تقویت سازه های فلزی با میراگرهای ADAS - دانلود رایگان
دانلود رایگان تقویت سازه های فلزی با میراگرهای ADAS
دانلود رایگان
| تقویت سازه های فلزی با میراگرهای ADASتقویت سازه های فلزی با میراگرهای ADAS در زیر بخشی از مطالب ارائه شده در فایل های ورد و پاورپوینت در زمینه میراگرها آورده شده است دقت کنید که این مطالب بدون عکس قرار داده شده اند. در حالی که در فایل های اصلی Word و یا پاور پوینت های اصلی توضیحات با عکس اراده شده اند. برای دانلود فایل های ورد و پاورپویت اصلی به انتهای مطلب مراجعه و از آنجا دانلود را انتخاب کنید. فهرست: فصل اول: کلیاتی در مورد عملکرد میراگرها سيستم هاي جداساز لرزه اي (Base Isolation Systems) سيستم هاي فعال و نيمه فعال سيستم هاي منفعل (Passive Systems) فصل دوم: سيستم هاي متداول فولادي مقاوم در برابر زلزله فصل سوم: ميراگرهاي جاری شونده فلزي TADAS , ADAS فصل اول كلياتدر مورد عملكرد ميراگرها : طراحي ساختمانها در برابر زلزله هاي بزرگ بر اين اساس است كه سازه بتواند با شكل پذيري خود انرژي زلزله را جذب و مستهلك نمايد . شكل پذيري در مهندسي سازه تغيير شكل غير الاستيك مواد در ناحيه مورد انتظار باشد گرچه در سازه هاي شكل پذير تغيير شكل هاي بزرگ غير الاستيك ايجاد مي گردد كه ممكن است پس از زلزله از نقطه نظر هزينه و ايمني سازه مورد استفاده قرار نگيرد . در سالهاي اخير به توسعه وسائل موثر در استهلاك انرژي لرزهاي القاء شده در سازه اهميت بيشتري داده شده است كه پاسخ سازه را در نهايت الاستيك نگه دارد . افزودن وسائل انرژي به سازه يا جداسازي لرزه اي سازه معمولا از راههاي كنترل سازه شناخته مي شود . در دو دهه اخير پيشرفتهاي قابل ملاحضه اي در كنترل سازه صورت گرفته است . بر اساس طبيعت استهلاك انرژي زلزله اين سيستم هاي كنترل به دو دسته تقسيم بندي مي شوند كه عبارتنداز : كنترل فعال و كنترل غير فعال . مقدار انرژي سازه به چندين عامل بستگي دارد كه برخي از آنها با مشخصات حركت زمين مانند دامنه محتواي فركانسهاي و... يادگير يا خصوصيات سازه مثل پريود طبيعي و ميرائي وخواص مقاومت و... مرتبط مي باشد . 1 - كنترل فعال : سيستم هاي كنترل فعال بر پايه اطلاعات پاسخ بدست آمده از سازه و انرژي خارجي وارد شده به سازه استوار مي باشد كه باعث توليد نيروي مناسب براي كاهش پاسخ ناخوشايند سازه مي شود . اين وسايل شامل جرم فعال تاندون فعال و سختي متغيبر فعال مي باشند شتاب زمين و پاسخ سيستم اعم از جابجائي و سرعت و شتاب در محل مشخصي هر لحضه تعيين گشته و نيروي كنترل به سازه توسط محرك هايي عمال مي گردد . يك سيستم كنترل فعال قادر مي باشد مشخصات ديناميكي سازه را تغيير دهد . در مقايسه با سيستم هاي كنترل غير فعال سيستم كنترل فعال استراتژي شكل پذيري دارد ولي قبل از استفاده گسترده مطالعات بيشتري لازم است . بر پايه مطالعات تجربي انجام يافته ممكن است به اين نتيجه برسيم كه كنترل فعال روش موفقي براي كنترل و تخفيف خطر زلزله مي باشد بويژه زماني كه همراه وسائل كنترل غير فعال مانند هيبريد كنترل استفاده شود . 