بخشی از مقاله
چکیده
بررسی رفتار سازه ها در زمین لرزه های گذشته نشان می دهد که پیچش حاصل از نامتقارنی یکی از دلایل آسیب پذیریهای شدید بوده است. با توجه به مزیتهای روشهای نوین طراحی لرزه ای که در آنها از تجهیزات الحاقی استهلاک انرژی نظیر میراگرها به منظور کنترل پاسخها در زلزله استفاده می شود، میتوان به کنترل پیچش لرزه ای در سازه اقدام نمود .
در این پژوهش با استفاده از ساز و کار حرکت گهواره ای که مجهز به میراگرهایی در پای ستون و کابلهای پس کشیده میباشد کنترل پیچش لرزه ای در سازه های پیچشی 5 و7 طبقه انجام شده است . ابتدا در نرم افزار Abaqus طراحی جزئیات بسیار دقیق اتصالات و همچنین جزئیات اتصال پای ستون و کابلهای پس کشیده شده صورت گرفته است و سپس منحنی های نیرو- تغییر مکان حاصله و تعداد و نیروی پس کشیدگی کابلهای پس کشیده با استاندارد Gr 270 وارد نرم افزار SAP2000 شده و طراحی سازه های 5و7 طبقه در این نرم افزار انجام میگردد .
همچنین در نرم افزار Perform 3D تحلیل های غیر خطی تاریخچه زمانی بر اساس رکوردهای حوزه نزدیک و دور انجام شده است . نتایج تحلیل ها نشان دهنده عملکرد بسیار موثر سیستم حرکت گهواره ای و کابل های پس کشیده در کاهش تغییر مکان های ماندگار و کنترل پیچش لرزه ای میباشد . همچنین با کد نویسی روش DEMATEL در نرم افزار Matlab به بررسی پارامترهای تاثیر گذار و تاثیر پذیر حرکت گهواره ای در سازه های مذکور پرداخته شده است که بنابر خروجی روش مذکور کابلهای پس کشیده تاثیر گذارترین پارامتر مورد بررسی بوده است .
-1 مقدمه
بررسی رفتار سازه ها در زمین لرزه های گذشته نشان می دهد که پیچش حاصل از نامتقارنی یکی از دلایل آسیب پذیریهای شدید بوده است. بررسیهای فراوانی که بر روی رفتار اینگونه سازه ها در حوزه الاستیک و غیرالاستیک و همچنین روشهای کنترل پیچش از طریق توزیع مناسب سختی و مقاومت اعضای باربر جانبی صورت گرفته، نشان داده اند که با تمهیدات طراحی نمیتوان به طور همزمان اثر پیچش را روی چند پارامتر پاسخ خطی و غیرخطی کاهش داد.
با توجه به مزیتهای روشهای نوین طراحی لرزه ای که در آنها از تجهیزات الحاقی استهلاک انرژی نظیر میراگرها به منظور کنترل پاسخها در زلزله استفاده می شود، ایده استفاده از توزیع مناسب این تجهیزات برای کاهش اثرات نامتقارنی با توجه به مزایای آن در رفع محدودیتهای توزیع سختی و مقاومت المانهای باربر جانبی و همچنین مقاوم سازی سازه های موجود، مطرح شده است.
سیستم مذکور مدلسازی شده شامل اعضایی مانند کابل های پس تنیده که ویژگی برگشت پذیری را در سیستم ایجاد میکند و فیوزهایی با قابلیت تعویض جهت متمرکز کردن خسارت میباشد. بنابراین انتظار میرود پس از یک زلزله بزرگ,با هزینه قابل قبول خسارت برطرف شده و قاب الاستیک باقی بماند و سازه تغییر شکل ماندگاری نداشته باشد. همچنین اثرات پیچشی نیز تاثیرات مخربی بر روی سازه ها دارد ولازمست سازه به گونه ای طراحی گردد تا اثرات پیچش بر سازه کاهش یابد در این پژوهش با استفاده از ساز وکار حرکت گهواره ای اثرات نامطلوب پیچش لرزه ای بر سازه کاهش یافته است .
-2 مروری بر پژوهشهای انجام شده
اکثر آیین نامه های طراحی مجاز میدادند که ساختمان در یک زلزله شدید آسیبهای سازهای نیز متحمل شود، البته به این شرط که دچار فروریزش نگردد . ایرادی که به این موضوع وارد میگردد این است که ساختمان در اثر زلزله شدید ممکن است ویران گردد و قابلیت بهره برداری خود را از دست بدهد نظیر چنین مشکلی در زلزله سال 2011 کرایسچرچ نیوزلند دیده شده است . این مساله میتواند در شهرهای بزرگ باعث بروز مشکلاتی جدی و گسترده شود، از جمله این مشکلات می توان به از دست رفتن محل زندگی و اسکان شهروندان ، و از همه مهم تر آواربرداری بسیار دشوار به علت اینکه ساختمان ها معمولا شکل پذیر طراحی شده اند و آواربرداری ساختمان های شکل پذیر فوق العاده دشوار و پر هزینه میباشد . و پرهزیته و زمانبر بودن ساخت مجدد ساختمانها اشاره نمود
برای اجتناب از این مشکلات در چند دهه اخیر، توسعه سیستم های مقاوم در برابر زلزله که از بروز آسیب بر روی اعضای اصلی سازه جلوگیری می کنند مورد توجه زیادی قرار گرفته و تلاشهایی در راستای ابداع سیستم هایی که توانایی مقاومت در برابر زمین لرزه را بدون بروز هیچ گونه خرابی دارند، صورت گرفته و نیز مطالعاتی در زمینه هدایت آسیب به اعضای سازهای قابل تعویض انجام شده است. ایده دیگر در این مورد بکارگیری سازه های تعمیرپذیر است
یکی از راهکارهای هدایت آسیب در سازه و کاهش نیاز لرزهای آن استفاده از سیستمهای گهواره ای است . این سیستم ها توانایی کاهش نیاز لرزهای ساختمانها را به سبب افزایش پریود حرکت سازه دارند. سیستمهای گهواره ای میتوانند به عنوان سیستم های سازه ای هوشمند در نظر گرفته شوند. هرچند سیستم های هوشمند به سیستمهای سازهای اطلاق می شود که دارای سنسورها و پردازشگرهایی میباشند و می توانند بطور خودکار خصوصیات سازهای را تنظیم کنند و در پاسخ به عوامل خارجی، ایمنی سازه را تامین نمایند، و سیستمهای گهوارهای هیچیک از این ابزارها و سیستم کنترل کننده رایانه ای را ندارند، ولی میتوانتد نتیجه مورد نظر را حاصل کنند[3] حرکت گهواره ای به طور کلی به چهاردسته زیر تقسیم میگردد.
