ورود به سایت

نام کاربری*
رمزعبور*
مرا به خطر بسپار

ثبت نام

فیلد های ستاره دار(*) را پر نمایید.
نام*
نام کاربری*
رمزعبور*
تکراررمز عبور *
ایمیل*
تکرارایمیل *
کدامنیتی*
تصویرمجدد
دوشنبه, 27 آذر 1396

perscivil telegram ad

بررسی نحوه و محل قرارگیری میراگر جرمی

نوشته شده توسط  علی کسائی پور

سیستم کنترل پاسخ سازه در برابر بارهای دینامیکی

میراگر جرمی تنظیم شده یکی از سیستم های کنترل پاسخ سازه در برابر بارهای دینامیکی می باشد. این نوع میراگرعموما در طبقه بام نصب می گردد تا با اثرگذاری روی مد اول سازه سبب کاهش دامنه پاسخ ها گردد. هدف این تحقیق، بررسی اثرات تغییر در آرایشهای مختلف میراگر جرمی در طبقات مختلف ساختمان می باشد. بدین منظور یک قاب فولادی 25 طبقه (سیستم قاب خمشی به همراه مهاربند هم محورفولادی ) بررسی شده است. آنالیز تاریخچه زمانی تحت سه شتاب نگاشت و برای حالات مختلف توزیع جرم انجام شده است. نتایج تحلیل های مختلف نشان می دهد که با توزیع جرم میراگردر طبقات علاوه بر کاهش پاسخ سازه در طبقات بالایی، پاسخ سازه در طبقات پایینی نیز کاهش پیدا می کند.

زلزله یکی از حوادث طبیعی است که هرساله باعث به وجود آمدن خسارات جانی و مالی فراوانی می شود وآسیبهای فراوانی را به اماکن و شریانهای حیاتی وارد می سازد، از این رو طراحی لرزه ای ایمن سازه ها یکی از دغدغه های اصلی مهندسین سازه می باشد. از سوی دیگر پیشرفت های انجام شده صنعت ساختمان  در  قرن  اخیر، گرایش روز افزونی در زمینه احداث ساختمان های بلند مرتبه در جهان به وجود آورده است. در سازه های بلند که خود دارای پریود ارتعاشی بزرگی هستند، تغییرمکان جانبی در بالاترین طبقه یکی از پارامترهای مهم طراحی بوده که همواره سعی بر نگه داشتن آن در سطحی معقول می باشد.
روند طراحی سازه های بلندمرتبه تامین سختی و مقاومت لازم در تحمل بارهای قائم و جانبی در محدوده مجاز تغییر شکل می باشد. میرایی انرژی در این گونه سیستمها عامل مهمی در جذب و اتلاف انرژی وارده به سازه می باشد. افزودن به سختی سیستم مستلزم صرف هزینه زیاد بوده و در بعضی موارد عملاً  امکان پذیر نبوده و روشی غیراقتصادی محسوب می-شود زیرا به مقاطعی بسیار بزرگ برای اعضا منجر می شود. در اینجا عاملی دیگر یعنی میرایی سازه مطرح شده و افزودن به قابلیت جذب و استهلاک انرژ ی در چنین سیستم هایی مورد توجه قرار می گیرد. در واقع نیاز به یک میراگر اضافی جهت جذب انرژی در سازه احساس می شود. میراگرهای دینامیکی گروه دیگری از سیستم های ایجاد میرایی در سازه ها هستند که در دو دهه اخیر تحقیقات فراوانی به صورت تئوریک و تجربی بر نحوه عملکرد آنها انجام شده و درسازه های زیادی با موفقیت اجرا شده اند. جرم میراگر متوازن و مایع میراگر متوازن در این گروه قرار می¬ گیرند.
ایده اصلی میراگرهای جرمی تنظیم شده به عنوان یک سیستم میراگر اولین بار توسط frahm  برای کاهش حرکات نوسانی کشتی ها ابداع شده است [1]. Den hartog نظریه جاذب های ارتعاشی دینامیکی نامیرا ومیرا را درغیاب میرایی در سیستم اصلی مورد مطالعه قرار داد و باعث توسعه اصول نظری پایه ای  درمورد این نوع میراگرها و ارائه راه حل برای انتخاب مناسب میراگرهای ویسکوز مورد استفاده در این میراگرها گردید. وی ضابطه ای را برای انتخاب خصوصیات بهینه این نو ع میراگرها وقتی که سازه تحت اثر تحریک هارمونیک باشد ارائه نمود[2] . Bishop و welbourn  در تحلیل جاذب های ارتعاش دینامیکی توسعه یافته میرایی درسیستم اصلی را در نظر گرفتند. Warburtan  و ayorinde مقادیر بهینه بیشترین ضریب بزرگنمایی دینامیکی، نسبت فرکانس تنظیم و نسبت میرایی ضربه گیر را برای مقادیر ویژه نسبت جرم و نسبت میرایی سیستم اصلی رابه جدول درآوردند.[3]
 