2 - كنترل غير فعال : مفهوم كنترل غير فعال اضافه كردن وسائل استهلاك انرژي به سازه مي باشد . اين وسائل به آساني مي توانند اگر خسارت جدي به آنها وارد آمد جايگزين و تعويض شوند . براي سازه هاي سبكتر جداسازي لرزه اي مناسبتر مي باشد . (نمونه شماتیک کنترل فعال و غیر فعال در شکل زیر) وسايل جاذب انرژي به دو دسته تقسيم مي شوند . 1 - سيستم هاي جداسازي لرزه اي پايه : عملكرد سيستم هاي جداسازي شده نسبت به ساختمانهاي داراي پايه ثابت در حين زلزله هاي معمولي و شديد بهتر مي باشد . مهمترين عامل در جداسازي لرزه اي افزايش شكل پذيري مي باشد كه باعث افزايش پريود مي شود به علت افزايش پريود در حين زلزله هاي شديد از تشديد جلوگيري شده و پاسخ شتاب لرزه اي كاهش مي يابد . جداسازي براي ساختمانها معمولا بين صفحه ستون و ستون قرار مي گيرند .اين مواد داراي سختي كافي مي باشد كه باعث تحمل نيروي عمودي ستونها شود و در جهت افقي داراي شكل پذيري كافي مي باشد كه باعث جذب انرژي توليد شده توسط حركت هاي زمين باشند . يك سازه ساخته شده بر روي يك سيستم جداسازي بايد داراي فركانس پايه كمتري نسبت به سازه با پايه ثابت مي باشد . بيشترين تغيير شكل هاي سازه جداسازي شده توسط اولين مد ارتعاش سازه ايجاد مي شود . مدهاي بالاتر باعث تغيير شكل هاي در سازه مي گردند كه نسبت به مد اول عمود مي باشد و بنابراين نسبت به حركت زمين عمود است . اين انرژي تاثيري كمتري روي سازه دارد . در اينجا مسئله اصلي كميته كردن مي باشد و همچنين انرژي انتقال يافته به اجزاء غير سازه اي داخلي كاهش مي يابد . جداسازي همچنين باعث افزايش باعث افزايش ميرايي سازه مي گردد و پاسخ شتاب سازه را كاهش مي دهد . در دهنه گذشته تعداد ساختمانهاي ايزوله شده رشد قابل توجهي يافته است . شايعترين استفاده در جداسازي لرزه اي پايه در ژاپن مي باشد و براي اولين بار در ايالات متحده استفاده شده است . 2 - وسائل جازب انرژي : استفاده از وسائل جاذب انرژي يكي از اقتصادي ترين راههاي كاهش اثرات زلزله روي ساختمانهاست . در سالهاي اخير كوششهاي زيادي توسط محققين متعددي براي توسعه و پيشرفت وسائل استهلاك انرژي صورت گرفته است .توسعه وسايل جاذب انرژي در امتداد تكنيك هاي جداسازي لرزهاي است . بيشتر وسايل جاذب انرژي كه بطور مرسوم مورد استفاده قرار مي گيرند شامل دمپرهاي اصطكاكي جاذب انرژي فلزي دمپر مايع و دمپر ويسكوالاستيك مي باشد . همانطور كه مي دانيم جرم منشا اصلي ايجاد نيرو در اثر زمينلرزه مي باشد و اساس اين روش بر جداسازي جرم استوار است. سيستم هاي جداساز لرزه اي عموماً در فنداسيون سازه ها نصب مي شوند (شكل (1-1)). اين سيستم ها بدليل داشتن نرمي و قابليت جذب انرژي نسبتاً زياد باعث انعكاس بخشي از انرژي ورودي زلزله مي شوند و بخش ديگر اين انرژي را قبل از انتقال به سازه جذب مي نمايند كه در نهايت باعث كاهش تقاضاي اتلاف انرژي در سيستم سازه اي مي شوند. شكل (1-2) جزئيات اتصال سيستم جداساز لرزه اي را به فنداسيون ساختمان نشان مي دهد. شکل (1-1) شکل(1-2) اما اين سيستم ها داراي معايبي هستند كه تعدادي از آنها عبارتند: 1- سيستم هاي جداساز لرزه اي در مقابل بارهاي جانبي ناشي از نيروي باد بخوبي عمل نمي كنند. 2- اين سيستم ها جهت استفاده در ساختمانهاي با ارتفاع كم و متوسط مناسب بوده و تاثير ناچيزي بر ساختمانهاي بلند دارند. 3- سازه اي كه بر روي اين سيستم ها قرار مي گيرد، محدوديت وزني دارد. 4- درصورت بروز نيروي بالابرنده(Uplift) در ستونها، عملكرد اين سيستم ها دچار مشكل مي شود. 5- اين سيستم ها در مقابل زمينلرزه هايي با پريود بلند مناسب نيستند. 6- سيستم هاي جداساز لرزه اي براي سازه هايي كه بر روي خاك نرم قرار گرفته اند مناسب نمي باشند. 7- هزينة ساخت و يا مقاوم سازي ساختمانهاي موجود با استفاده از اين سيستم ها بسيار بالا است. سيستم هاي فعال و نيمه فعال : كنترل فعال و نيمه فعال بخشي از كنترل سازه اي مي باشد كه در آن حركت سازه توسط عملكرد يك سيستم كنترلي و با استفاده از منابع انرژي خارجي كنترل و اصلاح مي شود. اگر چه سيستم هاي نيمه فعال تنها به مقدار كمي انرژي جهت تنظيم خواص مكانيكي خود احتياج دارند اما بر خلاف سيستم هاي فعال، اين نوع سيستم ها به سازه انرژي اضافه نمي كنند. سيستم هاي منفعل(Passive Systems) تحقيقات و پيشرفتهاي مرتبط با تجهيزات اتلاف انرژي منفعل در سازه ها حدوداً به 25 سال پيش بر مي گردد. همانند سيستم هاي جداساز لرزه اي، كاربرد اصلي تجهيزات اتلاف انرژي منفعل وقتي كه در سازه استفاده مي شوند، جذب و تاحدي مصرف بخشي از انرژي ورودي زلزله مي باشد كه خود باعث كاهش تقاضاي اتلاف انرژي در اعضاي اصلي سازه اي شده و موجب به حداقل رسيدن خسارت سازه اي مي گردد. برتري سيستم هاي منفعل در مقايسه با سيستم هاي جداساز لرزه اي در اين است كه اين سيستم ها در برابر باد و حركات القا شدة ناشي از آن نيز به خوبي تحريكات زمينلرزه مي توانند موثر باشند. سيستم هاي منفعل در مقايسه با سيستم هاي فعال و نيمه فعال نيازي به منبع انرژي خارجي و سيستم كنترلي ندارند. همانطور كه اشاره شد سيستم هاي منفعل كنترل سازه ها در برابر زلزله، باعث كاهش تقاضاي اتلاف انرژي در اعضاي اصلي سازه مي شوند كه اين امر ناشي از اثراتي است كه تجهيزات اتلاف انرژي بر روي سازه اعمال مي كنند. اين اثرات سودمند عبارتند از: 1- افزايش سختي 2- كاهش شتاب طبقات 3- كاهش نيروي برشي پايه 4- افزايش ميرايي سازه (شکل 1-3) 5- افزايش انعطاف پذيري بدليل تغيير زمان تناوب سازه(شکل1-4) 6 - جذب انرژي توسط تجهيزات