توصيفگر ها :
سيستم كنترل غيرفعال , ميراگر پيچشي چرخهاي , طراحي بهينه ميراگر , تئوري يكنواختسازي جابهجاييها , جابهجايي نسبي ميانطبقهاي
چكيده فارسي :
همواره زلزله يكي از مخربترين عوامل در بحث ساختوساز بوده است و محققان به دنبال راهي براي مقابله با اثرات آن هستند. در نتيجه تحقيقات به عمل آمده دستگاههايي تحت عنوان ميراگر به عنوان سيستم كنترلي غيرفعال معرفي شدهاند كه با افزودن آنها به سازه از شدت اثرات زمينلرزه برسازه كاسته ميشود و ميزان خرابيها كاهش مييابد. از ميراگرهاي جديد، ميراگر چرخشي پيچشي براي استفاده در مهاربندهاي شورون سازههاي فولادي معرفي شده است كه در دسته ميراگرهاي جاذب انرژي هستند. مكانيزم عملكرد اين ميراگر به نحوي است كه نيروي محوري وارد بر سازه را به نيروي پيچشي تبديل ميكند و با استفاده از ظرفيت تسليم قطعات به كار رفته در خود از انتقال انرژي زلزله به سازه جلوگيري ميكند. اين قطعات واحد مستهلككننده ناميده ميشوند و از سازه محافظت ميكنند. اين قطعات قابل تعويض هستند و پس از وقوع زلزله در صورت نياز ميتوان آنها را با قطعات جديد جايگزين نمود. به علت هزينههاي سنگين استفاده از ميراگرها در سازه طراحي بهينه آنها از اهميت بالايي برخوردار است. روشهاي تحليلي و عددي بسياري در اين زمينه گسترش پيدا كردهاند. يكي از اين روشها تئوري يكنواختسازي تغييرشكلها است. اين روش با بيان اين كه در صورت توزيع غيريكنواخت عامل خرابي در سازه، نميتوان از تمام ظرفيت آن استفاده نمود و با در نظرگرفتن جابهجايي نسبي ميانطبقهاي به عنوان پارامتر خرابي، سعي در يكسانسازي اين پارامتر بين تمام طبقات سازه دارد. طبق اين روش لازم است از ظرفيت ميراگرها در طبقاتي كه فاصله زيادي تا حد مجاز دارند كاسته و به طبقاتي كه جابهجايي نسبي ميانطبقهاي در آنها بيش از حد مجاز است افزوده شود. با اين كار علاوه بر استفاده از تمام ظرفيت سازه هزينههاي اجرا نيز كاهش مييابد.
در اين پاياننامه الگوريتمي براي طراحي بهينه ميراگر پيچشي چرخهاي بر مبناي تئوري يكنواختسازي تغييرشكلها معرفي شده است. ويژگي اين الگوريتم دستيابي به يك توزيع بهينه با هزينه محاسباتي پايين براي اين ميراگر است. بدين منظور، سازههاي 4، 8 و 12 طبقه طراحي شدند و جرم و سختي هر كدام مشخص گرديدهاند. سپس 11 ركورد زلزله به عنوان نيروهاي وارد برسازه جهت انجام تحليل تاريخچه زماني مشخص و اطلاعاتشان استخراج شدهاند. نتايج حاصل از استفاده از ميراگر پيچشي چرخهاي در كنترل لرزهاي سازهها نشان داده است كه اين ميراگر تاثير چشمگيري در كاهش مقدار جابهجايي نسبي ميانطبقهاي دارد. بررسيهاي انجام شده نشان داد با توزيع نامناسب، ظرفيت ميراگر و به تبع آن هزينههاي اجراي ميراگر افزايش شديدي مييابد. استفاده از روش الگوريتم پيشنهادي براي طراحي بهينه ميراگر و بدست آوردن توزيع بهينه آن نشان داده است كه براي سازههاي 4، 8 و 12طبقه مقدار ميراگر مورد استفاده به ترتيب در حدود 41، 78 و 75 درصد نسبت به حالت توزيع يكنواخت كاهش داشته است. در انتها بر روي نتايج بدست آمده و توان همگرايي رابطه مورد استفاده براي طراحي بهينه بحث شده است.
چكيده انگليسي :
Earthquakes have consistently posed significant threats to the construction industry, prompting ongoing research to find effective mitigation measures. In response to this, dampers, identified as passive control systems, have been introduced to alleviate the impact of earthquakes on structures. These devices aim to reduce the intensity of seismic effects, consequently minimizing the extent of damage incurred. One noteworthy type of damper in this category is the rotational-torsional damper, specifically designed for incorporation into the bracing systems of steel structures, serving as an energy-absorbing damper. The operational mechanism of this damper transforms axial force applied to the structure into torsional force, effectively preventing the transmission of earthquake energy through the utilization of sacrificial components, also known as dissipaters.
These dissipaters serve as protective elements for the structure, being replaceable. In the event of an earthquake, they can be substituted with new components. Given the substantial cost associated with integrating dampers into structures, the optimal design of these dampers holds paramount significance. Various analytical and numerical methods have been devised in this realm, and one such approach is the theory of uniform displacement distribution. This method contends that when damage is unevenly distributed in a structure, the full capacity of the structure cannot be effectively harnessed. By adopting relative inter-story displacement as a damage parameter, the method strives to equalize this parameter across all floors of the structure. Following this approach, it becomes imperative to diminish damper capacity in floors well below the allowable limit while augmenting capacity in floors where relative inter-story displacement surpasses the allowable limit. This not only optimizes the utilization of the structure's capacity but also contributes to a reduction in construction costs.
This thesis presents an algorithm for the optimal design of a Torsional Hysteretic Damper for Frames (THDF) based on the theory of uniform displacement distribution. Notably, the algorithm achieves an optimal distribution with minimal computational cost for this damper. The study involved the design of structures with 4, 8, and 12 stories, determining their mass and stiffness. Subsequently, 11 earthquake records served as input forces for time history analysis, and their information was extracted. The results demonstrate that the use of the THDF damper in seismic control significantly reduces inter-story displacement. Investigations highlight that an improper distribution leads to a substantial increase in damper capacity and, consequently, installation costs. Utilizing the proposed algorithm for optimal damper design results in an approximate reduction of 41%, 78%, and 75% in damper usage for 4, 8, and 12-story structures, respectively, compared to the uniform distribution case. The thesis concludes by discussing the achieved results and the potential of the proposed algorithm for optimal design.