توزیع خسارت لرزه ای در اجزاء ساختمان های فولادی با میراگر ویسکوالاستیک

چکيده
وارد آمدن خسارت سازه¬ای با مفهوم رفتار غیر ارتجاعی و درنتیجه انرژی هیسترزیس نزدیکی بسیاری دارند. لذا می¬توان گفت که انرژی هیسترزیس در این سطوح، معیاری قابل‌توجه جهت طراحی و یا کنترل سازه می¬تواند باشد. بستگی زیاد انرژی هیسترزیس به خسارت سازه¬ای موجب شده تا این مفهوم و روش¬های نوین طراحی سازه¬ای موردتوجه محققان و مهندسان قرار گیرد.
در این پژوهش، ابتدا سه قاب 4، 8 و 12 طبقه فولادی با سیستم قاب خمشی متوسط به روش استاتیکی معادل بر اساس ویرایش اول استاندارد2800 و به‌وسیله نرم¬افزار ETABS(Ver. 9.5.0) طراحی‌شده‌اند، سپس تمام قاب¬ها تحت اثر هفت شتاب‌نگاشت حوزه نزدیک و هفت شتاب‌نگاشت حوزه دور به‌وسیله نرم¬افزار PERFORM3D(Ver.5) مورد آنالیز دینامیکی غیرخطی قرارگرفته‌اند. هدف از این مطالعه بررسی نحوه توزیع خسارت، انرژی، جابجایی نسبی، جابجایی بام و برش پایه در قاب¬های موردبررسی است. در ادامه لزوم به‌کارگیری روش مقاوم¬سازی جهت کاهش جابجایی نسبی، بر مبنای آیین‌نامه شرح داده‌شده است، سپس از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم¬سازی و کاهش خسارت در قاب¬های موردبررسی، استفاده‌شده است.
نتایج به‌دست‌آمده حاکی از آن است که علی¬رغم توزیع یکنواخت مقاومت در ارتفاع طبقات، نمودارهای توزیع انرژی هیسترزیس و خسارت از این توزیع پیروی نمی¬کنند و تمرکز انرژی و خسارت در یک یا چندطبقه مشاهده می¬شود. لذا برای استفاده بهینه از حداکثر ظرفیت سیستم، طراحی سازه¬ها صرفاً بر اساس مقاومت، منطقی به نظر نمی¬رسد و باید پارامترهای دیگری مانند انرژی هیسترزیس که نقش عمده¬ای در خسارت اعضای سازه دارند، درروند طراحی لحاظ شود که در این تحقیق از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم¬سازی استفاده‌شده است، نتایج نشان می¬دهد که این نوع از میراگر نقش زیادی در جذب انرژی و کاهش خسارت در ساختمان¬ها دارد. همچنین تأثیر استفاده از میراگرهای ویسکوالاستیک بر کاهش خسارت قاب-های با ارتفاع زیاد، بیشتر بوده است و تحت زلزله¬های حوزه نزدیک عملکرد خوبی در کاهش خسارت نشان می¬دهد.

واژه‌هاي كليدي: انرژی هیسترزیس، خسارت، تحلیل دینامیکی، مقاوم¬سازی، میراگر ویسکوالاستیک