معرفی میراگرجرمی تنظیم شده


ميراگر جرمي تنظيم شده از ابزارهای کنترل ارتعاش سازه ها می باشد. ساده‌ترین  نوع آن  شامل ترکیب یک جرم و فنر می باشد که در حالت ایده آل با چند درجه اختلاف فاز نسبت  به نوسانات سازه اصلی ارتعاش می کند. عملکرد این میراگر اساساً بر مبنای استهلاک انرژی ارتعاشی سازه به کمک حرکت نوسانی یکی از مودهای غالب سازه ای (معمولاًمود اول) تنظیم می گردد. بنابراین زمانی که این فرکانس تحریک می شود ، حرکت TMD  در فازی خارج از حرکت سازه تشدید می شود و انرژی از طریق نیروی اینرسی میراگرکه به سازه واردمی کند، مستهلک می شود.

با توجه به عدم قطعیت موجود در پیش بینی زمین لرزه و همچنین مشخصات دینامیکی سازه مثل فرکانسهای طبیعی و نسبت استهلاک مودهای مختلف ارتعاشی، مفیدتر آن است که از تعداد میراگرهای بیشتر استفاده شود به نحوی که این میراگرها دارای ارتعاشی با اندک  اختلافی نسبت به هم باشند تا بتوان محدوده بیشتری از فرکانسها را پوشش داد که به این گونه سیستم ها میراگرهای چندگانه یا MTMD  گفته می شود[4]. یا می¬توان میراگرجرمی تنظیم شده رادر طبقات توزیع نمود. هدف این تحقیق، بررسی اثرات تغییر در محل قرارگیری میراگر جرمی در طبقات مختلف و همچنین توزیع جرم میراگردر طبقات مختلف سازه می باشد.
 

معرفی مدل موردبررسی


در تحقیق حاضر، یک قاب دو بعدی 25 طبقه فولادی با سیستم سازه ای قاب دوگانه شامل  قاب خمشی به  همراه مهاربند ضربدری، مورد بررسی قرار داده شد ه است. ارتفاع  هرطبقه 2/3 متر می باشد و دارای 4 دهانه 5 متری می باشند. محل قراگیری مهاربندها در دو دهانه وسط می باشد. بارگذاری ثقلی قاب طبق مبحث ششم مقررات ملی انجام شده است. بارگذاری زلزله مطابق استاندارد 2800 برای تیپ خاک نوع 2 و منطقه دارای خطرنسبی خیلی زیاد صورت گرفته است. سازه بر اساس آیین¬نامهAISC-ASD   طراحی شده ا‌ست. مقاطع مورد استفاده در ستون‌هاBOX  و تیرها از نوعIPE  در نظر گرفته شده‌اند.
تحلیل تاریخچه زمانی برای ارزیابی کارائی سیستم کنترل تحت اثر هفت رکوردCape mendocino, Loma perieta, Victoria,mexico, Morgan Hill, Northridge, San Fernando, Whitier narrows با محتوای فرکانسی، مدت و پریودهای غالب متفاوت انجام شده است. شتاب نگاشتهای فوق منطبق با ضوابط مندرج دراستاندارد2800 به گونه ای انتخاب گردیده است تا حدالمقدور نمایانگر حرکت واقعی زمین محل ساخت سازه  در محل زلزله  باشد[5].  

