ارزيابي رفتار لرزه اي ساختمان هاي مجهز به مهاربند مركزگرا مبتني بر فنر ديسكي

كارشناسي ارشد

سيستم¬هاي باربر لرزه¬اي كه امروزه در ساختمان¬ها مورداستفاده قرار مي¬گيرند، ايمني جاني ساكنين را حين وقوع زمين¬لرزه، به شكل مناسبي تأمين مي¬كنند اما اين ساختمان¬ها بعد از وقوع زلزله تغييرشكل¬هاي پسماند بزرگي را تجربه مي¬كنند كه اين امر، باعث ايجاد هزينه¬هاي تعمير يا بازسازي چشمگيري مي¬شود. مفهوم مركزگرايي به‌منظور كنترل تغييرشكل¬هاي پسماند در سازه¬ها معرفي شده است. يكي از روش¬هاي دستيابي به سيستم مركزگرا استفاده از مهاربندهاي مركزگراست. در اين پژوهش، نوع جديدي از مهاربندهاي مركزگرا كه اخيراً معرفي شده و مبتني بر فنرهاي ديسكي و صفحات اصطكاكي است، موردبررسي قرار گرفته و رفتار لرزه¬اي قاب-هاي مجهز به اين نوع مهاربند ارزيابي مي¬شوند. در ابتدا، جزييات اعضاي مختلف مهاربند مذكور و پارامترهاي مؤثر در رفتار آن بررسي مي¬شود. در ادامه دو ضريب اتلاف انرژي β و ضريب سختي ثانويه γ براي توصيف رفتار مهاربند تعريف مي¬شود كه با مشخص بودن اين دو ضريب و همچنين نيروي تسليم مهاربند، مي¬توان اجزاي مختلف مهاربند را طراحي كرد. براي بررسي تأثير اين ضرايب، 21 مهاربند با ضرايب β و γ مختلف طراحي شده و به شكل قطري در قاب يك طبقه و يك دهانه نصب مي¬گردد. اين قاب تحت بارگذاري شبه¬استاتيكي قرار مي¬گيرد و با استفاده از هيسترزيس¬هاي به‌دست‌آمده براي هر قاب، 3 مهاربند با ضرايب β=1.0 و γ=1.2 ، β=1.0 و γ=1.6 ، β=1.0 و γ=2.0 به‌عنوان مهاربندهاي با قابليت اتلاف انرژي حداكثر، بدون باقي گذاشتن تغييرشكل¬هاي پسماند، انتخاب مي¬شوند. به‌منظور بررسي دقيق¬تر رفتار اين سه مهاربند و همچنين بررسي تأثير ارتفاع و دوره تناوب اصلي سازه، 9 سازه¬¬ي مختلف با تعداد طبقات 3، 6 و 9 و مجهز به سه مهاربند اشاره¬شده در بالا طراحي مي¬شود. همچنين 3 قاب مهاربندي همگراي ويژه با تعداد طبقات 3، 6 و 9 طراحي مي¬شود تا با قاب¬هاي مهاربندي مركزگرا مقايسه شوند. 12 قاب مذكور تحت تحليل ديناميكي افزايشي قرار گرفته و منحني¬هاي شكنندگي براي هريك استخراج مي¬شود. مقايسه¬ي بين اين قاب¬ها نشان مي¬دهد كه قاب مجهز به مهاربندهايي كه با ضرايب β=1.0 و γ=1.2 طراحي مي¬شوند، نسبت به سازه¬ي مهاربندي همگراي ويژه¬ي معادل، به ترتيب 118% و 504% بهبود را در ظرفيت خرابي و ظرفيت كنترل تغييرشكل‌هاي پسماند نشان مي¬دهد. همچنين بررسي وزن اسكلت فولادي قاب مهاربندي مركزگراي مجهز به مهاربند بهينه و قاب مهاربندي همگراي ويژه نشان مي¬دهد كه در ازاي بهبودهاي گفته‌شده، ميزان فولاد مصرفي در سازه¬هاي با مهاربند¬هاي مركزگرا 17% افزايش مي¬يابد. بررسي تأثير ارتفاع و دوره تناوب اصلي سازه در سازه¬هاي با تعداد طبقات و دوره تناوب¬هاي اصلي مختلف نشان مي¬دهد كه ميزان بهبود در ظرفيت خرابي نسبت به سازه¬هاي همگراي ويژه، در سازه هاي 3 طبقه با دوره تناوب اصلي 0.29 ثانيه و 6 طبقه با دوره تناوب اصلي 0.52 ثانيه تقريبا يكسان است و به ترتيب مقادير 151% و 152% را دارا مي¬باشد. اما در سازه¬ي 9 طبقه با دوره تناوب اصلي 0.81 ثانيه مقدار بهبود برابر با 70% و كمتر از دو سازه¬ي ديگر است. ¬بيشترين ميزان كنترل تغييرشكل¬هاي پسماند در سازه¬ي 6 طبقه ديده مي¬شود (564% بهتر از قاب همگراي ويژه معادل) و سازه¬هاي 3 طبقه و 9 طبقه از اين نظر عملكرد مشابهي دارند. (به ترتيب 384% و 387% بهتر از قاب همگراي ويژه معادل) به اين ترتيب مشخص شد كه استفاده از مهاربندهاي مبتني بر فنر ديسكي با پارامترهاي طراحي β=1.0 و γ=1.2 در سازه¬ي 6 طبقه با دوره تناوب اصلي 0.52 ثانيه، از نظر مقاومت نهايي سازه و كنترل تغييرشكل¬هاي پسماند، بيشترين بهبود را نسبت به قاب مهاربندي همگراي ويژه نشان مي¬دهد و از نظر فولاد مصرفي نيز اقتصادي بوده و مناسب براي استفاده در صنعت مي¬باشد.

208946

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر علي قمري

مهندسي عمران

دكتر وحيد بروجرديان