مقاوم سازی ساختمانهای فولادی
تحقیق حاضر به بررسی مقاوم سازی ساختمانهای فولادی با استفاده از میراگر اصطکاکی پرداخته است. روشهای زیادی برای کنترل ارتعاشات سازه های بلند مرتبه ای که تحت حرکت لرزه ای زمین و یا اثر تندبادها قرار دارند وجود دارد. از جمله میراثر اصطکاکی بر پایه استهلاک انرژی به وسیله لغزش و بالاتر بردن زمان تناوب ارتعاشی سیستم است.
این میراکرها به علت هزینه پایین و کارایی مناسب در دسته سیستم های کنترلی غیر فعال جایگاه خوبی دارند. در این مطالعه ۴ نمونه قاب فولادی با ورق اتصال قوی ورق اتصال ضعیف ورق اتصال ضعیف تقویت با میراثر اصطکاکی و ورق اتصال ضعیف تقویت با میراگر اصطکاکی در یک سوم دهانه مورد بررسی قرار گرفت با بررسی و مقایسه نمونه های کار شده بیشترین ظرفیت باربری جانبی با مقدار ۱۲۸٫۲۵ کیلو نیوتن بر متر و ۵۲ درصد مربوط به مدل F-EPWP-DL و کمترین ظرفیت باربری جانبی با مقدار ۹۷ کیلو نیوتن بر متر و
۲۲ درصد مربوط به مدل F-EPWP میباشد. بیشترین سختی با ۴۸ درصد نسبت به کل نمونه ها مربوط به مدل F-EPWP DL و کمترین میزان سختی با ۱۵ درصد مربوط به F-EPWP است.
بیشترین جذب انرژی مربوط به مدل F-EPWP-DL که با ورق اتصال ضعیف تقویت با میراگر اصطکاکی به مقدار ۴۳ کیلوژول با ۴۶ درصد جذب انرژی نسبت به سایر نمونه و کمترین مقدار جذب انرژی مربوط به مدل F-EPWP که با ورق اتصال ضعیف به مقدار ۱۸ کیلوژول با ۱۴ دصد جذب انرژی میباشد.
رفتار سازه های مجهز به میراگرهای اصطکاکی که در وسط قاب قرار دارند تحت بار هارمونیک بسیار بهتر از سازه های میراگر در ۳٫۱ دهانه و با ورق ضعیف شده دارد و تشدید اثر کمتری روی سازه مجهز به میراگر دورانی وسط دارد. پاسخ سازه های مجهز به میراگر اصطکاکی دورانی کمتر و در بعضی موارد بسیار کمتر از سازه های میراگر دورانی در ۳٫۱ دهانه و با ورق ضعیف شده است. که دلیل آن را میتوان اتلاف انرژی در میراگر اصطکاکی دورانی تولید کمتر مفاصل پلاستیک در سازه و جلوگیری از کمانش در سازه های مجهز به این نوع میراگر دانست.
کلیدواژه ها مقاوم سازی اتصالات تیر به ستون ساختمانهای فولادی میراگر اصطکاکی
و رساله های صیانت انسانی و صیانت از حقوق سید اوران در نود وزارت دوم حقیقت و د از آن دارعات العمل حقوق بورد ایران و تنها برای صدفهای علمی موشي و اريتروم با یه دلون حساس از مالمان سندان و هنرمندان (۱۳۴۸) و الحالات و اصلاحات بعدی آن و سایر قوانین و مطورات مربوط شدنی است.
میراگر اصطکاکی در مراجع فنی با عنوان میراگر اصطکاکی جدید نیز نام برده میشود که می تواند به صورت یک و چند واحده برای نیروی اصطکاکی مورد نظر استفاده شود. این میراگر بر اساس اصطکاک بین واحدها عمل می کند و با جمع شدن یا باز شدن موجب ایجاد اصطکاک و در نتیجه استهلاک انرژی می شود ربانی و ارتواز یامچی (۱۳۹۷ نواحی بحرانی در حین عمل کردن میراگر در قالب مدلازی مشخص شده است.
میراگر اصطکاکی
میراگر اصطکاکی دورانی باعث کاهش هم زمان جابجایی و نیروی وارد به سازه با کاهش انرژی زلزله با استفاده از مکانیزم تبدیل انرژی زلزله به گرما به واسطه استفاده از پدهای اصطکاکی پیش رفته می شود ربانی و ارنواز یامچی (۱۳۹۷) صفحات لغزش در میراگرهای اصطکاکی به دلیل عملکرد دورانی آن همواره بر روی هم قرار داشته و ناحیه اصطکاک در هنگام دوران و همچنین قبل از و بعد از زلزله همواره یکسان است.
این ویژگی در این میراگرهای اصطکاکی باعث میشود بر خلاف میراگرهای انتقالی امکان نفوذ و سمنته شدن آلودگی محیطی در ناحیه لغزش در گذر زمان از بین برود و عملکرد قابل اطمینان در طول عمر سازه قابل پیش بینی باشد. از مزایای به کارگیری میراگر اصطکاکی میتوان به موارد فوق اشاره کرد.
. جذب کاملا موثر انرژی زلزله و کاهش انرژی وارده به سازه
. کاهش موثر آسیب در اجزای اصلی سازه و همچنین در پارتیشنها و اجزای غیر سازه ای
. کاهش مؤثر آسیب در تأسیسات مکانیکی الکتریکی تجهیزات و اموال موجود در ساختمان با قابلیت نصب ساده و سریع
عدم نیاز به سرویس و نگهداری پس از نصب
. ایده آل برای مقاوم سازی سازه های موجود با قابلیت تطبیق با محدودیت های خاص هر پروژه
. عدم آسیب در زلزله و قابلیت تنظیم پس از زلزله
. بهینه ترین در میان تمام میراگر موجود از لحاظ عملکردی و اقتصادی
عدم تغییر رفتار میراگر با تغییرات دمای محیط گذشت زمان و فرکانس زلزله
شکل ظاهری زیبا و ایجاد امکان به کار گیری به صورت نمایان به عنوان المان معماری
نتایج حاصل از این پژوهش میتواند مورد استفاده اساتید و دانشجویان دانشگاهها قرار گرفته و همچنین نتایج حاصل میتواند در بهبود و مقاوم سازی ساختمانهای فولادی مفید باشد.
به منظور ساخت ساختمانهای مقاوم در برابر نیروهای زلزله یکی از روشهای اقتصادی، استفاده از میراگر وسایل اتلاف انرژی است.
در این میان میراگرهای اصطکاکی یکی از انواع وسایل اتلاف انرژی است که عملکرد خوبی در کاهش نیروهای دینامیکی ورودی به سازه داشته و از جمله اقتصادی ترین آنها نیز به شمار می آیند.
این میراگر در حقیقت یک اتصال ساده با پیچ اصطکاکی است که سوراخهای آن لوبیایی شکل با طول بلند است. بدیهی است اصطکاک موجود ما بین سطوح تماس مانع از حرکت اتصال میشود.
کند درصدی از انرژی ورودی صرف مقابله با نیروی اصطکاک شده و تولید انرژی گرمایی و حرارت می کند. به عبارت دیگر درصدی از انرژی ورودی در اتصال مستهلک میگردد. بنابراین با توجه به نوع ساخت و سازها در ایران که معمولا از سیستم قابهای مهاربندی استفاده میگردد و باید سیستم مهاربندی در زلزله های متوسط و خفیف بتواند بدون استفاده از عملکرد میراگر نیروهای جانبی را تحمل کند و جابه جایی سازه را کنترل نماید لازم است که بادبندها از مقاطع نسبتا قوی و مقاوم در برابر کمانش ساخته شوند.
مقاوم سازی ساختمانهای فولادی
در این حالت در زلزله های قوی قبل از کمانش مهاربندی ها میراگرها فعال میگردند و با لغزش ایجاد شده در آنها انرژی زلزله مستهلک میگردد از مصالحی که برای سطوح لغزنده استفاده شده است میتوان به لایه های لنت ترمز روی فولاد فولاد روی برنج و فولاد روی فولاد را نام برد انتخاب فلز پایه برای میراگر اصطکاکی بسیار مهم است.
مقاومت بالا در مقابل خوردگی اغلب میتواند ضریب اصطکاک فرض شده را برای عمر مورد نظر وسیله کاهش دهد. آلیاژ فولاد کم کربن زنگ زده و می پوسد و خواص سطح مشترک آنها در طی زمان تغییر میکند هاوانگ جویس (۲۰۱۴) آزمایشات بر روی فولاد ضد زنگ در تماس با برنج خوردگی اضافی نگران کننده ای را نشان نداد و از این جهت این مواد برای استفاده در میراگرهای اصطکاکی مناسب هستند.
هدف اصلی در این روشها جلوگیری از انتقال مستقیم نیروی زلزله از پی به سازه میباشد. این روشها اگر درست اجرا شوند می توانیم نتایج قابل قبولی داشته باشیم که مزیت اصلی این شیوه در مقابل شیوه های معمول مقاوم سازی از قبیل نصب مهاربندی ها – قابهای خمشی دیوارهای برشی و …. که همگی در صلب کردن بیشتر سازه ها در مقابل نیروهای زلزله تلاش میکنند میباشد.
در این روش چون نیروی زلزله به سازه وارد نمی شود و یا سهم اندکی از آن به سازه منتقل میشود هاوانگ جویس ۲۰۱۴) چنان چه از این میراگرها جهت مقاوم سازی ساختمان استفاده شود و این نوع مستهلک کننده به عنوان نمونه در مهاربندی های قطری تعبیه گردد باید طراحی به نحوی باشد که پیش از جاری شدن مهاربند کششی در آن لغزش اتفاق بیافتد تا بتواند به صورت مکانیکی انرژی ورودی به ساختمان را مستهلک نماید ایجاد چنین سیستمی میتواند با استفاده از طراحی اتصالات پیچی لغزشی برای ساختمانها و سایر سازه ها صورت گیرد.
در این سیستم با لغزش صفحه خاص انرژی موجود در اثر بارهای لرزه ای مستهلک میشود کونتانیو و همکاران (۲۰۱۴)
امروزه مبنای طراحی لرزه ای سازه ها به گونه ای است که سازه مقداری امکان تغییر شکل پلاستیک داشته باشد مثلا به کمک ایجاد مفاصل پلاستیک در تیرها و سپس در ستونها این عمل باعث اتلاف مقدار زیادی از انرژی ورودی به سازه شده و در نهایت ایمنی مورد نیاز را تأمین میکند اعمال این خصوصیت برای سازه ها علاوه بر غیر اقتصادی بودن میزان صدمات سازه ای و غیر سازه ای را افزایش میدهد.
به جهت از بین بردن و کاهش خسارت وارده به اعضاء اصلی سازه تیرها و ستونها دستگاههای خاصی با داشتن قابلیتهایی نظیر استهلاک انرژی ورودی سازه تغییر شکل پلاستیک و …. در مکانهای معینی نصب میشوند.
یکی از این نوع دستگاه ها سیستمهای اصطکاکی میباشند که به دلیل پتانسیل بالا در جذب و اتلاف انرژی وارده بر سازه و همچنین هزینه پایین در نصب و نگهداری آنها امروزه کاربردهای متنوعی در مهندسی عمران بخصوص سازه مورد استفاده قرار گرفته اند.
با توجه به گرایش بیشتر طراحان به سمت تحلیل و طراحی سازه ها به روش استاتیکی معادل به دلیل سهولت و کم هزینه بودن آن بیشتر آیین نامه های کنونی نیز این روش را مبنای طراحی قرار داده اند. هر چند که در آیین نامه های کنونی بخصوص استاندارد ۲۸۰۰ ایران نگاهی اجمالی به روش طراحی غیر خطی شده و میخواهند کاربران را به سوی طراحی غیر خطی راهنمایی کنند به هر حال مبنای طراحی لرزه ای کنونی برای سازه های متعارف قبل از تحلیلهای غیر خطی تحلیل الاستیک میباشد.
در طراحی الاستیک نیروی طراحی خطی ساختمان را از یک طیف خطی که وابسته به پریود طبیعی ساختمان و شرایط خاک محل احداث ساختمان است به دست میآورند و برای لحاظ کردن اثر غیر خطی و اتلاف انرژی در اثر رفتار هیستر تیک میرایی و اثر مقاومت افزون سازه این نیروی خطی را به وسیله ضریب اصلاح رفتار سازه (ضریب رفتار به نیروی طراحی تبدیل میکنند. از طرفی اتصالات در سازه های فولادی نقش به سزایی در عملکرد لرزه ای سازه بازی میکنند با این تفسیر مقاوم سازی لرزه ای آنها موضوع مهمی است که در این پایان نامه هدف بررسی بکارگیری میراگرهای اصطکاکی به منظور مقاوم سازی اتصالات سازه های فولادی است.
اهداف تحقیق
بررسی امکان استفاده از میراگرهای اصطکاکی به منظور مقاوم سازی لرزه ای اتصالات سازه های فولادی
بررسی مدهای خرابی اتصالات خمشی با میراگرهای اصطکاکی بررسی الگوی توزیع تنش در اتصالات دارای میراگرهای اصطکاکی
بررسی ظرفیت خمشی اتصالات ضعیف مقاوم سازی شده با میراگرهای اصطکاکی
سوالات تحقیق
آیا میراگرهای اصطکاکی توانایی اصلاح عملکرد لرزه ای اتصالات ضعیف خمشی را در سازه های فولادی دارند؟
آیا میراگرهای اصطکاکی علاوه بر اصلاح عملکرد لرزه ای اتصالات ضعیف ظرفیت خمشی آنها را نیز افزایش می دهند؟
سختی اتصالات مقاوم سازی شده با میراگرهای اصطکاکی چقدر تغییر می کند؟
فرضیه های تحقیق
استفاده از میراگرهای اصطکاکی به منظور مقاوم سازی لرزه ای اتصالات سازه های فولادی امکان پذیر است.
مدهای خرابی اتصالات خمشی با میراگرهای اصطکاکی بررسی الگوی توزیع تنش در اتصالات دارای میراگرهای اصطکاکی مؤثر است.
ظرفیت خمشی اتصالات ضعیف مقاوم سازی شده با میراگرهای اصطکاکی مرتبط است.
در آیین نامه های کنونی که بر مبنای تحلیل خطی استوارند مانند استاندارد ۲۸۰۰ ایران ضریب رفتار برای انواع ساختمانهای متعارف ارائه شده است؛ اما به ضریب رفتار سایر سیستم های سازه ای بالاخص سازه های موضوع این تحقیق سازه های مجهز به میراگرهای اصطکاکی اشاره ای نشده است.
شاید دلیل این امر این است. که اصول طراحی چنین سازه هایی با توجه به کاربردشان متفاوت میباشد. مثلاً میراگرهای اصطکاکی باافزایش میرایی و اتلاف انرژی ورودی به سازه منجر به کاهش نیاز سازه میشوند در روشهای معمول در مهندسی سازه سعی بر آن است که با افزایش ظرفیت سازه معیار مذکور تأمین شود.
اما در روش کنترل غیر فعال نوع دیگری از روش کنترل سازه به کار گرفته میشود و کاهش میزان تقاضای سازه مد نظر قرار می گیرد. همچنین با افزایش سختی جانبی آن موجب افزایش ظرفیت سازه میگردند.
از سوی دیگر این میراگرها معمولاً در مرحله طراحی در سازه ها در نظر گرفته میشوند در حالی که میتوان از پتانسیل آنها برای مقاوم سازی عملکرد لرزه ای اتصالات نیز بهره جست که در این پایان نامه بدان پرداخته خواهد شد.
در این پژوهش ابتدا تحقیقات گذشته پیرامون مقاوم سازی اتصالات تیر به ستون در ساختمانهای فولادی با میراگرهای اصطکاکی گردآوری شده است سپس به منظور بررسی پارامترهای موثر آن، صحت مدل عددی با نمونه آزمایشگاهی تأیید و نهایتا به ارزیابی پارامترهای مؤثر بر رفتار اتصالات تیر به ستون پرداخته خواهد شد. سپس برای مقاوم سازی اتصالات تیر به ستون ساختمانهای فولادی با میراگرهای اصطکاکی به سه نمونه صحت سنجی می پردازیم برای اثبات درستی و قابل اعمال بودن روش پیشنهادی با نمونه آزمایشگاهی مقایسه کرده و نتایج بدست آمده با نمونه آزمایشگاهی صحت سنجی خواهد شد. ابتدا به بررسی مقاوم سازی یک نمونه میراگر اصطکاکی در قاب فولادی که توسط میرزابیگی و همکاران انجام گرفته خواهیم پرداخت.
