کاهش پاسخ سازه به زلزله نزدیک گسل توسط: ر ستون جداساز لرزه ای و دامپر اصطکاک متغیر
ارائه : سجاد حسین وش
Earthquake
مقدمه:
ستون های جداگر لرزه ای:
در سال 2006 آقای بریمن به همراه ریباکوف در منطقه مدیترانه مطالعاتی بر روی سازه ها انجام دادند. این ساختمان ها دارای اسکلت بتنی مقاوم ودر تمامی طبقات دارای دیوار برشی بجز در طبقه همکف بودند.
در نتیجه سختی این طبقه از سایر طبقات کمتر بود -که اصطلاحا به آن طبقه نرم گفته می شود- در این زمان استفاده از ستون های جداگر لرزه ای (SIC) پیشنهاد شد.
تغییر مکان در اعضای جداساز به عنوان یک پارامتر بسیار مهم در سیستم ستون های جداگر لرزه ای هستند، چون تحت زلزله های بسیار قوی ممکن است
تغییر مکان در این اعضا بیش از حد مجاز بوده و باعث
خرابی گردد.
1
2
Soft story
Seismic Isolated columns
مزایای ستون جداگر لرزه ای:
وقوع تغییر مکان های بزرگ در در ایزوله کننده ها
عدم نیاز به فضای اضافی
عمر مفید برابر با عمر سازه
عدم نیاز به سرویس در طول عمر جداگر
مقایسه رفتاری ستون های جداگر لرزه ای و ستون های ثابت:
Fixed base system
Base isolated system
معایب و پیشنهاد سیستم های جدید:
همانگونه که پیشتر اشاره شد ، تغییر مکان های بزرگ و ناگهانی برای سیستم ستون های جداگر خطر جدی محسوب می شوداز این روی این سیستم ها برای مناطق با فعالیت لرزه ای معین طراحی می شوند.
روش شناخته شده ای که برای کاهش تغییر مکان و برش پایه در ایزوله گرها وجود دارد افزودن دمپرهای مکمل می باشد.
در این بین سیستم های میراگر منفعل (غیرفعال) نقش خوبی را جهت کاهش دو عامل برش پایه و جابجایی در ساختمان های با پریود طولانی ایفا میکنند.
برای این نوع سیستم ها(منفعل)جداگرهای پایه به همراه دمپرهای مایع و فنرهای فلزی رامیتوان نام برد
معایب و پیشنهاد سیستم های جدید:
اما سیستم های غیر فعال نیز بعلت سختی زیاد و میرایی بالا برای زلزله های با سطح پایین موثر نیستند.
برای بهبود کارایی دمپرهای غیرفعال ، دمپرهای «نیمه فعال» عرضه شدند. این نوع دمپرها فقط هنگامیکه جابجایی در قسمت جداگر بیشتر از یک آستانه خاص باشد، فعال میشوند.
در همین راستا دامپرباسختی متغییر به سیستم جداگر پایه افزوده شد که با افزایش نیروی زلزله، سختی و استهلاک افزایش پیدا میکند.
ثابت شده که کنترل کننده ها در کاهش تغییر مکان پایه و دریفت طبقات موثر هستند.
1
Semi-active
جداگرها شامل دو عضو V شکل A,B میباشند که توسط یک بند (C) به یکدیگر متصل شده اند. بند در انتهای خود به ستون متصل شده است.(D,E) میان اجزای V شکل یک بند (زنجیر) برای رسیدن
جداگر به حالت آونگی تعبیه شده است.
مزیت استفاده از زنجیر این است که میتواند برای
گرفتن بارافقی تک ستون کافی باشد. بعلاوه تنگی
حلقه زنجیر باعث اصطکاک لغزشی واتلاف انرژی
میگردد.
تشریح ستون جداساز لرزه ای:
A
B
C
D
E
دمپر اصطکاک متغییر(VFD):
تفاوت اصلی دمپر اصطکاک متغییر(VFD) بخش گوه ای شکل آن است که به منظور تغییر نیروی اصطکاک بصورت تابعی از تغییر مکان خواهد بود. یعنی با افزایش تغییر مکان اصطکاک و درنتیجه استهلاک انرژی افزایش می یابد.
مزیت دیگر این نوع دمپرها امکان طراحی آن بصورت ظرفیت محور (طراحی برای بار محوری) فراهم است.
این نوع دمپرها از یک پیستون با مقطع مربع ، گوه ی دولبه، نوار الاستیک دو طرفه و گیره اتصال پیچ تشکیل شده است.
1
2
Variable Friction Damper
Wedge
دمپر اصطکاک متغییر(VFD):
قسمت های اصلی یک دمپر اصطکاک متغییر در شکل شماتیک زیر نمایش داده شده است.
پیستون با مقطع مربع
گوه دو لبه
نوار الاستیک دو طرفه
گیره اتصال
نحوه عملکرد دمپر اصطکاک متغییر(VFD):
یک طرف گوه در داخل سیلندر قرار گرفته و می تواند در جهت محور سیلندر به جلو وعقب حرکت کند.
نوار الاستیک دارای حالت ایستا بوده و درون پیستون بوسیله گیره اتصال ثابت شده است.
انتهای آزاد نوار با سطح شیبدار گوه در تماس بوده با افزایش میزان تغییر مکان ، سطح مقطع در تماس با نوار الاستیک افزایش می یابد و در نتیجه با ازدیاد اصطکاک در این منطقه، میزان استهلاک افزایش می یابد.
نحوه نصب VFD
همانند شکل گوه را می توان از طریق یک بادبند به
فونداسیون متصل کرد.
البته طرح های دیگری نیز میتواند مورد استفاده قرارگیرد.
VFD
SIC
SIC
SIC
تحلیل
یک نمونه نمودار نیرو جابجایی در یک VFD نشان داده شده است.
مسیر پیموده شده در حالت رفت و برگشت بایکدیگر متفاوت بوده وبصورت بار و بدون بار می باشد.
که ماکزیمم نیروی مستهلک شده
است که در تغییر مکان بیشینه اتفاق
می افتد.
نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که منحنی
هیسترز با تغییر مناسب پارامترهای دمپر
سه برابر افزایش یافته است.
FFR, max
FFR, max
Unloading Displacement
Loading
FD, max
xVFR, max
FFR, max
پارامترها
تاثیر میزان افزایش شیب گوه و میزان انعطاف پذیری نوار الاستیک توسط آقای ریباکوف بطور تجربی و تحلیلی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی تطبیق خوبی با نتایج آزمایشگاهی داشتند.
مشخص شد که نیروی مستهلک شده به اصطکاک مابین اجزاء گوه و نوار الاستیک و نیز شکل هندسی گوه بستگی دارد. که میتوان بصورت زیر بیان کرد:
FD= 2R(sinα + f sign(x′)cosα)
که در آن R نیروی عکس العمل نوار الاستیک ، f ضریب اصطکاک ، α زاویه شیب گوه، X′ سرعت حرکت گوه می باشد.
یک نمونه اجرا شده:
یک نمونه اجرا شده: