پایان نامه توزیع خسارت لرزه ای در اجزاء ساختمان­ های فولادی با میراگر ویسکوالاستیک

پایان‌نامه کارشناسی ارشد

در رشته­ی مهندسی عمران گرایش زلزله

عنوان :
توزیع خسارت لرزه ای در اجزاء ساختمان­ های فولادی با میراگر ویسکوالاستیک

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: 135  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

چکیده

وارد آمدن خسارت سازه­ای با مفهوم رفتار غیر ارتجاعی و درنتیجه انرژی هیسترزیس نزدیکی بسیاری دارند. لذا می­توان گفت که انرژی هیسترزیس در این سطوح، معیاری قابل‌توجه جهت طراحی و یا کنترل سازه می­تواند باشد. بستگی زیاد انرژی هیسترزیس به خسارت سازه­ای موجب شده تا این مفهوم و روش­های نوین طراحی سازه­ای موردتوجه محققان و مهندسان قرار گیرد.

در این پژوهش، ابتدا سه قاب 4، 8 و 12 طبقه فولادی با سیستم قاب خمشی متوسط به روش استاتیکی معادل بر اساس ویرایش اول استاندارد2800 و به‌وسیله نرم­افزار ETABS(Ver. 9.5.0) طراحی‌شده‌اند، سپس تمام قاب­ها تحت اثر هفت شتاب‌نگاشت حوزه نزدیک و هفت شتاب‌نگاشت حوزه دور به‌وسیله نرم­افزار PERFORM3D(Ver.5) مورد آنالیز دینامیکی غیرخطی قرارگرفته‌اند. هدف از این مطالعه بررسی نحوه توزیع خسارت، انرژی، جابجایی نسبی، جابجایی بام و برش پایه در قاب­های موردبررسی است. در ادامه لزوم به‌کارگیری روش مقاوم­سازی جهت کاهش جابجایی نسبی، بر مبنای آیین‌نامه شرح داده‌شده است، سپس از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم­سازی و کاهش خسارت در قاب­های موردبررسی، استفاده‌شده است.

نتایج به‌دست‌آمده حاکی از آن است که علی­رغم توزیع یکنواخت مقاومت در ارتفاع طبقات، نمودارهای توزیع انرژی هیسترزیس و خسارت از این توزیع پیروی نمی­کنند و تمرکز انرژی و خسارت در یک یا چندطبقه مشاهده می­شود. لذا برای استفاده بهینه از حداکثر ظرفیت سیستم، طراحی سازه­ها صرفاً بر اساس مقاومت، منطقی به نظر نمی­رسد و باید پارامترهای دیگری مانند انرژی هیسترزیس که نقش عمده­ای در خسارت اعضای سازه دارند، درروند طراحی لحاظ شود که در این تحقیق از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت مقاوم­سازی استفاده‌شده است، نتایج نشان می­دهد که این نوع از میراگر نقش زیادی در جذب انرژی و کاهش خسارت در ساختمان­ها دارد. همچنین تأثیر استفاده از میراگرهای ویسکوالاستیک بر کاهش خسارت قاب­های با ارتفاع زیاد، بیشتر بوده است و تحت زلزله­های حوزه نزدیک عملکرد خوبی در کاهش خسارت نشان می­دهد.

واژه‌های کلیدی: انرژی هیسترزیس، خسارت، تحلیل دینامیکی، مقاوم­سازی، میراگر ویسکوالاستیک

