تاثیر میراگر در مقاوم سازی لرزه ای ساختمان های فولادی

در این پست تصمیم داریم در مورد تاثیر میراگر در مقاوم سازی لرزه ای ساختمان های فولادی، مطالبی را در اختیار شما بازدیدکنندگان گرامی قرار دهیم، با ما همراه باشید.

مقدمه

در علم مهندسی زلزله، با ورود و جایگزینی شیوه طراحی بر اساس عملکرد به جای روش قدیمی طراحی بر اساس نیرو، بسیاری از آیین نامه های جهان دستخوش تغییرات بنیادی شده و بسیاری از محققان و پژوهشگران برای تکامل و دستیابی به قطعیت در این شیوه، تحقیقات خود را در این زمینه متمرکز کرده اند. طراحی بر اساس عملکرد موضوعی است که در سال های اخیر در جهان، مورد استقبال فراوان قرار گرفته است. آیین نامه های کنونی که بر اساس نیرو تهیه شده اند، برای طراحی در محدوده الاستیک مناسب می باشند اما سطوحی از عملکرد که متضمن پذیرش خسارت هستند، علاوه بر معیارهای نیرویی وابسته به معیارهای جابجایی نیز می باشند.

روش کنونی طراحی سازه ها بر مبنای طراحی به روش مقاومت است و شامل تخمین برش پایه در سازه و توزیع آن در ارتفاع و تعیین مقاومت مورد نیاز اجزای سازه ای در برابر این بار است. صرف نظر از کاستی هایی که در این روش وجود دارد، بیان رفتار اجزای سازه ای از طریق تک پارامتر مقاومت در بسیاری از موارد پاسخ مناسبی به دست نمی دهد. در حقیقت هدف از طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد این است که طراحان را قادر سازد تا سازه هایی طراحی کنند که عملکردشان قابل پیش بینی باشد. بر اساس آیین نامه های طراحی، اعضای سازه ای به گونه ای طراحی می شوند که بتوانند نیروهای وارده را با حاشیه اطمینان مناسبی که بستگی به روش طراحی دارد تحمل کنند. به منظور طراحی بر اساس سطح عملکرد، استفاده از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی بسیار مورد توجه طراحان و مهندسان است.

هدف از بهسازی  لرزه ای ساختمان این است که اعضای سازه ای و ملحقات غیر سازه ای به گونه ای تقویت شوند که در صورت وقوع زلزله آسیب کمتر به این اجزاء وارد شود. نویسندگان آیین نامه های FEMA و ATC با توجه به اهمیت و کارایی آن بعد از وقوع زمین لرزه، آسیب های احتمالی را تقسیم بندی و سطوح بهسازی را بر این اساس تعریف کرده اند. این آیین نامه ها کل ساختمان را به دو گروه اجزای سازه ای و اجزای غیرسازه ای تقسیم بندی کرده و برای هر کدام از اجزای سازه ای و غیر سازه ای یک سری معیارها از سطح کاربرد کامل، تا خرابی های زیاد برای یک زلزله با دوره بازگشت معین درنظر گرفته اند.

سطح عملکرد اجزای سازه ای 

منظور از اجزای سازه ای ستون ها، تیرها، بادبندها، دیوارهای بتنی، دیوارهای پرکننده با مصالح بنایی غیرمسلح، پی ها، دیافراگم ها و … است. سطح عملکرد اجزای سازه ای با توجه به دستورالعمل بهسازی به صورت زیر است :

الف) سطح عملکرد 1 : قابلیت استفاده بی وقفه

ب) سطح عملکرد 3 : ایمنی جانی

ج) سطح عملکرد 5 : آستانه فرو ریزش

سطح عملکرد اجزای غیر سازه ای 

منظور از اجزای غیر سازه ای معماری، اجزا تأسیسات مکانیکی و برقی ساختمان است. معیارهای سطح عملکرد اجزای غیرسازه ای مربوط به معماری ساختمان شامل نماسازی، دیوارهای داخلی و تیغه بندی، سقف ها، دیوار، دست انداز، دودکش ها، پله ها و درها است. معیارهای سطح عملکرد اجزای غیرسازه ای مربوط به تأسیسات مکانیکی و برقی شامل آسانسورها، تجهیزات ساخت، کانال ها، لوله ها، سیستم آب پاش از سقف برای اطفای حریق و سیستم تشخیص و اعلام حریق، درها، روشنایی اضطراری، سیستم توزیع برق و اتصالات چراغ ها می باشد. سطح عملکرد اجزای غیرسازه ای با توجه به دستورالعمل بهسازی بصورت زیر است :

الف) سطح عملکرد A : خدمت رسانی بی وقفه

ب) سطح عملکرد B : قابلیت استفاده بی وقفه

پ) سطح عملکرد C : ایمنی جانی

ت) سطح عملکرد D : ایمنی جانی محدود

ث) سطح عملکرد E : لحاظ نشده

تحلیل استاتیکی غیر خطی

در تحلیل استاتیکی غیرخطی با توجه به این که بارگذاری اعمالی به سازه به صورت نموی و مرحله ای است، در هر مرحله بار اعمالی به سازه افزوده می شود، سختی جدید با توجه به مفاصل تشکیل شده در سازه، اصلاح گردیده و تغییر مکان های سازه در هر مرحله به دست آورده می شوند.

مقاوم سازی با استفاده از میراگر یا دمپر

میرایی یکی از خصوصیات ذاتی مواد می باشد. با توجه به اینکه میرایی داخلی (که به جنس ماده بستگی دارد) در جامدات تحت تاثیر عوامل مختلفی نظیر تاثیرات حرارتی و پدیده خستگی تغییر می کند. برای اینکه بتوانیم مصالح با میرایی معلوم داشته باشیم بایستی تاثیرات این عوامل را در مصالح مورد نظر به حداقل برسانیم. روش های مختلفی برای تولید مصالح دارای میرایی معلوم که اصطلاحاً میراگر یا دمپر نامیده می شوند، وجود دارد.

