15508

15508

بررسي رفتار قاب هاي فولادي مهاربندي شده داراي سيستم مركزگرا

كارشناسي ارشد

سازه

پاييز 1394

پاييز 1394

دكتر محسنعلي شايانفر- دكتر محمدعلي برخورداري

عمران و محيط زيست

چكيده در حال حاضر فلسفه طراحي مورد استفاده براي سيستم¬هاي باربر جانبي مرسوم در سازه¬ها اين است كه سازه نبايد در زلزله¬هاي بزرگ دچار فروريزش شود، هرچند كه آسيب سازه¬اي زيادي به دليل ايجاد تغييرشكل¬هاي غيرارتجاعي در اجزاي سازه¬اي ايجاد شود. بعد از يك زلزله وجود تغييرشكل¬هاي غيرارتجاعي مي¬تواند باعث ايجاد جابجايي ماندگار و كاهش سرويس¬دهي ساختمان شده و به¬علاوه هزينه¬هاي مورد نياز براي ترميم سازه را افزايش دهد. در طول دو دهه گذشته، مهندسان و محققان سازه سيستم¬هاي لرزه¬اي جديدي را مطالعه كرده¬اند كه مي¬توانند باعث كاهش و يا حتي حذف تغييرشكل ماندگار در هنگام زلزله شوند. اين سيستم¬ها كه با نام كلي سيستم¬هاي مركزگرا شناخته مي¬شوند، مي¬توانند رفتار لرزه¬اي را بهبود داده و تغييرشكل¬هاي ماندگار سيستم¬هاي مرسوم را به مقدار بسيار زيادي كاهش دهند. سيستم¬هاي مقاوم لرزه¬اي مركزگرا كه در سال¬هاي اخير مورد بررسي قرار گرفته¬اند براي هر دو نوع سازه فولادي و بتني گسترش يافته¬اند؛ هرچند در مورد سازه¬هاي فولادي، سيستم¬هاي مركزگرا بيشتر مورد توجه بوده¬اند. سيستم¬هاي مركزگرا در سازه¬هاي فولادي را مي¬توان به سه دسته كلي تقسيم¬بندي كرد: قاب¬هاي با اتصالات صلب مركزگرا، سيستم-هاي مركزگراي گهواره¬اي و قاب¬هاي مهاربندي شده مركزگرا. مهمترين نقطه تشابه بين سيستم¬هاي مركزگرا اين است كه رفتار اين سازه¬ها به صورت يك منحني هيسترتيك پرچمي¬شكل مي¬باشد. اين نوع منحني هيسترسيس باعث مي¬شود كه بعد از تغييرشكل¬هاي جانبي، سازه به وضعيت اوليه خود بازگردد. هرچند انواع مختلفي از سيستم¬هاي سازه¬اي با ويژگي مركزگرايي توسعه يافته¬اند ولي ويژگي مشترك بين همه اين سيستم¬ها استفاده از يك المان پيش¬تنيده فولادي يا آلياژ هوشمند به همراه درزي در سازه¬ است كه مي¬تواند در هنگام بارگذاري لرزه¬اي باز و بسته شود. المان¬هاي پيش¬تنيده بايد در طول بارگذاري در محدود رفتار ارتجاعي خود باقي بمانند تا تاثير آنها براي بستن درز گفته شده برقرار باشد. همچنين استفاده از يك المان ميراگر انرژي باعث دستيابي به استهلاك انرژي مورد نظر و متمركز كردن آسيب در اين المان¬ها مي¬شود. هدف اصلي اين رساله پيشنهاد يك سامانه مركزگراي جديد با مشخصه¬هاي مناسب براي استفاده در قاب¬هاي فولادي ساده مهاربندي شده است. مشخصه¬هاي اين سيستم مي¬بايست به نحوي انتخاب شوند كه بتوانند سختي، مقاومت و قابليت استهلاك انرژي لازم را بر حسب نياز لرزه¬اي تامين نمايند. با توجه به شرايط موجود در صنعت ساختمان¬سازي كشور، استفاده از ميراگرهاي فلزي جاري¬شونده به عنوان سيستم مستهلك كننده انرژي در مقايسه با ميراگرهاي ويسكوز يا اصطكاكي مناسب¬تر به نظر مي¬رسد. همچنين با توجه به شرايط اقتصادي در ساخت¬و¬ساز كشور، براي ايجاد سامانه مركزگرايي استفاده از كابل¬هاي پيش¬تنيده مي¬تواند مطلوب¬تر از مواردي نظير آلياژهاي هوشمند باشد. به عنوان يك ايده اوليه مي¬توان از ميراگرهاي فلزي دندانه¬-شانه¬اي در سيستم مهاربندي شورون به همراه المان¬هاي پيش¬تنيده استفاده كرد و يا به عنوان يك رويكرد ديگر، از مهاربندهايي كه با استفاده از همين نوع ميراگرها در خود ويژگي¬ مركزگرايي را نيز تواماً دارند بهره برد. در انجام اين رساله ابتدا با انجام مطالعاتي، مشخصات مكانيكي كه چنين سيستم مركزگرايي بايد داشته باشد تعيين مي¬شود. در مرحله بعد هندسه كلي سيستم كه توانايي تامين چنين رفتاري را داشته باشد مشخص خواهد شد. نيل به رفتار مناسب سيستم پيشنهادي مستلزم انجام آزمايشات شبه¬استاتيكي بر روي قاب ساخته شده از آن مي¬باشد كه نتايج آزمايشات با مدل¬هاي عددي نيز مقايسه خواهد شد. سپس با انجام مطالعات پارامتريك براي محدوده¬اي از قاب¬ها، هندسه سيستم كه تامين¬كننده رفتار مطلوب آن از نظر سختي، مقاومت و داشتن منحني هيسترسيس پايدار مي¬باشد تعيين خواهد شد. در پايان اثرات كاربرد اين سيستم مركزگراي جديد بر رفتار لرزه¬اي سازه¬هاي فولادي با انجام تحليل-هاي ديناميكي تاريخچه زماني بررسي خواهد شد. كلمات كليدي: سيستم مركزگرا، ميراگرهاي انرژي، كاهش تغييرشكل پسماند، ميراگر دندانه-شانه¬اي.