فهرست مطالب

فصل 1 مقدمه 1

1-1 مقدمه 2

1-2 ضرورت و اهداف تحقیق 3

1-3 ساختار پایان­نامه 4

فصل 2 مروری بر منابع 5

2-1 مقدمه 6

2-2 مفاهیم اولیه انرژی 6

2-2-1 معادلات انرژی در سیستم یک درجه آزادی 7

2-2-2 معادله انرژی مطلق 8

2-2-3 معادله انرژی نسبی 9

2-2-4معادلات انرژی در سیستم چند درجه آزادی با رفتار غیرخطی……………………………..9

2-2-5 تجزیه انرژی ورودی به عبارت­های مختلف انرژی 10

2-2-5-1 انرژی ورودی ) 11

2-2-5-2 انرژی هیسترتیک( ) 11

2-2-5-3 انرژی میرایی لزج یا ویسکوز( ) 12

2-2-5-4 انرژی جنبشی ( ) 12

2-2-5-5انرژی الاستیک( ) 13

2-2-6 تأثیر پارامترهای سازه­ای بر انرژی ورودی 13

2-2-6-1 تأثیر دوره تناوب سازه 13

2-2-6-2 تأثیر نسبت شکل‌پذیری و مدل هیسترتیک در انرژی ورودی 14

2-2-6-3 تأثیر نسبت میرایی در انرژی ورودی 14

2-3 شاخص‌های خسارت 14

2-3-1 شاخص­های خسارتی بیشینه تغییرشکل 15

2-3-1-1 نسبت شکل‌پذیری 15

2-3-1-2 تغییر مکان نسبی بین طبقه‌ای 16

2-3-1-3 نسبت خسارت خمشی 16

2-3-2 شاخص­های خسارتی تجمعی 16

2-3-2-1 تغییر شکل‌های تجمعی نرمال شده 17

2-3-2-2 انرژی تلف‌شده تجمعی نرمال شده 17

2-3-2-3 خستگی سیکل کوتاه 17

2-3-3 شاخص­های ترکیبی 18

2-3-3-1 تغییر مکان حداکثر و اتلاف انرژی 18

2-3-3-2 منحنی لنگر – انحنا 19

2-3-4 شاخص­های خسارت بیشینه شکل­پذیری 19

2-3-5 میانگین وزنی شاخص­های خسارت 20

2-3-6 تاریخچه شاخص خسارت 20

2-4 کنترل‌های لرزه­ای 24

2-4-1 انواع سیستم های کنترل‌کننده لرزه­ای 24

2-4-1-1 سیستم کنترل‌کننده غیرفعال 25

2-4-1-2 سیستم کنترل‌کننده فعال 26

2-4-1-3 سیستم کنترل‌کننده پیوندی 27

2-4-1-4 سیستم کنترل‌کننده نیمه فعال 28

2-5 میراگرها 28

2-5-1 میراگرهای جرمی تنظیم شده 29

2-5-2 میراگر مایع تنظیم شده 31

2-5-3 میراگر ویسکوز 42

2-5-4 میراگرهای تسلیمی (فلزی) 35

2-5-5 میراگرهای آلیاژ فلزی با تغییرشکل حافظه ای 38

2-5-6 میراگرهای اصطکاکی 40

2-5-7 میراگرهای ویسکوالاستیک 42

2-5-7-1 ساختار مواد ویسکوالاستیک 42

2-5-7-2 مشخصات دینامیکی میراگرهای ویسکوالاستیک 43

2-5-7-3 مدل‌سازی سازه‌های دارای میراگر ویسکوالاستیک 46

2-5-7-4 روش انرژی کرنشی مودال 48

2-5-7-5 روش طراحی 49

2-5-7-6 پیشینه کاربردی میراگرهای ویسکوالاستیک 51

فصل 3 معرفی و مدلسازی سازه­های موردمطالعه 54

3-1 مقدمه 55

3-2 قاب­های موردبررسی در این مطالعه 55

3-3 بارگذاری و طراحی قاب­ها در نرم­افزار ETABS ver9.5.0 56

3-4 چگونگی انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی 59

3-5 انتخاب شتاب‌نگاشت‌ها 60

3-6 هم‌پایه کردن شتاب‌نگاشت‌های انتخابی 61

3-7 خصوصیات نرم­افزار Perform 3D 61

3-7-1 المان­های مورداستفاده در نرم­افزار Perform 3D 61

3-7-2 گام زمانی در آنالیز غیرخطی نرم­افزار Perform 3D 62

3-7-3 تکنیک حل نرم­افزار Perform 3D 62

3-7-4 انرژی در نرم­افزار Perform 3D 62

3-7-4-1 محاسبه انرژیهای غیر الاستیک و کرنشی 63

3-7-4-2 خطای انرژی 65

3-7-5 فرضیات تحلیل دینامیکی و مدلسازی در نرم­ا­فزار Perform3D 65

3-7-6 مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم­افزار Perform 3D 65

3-7-7 کنترل صحت مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم افزارPerform 3D 68

فصل 4 نتایج و تفسیر آنها 71

4-1 مقدمه 72

4-2 بررسی نتایج تغییر مکان نسبی طبقات 73

4-2-1 قاب 4 طبقه 73

4-2-2 قاب 8 طبقه 75

4-2-3 قاب 12 طبقه 77

4-2-4 نتایج میانگین تغییر مکان نسبی طبقات در قاب­ها 79

4-3 بررسی نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زمین­لرزه 81

4-3-1 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله لندرز 81

4-3-1-1 قاب 4 طبقه 81

4-3-1-2 قاب 8 طبقه 83

4-3-1-3 قاب 12 طبقه 83

4-3-2 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله طبس 84

4-3-2-1 قاب 4 طبقه 84

4-3-2-2 قاب 8 طبقه 85

4-3-2-3 قاب 12 طبقه 86

4-4 بررسی انرژی هیسترزیس در سازه 87

4-4-1 قاب 4 طبقه 88

4-4-2 قاب 8 طبقه 89

4-4-3 قاب 12 طبقه 90

4-4-4بررسی میانگین انرژی هیسترزیس وارد بر قاب­ها 91

4-5 بررسی انرژی باقی‌مانده در سازه 91

4-5-1قاب 4 طبقه 92

4-5-2 قاب­ 8 طبقه 93

4-5-3 قاب­ 12 طبقه 94

4-5-4بررسی میانگین انرژی باقی­مانده در قاب­ها 95

4-6 بررسی نسبت انرژی هیسترزیس به انرژی ورودی در قاب­ها 95

4-7 بررسی توزیع خسارت در ارتفاع قاب­های موردبررسی 96

4-7- قاب­ 4 طبقه 96

4-7-2 قاب­ 8 طبقه 98

4-7-3 قاب­ 12طبقه 100

4-7-4 نتایج میانگین شاخص خسارت طبقات در قاب­ها 102

4-8 بررسی شاخص خسارت کل سازه در قاب­های موردبررسی 104

4-9 بررسی برش پایه در سازه 105

4-9-1 قاب­ 4 طبقه 106

4-9-2 قاب­ 8 طبقه 107

4-9-3 قاب 12طبقه 108

4-9-4 نتایج میانگین برش پایه قاب­های موردبررسی 109

4-10 بررسی جابجایی بام در سازه 110

فصل 5 جمع‌بندی و پیشنهادها 111

5-1 مقدمه 112

5-2 نتیجه‌گیری 112

5-3 پیشنهادات 113

مراجع 115

فهرست شکل‌ها

شکل (1-1) خسارت جانی ناشی از زمین­لرزه­های مهم 3

شکل (2-1) مدل ریاضی حرکت یک سیستم یک درجه آزادی 8

شکل (2-2) تاریخچه زمانی انرژِی یک قاب خمشی فولادی 5 طبقه با میرایی 5 درصد 11

شکل (2-3) نحوه عملکرد میراگر جرمی، راست – چگونگی وارد شدن نیروی اینرسی میراگر، وسط – حرکت ساختمان به سمت راست، ثابت ماندن جرم و جمع وکشیده شدن فنرها، چپ – حرکت ساختمان به سمت چپ، ثابت ماندن جرم و جمع وکشیده شدن فنرها 30

شکل (2-4) میراگر مایع تنظیم‌ شده ستونی در برج ملینیوم 31

شکل (2-5) میراگر مایع تلاطمی 32

شکل (2-6) میراگر ویسکوز به همراه جزئیات آن 33

شکل (2-7) حلقه کامل انرژی تلف‌شده برای میرایی ویسکوز 35

شکل (2-8) میراگر تسلیمی مثلثی شکل (TADAS) و منحنی پسماند آن 36

شکل (2-9) میراگر تسلیمی X-شکل(ADAS) 36

شکل (2-10) سیستم بادبند شکل‌پذیر 37

شکل (2-11) میراگرهای تسلیمی در بادبندهای هم‌محور 37

شکل (2-12) منحنی‌های تنش و کرنش و جزییات انتقال حرارت برای اصطلاحاً رفتار فوق الاستیک 39

شکل (2-13) منحنی‌های تنش و کرنش و جزییات انتقال انرژی برای حالت میرایی هیسترزیس فلز ترد 39

شکل (2-14) حلقه‌های هیسترزیس برای میراگرهای آلیاژی با تغییر شکل حافظه‌ای a) رفتار فوق الاستیک SMA و b) میرایی هیسترزیس فلز ترد 40

شکل (2-15) حلقه‌های پسماند انواع میرایی‌ها 41

شکل (2-16) میراگر ویسکوالاستیک 42

شکل (2-17) منحنی پسماند میراگر ویسکوالاستیک 44

شکل (2-18) ضریب افزایش دینامیکی برحسب فرکانس بار وارده به فرکانس طبیعی سیستم مدل‌سازی 46

شکل (2-19) مدل تحلیلی ماکسول برای مواد ویسکوالاستیک 47

شکل (2-20) مدل تحلیلی کلوین برای مواد ویسکوالاستیک 47

شکل (3-1) مشخصات مقاطع قاب 4 طبقه 57

شکل (3-2) مشخصات مقاطع قاب 8 طبقه 57

شکل (3-3) مشخصات قاب 12 طبقه 58

شکل (3-4) جانمایی میراگر در قاب 8 طبقه 59

شکل (3-5) بارگذاری و باربرداری یک المان غیرخطی 63

شکل (3-6) تغییرات انرژی برای مسیرهای شکل (3-5) 64

شکل (3-7) نمودار مدول ذخیره برشی برحسب فرکانس. 66

شکل (3-8) نمودار مدول اتلاف برشی برحسب فرکانس. 66

شکل (3-9) ابعاد و اندازه ساختمان مورد آزمایش 68

شکل (3-10) منحنی هیسترزیس میراگر ویسکوالاستیک تحت زلزله السنترو 69

شکل (3-11) منحنی هیسترزیس حاصل از مدل‌سازی در    Perform3D 70

شکل (4-1) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور بدون میراگر 74

شکل (4-2) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور با میراگر 74

شکل (4-3) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک بدون میراگر 75

شکل (4-4) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک با میراگر 75

شکل (4-5) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور بدون میراگر 76

شکل (4-6) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور با میراگر 76

شکل (4-7) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک بدون میراگر 77

شکل (4-8) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک با میراگر 77

شکل (4-9) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور بدون میراگر 78

شکل (4-10) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور با میراگر 78

شکل (4-11) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک بدون میراگر 79

شکل (4-12) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک با میراگر 79

شکل (4-13) نتایج میانگین تغییرمکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 80

شکل (4-14) نتایج میانگین تغییرمکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 80

شکل (4-15) نتایج میانگین تغییرمکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 81

شکل (4-16) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور لندرز بدون میراگر 82

شکل (4-17) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور لندرز با میراگر 82

شکل (4-18) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز بدون میراگر 82

شکل (4-19) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز با میراگر 82

شکل (4-20) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور لندرز بدون میراگر 83

شکل (4-21) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور لندرز با میراگر 83

شکل (4-22) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز بدون میراگر 83

شکل (4-23) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز با میراگر 83

شکل (4-24) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور لندرز بدون میراگر 84

شکل (4-25) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور لندرز با میراگر 84

شکل (4-26) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز بدون میراگر 84

شکل (4-27) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز با میراگر 84

شکل (4-28) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور طبس بدون میراگر 85

شکل (4-29) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور طبس با میراگر 85

شکل (4-30) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس بدون میراگر 85

شکل (4-31) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس با میراگر 85

شکل (4-32) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور طبس بدون میراگر 86

شکل (4-33) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور طبس با میراگر 86

شکل (4-34) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس بدون میراگر 86

شکل (4-3) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس با میراگر 86

شکل (4-36) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور طبس بدون میراگر 87

شکل (4-37) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور طبس با میراگر 87

شکل (4-38) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس بدون میراگر 87

شکل (4-39) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس با میراگر 87

شکل (4-40) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، دردوحالت با و بدون میراگر 88

شکل (4-41) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 88

شکل (4-42) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 89

شکل (4-43) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 89

شکل (4-44) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 90

شکل (4-45) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 90

شکل (4-46) میانگین انرژی هیسترزیس وارد بر قاب­ها تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 91

شکل (4-47) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، دردوحالت با و بدون میراگر 92

شکل (4-48) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 92

شکل (4-49) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 93

شکل (4-50) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 93

شکل (4-51) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 94

شکل (4-52) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 94

شکل (4-53) میانگین انرژی باقیمانده در قاب­ها تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 95

شکل (4-54) نسبت میانگین انرژی هیسترزیس به انرژی ورودی در قابها تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 96

شکل (4-55) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت بدون میراگر 97

شکل (4-56) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت با میراگر 97

شکل (4-57) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت بدون میراگر 98

شکل (4-58) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت با میراگر 98

شکل (4-59) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت بدون میراگر 99

شکل (4-60) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت با میراگر 99

شکل (4-61) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت بدون میراگر 100

شکل (4-62) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت با میراگر 100

شکل (4-63) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت بدون میراگر 101

شکل (4-64) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت با میراگر 101

شکل (4-65) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت بدون میراگر 102

شکل (4-66) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت با میراگر 102

شکل (4-67) نتایج میانگین توزیع خسارت در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 103

شکل (4-68) نتایج میانگین توزیع خسارت در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 103

شکل (4-69) نتایج میانگین توزیع خسارت در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 104

شکل (4-70) نتایج میانگین خسارت کلی در قابهای موردبررسی تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 105

شکل (4-71) برش پایه قاب 4طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 106

شکل (4-72) برش پایه قاب 4طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 106

شکل (4-73) برش پایه قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 107

شکل (4-74) برش پایه قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 107

شکل (4-75) برش پایه قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 108

شکل (4-76) برش پایه قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 108

شکل (4-77) میانگین برش پایه قاب­های موردبررسی، تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 109

فهرست جدول‌ها

جدول (2-1) خواص یک میراگر ویسکوالاستیک نمونه 45

جدول (2-2) مقادیر نسبت میرایی و تغییرات فرکانس منطبق با آن برای یک میراگر ویسکوالاستیک خاص با فرض میرایی متناسب 48

جدول (3-1) مشخصات رکورد زلزله­های حوزه نزدیک مورد استفاده در این تحقیق 60

جدول (3-2) مشخصات رکورد زلزله­های حوزه دور مورد استفاده در این تحقیق 60

جدول (3-3) اطلاعات سختی و میرایی میراگر ویسکوالاستیک در قاب 4 طبقه 67

جدول (3-4) اطلاعات سختی و میرایی میراگر ویسکوالاستیک در قاب 8 طبقه 67

جدول (3-5) اطلاعات سختی و میرایی میراگر ویسکوالاستیک در قاب 12 طبقه 67

جدول (3-6) مشخصات مقاطع المان­های مورداستفاده 68

جدول (3-7) ابعاد و اندازه میراگر ویسکوالاستیک 69

جدول (4-1) جدول حالات مختلف بررسی قاب­ها در این پژوهش 73

جدول (4-2) مقادیر جابجایی بام برحسب سانتی‌متر برای رکوردهای حوزه دور 110

جدول (4-3) مقادیر جابجایی بام برحسب سانتی­متر برای رکوردهای حوزه نزدیک 110

فهرست نمادها

انرژی ورودی……………………………

انرژی جنبشی …………………………..

انرژی میرایی…………………………..

انرژی کرنشی الاستیک……………………..

انرژی هیسترتیک…………………………

شاخص خسارت پارک انگ…………………..

میراگر ویسکوالاستیک…………………… VED

مدول ذخیره برشی ……………………….

مدول اتلاف برشی…………………………

مدول مرکب برشی…………………………

سختی میراگر……………………………

میرایی میراگر………………………….

نسبت میرایی معادل ……………………..

مدول اتلاف………………………………

مقدمه

سالانه در جهان، به‌طور متوسط 10000 نفر در اثر زلزله می­میرند (شکل (1-1)). بررسی­های سازمان یونسکو نشان می­دهد که خسارت مالی ناشی از زلزله از سال 1926 تا 1950 میلادی، چیزی در حدود 10 میلیارد دلار بوده است. در این فاصله زمانی در آسیای میانه دو شهر و 200 روستا تخریب شدند. از آن موقع به بعد نیز چندین شهر ازجمله عشق­آباد (1948)، اقادیر (1960)، اسکو پیه (1963)، ماناگوا (1972)، گمونا و تانگ شان (1976)، مکزیکوسیتی (1985)، اسپیتاکا (1988)، کوبه (1995)، شهرهایی در ترکیه و تایوان (1999) و صدها روستا در اثر زمین­لرزه با خاک یکسان شدند. نوشته­های تاریخی گواه نگرانی دیرینه بشر از خطرات ناشی از زمین­لرزه می­باشند[1]. به همین دلیل است که انسان درصدد مقابله با این پدیده طبیعی می­باشد که در این راه پیشرفت­های چشمگیری نیز کرده است. اما بااین‌وجود به دلیل پیچیدگی بیش‌ازحد این پدیده کماکان نتوانسته چه ازلحاظ جانی و چه ازلحاظ مادی به ایمنی و تضمین کامل برسد.

امروزه به‌خوبی مشخص‌شده است که سازه­های طراحی‌شده بر اساس ضوابط آیین‌نامه‌های موجود، در برابر زلزله­های شدید، متحمل خسارات سنگین خواهند شد. ولی بااین‌وجود هنوز برخی ضوابط طراحی لرزه­ای ( خصوصاً در طراحی اولیه سازه­ها ) بر پایه تحلیل­های ارتجاعی و استفاده از یک نیروی استاتیکی معادل با زلزله بناشده‌اند[2و3].

بارهای لرزه­ای اصولاً ماهیتی قراردادی و اعتباری داشته و نیروهای طراحی لرزه­ای پیشنهادشده توسط آیین‌نامه‌ها عموماً به‌مراتب کوچک‌تر از نیروهایی می­باشند که در هنگام زلزله به سازه وارد می­گردند. نیروهای بکار گرفته‌شده به‌وسیله زلزله به ویژگی­های الاستیک و پلاستیک سازه بستگی دارند.

پژوهش­های مختلف نشان می­دهند که در پاسخ لرزه­ای سازه­ها، پارامترهای دیگری نیز دخیل می­باشند و صرف بحث نیرو – تغییر مکان در ارتجاعی یا حتی الاستوپلاستیک کامل دوخطی نمی­تواند توجیه‌کننده تمامی رفتارهای لرزه­ای سازه باشد. درنتیجه پژوهشگران، به دنبال پیشنهاد روشی نوین در طرح لرزه­ای سازه­ها می­باشند. در همین راستا و طی دو دهه اخیر بحث انرژی بسیار موردتوجه قرارگرفته است. زیرا با پیشرفت­های حاصل‌شده در این روش، بسیاری از پارامترها و رفتارهای مطرح در طرح لرزه­ای سازه­ها قابلیت توجیه و اعمال در فرآیند طراحی را یافته­اند. بااین‌وجود، هنوز هم ناشناخته­ها و کاستی­های فراوانی درروش انرژی وجود دارد که مانع از ارائه آن به‌عنوان یک روش جامع در قالب آیین‌نامه‌ای مطمئن گشته است. با توجه به تحقیقات و پژوهش‌های گسترده‌ای که در حال حاضر روی این موضوع در سطح جهان صورت می­گیرد، آتیه­ای روشن برای آن پیش‌بینی می­گردد و چه‌بسا در آینده­ای نزدیک، اصول و ضوابط موجود فعلی در آیین‌نامه‌ها با اصول و ضوابط روش انرژی جایگزین گردند.

• خسارت جانی ناشی از زمین­لرزه­های مهم[1]

1-2 ضرورت و اهداف تحقیق

بامطالعه رفتار ساختمان­هایی که به روش مقاومتی طراحی‌شده‌اند و تحت آنالیزهای دینامیکی غیرخطی قرارگرفته‌اند می­توان مشاهده کرد که در طراحی بر اساس مقاومت علی­رغم توزیع یکنواخت مقاومت در طبقات، این روش دارای ضعف­هایی است و نمی­تواند روش کاملی برای طراحی ساختمان­ها باشد و همواره یک تمرکز انرژی و خسارت در یک یا دوطبقه مشاهده می­شود. مطالعات نشان می­دهد که بررسی سازه­ها بر اساس مفاهیم انرژی می­تواند رفتار سازه را در هنگام زلزله بهتر نشان دهد، ازاین‌رو در این مطالعه سعی شده که سازه بر اساس مفاهیم انرژی موردبررسی قرار گیرد.