زمین لرزه های معمول اغلب دارای زمان تناوب هایی در محدوده ی 0/1 تا 1 ثانیه می باشند. سازه های با زمان تناوب 0 تا 1 ثانیه در مقابل این زمین لرزه ها آسیب پذیرتر هستند، چرا که ممکن است در آن ها پدیده تشدید رخ دهد. مهم ترین ویژگی جداسازی لرزه ای، ایجاد انعطاف پذیری است که باعث افزایش زمان تناوب طبیعی سازه می شود. افزایش زمان تناوب طبیعی احتمال رخ داد پدیده ی تشدید را کاهش می دهد و هم چنین باعث کاهش شتاب در سازه می شود و این امر روی جابه جایی های افقی نیز تأثیرگذار است. افزایش زمان تناوب و آثار آن در مقادیر حداکثر جابه جایی در سازه ی جداسازی شده با میرایی کم، ممکن است در زمین لرزه های قوی به حدود یک متر نیز برسد و میرایی می تواند این مقدار را به حدود 50 تا 400 میلی متر برساند. در شکل 1 یک نمونه میراگر نشان داده شده است.

شکل 1 . کاربرد میراگر در سازه

در روش های کنترل غیر فعال سازه، نظیر استفاده از مستهلک کننده های ویسکوز و ویسکوالاستیک، جذب انرژی حاصل از حرکات نیرومند زمین توسط مستهلک کننده ها صورت گرفته و به سیستم سازه اجازه داده نمی شود که وارد ناحیه غیر خطی گردد. این امر موجب می شود که مقاومت سازه در برابر زلزله های با دوره بازگشت طولانی تر (که طبیعتا شدیدتر نیز می باشند) بیشتر گردد یا به تعبیر دیگر احتمال فروریزش سازه در برابر این زلزله ها کاهش می یابد. سیستم های جاذب یا مستهلک کننده انرژی (Dampers) بر پایه افزایش ضریب میرایی ساختمان بنا شده اند. مهمترین تاثیر میرایی، کاهش دامنه نوسان و پاسخ ساختمان نسبت به نیروهای وارده می باشد و بدین وسیله قسمت عمده ای از انرژی ارتعاشی را قبل از رسیدن پاسخ سازه به حد نهایی به هدر می دهند. اتلاف کننده های انرژی ممکن است در مهاربندی ها، اتصالات و اجزای غیر سازه ای و یا دیگر مکان های مناسب در ساختمان های موجود قرار داده شوند، لیکن ساده ترین و پرکاربردترین آن ها استفاده از میراگر در مهاربندها می باشد که می توان از آن ها در تمامی طبقات ساختمان بهره برد. در شکل 2 یک نمونه میراگر نشان داده شده است.

شکل 2 .  کاربرد میراگر در ساختمان

پیشنهاد مطالعه : نشریه ۳۶۱ تفسیر بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود

میراگرهای ویسکوز

میراگر ویسکوز مایع، یکی از انواع سیستم های جاذب انرژی است که در مقایسه با اندازه فیزیکی خود از توانایی جذب انرژی بالایی برخوردار می باشد. بنابراین، این نوع میراگرها می توانند برای استهلاک انرژی ناشی از زلزله در سازه ها مورد استفاده قرار گیرند. بیشتر میراگرهای ویسکوز به صورت میراگرهای سیال می باشند که مشابه جاذب های شوک در اتومبیل ها عمل می کنند. در صورتی که نیروها به آرامی اعمال شوند، این میراگرها نسبت به تغییر شکل ها سختی کمی دارند، اما با افزایش شدت جابجابی ها (سرعت عمل آنها) سختی افزایش می یابد.

این میراگرها از یک سیلندر هیدرولیکی و یک پیستون از جنس فولاد ضد زنگ با کلاهک برنز تشکیل شده اند. در کلاهک پیستون روزنه ای تعبیه شده است که وقتی میله پیستون حرکت داده می شود. مایع با فشار از درون روزنه عبور داده می شود و منجر به اتلاف انرژی به صورت گرما می گردد. سرعت سیال در این ناحیه خیلی زیاد است. بنابراین انرژی فشار بالادستی تقریباً کلاً تبدیل به انرژی جنبشی می گردد. وقتی که سیال بعداً به حجم کامل منبسط گردید، در طرف دیگر سرپیستون این فشار تدریجاً کم شده و انرژی جنبشی خود را با آشفته شدن مستهلک می کند. در سمت خروجی سیال در سر پیستون فشار خیلی کم بوده که با فشار کامل در سمت ورود سیال در سر پیستون مقایسه می گردد. این اختلاف در فشارها نیروی بزرگی ایجاد می کند که در مقابل حرکت میراگر مقاومت می کند. میراگرهای ویسکوز، وقتی به طور صحیح طراحی و ساخته شوند، تراوششان صفر بوده و احتیاجی به اکومولاتور (اندوزنده سیال) یا وسیله ذخیره سیال خارجی برای پر نگهداشتن میراگر از سیال نخواهد داشت و آن ها تقریباً آب بند کاملی دارند.

پیشنهاد دانلود : جزوه انواع میراگرها در سازه از مهندس کامبیز تکین

منبع :

مقاله ی تاثیر میراگرهای ویسکوز در مقاوم سازی لرزه ای ساختمان های فولادی از مهدی وکیل زاده