اتلاف انرژي شکل (1-3)تاثیر میرائی بر پاسخ سازها شکل (1-4)طیف آرمانی پاسخ نیرو سيستم هاي منفعل اتلاف انرژي ممكن است يك و يا تركيبي از اثرات ذكر شده را بر سازه اعمال نمايند. بطور كلي تجهيزاتي كه در سيستم هاي منفعل اتلاف انرژي در سازه ها به كار مي روند عبارتند از: الف) تجهيزات ميرايي منفعل (PASSIVE DAMPING DEVICES) 1- ميراگرهاي اصطكاكي (Friction Dampers) 2- ميراگرهاي فلزي (Metallic Dampers) 3- ميراگرهاي ويسكوالاستيك (Viscoelastic Dampers) 4- ميراگرهاي سيالي لزج (Viscous Dampers) ب) سيستم هاي تنظيم شده (TUNED SYSTEMS) 1- ميراگرهاي جرمي تنظيم شده (Tuned Mass Dampers) 2- ميراگرهاي مايع و ستون مايع تنظيم شده(Tuned Liquid & Tuned Liquid Column Dampers) از ميان سيستم هاي منفعل اتلاف انرژي، ميراگرهاي فلزي بدليل عدم نياز به تكنولوژي بسيار بالا جهت ساخت، عملي تر بودن كاربرد آنها در سازه، رفتار پايدار در برابر زلزله و دخيل نبودن عوامل محيطي (درجه حرارت، رطوبت و .....) در رفتار مكانيكي آنها، از اهميت خاصي برخوردارند. اين ميراگرها باعث افزايش ميرايي و سختي در سيستم سازه اي شده و ظرفيت اتلاف انرژي را افزايش مي دهند. افزودن ميراگرهاي فلزي به سازه باعث تمركز اتلاف انرژي در ميراگرها مي شود كه پس از وقوع زلزله مي توان ميراگرها را به راحتي تعويض كرد فصل دوم: سيستم هاي متداول فولادي مقاوم در برابر زلزله مقدمه فولاد با خواص شكل پذيري زياد و نسبت بالاي مقاومت به وزن به عنوان يكي از مصالح ساختماني مقاوم در برابر زلزله شناخته شده است. فولاد بدليل شكل پذيري مناسب از توانايي جذب انرژي خوبي در محدوده غير ارتجايي (پلاستيك) برخوردار است و با توجه به مقاومت نسبتاً زياد در برابر بارهاي ضعيف و متوسط بصورت ارتجاعي عمل مي نمايد. عليرغم اينكه فولاد به عنوان يك ماده شكل پذير شناخته شده است ولي بدليل ترك هاي ترد و ناپايداري هاي موضعي هميشه رفتار نرم و شكل پذيري مورد انتظار را ندارد. پديده هايي مانند كمانش موضعي اجزا ورق با نسبت زياد پهنا به ضخامت، كمانش خمشي ستونها و اثر در مهاربنديهاي با طول زياد، كمانش جانبي- پيچشي تيرها و تير ستون ها و قاب هايي كه تحت بارهاي قائم زياد قرار دارند، از جمله ناپايداري هايي است كه بدليل خصوصيات ذكر شده در فولاد ممكن است رخ دهد و باعث ايجاد ناپايداري در سازه گردد كه بايستي به نحو مقتضي پيش بيني و از ايجاد آن ها جلوگيري شود. در اين فصل به بررسي سيستم هاي متداول فولادي مقاوم در برابر زلزله پرداخته مي شود و به نكاتي كه بايستي در طراحي اين سيستم ها در نظر گرفت تا به يك طرح مناسب و ايمن در برابر زلزله دست يافت، پرداخته مي شود. سيستم هاي متداول مقاوم در برابر زلزله به چهار گروه تقسيم مي شوند كه انواع متداول قاب هاي فولادي مقاوم در برابر زلزله عبارتند از:
سيستم قاب مقاوم خمشي (MRF) نمونه ای از قابهای خمشی در شکل زیر مشاهده می شود این قاب ها در برابر زلزله هاي خفيف و متوسط در محدوده ارتجاعي عمل مي نمايند ولي در زلزله هاي شديد اتلاف انرژي بواسطه رفتار پلاستيك اتصال تير و ستون و در واقع خصوصيت شكل پذيري فولاد صورت مي گيرد. در صورتي كه اتصال تير و ستون به نحو مناسبي طراحي گردد و جزئيات مناسبي براي آن در نظر گرفته شود قاب، شكل پذيري مناسبي خواهد داشت. همانطور که در شکل پایین مشاهده می شود سيستم هاي MRF داراي شكل پذيري زياد، ظرفيت اتلاف انرژي زياد و چرخه هاي هيسترزيس پايدار بدون كاهش مقاومت، هستند. عليرغم اين سيستم هاي MRF نسبتاً انعطاف پذير بوده و سختي كمي دارند و در ساختمان هاي باريك و بلند كه محدوديت تغيير مكاني حاكم بر طراحي اعضاي سازه اي مي باشند، استفاده از اين سيستم غيراقتصادي خواهد بود. محدوديت ارتفاع اين سيستم در جدول (3-1) نشان داده شده است. فصل سوم: ميراگرهاي جاری شونده فلزي TADAS , ADAS مقدمه يكي از موثرترين مكانيزم هاي موجود جهت اتلاف انرژي ورودي بهسازه در هنگام زلزله، تغيير شكلهاي غيرالاستيك فلزات است.ميراگرهاي فلزي ابداع شده نيز براساس همين مكانيزم طراحي و ساخته شده اند. در اين فصل به بررسي خصوصيات و پارامترهايهر يك از اين ميراگرها پرداخته مي شود.در شکل زیر قاب مجهز به میراگرهای جاری شودنده را مشاهده می کنید . در شكل زیر دو نمونه از ميراگرهاي فلزي كه امروزه در ساختمان هاي مقاوم در برابر زلزله به كارگرفته مي شوند نشان داده شده است استفاده از اين روش در ابتدا با كاربرد ورقهاي X شكل براي بهبودپاسخ لرزه اي سازه ها در اتصالات با امتياز (BEA) در تكيهگاهاي لوله هاي يك نيروگاه هسته اي آغاز شده است . آزمايشهاي وسيع ميزلرزه اي و سيكلي BEA حاكي از كارايي و قابليت مناسب اين وسيله بود . المانهاي ADAS را به راحتي مي توان در طراحي هاي جديد تركيب كرد يا در مقاوم سازي سازه موجود بكار برد . تنها نياز اين وسيله ايجاد يك جابجايي نسبي متوسط براي تغيير شكلورق ها مي باشد چون اين دستگاهها به روش تسليمي عمل مي كنند و در واقع اتلاف انرژي در آنها از طريق تغيير شكل پلاستيكورقهاي فولادي نرمه در خمش صورت مي گيرد. دستگاهها ADAS به صورت بخشي از عضو مهاربند طراحي مي شوند و به گونه اي نصب مي شوند كه تغيير مكان طبقه باعث ايجاد تغييرمكان نسبي در دستگاه شود . به همين منظور دستگاه در بالا به تيرطبقه و در پايين به عضو مهاربند متصل است به طوري كه مي تواند حركت افقي نسبي داشته باشد . با جاري شدن حجم زيادي از فولاددستگاه ADAS مي تواند انرژي زيادي را طي يك زمين لرزه تلفكند . در شکل های زیر قطعات جاری شونده x شکل و مثلثی شکل را مشاهده می کنید . مزاياي استفاده از اين دستگاه عبارتنداز : 1 – اتلاف انرژي به محل هاي كه به همين منظور طراحي شده اندمتمركز مي شود . 2 – نياز به اتلاف انرژي در ساير اعضاء سازه اي كاهش مي يابد . 