1. ستون های دارای حرکت گهواره ای
2. دیوارهای برشی دارای حرکت گهواره ای
3. قاب هایی دارای حرکت گهواره ای
4. ساختمان هایی که کل سازه دارای حرکت گهواره ای میباشد .
از جمله پژوهش های بسیار مهم میتوان به پژوهش Hajjar و همکارانش در سال 2008 به مطالعه سیستم هایی با عملکرد بالا که به سازه اجازه می دهند به راحتی پس از زلزله تعمیر شوند پرداختند [4] آن ها این کار را با استفاده از قابهای فولادی که بصورت گهوارهای کنترل شدهاند انجام دادند. با استفاده از فیوزهای اتلاف انرژی قابل تعویض در این سیستم ها، تغییر مکانهای ماندگار حذف شده و آسیبهای سازهای در المان های فیوز متمرکز می شوند.Eatherton و همکارانش در سال 2010 یک سیستم جدید سازهای را توسعه دادند که در آن از قابهایی با حرکت گهوارهای کنترل شده و فیوزهای سازهای قابل تعویض استفاده شده است و نتایج آزمایشات عملکرد مناسب سیستم گهوارهای کنترل شده را نشان می دهد
شکل: 1 مدل آزمایشگاهی دانشگاه ایلینویز [5] در سال 2010 در پایان نامه دکترای خود به بررسی و توسعه سیستم سازهای گهواره ای کنترل شده برگشتپذیر پرداخت که بطور قابل ملاحظه ای عملکرد ساختمان ها را از طریق کاهش آسیب سازهای، هزینه های تعمیر و خرابی ساختمان در معرض زلزله های شدید بهبود می بخشد [6] سیستم گهوارهای کنترل شده، شامل قاب مهاربندی شده فولادی پس تنیده که برای حرکت گهواره ای در روی فونداسیون خود در مدت زمین لرزه طراحی شده، سیستم پس کشیده الاستیک برای فراهم آوردن مقاومت در برابر واژگونی و ایجاد عمل برگشت پذیری، و فیوزهای سازهای قابل تعویض برای جذب انرژی زمین لرزه، تشکیل شده اند.
Pollino در سال 2015 در مقاله ای با عنوان، طراحی لرزه ای برای ارتقاء عملکرد ساختمان با استفاده از قاب های مهار بندی شده فولادی گهواره ای، به ارائه روشی به عنوان سیستمهای سازهای برگشت پذیر و گهواره ای جدید بصورت قابهای فولادی مهار بندی شده گهواره ای پرداخت
در این روش انتقال نیروها از طریق با استفاده از ابزارهای جاذب انرژی منفعل تشریح شده و یک روش ساده شده به منظور اندازه گیری تغییر شکل بیشینه دینامیکی و نیروهای بوجود آمده پیشنهاد شده استKafackivi در سال 2015 در پایان نامه دکترای خود به ارائه و ارزیابی یک سیستم مقاوم جانبی جدید در برابر زلزله پرداخت [8] از آنجایی که سیستمهای قاب مهاربندی هم محور دارای ظرفیت محدودی هستند و سیستمهای قاب مهاربندی شده هم محور برگشت پذیر پاسخ جابجایی نسبی جانبی سازه را بطور قابل ملاحظه ای کاهش می دهند ولی هزینه ساخت این سیستم ها بالا میباشد، از این رو به منظور استفاده از شکل پذیری سیستم و هزینه متعارف سیستم ، یک سیستم دوگانه جدید پیشنهاد شد که طبقات پایین این سازه دارای سیستم و طبقات بالا دارای سیستم متعارف است.
نتایج این مطالعات نشان میدهد که سیستم های دوگانه می تواناتد سیستم سازهای موثری برای ساختمان هایی با ارتفاع متوسط در متاطق با لرزه خیزی بالا باشند.رستمی ، گرجی سینکی ، سروقد مقدم [9]در سال 1395 در مقاله خود تحت عنوان “ ارزیابی ساختمان های بلند مرتبه شبکه قطری و لوله ای دارای حرکت گهواره ای کنترل شده” به بررسی سیستم نوین حرکت گهواره ای قاب در ساختمان های بلند مرتبه 32 طبقه پرداختند آنها به مقایسه و ارزیابی حرکت گهواره ای کنترل شده در سازه لوله ای 32 طبقه و مقایسه آن با سازه لوله ای فاقد این سیستم وهمچنین ارزیابی سیستم گهواره ای در سازه شبکه قطری 32 طبقه و مقایسه آن با سازه شبکه قطری فاقد آن پرداختند