مدلسازی تحلیلی


در این تحقیق، هدف اصلی بررسی بررسی اثر نحوه و محل قرارگیری میراگر جرمی تنظیم شده می باشد. بدین منظور، پس از تحلیل و طراحی اولیه سازه،  یک میراگر جرمی تنظیم شده در طبقه بام نصب شده است. نسبت جرمی میراگر 05/0 و فرکانس تنظیم کننده  095/0 و نسبت میرایی میراگر، 10/0 می‌باشد. نسبت میرایی سازه اصلی نیز 05/0 می‌باشد. میراگر جرمی تنظیم شده  بر اساس فرکانس طبیعی مود اول سازه‌ها تنظیم شده است. سپس حالات دیگرقرارگیری میراگر مطابق جدول 1 بررسی گردیده است.
موقعیت میراگر    یک میراگر درطبقه 25    یک میراگر درطبقه 24    یک میراگر درطبقه 23    دو میراگر درطبقه 25و24    دو میراگر درطبقه 23و24    دو میراگر درطبقه 25و23    سه میراگر درطبقه 25و24و23

تجزیه و تحلیل داده ها


پس از انجام مدلسازی اعضای سازه در نرم افزار و تعریف مقاصل پلاستیک کنترل شونده توسط نیرو و تغییرمکان، مطابق با آیین نامه Fema356 [6] و همچنین معرفی شتاب نگاشت ها در نرم افزار، به انجام تحلیل و بررسی خروجی های بدست آمده از نرم افزار می پردازیم. لازم به ذکر می باشد که تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی توسط نرم افزار با روش انتگرال گیری مستقیم استفاده گردیده شده است.

 نتيجه گيري


دراین مقاله، به بررسی اثرات تغییر در محل قرارگیری میراگر جرمی و همچنین توزیع جرم میراگردر طبقات مختلف سازه پرداخته شد. با توجه به نتایج به عمل آمده ملاحظه می گردد که ماکزیمم تغییرمکان جانبی نقطه بام برای در حالات مختلف بررسی شده متفاوت می باشد به طوری که بیشترین مقدار کاهش تغییرمکان جانبی نقطه بام 26/28% و 54/22% می باشد یعنی زمانی که میراگر درطبقات 25 و 23 و همچنین درحالتی که جرم میراگردر سه طبقه آخر قرارگرفته شده است، حاصل گردیده است و کمترین مقدار 04/12% می¬باشد یعنی زمانی که میراگر تنها در طبقه 23 قرارداده شده است، حاصل گردیده-است.  
همچنین ملاحظه می گردد که میراگرجرمی تنظیم شده، متوسط تغییرمکان نسبی جانبی طبقات را به طورمحسوسی کاهش داده است. کاهش متوسط تغییرمکان نسبی جانبی طبقات 20 تا 25 درحالات 1 تا 7 به ترتیب برابر 55/31% ، 93/46 ،33/48% ، 72/45% ، 96/45% ،49/51% و17/44% و کاهش متوسط تغییرمکان نسبی جانبی طبقات 1 تا 20 به ترتیب برابر 48/30% ، 77/16% ، 08/24% ، 36/22% ، 62/26% ، 53/34% و 97/32% می باشد. به عبارتی، به کارگیری دو و سه میراگر در طبقات مختلف به میزان 20تا30% نسبت حالتی که تنها یک میراگر در طبقه بام قرار گیرد پاسخ سازه را کاهش داده است.

 

نویسنده: مهندس سحر عباسی، کارشناس ارشد سازه - عباس حق اللهی

منبع: پرس سیویل

  1. مطالب تصادفی
  2. جدیدترین