فهرست مطالب
فصل 1 مقدمه 1
1-1 مقدمه 2
1-2 ضرورت و اهداف تحقیق 3
1-3 ساختار پایان¬نامه 4
فصل 2 مروری بر منابع 5
2-1 مقدمه 6
2-2 مفاهیم اولیه انرژی 6
2-2-1 معادلات انرژی در سیستم یک درجه آزادی 7
2-2-2 معادله انرژی مطلق 8
2-2-3 معادله انرژی نسبی 9
2-2-4معادلات انرژی در سیستم چند درجه آزادی با رفتار غیرخطی...................................9
2-2-5 تجزیه انرژی ورودی به عبارت¬های مختلف انرژی 10
2-2-5-1 انرژی ورودی (EI) 11
2-2-5-2 انرژی هیسترتیک(EH) 11
2-2-5-3 انرژی میرایی لزج یا ویسکوز(ED) 12
2-2-5-4 انرژی جنبشی (EK) 12
2-2-5-5انرژی الاستیک(Es) 13
2-2-6 تأثیر پارامترهای سازه¬ای بر انرژی ورودی 13
2-2-6-1 تأثیر دوره تناوب سازه 13
2-2-6-2 تأثیر نسبت شکل‌پذیری و مدل هیسترتیک در انرژی ورودی 14
2-2-6-3 تأثیر نسبت میرایی در انرژی ورودی 14
2-3 شاخص‌های خسارت 14
2-3-1 شاخص¬های خسارتی بیشینه تغییرشکل 15
2-3-1-1 نسبت شکل‌پذیری 15
2-3-1-2 تغییر مکان نسبی بین طبقه‌ای 16
2-3-1-3 نسبت خسارت خمشی 16
2-3-2 شاخص¬های خسارتی تجمعی 16
2-3-2-1 تغییر شکل‌های تجمعی نرمال شده 17
2-3-2-2 انرژی تلف‌شده تجمعی نرمال شده 17
2-3-2-3 خستگی سیکل کوتاه 17
2-3-3 شاخص¬های ترکیبی 18
2-3-3-1 تغییر مکان حداکثر و اتلاف انرژی 18
2-3-3-2 منحنی لنگر - انحنا 19
2-3-4 شاخص¬های خسارت بیشینه شکل¬پذیری 19
2-3-5 میانگین وزنی شاخص¬های خسارت 20
2-3-6 تاریخچه شاخص خسارت 20
2-4 کنترل‌های لرزه¬ای 24
2-4-1 انواع سيستم های کنترل‌کننده لرزه¬ای 24
2-4-1-1 سيستم کنترل‌کننده غيرفعال 25
2-4-1-2 سيستم کنترل‌کننده فعال 26
2-4-1-3 سيستم کنترل‌کننده پيوندي 27
2-4-1-4 سيستم کنترل‌کننده نيمه فعال 28
2-5 ميراگرها 28
2-5-1 میراگرهای جرمی تنظیم شده 29
2-5-2 میراگر مایع تنظیم شده 31
2-5-3 میراگر ویسکوز 42
2-5-4 میراگرهای تسلیمی (فلزی) 35
2-5-5 میراگرهای آلیاژ فلزی با تغییرشکل حافظه ای 38
2-5-6 میراگرهای اصطکاکی 40
2-5-7 میراگرهای ویسکوالاستیک 42
2-5-7-1 ساختار مواد ويسكوالاستيك 42
2-5-7-2 مشخصات ديناميكي ميراگرهاي ويسكوالاستيك 43
2-5-7-3 مدل‌سازی سازه‌های داراي ميراگر ويسكوالاستيك 46
2-5-7-4 روش انرژي كرنشي مودال 48
2-5-7-5 روش طراحي 49
2-5-7-6 پیشینه کاربردی میراگرهای ویسکوالاستیک 51
فصل 3 معرفی و مدلسازی سازه¬های موردمطالعه 54
3-1 مقدمه 55
3-2 قاب¬های موردبررسی در این مطالعه 55
3-3 بارگذاری و طراحی قاب¬ها در نرم¬افزار ETABS ver9.5.0 56
3-4 چگونگی انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی 59
3-5 انتخاب شتاب‌نگاشت‌ها 60
3-6 هم‌پایه کردن شتاب‌نگاشت‌های انتخابی 61
3-7 خصوصیات نرم¬افزار Perform 3D 61
3-7-1 المان¬های مورداستفاده در نرم¬افزار Perform 3D 61
3-7-2 گام زمانی در آنالیز غیرخطی نرم¬افزار Perform 3D 62
3-7-3 تکنیک حل نرم¬افزار Perform 3D 62
3-7-4 انرژی در نرم¬افزار Perform 3D 62
3-7-4-1 محاسبه انرژیهای غیر الاستیک و کرنشی 63
3-7-4-2 خطای انرژی 65
3-7-5 فرضیات تحلیل دینامیکی و مدلسازی در نرم¬ا¬فزار Perform3D 65
3-7-6 مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم¬افزار Perform 3D 65
3-7-7 کنترل صحت مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم افزارPerform 3D 68
فصل 4 نتایج و تفسیر آنها 71
4-1 مقدمه 72
4-2 بررسی نتایج تغییر مکان نسبی طبقات 73
4-2-1 قاب 4 طبقه 73
4-2-2 قاب 8 طبقه 75
4-2-3 قاب 12 طبقه 77
4-2-4 نتایج میانگین تغییر مکان نسبی طبقات در قاب¬ها 79
4-3 بررسی نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زمین¬لرزه 81
4-3-1 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله لندرز 81
4-3-1-1 قاب 4 طبقه 81
4-3-1-2 قاب 8 طبقه 83
4-3-1-3 قاب 12 طبقه 83
4-3-2 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله طبس 84
4-3-2-1 قاب 4 طبقه 84
4-3-2-2 قاب 8 طبقه 85
4-3-2-3 قاب 12 طبقه 86
4-4 بررسی انرژی هیسترزیس در سازه 87
4-4-1 قاب 4 طبقه 88
4-4-2 قاب 8 طبقه 89
4-4-3 قاب 12 طبقه 90
4-4-4بررسی میانگین انرژی هیسترزیس وارد بر قاب¬ها 91
4-5 بررسی انرژی باقی‌مانده در سازه 91
4-5-1قاب 4 طبقه 92
4-5-2 قاب¬ 8 طبقه 93
4-5-3 قاب¬ 12 طبقه 94
4-5-4بررسی میانگین انرژی باقی¬مانده در قاب¬ها 95
4-6 بررسی نسبت انرژی هیسترزیس به انرژی ورودی در قاب¬ها 95
4-7 بررسی توزیع خسارت در ارتفاع قاب¬های موردبررسی 96
4-7- قاب¬ 4 طبقه 96
4-7-2 قاب¬ 8 طبقه 98
4-7-3 قاب¬ 12طبقه 100
4-7-4 نتایج میانگین شاخص خسارت طبقات در قاب¬ها 102
4-8 بررسی شاخص خسارت کل سازه در قاب¬های موردبررسی 104
4-9 بررسی برش پایه در سازه 105
4-9-1 قاب¬ 4 طبقه 106
4-9-2 قاب¬ 8 طبقه 107
4-9-3 قاب 12طبقه 108
4-9-4 نتایج میانگین برش پایه قاب¬های موردبررسی 109
4-10 بررسی جابجایی بام در سازه 110
فصل 5 جمع‌بندي و پيشنهادها 111
5-1 مقدمه 112
5-2 نتیجه‌گیری 112
5-3 پيشنهادات 113
مراجع 115