3 – تسليم دستگاههاي ADAS تاثيري در ظرفيت باربري سيستم باربري قائم ( بارهاي بهره برداري ) ندارد زيرا اين دستگاهها فقط بخشي از سيستم مقاوم باربر جانبي مي باشد . و در صورت لزوم بهراحتي بعد از اين زميلرزه قابل تعويض مي باشد . 4 – اين دستگاه علاوه بر اتلاف انرژي سختي و مقاومت سازه رانيز افزايش مي دهند . انتخاب شكل ميراگرها: انتخاب شكل ميراگرها ارتباط مستقيمي به تسليم سطح ورق دارد. در شکل زیرجذب انرژي توسط ورقهاي فلزي نشان داده شده است. جهت حداكثر نمودن اتلاف انرژي در ميراگرها نياز به يك شكلخاص براي ورق ميراگرها داريم تا هنگام اعمال نيرو، كل ارتفاعورق دچار تسليم شود . ورق فلزي مستطيلي شكل داراي انحناي مضاعف حول محور ميانيخود مي باشد و فقط در دو انتهاي خود دچار تسليم مي شود يعني تغييرشكل پلاستيك به يك ناحيه كوچك در دو انتهاي ورق محدود مي گردد. اين ورق در امتداد ارتفاع خود بصورت يكنواخت دچار تسليم خواهدشد. يعني تغيير شكل پلاستيك بطور يكنواخت در ارتفاع ورق توزيعمي شود. ورق فلزي X- :اين ورق در امتداد ارتفاع خود بصورت يكنواخت دچار تسليم خواهد شد. به عبارت ديگر تغيير شكل پلاستيك بطور يكنواخت در ارتفاع ورق توزيع مي گردد. بنابراين جهت دستيابي به اتلاف انرژي مطلوب در ميراگرها، استفاده از ورق هاي X- شكل و ورق هاي مثلثي مناسب تر از ورق هاي مستطيلي مي باشد. ملزومات طراحيADAS: يكي از نتايج بسيار جالب كاربري المانهاي TADAS اين است كه با استفاده از سوراخ هاي تعبيه شده اثرات بارهاي قائم در قاب رامي توان كاملا از سيستم اصلي مقاوم در برابر نيروي جانبي جدا كرد . بعلاوه هنگامي كه وسيله تحت تغيير شكل هاي بزرگ قرارمي گيرد جابجايي عمودي در انتهاي ورق مثلثي براحتي سازگار ميشود .بنابراين پلاستيسيته در داخل ورق هاي مثلثي بسيار يكنواختتوزيع مي شود و در نتيجه پاسخ غير الاستيك وسيله TADAS بخوبي قابل پيش بيني است . قابل توجه است كه تكيه گاههاي جانبي وسيله TADAS مستقيما بانگهداري جانبي تير تامين شده است . ورقهاي مثلثي در صفحات موازي خود داراي سختي نسبي مي باشندو در انتهاي مفصلي خود براي دوران آزاد هستند . براي تامينپايداري بادبندها در خارج از صفحه خود صفحات پر كننده بين قسمت محور و صفحات جانبي سوراخدار جايگذاري شده است .نكته مهمي كه بايد در طراحي لرزهاي قاب ADAS بايد در نظرگرفته شود اين است كه جاري شدن و آسيب پذيري قاب بايد ابتدا دروسيله TADAS متمركز شود . بنابراين طبق قوانين طراحي برحسب ظرفيت و بادبندهاو ستونهاوتيرهاي تكيه گاهي وسيله بايد برايماكزيمم نيروي ايجاد شده در وسيله با در نظر گرفتن اثرات سختشدگي طراحي شود .ظرفيت شكل پذيري يك وسيله TADAS كه به طرز مناسبي ساختهشده براي كاربردهاي عملي در قابهاي مقاوم لرزه اي بسيار مناسبمي باشد. دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |