بررسی رفتار میراگرهای شکاف دار فولادی در سازه های بتنی
لیلا حسین زاده
1
(
گروه مهندسی عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
)
سید مجید علوی نیا
2
(
کارشناس ارشد ، گروه مهندسی عمران، دانشگاه غیر انتفاعی علوم و توسعه پایدار آریا، تهران، ایران
)
علی قمری
3
(
گروه مهندسی عمران، واحد دره شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، دره شهر، ایران
)
عباس اکبرپور
4
(
استادیار،گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
)
کلید واژه: جذب انرژی, مقاومت, سختی, مهاربند قطری, میراگر شکاف دار فولادی,
چکیده مقاله :
کشور ایران یکی از مناطق لرزه خیز دنیا می‌باشد. نیاز به مقاوم‌سازی لرزهای ساختمان‌های موجود ضروری است. یکی از روش‌های مناسب در مقاوم‌سازی لرزهای ساختمان‌ها استفاده از میراگرهاست. میراگرها اغلب به منظور افزایش میرایی و مستهلک نمودن انرژی زلزله مورد استفاده قرار می‌گیرند. تحقیقات متعدد نشان می‌دهد که میراگرها می‌توانند تغییرمکان‌های ناشی از زلزله را کاهش دهند بدین صورت عملکرد بیشتر اعضای باربر سازه، در محدوده ارتجاعی باقی می‌ماند. در این تحقیق تاثیر استفاده از میراگر شکافدار فولادی در سازه‌های بتنی مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور 4 مدل از میراگر شکافدار فولادی به صورت 3 شکاف تکی و دوبل، 5 شکاف تکی و دوبل در سه ضخامت 6 ، 8 و 10 میلیمتر طراحی شده و در قاب بتنی با مهاربند تک قطری در محل اتصال مهاربند به تیر ستون قرار گرفت. اثرات افزایش تعداد شکاف‌ها از 3 به 5، از تکی به دوبل و نیز اثر افزایش ضخامت مورد بررسی قرار گرفت نتایج نشان داد که با افزایش ضخامت میراگر سطح زیر نمودار نیرو -تغییرمکان، سختی و مقاومت در قاب افزایش می‌یابد. همچنین قاب‌هایی که از میراگرهای با 3 شکاف دوبل بهره می‌برند نسبت به قاب‌هایی که میراگر آن 5 شکاف دارد عملکرد مطلوب‌تری را دارند. به طوری‌که قاب دارای میراگر با 5 شکاف تکی در ضخامت 10 میلیمتر نسبت به مدل دوبل 9/4% کاهش سختی داشته و نسبت به مدل دوبل 3تایی تکی و دوبل به ترتیب 9/2% ، 3/3% و 77% کاهش سختی داشته است.
چکیده انگلیسی :
Iran is one of the most seismic countries in the world. Therefore, strengthening the existing structures is essential. Utilization of dampers in structures presumed as one of the best and common methods in seismic retrofitting. Dampers are components which are mostly used in increasing the attenuation and reducing the energy of earthquake. It is determined in various researches that dampers can decrease the displacement which is induced by earthquake efficiently. In these cases, the behavior of most components of structures is remained elastic. In this study, the effects of slit steel dampers (SSD) through concrete structures are evaluated. Therefore, four models of SSD were selected as described in follow: 3 single slit, 3 double slit, 5 single slit and 5 double slit in three thickness of 6, 8 and 10 (mm), which are used in concrete frame with single diagonal brace where connected to beam-column. The effects of increasing the number of slits from 3 to 5, from single to double and increasing the thickness were studied. The results show that by increasing the thickness of dampers, the area of force-displacement diagram, rigidity and strength are increased in frames. The frames which consisted with double 3 slit dampers shows better performance than 5 slit dampers. The frames with single 5 slit dampers by 10 mm thickness, decreased by 4.9% in rigidity, in comparison with double samples. Also, It is decreased in rigidity by 2.9% and 7.3% for single and double models, respectively.
بررسی رفتار میراگرهای شکافدار فولادی در سازه‌های بتنی
چکيده
کشور ایران یکی از مناطق لرزه خیز دنیا می‌باشد. نیاز به مقاوم‌سازی لرزهای ساختمان‌های موجود ضروري است. یکی از روش‌های مناسب در مقاوم‌سازی لرزهای ساختمان‌ها استفاده از میراگرهاست. میراگرها اغلب به منظور افزایش میرایی و مستهلک نمودن انرژی زلزله مورد استفاده قرار می‌گیرند. تحقیقات متعدد نشان می‌دهد که میراگرها می‌توانند تغییرمکان‌های ناشی از زلزله را کاهش دهند بدین صورت عملکرد بیشتر اعضای باربر سازه، در محدوده ارتجاعی باقی می‌ماند. در این تحقيق تاثیر استفاده از میراگر شکافدار فولادی در سازه‌های بتنی مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور 4 مدل از میراگر شکافدار فولادی به صورت 3 شکاف تکی و دوبل، 5 شکاف تکی و دوبل در سه ضخامت 6 ، 8 و 10 میلیمتر طراحی شده و در قاب بتنی با مهاربند تک قطری در محل اتصال مهاربند به تیر ستون قرار گرفت. اثرات افزایش تعداد شکاف‌ها از 3 به 5، از تکی به دوبل و نیز اثر افزایش ضخامت مورد بررسی قرار گرفت نتایج نشان داد که با افزایش ضخامت میراگر سطح زیر نمودار نيرو -تغییرمکان، سختی و مقاومت در قاب افزايش مي‌يابد. همچنین قاب‌هایی که از میراگرهای با 3 شکاف دوبل بهره می‌برند نسبت به قاب‌هایی که میراگر آن 5 شکاف دارد عملکرد مطلوب‌تری را دارند. به طوری‌که قاب دارای میراگر با 5 شکاف تکی در ضخامت 10 میلیمتر نسبت به مدل دوبل 9/4% کاهش سختی داشته و نسبت به مدل دوبل 3تایی تکی و دوبل به ترتیب 9/2% ، 3/3% و 77% کاهش سختی داشته است.
کلیدواژگان: مهاربند قطري، ميراگر شكاف‌دار فولادي، جذب انرژي، سختي، مقاومت
1- مقدمه
سیستم های مهاربندی مورد استفاده در سازه ها دارای نقص‌هایی است که باعث می‌شود سازه در برابر بارهای جانبی باد و زلزله پاسخ مناسبی نداشته باشد و دچار آسیب و خرابی شود. کنترل ارتعاشات روش جدیدي در روند بهسازي سازه‌ها و طراحی ساختمان‌هاي مقاوم در برابر بارهاي دینامیکی است. این ایده باعث کنترل پاسخ سازه تحت بارهاي دینامیکی شده و بدون این که نیاز به مقاوم‌سازي تک‌تک عناصر مقاوم سازه‌اي باشد، با تعبیه وسایل و تجهیزات مناسبی در ساختمان باعث کاهش تغییرمکان و بهبود پاسخ دینامیکی سازه می‌شوند. این سیستم‌ها با جذب و استهلاك درصد بالایی از انرژي ورودي به سازه‌ها، شرایط ایمن و پایداري را نسبت به ساختمان‌هاي مشابه فراهم می‌کنند[1]. امروزه استفاده از میراگرها به عنوان روشی اقتصادي و عملی براي افزایش مقاومت دینامیکی سازه‌ها مطرح بوده و استفاده از آن جهت مقاوم‌سازي ساختمان‌ها و بناهاي متعارف امکانپذیر می‌باشد. میراگرهای شکافدار ازنوع میراگرهای جاری شونده و غیرفعال هستند. طبق بررسی‌های تحلیلی و آزمایشگاهی متعدد این نوع میراگرها دارای ظرفیت جذب انرژی بالا تحت یک رفتار هیسترزیس پایدار هستند[1]. در پی وقوع زلزله های نورتریج در آمریکا (سال ۱۹۹۶ میلادی) و کوبه در ژاپن (سال ۱۹۹۵ میلادی) بسیاری از ساختمان ها دچار خرابی شدید و نابودی اعضای سازهای شدند. پس از وقوع این زمین لرزه‌ها، پژوهش‌های آزمایشگاهی گسترده‌ای به منظور مقاوم‌سازی و افزایش شکل پذیری اتصالات انجام شد و تعداد زیادی از اتصالات اصلاح شده پیشنهاد شد. وادا و همکاران[2] یک مطالعه آزمایشگاهی روی میراگر شکافدار فولادی انجام دادند. نتایج آزمایش بارگذاری تناوبی نشان داد که میراگر شکافدار فولادی حلقه هیسترزیس پایداری داشته است. لی و همکاران [3] به منظور جلوگیری از کمانش مهاربندهای ضربدری و جذب انرژی ناشی از زلزله، از میراگر شکافدار فولادی در محل اتصال مهاربندهای ضربدری استفاده کردند. در طی این پژوهش که به صورت آزمایشگاهی و تئوری انجام شد، ظرفیت نهایی جذب انرژی به وسیله‌ی میر اگر شکافدار فولادی تحت نیروهای برشی مورد بررسی قرار گرفت. بناونت [4] روش طراحی لرزهای با مفهوم ترکیبی سختی و انعطاف پذیری را در سازه بتن مسلح مورد استفاده قرار داد. به همین منظور ستون‌ها لاغر و با آرماتور برشی سنگین طراحی شدند تا شکل پذیری داشته باشند و وسایل استهلاک انرژی و دیوارهای بتن مسلح کمکی که میراگرهای شکافدار را به قاب متصل می کردند، عمدا با سختی زیاد ساخته شدند. قبرایی و همکاران [5] به منظور بهینه‌سازی شکل میراگر شکافدار از روش بهینه‌سازی سازه‌های تکاملی دو جهته استفاده کردند. نتایج نشان داد که نمونه بهینه با شکاف‌های لوزی شکل نسبت به نمونه اولیه در شرایط ایده‌آل آزمایشگاهی و تاریخچه بارگذاری، ۳۷ درصد استهلاک انرژی بیشتری داشته است خوشنودیان و کیانی [6] عملکرد میراگر شکافدار را در یک سازه فولادی ۱۰ طبقه به وسیله‌ی تحلیل تاریخچه زمانی غیر‌خطی بررسی کردند. این پژوهش به منظور انتخاب یک معیار مناسب برای ارزیابی تاثیر میراگر روی پاسخ سازه و دستیابی به توزیع مناسب جانمایی میراگر در پلان و ارتفاع سازه انجام شد. نتایج نشان داده است که افزودن تعداد میراگرها در طبقات تا یک حد معین، در بهبود پاسخ سازه موثر بوده است اما افزودن تعداد میراگرها بیش از آن حد، تاثیری در بهبود پاسخ سازه نداشته است. کاراواسیلیس و همکاران [7]، طراحی لرزه ای بر مبنای حداقل خرابی را برای ساختمان‌های فولادی مورد ارزیابی قرار دادند. سیستم‌های مجهز به وسایل استهلاک انرژی به علت عدم امکان کاهش هم زمان تغییرمکان نسبی و شتاب كل طبقات قادر به تفکیک خرابی سازهای و غیر سازهای نیستند، اما کاراواسیلیس و همکاران نشان دادند که با ترکیب هم زمان میراگرهای ویسکوز و میراگرهای شکافدار در قابهای خمشی فولادی تغییرمکان های نسبی و شتاب‌های کل را می‌توان به صورت همزمان کاهش داد[8]. زهرائی و امین دهقان[9و10] عملکرد مهاربند قوطی در قوطی و لوله در لوله را تحت بارگذاری چرخه‌ای بررسی کردند. این مهاربندها به ترتیب، متشکل از دو قوطی (داخلی و بیرونی) و دو لوله (داخلی و بیرونی) بوده است. به منظور استهلاک انرژی لرزهای و جلوگیری از کمانش زود هنگام اعضای مهاربندی در طول محدودی از جدار قوطی و لوله بیرونی شکاف‌هایی مشابه میراگر شکافدار ایجاد شده است. منحنی‌های هیسترزیس حاصل از تحلیل، رفتار چرخه‌ای پایدار و ظرفیت استهلاک انرژی بالایی را نشان داده است. تاگاوا و همكاران[11] به بررسي استفاده از ميراگرهاي شكاف‌دار فولادي در قاب‌هاي مهاربندي پرداختند. در اين مطالعه برخلاف معمول كه از ميراگرهاي شكاف‌دار در محل اتصال تير به ستون استفاده مي‌شد از آن در زير قسمت مهاربند استفاده گرديد. در شش آرمون چرخه‌اي انجام شده نتايج نشان داد كه سيستم مورد نظر داراي نمودارهاي چرخه‌اي پايدار و ظرفيت انرژي بالايي مي‌باشند.
تاکنون روش‌های متعددی برای تقویت و بهبود رفتار سازه‌های بتن‌آرمه پیشنهاد شده‌است که می توان به روش تقویت با الیاف پلیمری کربن, ژاکت‌های فولادی, مهاربندهای فولادی و... اشاره نمود. هر کدام از روش‌های فوق دارای مزایا و نقص‌هایی است که مهمترین ضعف روش‌های ذکر شده مشکلات مربوط به تعمیر سازه بتن‌آرمه پس از زلزله است. هدف کلی این تحقيق بررسی عملکرد قاب بتن‌آرمه تقویت شده با میراگر شکافدار فولادی است. این عملکرد شامل جذب انرژی، سختی، مقاومت نهایی و همچنین تنش‌های ایجاد شده می‌باشد.
2- ميراگر شكاف‌دار فولادي
میراگر شکافدار فولادی یک ورق یا یک پروفیل استاندارد فولادی با تعدادی شکاف بریده شده در جان آن است. تحت تغییر شکل‌های نسبی کوچک بین دو بال تکیه گاهی، نوارهای میراگر شکافدار فولادی مانند یک سری از تیرهای با انتهای نسبتا ثابت عمل کرده و به صورت دو قوسی تغییر شکل می دهند[12]. در میراگر شکافدار فولادی نوارهایی که بین شکاف‌ها قرار دارند، تغییرشکل‌های غیر الاستیک را جذب کرده و مفاصل پلاستیک در آنها ایجاد می‌شود که موجب استهلاک انرژی زلزله می‌شود. از هیچ تکنیک ویژه‌ای در ساخت این میراگرها استفاده نشده است در نتیجه این میراگرها به آسانی قابل ساخت خواهند بود. مطابق شكل (1)، میراگر شکافدار فولادی ارائه شده توسط آه و همکاران[13]، در بال تحتانی تیر در محل اتصال نصب می شود لذا تعمیر و جایگزینی آن پس از زلزله آسان بوده و نیازی به حذف بتن سقف ندارد. از طرف دیگر استفاده از اتصال پیچی میراگر شکافدار فولادی به وسیله‌ی بولت‌های پرمقاومت قابل تعویض به تیر و ستون، سبب امکان تعمیر و جایگزینی آسان‌تر آن نسبت به استفاده از جوش می‌شود. رفتار هیسترزیس عالی، دسترسی آسان، سهولت جایگزینی پس از زلزله و هزینه مناسب میراگرهای شکافدار فولادی از دلایلی است که آنها را به عنوان یک گزینه مناسب مقاوم‌سازی سازه‌ها معرفی کرده‌است.
شكل 1- اتصال تیر به ستون مجهز به میراگر شکافدار فولادی [14]
این نوع میراگر هم در اتصالات مهاربندي (شکل 2-الف) و هم در اتصال صلب تیر به ستون شکل (2-ب) به کار می‌رود. این میراگرها طوری در سازه جاسازی می‌شوند که در اثر برش، خمش یا نیروی محوری جاری شوند و برای استهلاک انرژی باید در نحوه جاسازی آنها دقت کرد که در اثر جابجایی نسبی طبقه ناشی از بار جانبی تحت تغییر شکل قرار بگیرند در غیر این صورت عمل نمی‌کنند و جذب انرژی انجام نمی‌شود. [15]
شکل2- استفاده از میراگرهای شکافدار فولادی در اتصالات [14]
در تحقیقات صورت گرفته توسط هونگ و همکاران[16] مقاومت جاری شدن این میراگر بر اساس تحلیل غیر خطی مطابق رابطه 1 ارائه شده است.
(1)
رابطه اول داخل كروشه نشان دهنده رفتار خمشی نوارهای میراگر و رابطه دوم نشان دهنده رفتار برشی نوارهای میراگر است، به عبارتی دیگر اگر برای ابعادی خاص مقدار رابطه اول از رابطه دوم کمتر شود موید این مطلب است که میراگر مورد نظر با تشکیل مفصل خمشی وارد مرحله پلاستیک می‌شود. در رابطه 1، n تعداد شیارها، t ضخامت، H ارتفاع جان میراگر و B عرض هر یک از شیارها می‌باشد (شکل 3).
برای بدست آوردن تغییرشکل جاری شدن میراگر از رابطه 2 استفاده می‌شود.
(2)
شكل 3- جزئیات میراگر شکافدار فولادی[16]
3- مدل‌هاي عددي
هدف اين تحقيق بررسی عملکرد قاب بتن‌آرمه تقویت شده با میراگر شکافدار فولادی تحت بارگذاری پوش آور می‌باشد. بدين منظور چهار مدل میراگر شکافدار به صورت 3 شکاف تکی، 3 شکاف دوبل، 5 شکاف تکی و 5 شکاف دوبل مدل گرديد.
1-3- مشخصات هندسي مدلها
مشخصات قاب شامل المان تير، ستون و همچنين مهاربند در تمام مدلها ثابت و مطابق جدول (1) مدل شده‌است. میراگرهای شکاف‌داری که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است از یک ورق فولادی تشکیل شده است که چند شکاف با طراحی خاصی در آن تعبیه شده است. جزئیات ميراگرها در جدول (2) نشان داه شده است. براي تمام مدلها عرض ميراگر 300 ميلي‌متر ثابت فرض شده است. شکل (4) نمایی از میراگرها
را نشان می دهد. در اثر تغییرشکل جانبی، وابسته به هندسه میراگر یکی از دو نوع مکانیسم تسليم برشی و خمشی در میراگر ایجاد می‌گردد.
جدول 1- مشخصات قاب
ابعاد | طول | المان |
(mm) | (m) | |
B400X400 | 3 | تير |
C400X400-6-12 | 3 | ستون |
2UNP160 | 5/3 | مهاربند |
2-3- مشخصات مصالح
مشخصات بتن و فولادي مصرفي به ترتيب مطابق جداول (3) و (4) معرفي شده است.
شكل 4- میراگرهاي مدل شده در نرم افزار
جدول 2- جزئيات ميراگرها
مقاومت برشی (کیلونیوتن) | ضخامت میراگر (ميلي‌متر) | فاصله شیارها (ميلي‌متر) | تعداد شیار | نام مدل |
2/119 | 6 | 75 | 3 عدد دوبل | D3-6 |
9/158 | 8 | D3-8 | ||
7/198 | 10 | D3-10 | ||
3/112 | 6 | 50 | 5 عدد دوبل | D5-6 |
7/149 | 8 | D5-8 | ||
2/187 | 10 | D5-10 | ||
6/116 | 6 | 75 | 3 عدد تکی | S3-6 |
5/155 | 8 | S3-8 | ||
4/194 | 10 | S3-10 | ||
108 | 6 | 50 | 5 عدد تکی | S5-6 |
144 | 8 | S5-8 | ||
180 | 10 | S5-10 |
جدول 3- مشخصات مصالح بتنی
چگالي (kg/m3) | مدول الاستيسيته (GPa) | مقاومت مشخصه (MPa) |
2400 | 29 | 25 |
جدول 4- مشخصات مصالح فولاد
چگالي (kg/m3) | مدول الاستيسيته (GPa) | تنش حد تسليم (MPa) | تنش حد نهايي (MPa) |
7850 | 200 | 240 | 415 |
3-3- صحت سنجی مدل‌هاي اجزاء محدود
برای صحت سنجی نتایج حاصل از نرم افزار آباکوس [17] مدل آزمایشگاهی که توسط چان و همکاران [18] مورد آزمایش قرار گرفت. انتخاب گردید. جزئیات میراگر بر حسب ميلي‌متر در شکل (5) نشان داده شده است. در مدل‌سازی مشخصات مصالح مطابق با گزارش آزمایشگاهی اعمال شد. این مدل تحت اثر بار چرخه‌اي تحلیل شد. شرایط مرزی و بارگذاری در نرم افزار نیز مطابق شرایط آزمایشگاهی لحاظ گردید. در شکل (6) نتایج نرم افزار با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است که حاکی از دقت بالای مدل‌سازی اجزاء محدود می‌باشد.
شکل 5- جزئیات میرگر شکافدار[18]
شکل 6:- مقایسه نمودار هیسترزیس مدل آزمایشگاهی و نرم افزار
4- بحث و بررسي نتايج
1-4- بررسي رفتار كلي مدل‌هاي اجزاء محدود
مقايسه نتايج حاصل از نرم افزار نشان داد كه تمام قاب‌ها تقريبا رفتار مشابهي داشتند. پس از اعمال بارگذاری بر روی نمونه‌ها در اعضای اصلی سازه کمانش موضعی دیده نشد و تیر و ستون در محدوده الاستیک باقی ماندند. در حالی‌که میراگر شکافدار و مهاربند با جذب تغییرشکل‌ها، وارد محدوده پلاستیک شده است و بیشترین تمرکز تنش در این ناحیه اتفاق افتاده است به عبارتی در میراگر شکافدار مفصل پلاستیک تشکیل شده است. افزایش ضخامت میراگر باعث کاهش تنش در قاب شده است. به عنوان نمونه تنش فن مايسز مدل قاب دارای میراگر شکافدار فولادی با سه شیار دوبل در شكل (7) نشان داده شده است. همانطور که در شکل (7) مشاهده می‌شود افزایش ضخامت میراگر باعث شده تا مقادیر خرابی در در آن کمتر شود به نحوی که در مدل دارای ضخامت 6 میلی‌متری مشخص است میزان تمرکز تنش در قسمت‌های فوقانی بخشی از نواحی نوارهای میراگر و مهاربند بیشترین مقدار می‌باشد و در نواحی میانی و تحتانی تنش کمتری ایجاد شده است. ولی در مدل دارای صخامت 8 میلیمتر تنش در قسمت مهاربند و نوارهای میانی میراگر کمتر شده و در مدل دارای ضخامت 10 میلیمتر مقدار تنش تنها در قسمت فوقانی نوارهای میراگر به حد بحرانی رسیده است. اشكال (8) تا (11) نمودار نيرو – تغييرمكان مربوط به هر چهار تيپ ميراگر و مقایسه این نمودار در سه ضخامت اعمال شده را نشان می‌دهد.
شكل 7-تنش فن مایسز در مدل‌هاي میراگر شکافدار با سه شکاف دوبل
شكل 8- نمودار نیرو-تغییرمکان مدل‌هاي میراگر شکافدار با سه شکاف تكي
شكل 9- نمودار نیرو-تغییرمکان مدل‌هاي میراگر شکافدار با سه شکاف دوبل
شكل 10-نمودار نیرو-تغییرمکان مدل‌هاي میراگر شکافدار با پنج شکاف تكي
شكل 11-نمودار نیرو-تغییرمکان مدل‌هاي میراگر شکافدار با پنج شکاف دوبل
بر اساس نتایج حاصل از تحلیل با افزایش مقدار ضخامت سطح زیر نمودار بیشتر شده که نشان دهنده جذب انرژی بیشتر می‌باشد. با توجه به اینکه افزایش ضخامت باعث بیشتر شدن مقدار نیروی جذب شده گشته بدیهی است که مقدار مقاومت نهایی نیز با این افزایش ضخامت بیشتر گردد با توجه به شیب نمودار نيرو- تغییرمکان در ناحیه الاستیک سختی قاب با افزایش ضخامت نیز افزایش يافته است.
2-4- مقایسه جذب انرژي مدل‌هاي اجزاء محدود
در شکل (12) مقایسه نمودارهای نیرو- تغییر مکان تمامی مدلها برای هر ضخامت نشان داده شده است. نتایج نشان می‌دهد که در هر ضخامت، قابی که دارای میراگر با 3 شکاف دوبل می باشد دارای بیشترین مقدار جذب انرژی و قابی که دارای میراگر با 5 شکاف تکی بوده کمترین مقدار جذب انرژی را داشته است و نیز افزایش ضخامت میراگر شکافدار فولادی باعث افزایش جذب انرژی در هر قاب گشته است.
الف- ضخامت 6 ميلي‌متري
ب- ضخامت 8 ميلي‌متري
ج- ضخامت 10 ميلي‌متري
شكل 12- مقایسه نمودارهای نیرو-تغییر مکان مدلها
3-4- مقایسه سختي مدل‌هاي اجزاء محدود
در شکل (13) مقایسه مقادیر سختی برای تمام قاب‌ها در هر ضخامت نشان داده شده است. در این بخش نیز قاب دارای میراگر با سه شکاف دوبل دارای بیشترین مقدار سختی و قاب دارای میراگر با 5 شکاف تکی با ضخامت 10 میلیمتر دارای کمترین مقدار سختی در بین هر سه ضخامت می‌باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهد قاب هایی که از میراگر با شکاف دوبل بهره می برند سختی بیشتری نسبت به قاب‌هایی که دارای میراگر با شکاف تکی هستند را دارا می‌باشند.
الف- ضخامت 6 ميلي‌متري
ب- ضخامت 8 ميلي‌متري
ج- ضخامت 10 ميلي‌متري
شکل 13- مقایسه مقادير سختی مدلها
4-4- مقایسه مقاومت مدل‌هاي اجزاء محدود
شکل (14) مقایسه مقدار مقاومت نهایی برای تمام مدلها در هر ضخامت را نشان داده است. قاب دارای میراگر با سه شکاف دوبل دارای بیشترین مقدار مقاومت و قاب دارای میراگر با 5 شکاف تکی دارای کمترین مقدار مقاومت در هر سه ضخامت می‌باشد. در ضخامت 6 میلی‌متری مقدار مقاومت قاب دارای میراگر با 3 شکاف دوبل نسبت به مدل دارای میراگر با 5 شکاف تکی، قاب دارای میراگر با 3 شکاف تکی و قاب دارای میراگر با 5 شکاف دوبل به ترتیب 4/10%، 9/5% و 7/2% افزایش پیدا کرده است که این افزایش در ضخامت 8 میلیمتر به ترتیب برابر 5/10%، 7/6% و 7/2% و در ضخامت 10 میلیمتر به ترتیب برابر 3/8 % ، 5/4 % و 4/3 % شده است. نتایج نشان می‌دهد قاب‌هایی که از میراگر با شکاف دوبل بهره می‌برند مقاومت بیشتری نسبت به قاب‌هایی که دارای میراگر با شکاف تکی هستند را دارا می‌باشند.
الف- ضخامت 6 ميلي‌متري
ب- ضخامت 8 ميلي‌متري
ج- ضخامت 10 ميلي‌متري
شکل 14- مقایسه مقادير مقاومت نهايي مدلها
5- نتیجه گیری
در این مقاله عملکرد قاب بتن‌آرمه تقویت شده با میراگر شکافدار فولادی مورد بررسی قرار گرفت که خلاصه نتایج آن به شرح زیر است:
1- افزایش ضخامت میراگر در تمامی مدلها باعث شده تا مقادیر خرابی در آن کمتر شود به نحوی که در مدل دارای ضخامت 6 میلی‌متری مشخص است میزان تمرکز تنش در قسمت‌های فوقانی نوارهای میراگر و بخشی از مهاربند بیشترین مقدار می‌باشد و در نواحی میانی و تحتانی تنش کمتری ایجاد شده است. ولی در مدل دارای صخامت 8 میلیمتر به وضوح تنش در قسمت مهاربند کمتر شده و در مدل دارای ضخامت 10 میلیمتر مقدار تنش نه در میراگر و نه در مهاربند حد بحرانی نرسیده است.
2- بر اساس نتایج حاصل از تحلیل با افزایش مقدار ضخامت سطح زیر نمودار بیشتر شده که نشان دهنده جذب انرژی بیشتر در تمام مدلها می‌باشد.
3- با توجه به اینکه افزایش ضخامت باعث بیشتر شدن مقدار نیروی جذب شده گشته بدیهی است که مقدار مقاومت نهایی نیز با این افزایش ضخامت در تمامی مدلها بیشتر شده باشد.
4-. نتایج نشان می‌دهد که در هر ضخامت قابی که دارای میراگر با 3 شکاف دوبل می باشد دارای بیشترین مقدار جذب انرژی و قابی که دارای میراگر با 5 شکاف تکی بوده کمترین مقدار جذب انرژی را داشته است.
5- قاب دارای میراگر با سه شکاف دوبل دارای بیشترین مقدار مقاومت و قاب دارای میراگر با 5 شکاف تکی دارای کمترین مقدار مقاومت در هر سه ضخامت می باشد. در ضخامت 6 میلی‌متری مقدار مقاومت قاب دارای میراگر با 3 شکاف دوبل نسبت به مدل دارای میراگر با 5 شکاف تکی، قاب دارای میراگر با 3 شکاف تکی و قاب دارای میراگر با 5 شکاف دوبل به ترتیب 4/10%، 9/5% و 7/2% افزایش پیدا کرده است که این افزایش در ضخامت 8 میلیمتر به ترتیب برابر 5/10%، 7/6% و 7/2% و در ضخامت 10 میلیمتر به ترتیب برابر 3/8%، 5/4% و 4/3% شده است. نتایج نشان می‌دهد قاب‌هایی که از میراگر با شکاف دوبل بهره می‌برند مقاومت بیشتری نسبت به قاب‌هایی که دارای میراگر با شکاف تکی هستند را دارا می‌باشند.
6- قاب دارای میراگر با سه شکاف دوبل دارای بیشترین مقدار سختی و قاب دارای میراگر با 5 شکاف تکی دارای کمترین مقدار سختی در هر سه ضخامت می‌باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهد قاب‌هایی که از میراگر با شکاف دوبل بهره می‌برند سختی بیشتری نسبت به قاب‌هایی که دارای میراگر با شکاف تکی هستند را دارا می‌باشند. به طوری‌که قاب دارای میراگر با 5 شکاف تکی در ضخامت 10 میلیمتر نسبت به مدل دوبل 9/4% کاهش سختی داشته و نسبت به مدل دوبل 3تایی تکی و دوبل به ترتیب 9/2% و 3/7% کاهش سختی داشته است.
