بررسي آزمايشگاهي و تحليلي ميراگر صفحه¬ي اتصال شياردار براي استفاده در قاب¬هاي مهاربندي شده¬ي ضربدري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

دكتري

طراحي و اجراي سازه¬هاي مقاوم در برابر زلزله مهم¬ترين عامل در جلوگيري از خسارت جاني و مالي ناشي از انرژي زياد اين بلاي طبيعي است. مهاربندهاي همگرا از جمله عناصر متداول در تأمين سختي و مقاومت جانبي سازه¬ها هستند كه در مقايسه با ساير عناصر باربر جانبي از استهلاك انرژي و شكل¬پذيري كمتري برخوردارند. يك نقص اصلي در عملكرد بادبندهاي هم¬مركز، كمانش بادبند فشاري قبل از تسليم و جذب انرژي ناكافي است. ايده استفاده از قطعات اتلاف انرژي از جمله مواردي بوده كه به طور گسترده براي اصلاح رفتار لرزه¬اي اين گونه مهاربندها مورد توجه قرار گرفته است. ميراگرهاي جاري¬شونده فولادي يكي از انواع سيستم¬هاي غيرفعال اتلاف-كننده¬ي انرژي هستند كه به¬كمك مواد تشكيل¬دهنده¬ي خود انرژي اجزاي سازه را مستهلك مي¬كنند و باعث بهبود عملكرد سازه مي-شوند. در اين رساله نوع جديدي از سيستم مهاربند همگرا پيشنهاد شده است كه در اصطلاح به آن ميراگر صفحه¬ي اتصال شياردار (GGPD) گفته مي¬شود. سيستم پيشنهادي با ايجاد يك فيوز جديد از طريق ايجاد شيارها در گاست پليت مركزي در قاب مهاربندي شده¬ي ضربدري عمل مي¬كند. در سيستم پيشنهادي، به عنوان يك سيستم داراي آسيب¬پذيري كم¬تر يا قابل ترميم، گاست پليت به عنوان يك اتصال مركزي قابل تعويض است كه چهار مهاربند همگرا را به گاست پليت متصل مي¬كنند. در اين تحقيق پس از معرفي جزييات ميراگر پيشنهادي مورد نظر، خصوصيات اصلي سيستم پيشنهادي با استفاده از روش تحليلي مشخص گرديده‌اند. اين روش با بهره‌گيري از روابط پايه‌اي مقاومت مصالح، ويژگي‌هاي رفتاري ميراگر جديد از جمله سختي الاستيك، مقاومت تسليم، ظرفيت نهايي، و ظرفيت اتلاف انرژي را تعيين نموده است. براي بررسي خصوصيات رفتاري قاب ضربدري مجهز به ميراگر پيشنهادي، چهار نمونه¬ي آزمايشگاهي طراحي و ساخته شده¬اند. در اين راستا، يك قاب ضربدري مهاربندي شده مجهز به يكي از چهار نمونه ميراگر پيشنهادي در مقياس دو سوم ساخته و به صورت دوره¬‌اي آزمايش شد. ارزيابي و مطالعات انجام شده نشان داد كه ايده¬ي استفاده از ميراگر پيشنهادي به منظور افزايش شكل¬پذيري و بهبود عملكرد قاب ضربدري ارزشمندي است. ارزش اين ايده از آن جهت است كه با افزايش شكل¬پذيري و بهبود عملكرد اين نوع سازه¬ها، محدوديت كاربردي آن¬ها مرتفع مي¬شود و استفاده از ديگر ويژگي¬هاي مثبت و قابل توجه آن¬ها فراهم مي¬شود. نتايج نشان داد كه سيستم مورد نظر به عنوان يك عضو شكل¬پذير گزينه مناسبي براي اين منظور است، زيرا ضمن قابليت جذب انرژي، مقاومت قابل توجهي و رفتار كششي و فشاري يكسان است. به نظر مي¬رسد با توجه به مصالح موجود در بازار، امكان تهيه و نصب آن در قاب ضربدري نيز وجود دارد. هم¬چنين به نظر مي¬رسد امكان تعويض ميراگر پس از خرابي نيز به راحتي امكان¬پذير بوده و از هزينه كم و سرعت بالايي برخوردار باشد. ميراگر پيشنهادي توانست سطح بسيار خوبي از اتلاف انرژي را فراهم¬كند كه ضريب شكل¬پذيري آن به 4/5 مي¬رسد. براي ارزيابي عددي رفتار ميراگر شياردار، از نرم‌افزار المان محدود ABAQUS بهره گرفته شد. يك مدل اجزاي محدود غيرخطي بر مبناي سيستم مطالعاتي، كه حاوي شكست و خستگي كم¬چرخه‌اي توسعه يافت و با استفاده از نتايج آزمايش‌ها كاليبره شد. نتايج نشان داد كه مدل اجزاي محدود غيرخطي موفقيت‌آميز در شبيه سازي رفتار ميراگر بوده و با رفتار واقعي در طول آزمايش‌ها تطابق دارد. به منظور رفع مشكل مود شكست ميراگر پيشنهادي، يك شكل هندسي جديد براي ميراگرهاي شياردار فولادي پيشنهاد شده است. بر اساس نتايج هر دو روش تحليلي و عددي، مي‌توان نتيجه گرفت كه افزايش ضخامت صفحه¬ي مياني ميراگر به 1/5 برابر ضخامت بخش¬هاي بالايي و پاييني، مطلوب‌ترين نتايج را به همراه داشت. لازم به ذكر است كه اين اصلاح با افزايش متوسط 30% و 50% منجر به بهبود قابل توجهي در مقاومت و شكل‌پذيري شد. هم¬چنين ميراگر را مي¬توان بر اساس كاهش طول نوارهاي فولادي صفحه¬ي مياني اصلاح كرد. نتايج نشان داد كه نسبت طول نوارهاي بخش‌هاي بالا و پاييني به نوارهاي صفحه‌ي مياني 1/4، بهترين نتايج را ارائه مي‌دهد. بنابراين مي¬توان نتيجه گرفت كه با انجام اصلاح مي¬توان حالت شكستگي را به تأخير انداخت و يا حتي حذف كرد.

227412

سازه و زلزله

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان