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.
1-3. فرضيات
بررسي ضرايب شكلپذيري، مقاومتافزون و بهطوركل ضريب رفتار سازه در اين تحقيق بر روي قابهاي خمشي فولادي با شكل پذيري متوسط با و بدون ميراگرهاي اصطكاكي دوراني و در فضاي دوبعدي بدون اثر پيچش، صورتگرفته است. محل احداث ساختمان در منطقه با سطح خطر لرزهاي بالا و بر روي خاك نوع 4 در نظر گرفته شد. براي اعضاي سازه از مقاطع استاندار BOX (براي ستون ها) و IPE (براي تيرها) استفاده گرديد. براي مهاربندها از مقاطع توپر دايرهاي استفاده شده است.
مدلسازي در نرمافزار Sap2000(V-15) به صورت ماكرو ميباشد. به اين صورت كه تيرها و ستونها و پليتهاي ميراگر به كمك المانهاي خطي مدلسازي شدند. براي مدلسازي سختي پيچشي ميراگر از لينك غيرخطي موجود در اين نرمافزار استفاده شد. در نهايت جهت تحليل استاتيكي و ديناميكي غيرخطي، جهت معرفي مفاصل پلاستيك اعضا از مفاصل پلاستيك خودكار نرمافزار Sap2000 استفاده شده است.
1-4. روش تحقيق
درخصوص تاريخچه ميراگرهاي اصطكاكي و نحوه عملكرد آنها در فصل دوم بحث شده است. سپس به معرفي ميراگرهاي اصطكاكي دوراني از جمله متعلقات و مكانيسم رفتاري آنها پرداخته شده و در نهايت به تحقيقات مهمي كه در اين زمينه صورت گرفته، اشاره شده است.
در فصل سوم مباني تعيين ضريب رفتار و اهميت استفاده از آن در سازه مورد بررسي قرار گرفته است. پارامترهاي موثر بر اين ضريب همچون ضرايب كاهش نيرو براثر شكلپذيري و مقاومتافزون معرفي شده و در پايان فصل به تحقيقات مشابهاي كه درخصوص تعيين ضريب رفتار قابهاي مجهز به ميراگرهاي الحاقي صورتگرفته، اشاره شده است.
فصل چهارم به معرفي قابهاي مورد مطالعه و فرضيات طراحي سازهها در اين تحقيق ميپردازد. همچنين چگونگي مدلسازي ميراگرهاي اصطكاكي دوراني از جمله تعيين ظرفيت و رفتار ممان-زاويه آنها به تفضيل بيان شده است. مباني تحليلهاي استاتيكي و ديناميكي غيرخطي و وضعيت نهايي عملكرد سازهها از ديگر موارد مورد بحث است.
فصل پنجم شامل چگونگي محاسبه ضريب رفتار و پارامترهاي آن(ضريب كاهش نيرو براثر شكلپذيري و ضريب مقاومتافزون) به روشهاي استاتيكي و ديناميكي غيرخطي در اين تحقيق ميباشد.
در فصل ششم ضرايب رفتار محاسبه شده براي قابهاي مورد نظر(قابهاي اوليه و مجهز به ميراگر) و مقادير ضرايب كاهش نيرو براثر شكلپذيري و مقاومتافزون هر يك از آنها ارائه و با يكديگر مقايسه شدهاند. پس از بررسي نتايج، جهت مقايسه ضرايب رفتار قابهاي اوليه محاسبه شده در اين تحقيق و مقدار عنوان شده آن در آييننامه، ضريب اصلاح مدل عددي معرفي گرديد. به كمك اين پارامتر، ضرايب رفتار بدست آمده براي قابهاي اوليه اصلاح و با مقدار متناظر آيين نامهاي آن مقايسه شدند.