چكيده
امروزه در كشورهاي لرزهخيز جهت اتلاف انرژي لرزهاي وارد بر سازه به استفاده از انواع ابزار مستهلك كننده انرژي توصيه شده است. يكي از اين ابزارها، ميراگرهاي اصطكاكي دوراني مي باشد. به دليل اينكه در آيين نامههاي كنوني مقداري براي ضريب رفتار قابهاي مجهز به اين ميراگرها ارائه نشده، در اين پاياننامه سعي شده تاثير استفاده از آنها بر روي ضريب رفتار قابهاي خمشي فولادي مورد ارزيابي قرار گيرد. به همين منظور چندين قاب خمشي فولادي با شكلپذيري متوسط با تعداد طبقات مختلف طبق ضوابط استاندارد 2800 و مبحث 10 مقررات ملي ايران، طراحي شده است. سپس با استفاده از تحليلهاي استاتيكي و ديناميكي غيرخطي افزايشي و به كمك نرمافزار Sap2000-V15، ضريب رفتار و پارامترهاي آن براي قابهاي اوليه و مجهز به ميراگربدست آمده و با يكديگر مقايسه شدند.
تغييرات ضرايب مقاومتافزون و شكلپذيري باتوجه به نتايج آناليز قابهاي با و بدون ميراگرنشان ميدهد كه تاثير ميراگرهاي اصطكاكي دوراني برضريب مقاومتافزون سازههاي كوتاه بيشتر از ضريب شكلپذيري آنها است. در طبقات بلندتر شرايط عكس آن است به صورتي كه تاثير ميراگر بر ضريب شكلپذيري به نسبت مقاومتافزون بيشتر است. در مجموع ميراگر سبب افزايش ضريب رفتار قابهاي خمشي فولادي به مقدار 60/7 و 23/55 درصد، به ترتيب تحت آناليز استاتيكي و ديناميكي غيرخطي ميگردد.
واژگان كليدي: ضريب رفتار، ميراگرهاي اصطكاكي دوراني، تحليل استاتيكي غيرخطي، تحليل ديناميكي غيرخطي افزايشي، قابهاي خمشي فولادي
1 فصل اول
مقدمه
(كليات تحقيق)
امروزه مبناي طراحي لرزهاي سازهها به گونهاي است كه سازه مقداري امكان تغيير شكل پلاستيك داشته باشد(مثلاً به كمك ايجاد مفاصل پلاستيكدر تيرها و سپس در ستون ها). اين عمل باعث اتلاف مقدار زيادي از انرژي ورودي به سازه شده و در نهايت ايمني مورد نياز را تامين مي كند. اعمال اين خصوصيت براي سازهها علاوهبر غيراقتصادي بودن ميزان صدمات سازهاي و غيرسازهاي را افزايش ميدهد. به جهت از بين بردن و كاهش خسارت وارده به اعضاء اصلي سازه(تيرهاوستونها)دستگاههاي خاصي باداشتن قابليتهايي نظير استهلاك انرژي ورودي سازه، تغييرشكل پلاستيك و ... درمكانهاي معيني نصب ميشوند. يكي از اين نوع دستگاهها، سيستمهاي اصطكاكي ميباشند كه به دليل پتانسيل بالا در جذب و اتلاف انرژي وارده بر سازه و همچنين هزينه پايين در نصب و نگهداري آنها امروزه كاربردهاي متنوعاي در مهندسي عمران بخصوص سازه مورد استفاده قرار گرفته اند.
باتوجه به گرايش بيشتر طراحان به سمت تحليل و طراحي سازه ها به روش استاتيكي معادل بهدليل سهولت و كمهزينه بودن آن، بيشتر آييننامههاي كنوني نيز اين روش را مبناي طراحي قرار دادهاند. هر چند كه در آييننامههاي كنوني بخصوص استاندارد 2800 ايران نگاهي اجمالي به روش طراحي غيرخطي شده و ميخواهند كاربران را به سوي طراحيغيرخطي راهنمايي كنند. بههرحال مبناي طراحي لرزهاي كنوني براي سازههاي متعارف قبل از تحليلهاي غيرخطي، تحليل الاستيك مي باشد.
در طراحي الاستيك نيروي طراحي خطي ساختمان را از يك طيف خطي كه وابسته به پريود طبيعي ساختمان و شرايط خاك محل احداث ساختمان است، بدست ميآورند و براي ملحوظ كردن اثر غيرخطي و اتلاف انرژي در اثر رفتار هيسترتيك، ميرايي و اثر مقاومتافزون سازه، اين نيروي خطي را بوسيله ضريب اصلاح رفتار سازه(ضريب رفتار) به نيروي طراحي تبديل مي كنند.
1-1. ضرورت تحقيق
در آييننامههاي كنوني كه بر مبناي تحليل خطي استوارند(مانند استاندارد 2800 ايران) ضريب رفتار براي انواع ساختمانهاي متعارف ارائه شده است اما به ضريب رفتار ساير سيستمهاي سازهاي بالاخص سازههاي موضوع اين تحقيق (سازههاي مجهز به ميراگرهاي اصطكاكي دوراني) اشارهاي نشده است. شايد دليل اين امر اين است كه اصول طراحي چنين سازههايي باتوجهبه كاربردشان متفاوت ميباشد. مثلاً ميراگرهاي اصطكاكي، با افزايش ميرايي و اتلاف انرژي ورودي به سازه، منجر به كاهش نياز سازه ميشوند. همچنين با افزايش سختي جانبي آن موجب افزايش ظرفيت سازه ميگردند. به همين دليل روش طراحيسازههاي مجهز به اين ميراگرها معمولا به روش طيف ظرفيت و روشهاي غيرخطي انجام ميشود. البته به كمك طراحي الاستيك، با تعيين سختي موثر ميراگر با يك آزمون سعي و خطا نيز ميتوان اين چنين سازههايي را طراحي نمود.بنابراين به نظر مي رسد با داشتن معيار اوليهاي همچون ضريب رفتار، به طراح اين امكان را فراهم ميكند تا بتواند ارزيابي سريع و اوليهاي از سازههاي جديدالاحداث مجهز به ميراگر، براي تعيين مقاطع اوليه آن داشته باشد. همچنين در بحث مقاومسازي ساختمانهاي موجود نيز به منظور كنترل تاثير ميراگر بر ظرفيت مقاطع داشتن چنين معياري كاربردي به نظر مي رسد.
1-2. اهداف
همانطور كه در بالا اشاره شد، در آييننامهها و تحقيقات كنوني ضريب رفتاري براي سازههاي مورد بحث ارائه نشده است.هرچند كه ضرايب رفتار پيشنهاد شده براي سازههاي متداول نيز از دقت كافي برخوردار نمي باشد. مسئله مهم در اين بحث پس از محاسبه و تخمين مقادير شكلپذيري و مقاومتافزون (بهعنوان پارامترهاي مهم ضريب رفتار) و همچنين ضريب رفتار سازههاي مجهز به ميراگر اصطكاكي دوراني، مقايسه آن با مقادير ضرايب بدست آمده براي قابهاي اوليه ميباشد. بهطور كلي نميتوان براي يك نوع سازه و براي تمام محدودههاي پريودي آن يك ضريب مقاومتافزون و شكلپذيري يكسان درنظر گرفت. اين مقادير به نوع سازه و خصوصيات قاب آن بستگي دارد.
در سازههاي مجهز به وسايل اتلاف انرژي بهدليل اينكه از ميراگرها با ظرفيتهاي مختلفي باتوجه به نياز آنها در ساختمان استفاده ميگردد، تاثير آنها بر ميرايي و جذب و اتلاف انرژي و رفتار هيسترتيك سازه نيز متغير بوده و در نتيجه مقادير ضرايب شكلپذيري و مقاومتافزون متغيري نيز بدست ميدهند.
در اين تحقيق سعي شده ضريب رفتار قابهاي خمشي فولادي با شكل پذيري متوسط مجهز به اين ميراگرهاي اصطكاكي دوراني با ظرفيت متعارف(توصيه شده آييننامهها) محاسبه شده و با ضريب رفتار سازههاي اوليه مقايسه و تاثير اين ميراگرها بر پارامترهاي حاكم بر ضريب رفتار سنجيده شود.