با وقوع زلزله انرژی زیادی به سازه وارد می­شود، سازه باید این انرژی را به‌صورت­های مختلف جذب و یا تلف کند. اعضای سازه در برابر انرژی زلزله که مقدار قابل‌توجهی است، وارد محدوده غیر ارتجاعی می­شوند تا با تغییرشکل­های خود بتوانند این انرژی را جذب کنند. با وارد شدن اعضای سازه­ها به محدوده غیر ارتجاعی، تغییرشکل­های ماندگاری در سازه به وجود می­آید که برای ادامه بهره­برداری از سازه، باید آن اعضایی که بیش‌ازحد تغییر شکل داده­اند یا دیگر قابلیت بهره­برداری را ندارند را با اعضای جدید جایگزین و یا آن‌ها را تقویت نمود که اجرای این کار دشوار و هزینه آن نیز بالا می­باشد. لذا با قرار دادن میراگرها در سازه، این میراگرها با جذب انرژی زلزله از وارد شدن دیگر اجزای سازه به محدوده غیر ارتجاعی جلوگیری به عمل می­آورند و درنتیجه بعد از زلزله اجزای مختلف سازه همچنان قابلیت بهره­برداری خود را حفظ کرده­اند و فقط می­توان با بازدید میراگرها در صورت لزوم آن­ها را تعویض و یا تعمیر نمود.

با توجه به مطالب بیان‌شده، در این پژوهش به بررسی سازه­هایی که میراگر، به‌عنوان یک روش مقاوم­سازی، به آن‌ها اضافه‌شده پرداخته می­شود. بدین منظور با انتخاب تعدادی قاب فولادی با سیستم قاب خمشی متوسط که بر اساس ویرایش اول استاندارد 2800[4] طراحی می­شوند به بررسی آسیب‌پذیری لرزه­ای این قاب­ها، تحت زمین‌لرزه‌های مختلف حوزه دور و نزدیک و بر اساس مفاهیم انرژی پرداخته و پارامترهایی همچون خسارت طبقات و قاب­ها، جابجایی نسبی طبقات، برش پایه و جابجایی بام را موردبررسی قرار می­دهیم سپس با کنترل مقادیر جابجایی نسبی بر اساس آیین‌نامه، لزوم به‌کارگیری روش مقاوم­سازی جهت کاهش این مقادیر شرح داده می شود. بدین منظور از میراگرهای ویسکوالاستیک جهت کاهش جابجایی نسبی و خسارت وارد برسازه استفاده می­شود. یکی از مزایای استفاده از میراگرهای ویسکوالاستیک این است که برای فعال کردن این میراگرها نیاز به تحریک خارجی نیست و برخلاف میراگرهای اصطکاکی که برای کمتر از نیروی لغزش نمی­توانند فعال شوند میراگرهای ویسکوالاستیک در هر زلزله­ای عمل کرده و انرژی تلف می­کنند و بدین ترتیب از خسارت وارد برسازه می­کاهند.

1-3 ساختار پایان­نامه

تحقیق حاضر در پنج فصل به‌صورت زیر تدوین‌شده است:

فصل اول شامل مقدمه، ضرورت و اهداف تحقیق و ساختار پایان­نامه می­باشد.

در فصل دوم، ابتدا به بررسی مفاهیم انرژی پرداخته و در ادامه شاخص­های خسارت معرفی‌شده و با توجه به، به‌کارگیری میراگر به‌منظور مقاوم­سازی قاب­های موردبررسی در این پژوهش، به‌مرور کنترل­های لرزه­ای، بخصوص انواع میراگرهای غیرفعال پرداخته‌شده است. با توجه به استفاده از میراگر ویسکوالاستیک در این پژوهش، مشخصات دینامیکی این نوع میراگر و روش­ طراحی آن به‌طور مفصل بیان می­شود.

فصل سوم به معرفی قاب­های فولادی و همچنین شتاب­نگاشت­های مختلف حوزه دور و نزدیک که به­منظور تحلیل دینامیکی غیرخطی به روش استاندارد 2800 مقیاس شده­اند، می­پردازد. در ادامه نرم­افزار Perform-3D معرفی و در انتهای فصل صحت مدل­سازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم‌افزار فوق موردبررسی قرار می­گیرد.

فصل چهارم با توجه به نتایج به‌دست‌آمده از تحلیل دینامیکی غیرخطی قاب­ها تحت زلزله­های حوزه دور و نزدیک، به بررسی انرژی، خسارت، جابجایی نسبی، برش پایه و جابجایی بام در طبقات و قاب­ها، قبل و بعد از مقاوم­سازی با میراگر ویسکوالاستیک می­پردازد.

فصل پنجم به ارائه خلاصه­ای از نتایج به‌دست‌آمده پرداخته و پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی ارائه می­گردد.....

و.....