مراجع
[1] سعيد منير، حبيب؛ فضل پور، ندا. کاربرد یک میراگر لولهای شکافدار جدید با مقطع استوانه‌ای در کاهش ارتعاشات لرزهای سازه‌ها. نشريه مهندسی عمران و محیط زیست، دوره 45 شماره 4 (پياپي 81) 1394.
[2] Wada A, Huang Y.H, Yamada T, Ono Y, Sugiyama S, Baba M, Miyabara T.Actual size and real time speed tests for hysteretic steel damper. Proceedings of Stessa. 1997: 97: 778-785.
[3] Lee M.-H, Oh S.-H, Huh C, Oh Y.-S, Yoon M.-H, Moon T.-S. Ultimate energy absorption capacity of steel plate slit dampers subjected to shear force. Steel Structures. 2002: 2: 71-79.
[4] Benavent-Climent A. Development and application of passive structural control systems in the moderate-seismicity mediterranean area. The 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing. 2008.
[5] Ghabraie K, Chan R, Huang X, Xie Y.M. Shape optimization of metallic yielding devices for passive mitigation of seismic energy. Engineering Structures. 2010: 32: 2258-2267.
[6] خوشنودیان, فرامرز؛ كياني، مهدي. بررسی عملکرد میراگر فولادی شکافدار SSD در سازه های فولادی با سیستم قاب خمشی ویژه. اولین همایش ملی سازه، زلزله، ژئوتکنیک، موسسه آموزش عالی پردیسان، بابلسر، ايران، 1389.
[7] Karavasilis T.L, Kerawala S, Hale E. Hysteretic model for steel energy dissipation devices and evaluation of a minimal-damage seismic design approach for steel buildings. Journal of Constructional Steel Research. 2012: 70: 358-367.
[8] توحیدی مقدم، وحيد؛ سعید منیر، حبيب. بررسی عملکرد میراگر شکافدار لوله ای تحت بارگذاری لرزه ای. دومین کنفرانس ملی مدیریت بحران. تهران، ايران، ۱۳۹۱.
[9] زهرائی، سيدمهدي؛ امین دهقان، اميد. بررسی عملکرد یک سیستم میراگر فلزی نوین در بهبود رفتار لرزهای مهاربندهای هم محور، دومین کنفرانس ملی مدیریت بحران. تهران، ايران، 1391.
[10] زهرائی، سيدمهدي؛ امین دهقان، اميد. ارزیابی شکل پذیری و استهلاک انرژی میراگر فلزی نوین لوله در لوله برای کاربرد در قاب های فولادی مهاربندی شده. دومین کنفرانس ملی مدیریت بحران. تهران؛ ايران؛ 1391.
[11] Tagawa H, Yamanishi T, Takaki A, Chan R.W. Cyclic behavior of seesaw energy dissipation system with steel slit dampers. Journal of Constructional Steel Research. 2016: 117: 24-34.
[12] Saffari H, Hedayat A.A, Poorsadeghi Nejad M. Post-Northridge connections with slit dampers to enhance strength and ductility. Journal of Constructional Steel Research. 2013: 80: 138-152.
[13] Oh S.-H, Kim Y.-J, Ryu H.-S. Seismic performance of steel structures with slit dampers. Engineering Structures. 2009: 31: 1997-2008.
[14] oken A, Koroglu M.A. Waste rubber damper using on steel beam to column connection. International Journal of Arts & Sciences. 2012: 5: 217-222.
[15] مشتاق، امين؛ شیدایی، محمدرضا، توحیدی مقدم، وحيد. کاربرد میراگر شکافدار لولهای فولادی (CSSD) بر رفتار خرابی شبکههای تخت دو لایه فضاکار و ارزیابی خرابی پیشرونده در آنها. سومین کنفرانس ملی زلزله و سازه. کرمان؛ ايران؛ 1391.
[16] Hwan Lee Ch, Kim J, Hyun Kim D, Ryu J, Ju Y. Numerical & Experimental Analysis of Combined Behavior of Shear Type Friction Damper & Non-uniform Strip Damper for Multi-Level Seismic Protection. Engineering Structures. 2016: 114: 75-95.
[17] ABAQUS, Version9.10. Dassault Systemes. USA, 2010.
[18] Chan R, Albermani F. Experimental study of steel slit damper for passive energy dissipation. Engineering Structures. 2008: 30: 1058-1066.