توصيفگر ها :
ميراگر صفحه¬ي اتصال شياردار , ميراگر جاري شونده , قاب مهاربندي شده¬ي ضربدري , آزمايش چرخه¬اي , اجزاء محدود غير خطي , اتلاف انرژي , شكل¬پذيري
چكيده فارسي :
طراحي و اجراي سازه¬هاي مقاوم در برابر زلزله مهم¬ترين عامل در جلوگيري از خسارت جاني و مالي ناشي از انرژي زياد اين بلاي طبيعي است. مهاربندهاي همگرا از جمله عناصر متداول در تأمين سختي و مقاومت جانبي سازه¬ها هستند كه در مقايسه با ساير عناصر باربر جانبي از استهلاك انرژي و شكل¬پذيري كمتري برخوردارند. يك نقص اصلي در عملكرد بادبندهاي هم¬مركز، كمانش بادبند فشاري قبل از تسليم و جذب انرژي ناكافي است. ايده استفاده از قطعات اتلاف انرژي از جمله مواردي بوده كه به طور گسترده براي اصلاح رفتار لرزه¬اي اين گونه مهاربندها مورد توجه قرار گرفته است. ميراگرهاي جاري¬شونده فولادي يكي از انواع سيستم¬هاي غيرفعال اتلاف-كننده¬ي انرژي هستند كه به¬كمك مواد تشكيل¬دهنده¬ي خود انرژي اجزاي سازه را مستهلك مي¬كنند و باعث بهبود عملكرد سازه مي-شوند. در اين رساله نوع جديدي از سيستم مهاربند همگرا پيشنهاد شده است كه در اصطلاح به آن ميراگر صفحه¬ي اتصال شياردار (GGPD) گفته مي¬شود. سيستم پيشنهادي با ايجاد يك فيوز جديد از طريق ايجاد شيارها در گاست پليت مركزي در قاب مهاربندي شده¬ي ضربدري عمل مي¬كند. در سيستم پيشنهادي، به عنوان يك سيستم داراي آسيب¬پذيري كم¬تر يا قابل ترميم، گاست پليت به عنوان يك اتصال مركزي قابل تعويض است كه چهار مهاربند همگرا را به گاست پليت متصل مي¬كنند. در اين تحقيق پس از معرفي جزييات ميراگر پيشنهادي مورد نظر، خصوصيات اصلي سيستم پيشنهادي با استفاده از روش تحليلي مشخص گرديدهاند. اين روش با بهرهگيري از روابط پايهاي مقاومت مصالح، ويژگيهاي رفتاري ميراگر جديد از جمله سختي الاستيك، مقاومت تسليم، ظرفيت نهايي، و ظرفيت اتلاف انرژي را تعيين نموده است. براي بررسي خصوصيات رفتاري قاب ضربدري مجهز به ميراگر پيشنهادي، چهار نمونه¬ي آزمايشگاهي طراحي و ساخته شده¬اند. در اين راستا، يك قاب ضربدري مهاربندي شده مجهز به يكي از چهار نمونه ميراگر پيشنهادي در مقياس دو سوم ساخته و به صورت دوره¬اي آزمايش شد. ارزيابي و مطالعات انجام شده نشان داد كه ايده¬ي استفاده از ميراگر پيشنهادي به منظور افزايش شكل¬پذيري و بهبود عملكرد قاب ضربدري ارزشمندي است. ارزش اين ايده از آن جهت است كه با افزايش شكل¬پذيري و بهبود عملكرد اين نوع سازه¬ها، محدوديت كاربردي آن¬ها مرتفع مي¬شود و استفاده از ديگر ويژگي¬هاي مثبت و قابل توجه آن¬ها فراهم مي¬شود.
نتايج نشان داد كه سيستم مورد نظر به عنوان يك عضو شكل¬پذير گزينه مناسبي براي اين منظور است، زيرا ضمن قابليت جذب انرژي، مقاومت قابل توجهي و رفتار كششي و فشاري يكسان است. به نظر مي¬رسد با توجه به مصالح موجود در بازار، امكان تهيه و نصب آن در قاب ضربدري نيز وجود دارد. هم¬چنين به نظر مي¬رسد امكان تعويض ميراگر پس از خرابي نيز به راحتي امكان¬پذير بوده و از هزينه كم و سرعت بالايي برخوردار باشد. ميراگر پيشنهادي توانست سطح بسيار خوبي از اتلاف انرژي را فراهم¬كند كه ضريب شكل¬پذيري آن به 4/5 مي¬رسد. براي ارزيابي عددي رفتار ميراگر شياردار، از نرمافزار المان محدود ABAQUS بهره گرفته شد. يك مدل اجزاي محدود غيرخطي بر مبناي سيستم مطالعاتي، كه حاوي شكست و خستگي كم¬چرخهاي توسعه يافت و با استفاده از نتايج آزمايشها كاليبره شد. نتايج نشان داد كه مدل اجزاي محدود غيرخطي موفقيتآميز در شبيه سازي رفتار ميراگر بوده و با رفتار واقعي در طول آزمايشها تطابق دارد. به منظور رفع مشكل مود شكست ميراگر پيشنهادي، يك شكل هندسي جديد براي ميراگرهاي شياردار فولادي پيشنهاد شده است. بر اساس نتايج هر دو روش تحليلي و عددي، ميتوان نتيجه گرفت كه افزايش ضخامت صفحه¬ي مياني ميراگر به 1/5 برابر ضخامت بخش¬هاي بالايي و پاييني، مطلوبترين نتايج را به همراه داشت. لازم به ذكر است كه اين اصلاح با افزايش متوسط 30% و 50% منجر به بهبود قابل توجهي در مقاومت و شكلپذيري شد. هم¬چنين ميراگر را مي¬توان بر اساس كاهش طول نوارهاي فولادي صفحه¬ي مياني اصلاح كرد. نتايج نشان داد كه نسبت طول نوارهاي بخشهاي بالا و پاييني به نوارهاي صفحهي مياني 1/4، بهترين نتايج را ارائه ميدهد. بنابراين مي¬توان نتيجه گرفت كه با انجام اصلاح مي¬توان حالت شكستگي را به تأخير انداخت و يا حتي حذف كرد.
چكيده انگليسي :
The design and implementation of earthquake-resistant structures is the most important factor in preventing human and financial damage caused by the high energy of this natural disaster. Concentric braces are among the common elements in providing stiffeness and lateral resistance of structures, which have less energy consumption and ductility compared to other lateral bearing elements. A major defect in the performance of concentric braces is the buckling of the compressive brace before yield and insufficient energy absorption. In this thesis, a new type of concentric bracing system is proposed, which is known as grooved gusset plate damper (GGPD). The proposed system operates by generating a new fuse through the creation of grooves in the central gusset plate within the cross-braced frame. In the proposed system, as a less vulnerable or repairable system, the gusset plate is replaceable as a central connection that connects four concentric braces to the gusset plate. In this research, after introducing the details of the proposed damper, the main characteristics of the proposed system have been determined using analytical methods. This method has determined the behavioral characteristics of the new damper, including elastic stiffness, yield strength, ultimate capacity, and energy dissipation capacity, through the application of fundamental material resistance relationships. To experimentally investigate the behavioral characteristics of the cross-braced frame equipped with the proposed damper, four samples were designed and constructed. In this regard, a cross braced frame equipped with one of the four proposed damper samples was built and periodically tested. The evaluation and studies have demonstrated that employing the proposed damper to enhance ductility and optimize the performance of the cross frame is valuable. The value of this idea is that by increasing the ductility and improving the performance of these types of structures, their practical limitations are removed and the use of their other positive and significant features is provided.
The results showed that this system as a ductile member is a suitable option for this purpose, because in addition to the ability to absorb energy, it has a significant resistance and the tensile and compressive behavior is the same. According to the materials available in the market, it appears feasible to prepare and install it within a cross-braced frame. Additionally, it appears that replacing the damper after a failure is easily achievable, with low costs and high speed. The proposed damper was able to provide a very good level of energy dissipation; whose ductility factor reaches 4.5. A non-linear finite element model, incorporating fracture modeling and low-cycle fatigue, was developed and calibrated based on the study system using the test results. The results showed that the nonlinear finite element model is successful in simulating the behavior of the damper and is consistent with the actual behavior during the experiments. In order to address the failure mode of the proposed damper, a new geometrical shape for steel grooved dampers is being proposed. Based on the results of both analytical and numerical methods, it can be concluded that increasing the thickness of the middle plate of the damper to 1.5 times the thickness of the upper and lower parts led to the most favorable outcomes. It should be noted that this modification led to a significant improvement in strength and ductility with an average increase of 30% and 50%. Additionally, the damper can be modified based on shortening the length of the steel strips of the middle plate. The findings indicated that achieving a ratio of 1.4 between the lengths of the strips in the upper and lower sections to those in the middle plate yielded optimal results. Hence, it can be concluded that by performing modification, the occurrence of fracture can be delayed or even eliminated.