان داد.
در سال 1990 گوئل و لی3 مقاوم سازی لرزه ای سازه های بتن مسلح به کمک سیستم بادبند فولادی شکل پذیر را مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار دادند . در این پژوهش روی مدلی به مقیاس 2:3 از قاب بتن مسلح دو طبقه مقاوم شده با سیستم بادبند فولادی شکل پذیر، بار سیکلی اعمال شد. نتایج آزمایشات نشان دادکه قاب مقاوم شده از خود پایداری و نیز حلقه های هیسترزیس کاملی را نشان می دهد. [3]
در سال 1995 ناطقی الهی بعد از بررسی چند روش مقاوم سازی، روش بادبند فولادی قاب بتنی را به عنوان مناسب ترین روش تشخیص داده و خاطر نشان می کند که تحلیل ساختمان باد بندی شده نتایج خوبی را از کاهش تغییر مکان افقی نشان میدهد. [4] در سال 1995 ماهری و صاحبی درمقاله ای تحت عنوان بررسی آزمایشگاهی قاب بتن مسلح بادبند شده به وسیله بادبند فلزی، گزارشی از یک مطالعه ی آزمایشگاهی را ارائه کردند.
نتایج این آزمایش نشان داد که شکست نهایی قاب با شکست بادبند کششی و بلافاصله بعد از ان، با شکست کمانشی بادبندفشاری صورت گرفته است. انها هم چنین به این نتیجه رسیدند که رفتار بادبند کششی بر رفتار قاب حاکم است.از دیگر نتایج این ازمایشات افزایش قابل توجه مقاومت ان بوده که تا سه برابر افزایش یافته است.هم چنین استفاده تنها یک بادبند - فشاری و یا کششی - ظرفیت قاب را بیش از صد در صد افزایش می دهد.[5]
در سال 1999 تسنیمی و معصومی استفاده از بادبند فولادی برای مقاوم سازی قابهای بتن مسلح را مورد مطالعه آزمایشگاهی قراردادند. نتایج نشان داد که با افزودن بادبند فولادی به قاب بتن مسلح ، بسته به جزئیات مورد استفاده، سختی معادل قاب افزایش قابل ملاحظه ای یافته و در رفتار آن تغییر چشمگیری حاصل خواهد شد.[6]
در سال 2001 علی خیر الدین مقاله ای تحت عنوان بررسی رفتار غیر خطی قاب های بتن آرمه تقویت شده با بادبند فلزی ارائه کرد. بررسی نتایج نشان می دهد وجود دیوار های برشی سختی و مقاومت سازه را به شدت افزایش داده ولی شکل پذیری آن را کاهش می دهد . در مقایسه با دیوار برشی وجود بادبند اگر چه تاثیر کمتری بر روی مقاومت سازه دارد ولی شکل پذیری آن را افزایش می دهد. [7]
با توجه به تحقیقات صورت پذیرفته پیرامون بهسازی سازه های بتن آرمه با انواع بادبند های فولادی، مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی گسترده که تاکنون در خصوص مقابله با اثرات مخرب زلزله ها بر سازه ها انجام شده، دلالت بر کارآیی مناسب مکانیزم های مختلف کنترل لرزه ای غیر فعال سازه ها به عنوان گزینه ای کارآمد برای مقابله با نیروهای زلزله دارد.
3. روش تحلیل تاریخچه زمانی
در تحلیل تاریخچه زمانی، پاسخ سازه با استفاده از روابط دینامیکی در گام های زمانی کوتاه محاسبه می شود . در این روش باید مدل سازه تحت تحریک شتاب زمین بر اساس حداقل سه شتاب نگاشت محاسبه شود.چنانچه کمتر از هفت شتابنگاشت برای برای تحلیل انتخاب شود، باید بیشینه اثر آنها برای کنترل تغییر شکل ها و نیروهای داخلی منظور شود، چنانچه از هفت شتاب نگاشت یا بیش تر استفاده شود می توان مقدار متوسط اثر آن ها را برای کنترل تغییرشکل ها ونیروهای داخلی در نظر گرفت.
در این مقاله از رکورد 7 زوج شتاب نگاشت استفاده شده و روش مقیاس کردن آنها بر اساس استاندارد 2800 و با استفاده از نرم افراز seismosignal می باشد. شتاب نگاشت های انتخاب شده و ضرایب مقیاس مربوطه در جدول 1 آورده شده است. لازم به ذکر است که هریک از هفت زوج شتاب نگاشت با روش جذر مجموع مربعات به یک رکورد تبدیل شده انداصولاً. شتاب نگاشت هایی که برای تحلیل دینامیکی غیر خطی انتخاب می شوند باید از نظر محتوای فرکانسی، پاسخ طیفی دوام جنبش مشابه زلزله هایی باشند که امکان رویداد آنها در منطقه مورد نظر وجود داشته باشد و در انتخاب زمان دوام جنبش ضرورت دارد تا ویژگی های زمین ساختی ساختگاه مورد توجه قرار گیرد.
4. میراگرهای اصطکاکی
میراگرهای اصطکاکی وسایل کنترلی غیرفعالی هستند که عملکرد موثری در اتلاف انرژی داشته و هزینه ساخت پایین و سرعت نصب بالایی دارند. وابستگی نرخ اتلاف انرژی این میراگرها به تغییر مکان، اساسی ترین تفاوت آنها از سایر میراگرها می باشد. نیروی میرایی منتج از آنها از پاسخ سرعت سازه و محتوای فرکانسی تحریکات مستقل بوده و همین موضوع آنها را برای تحریکات زمین لرزه مناسب می کند. از جمله خصوصیات بارز این ابزارها، عملکرد بالای غیرخطی و وابسته به نیرو بودن آنهاست. نحوه مدل سازی میراگر اصطکاکی پال در این پروژه در بخش پیوست آورده شده است.
در سال 1970، اوتار اس.پال1 به فکر ابداع وسیله ای جهت مستهلک کردن انرژی ورودی لرزه ای به سازه از طریق اصطکاک افتاد. وی این ایده را از مکانیزم ترمز اولیه الهام گرفت و معتقد بود که عمل ترمز اتومبیل ها مشابه توقف حرکت ساختمان ها در حین زمین لرزه است. همان طوری که ترمز اصطکاکی وسیله ی نقلیه، انرژی جنبشی ناشی از حرکت آنها را تلف می کند، حرکت ساختمان نیز می تواند باعث استهلاک انرژی ناشی اززلزله توسط یک مکانیزم اصطکاکی باشد. این نظریه در سال 1981 منجر به ابداع میراگر اصطکاکی پال گردید .[8]
