رفتار و عملكرد لرزه‌اي ميراگر جاري شونده خمش خالص تحت بارگذاري توام درون صفحه و برون صفحه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

به طور كلي اعضاي سازه‌ها در مواجهه با پديده زلزله جابه‌جايي‌ و نيروهايي با شدت و راستاهاي متفاوت را متحمل مي‌شوند؛ به صورتي كه در يك عضو همواره احتمال ايجاد نيروهاي انتقالي محوري و برشي و ممان‌هاي خمشي و پيچشي تحت ارتعاشات لرزه‌اي وجود دارد. امروزه از روش طراحي بر اساس عملكرد به منظور درنظرگيري تاثيرات زلزله با هدف افزايش ايمني جاني، كاهش خسارات وارده بر سازه‌ها، كاهش هزينه‌هاي زماني و مالي تعمير پس از خرابي، و همچنين حفظ قابليت بهره‌برداري پيوسته براي سازه‌ها استفاده مي‌شود. در اين روش طراحي مهندسان قادر به پيش‌بيني عملكرد سازه تحت نيروي زلزله بوده و بر همين اساس امكان انتخاب سطح آسيب پذيري مورد نظر را دارا مي‌باشند. در دهه‌هاي گذشته به منظور كنترل سطح آسيب وارده بر سازه‌ها استفاده از سيستم‌هاي كنترل ارتعاشات به خصوص سيستم كنترل غيرفعال رواج پيدا كرده است. در اين بين ميراگرهاي جاري شونده فلزي با توجه به مزايايي چون پايداري رفتار چرخه‌اي، ظرفيت بالاي استهلاك انرژي و هزينه‌هاي ساخت و تعمير و نگهداري اندك مورد توجه بيشتري قرار گرفته است. به اينكه اعضاي سازه‌ها تحت ارتعاشات زمين‌لرزه نيروهايي با راستاهاي متفاوت را تجربه مي‌كنند؛ بررسي پايداري و كفايت اين‌گونه وسايل در استهلاك انرژي وارده بر سازه به عنوان اجزاي مقاوم لرزه‌اي حائز اهميت ويژه‌اي مي‌باشد. به دليل وجود تحقيقات اندك در زمينه بررسي تاثير ارتعاشات همه جانبه ايجاد شده توسط زلزله بر رفتار و عملكرد ميراگرها از جمله ميراگرهاي جاري شونده، در اين پايان‌نامه به بررسي رفتار و عملكرد يك نوع ميراگر جاري شونده فلزي با نام ميراگر جاري شونده خمش خالص تحت تركيب جابه‌جايي‌هاي محتمل به وجود آمده در اين ميراگر (جابه‌جايي‌هاي درون صفحه و عمود بر صفحه قاب مهاربندي شده داراي ميراگر) تحت زمين‌لرزه پرداخته مي‌شود. اين ميراگر به دليل هندسه خاص استفاده شده در آن داراي مكانيزم ايجاد لنگر خمشي خالص در ورق‌هاي ميراگر بوده و از مزاياي آن مي‌توان به شكل‌پذيري مناسب، ظرفيت بالاي جذب انرژي و رفتار چرخه‌اي پايدار اشاره نمود. به منظور مطالعه رفتار اين نوع ميراگر تحت جابه‌جايي‌هاي توام درون صفحه و برون صفحه، 6 نمونه ميراگر با مشخصات هندسي و طراحي متفاوت از نظر ضخامت ورق‌هاي ميراگر، طول و عرض ورق‌هاي ميراگر‌، تعداد ورق‌هاي ميراگر و مقاومت محوري كل ميراگر در نظر گرفته شده است. به دليل هزينه‌هاي گزاف ساخت نمونه در آزمايشگاه‌ها و همچنين وجود محدوديت در دستگاه‌هاي بارگذاري از نقطه نظر ايجاد شرايط بارگذاري در راستاهاي متفاوت، از روش عددي به صورت جايگزيني براي روش آزمايشگاهي در اين تحقيق استفاده شده است. نرم‌افزار اجزا محدود ABAQUS به عنوان ابزاري قدرتمند در شبيه‌سازي رفتار مواد به خصوص فلزات بدين جهت انتخاب شده است. در بررسي اوليه نمونه‌هاي ميراگر مشخصات رفتاري حاصل از نتايج آناليز عددي شامل ظرفيت نهايي و ظرفيت جذب انرژي با نتايج آزمايشگاهي موجود مقايسه شد. نتايج نشان داد كه ظرفيت نهايي نمونه‌هاي عددي بين 0 تا 20 درصد و ظرفيت جذب انرژي در حلقه آخر اعمال جابه‌جايي بين 0 تا 15 درصد با داده‌هاي آزمايشگاهي موجود اختلاف داشته و مواردي چون ايجاد تنش لهيدگي در محل پيچ‌ها و همچنين لغزش ورق‌ها ناشي از محكم نكردن اتصالات پيچي در نمونه‌هاي آزمايشگاهي، از دلايل اين اختلاف مي‌باشند كه در نرم‌افزار عددي در نظر گرفته نشده‌اند. بنابراين كارايي نرم‌افزار اجزا محدود ABAQUS در شبيه‌سازي رفتار اين نوع ميراگر به اثبات رسيد. در ادامه مدل عددي براي شرايط بارگذاري چندجهته اصلاح شده و امكان اعمال جابه‌جايي در جهات مختلف بر اين ميراگر در نرم‌افزار بررسي شد. مشاهده توزيع تنش و كرنش در اجزاي مختلف اين ميراگر نشان دهنده توانمندي نرم‌افزار ABAQUS در شبيه‌سازي رفتار اين ميراگر تحت جابه‌جايي‌هاي چند جهته است. مقايسه نمودار بار-تغييرمكان اين مدل‌ها نشان مي‌دهد كه رفتار چرخه‌اي اين ميراگر تحت بارگذاري دوجهته و سه جهته متاثر از فاصله آزاد بين قسمت مياني و كناري آن مي‌باشد. همچنين مقايسه ميزان انرژي مستهلك شده توسط اجزاي مختلف اين ميراگرها تحت بارگذاري دوجهته و سه جهته نيز نشان مي‌دهد كه در صورت وقوع برخورد بين اجزاي مختلف ميراگر علاوه بر ورق‌هاي ميراگر ساير ورق‌ها نيز در جذب انرژي زلزله مشاركت كرده و اين امر سبب افزايش ظرفيت شكل‌پذيري كل ميراگر مي‌گردد. نتايج حاكي از آن است كه ظرفيت شكل‌پذيري و استهلاك انرژي ميراگر خمش خالص حتي با وجود شرايط بارگذاري چندجهته ناشي از زلزله تا حد زيادي به اجزاء شكل‌پذير يعني ورق‌هاي ميراگر وابسته است.

224297

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان