پديد آورنده :
شاه زماني ورنوسفادراني، اميرحسين
عنوان :
ارائة روشي جديد براي طراحي لرزه اي سازه هاي فولادي مجهز به ميراگر اصطكاكي خودمركزگرا بر مبناي روش طراحي جابه‌جايي مستقيم
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 125ص: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
كنترل سازه , كنترل غيرفعال , آلياژ حافظه دار , ميراگر اصطكاكي خودمركزگرا , سختي و ضريب ميرايي ويسكو معادل , نرم افزار OpenSees , DDBD , خطي سازي ميراگر , نسبت ميرايي معادل
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/08/01
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/08/02
چكيده فارسي :
علي‌رغم اينكه با رعايت ضوابط طراحي لرزه‌اي، اكثر ساختمان‌ها از فروريزش در حين زلزله در امان هستند؛ اما تعمير و اصلاح خرابي¬هاي ايجاد شده در قسمت¬هاي مختلف سازه علاوه بر اينكه نيازمند صرف هزينه¬هاي بسياري است، موجب ايجاد وقفه در خدمت¬رساني شده و به صورت غيرمستقيم نيز خساراتي را در پي خواهد داشت. افزودن سيستمي كه بتواند علاوه بر جلوگيري از فروريزش، تغيير شكل‌ها و جابه‌جايي‌هاي پسماند را هم در سازه پس از زلزله كاهش دهد، موضوعي است كه در چند سال اخير توسط پژوهشگران دنبال مي¬شود. بر همين اساس در پژوهش حاضر به آسيب‌پذيري سازه‌هاي فولادي مجهز به ميراگر اصطكاكي خودمركزگرا پرداخته شده است. اين ميراگرها با مستهلك كردن انرژي ناشي از زلزله منجر به كاهش جابه‌جايي‌هاي جانبي به وجود آمده در سازه مي¬شوند و همچنين با تقويت خودمركزگرايي جابه‌جايي‌هاي پسماند را كاهش مي‌دهند. چالش ديگر در اين زمينه، طراحي عملكردي سازه‌هاي مجهز به اين سيستم پيشنهادي است.
يكي از روش¬هاي طراحي معمول، روش¬هاي مبتني بر جابه‌جايي مستقيم (DDBD) است. در اين روش، سازة اصلي با يك سيستم يك درجه آزاد معادل جايگزين مي¬شود و مقادير سختي و ضريب ميرايي ويسكوز معادل براي اين سيستم جايگزين بايد به نحوي انتخاب شوند كه تطابق بالايي با مدل اصلي داشته باشند و از اين طريق نتايج نهايي تحليل دقيق باشد. اما جايگزين‌كردن سازه¬اي با پيچيدگي-هاي بسيار زياد با يك سيستم يك درجه آزاد و استفاده از نتايج تحليل آن براي چنين سازه¬اي نتايج را با خطا همراه مي‌سازد. از سوي ديگر در سازه¬هاي بلندمرتبه، اثرات مود¬هاي بالاتر بيش از مود اول است و سيستم يك درجه آزاد نمي¬تواند نمايندة خوبي براي مدل جايگزين باشد و لازم است براي سازه¬هاي بلندمرتبه چارة ديگري انديشيد. بدين منظور الگوريتمي سه‌مرحله‌اي بر مبناي روش DDBD توسعه يافته است كه مي¬تواند مقادير سختي، ضريب ميرايي معادل و نسبت ميرايي معادل را با دقت بهتري براي سازه‌ها به دست آورد. توزيع ميراگر در ارتفاع سازه در دو حالت توزيع يكنواخت و خطي ميراگر لحاظ شده است. در اين الگوريتم با درنظرگرفتن مدلي دقيق از سازه كه تمام اجزاي آن مدل‌سازي شده¬اند، مقادير سختي معادل و ضريب ميرايي ويسكوز معادل با خطاي كمتر از 5% محاسبه مي¬شوند. در مرحلة اول تعداد ميراگر موردنياز طراحي مي¬شود. در مرحلة دوم منحني IDA مدل ترسيم و در نهايت در مرحلة سوم، طي روندي تكرارشونده، نسبت ميرايي ويسكوز معادل محاسبه مي¬شوند.
براي بررسي الگوريتم معرفي شده، سازه¬هاي فولادي سه¬بعدي مجهز شده به ميراگر اصطكاكي خودمركزگرا در نظر گرفته شدند. مدل-هاي فولادي 1، 4 و 10 طبقه ايجاد و از تركيب 6 نمونه آلياژ حافظه¬دار با 7 سطح اصطكاك، 42 نمونه¬هاي ميراگر مدل‌سازي شدند. سپس 11 شتاب¬نگاشت با شدت¬هاي 5/6 تا 5/7 ريشتر انتخاب شدند. پس از اعمال مراحل الگوريتم بر مدل¬ها در طي حدود 50000 تحليل تاريخچه زماني، مقادير سختي، ضريب ميرايي ويسكوز معادل و نسبت ميرايي ويسكوز معادل براي آن¬ها به دست آمد. در نهايت نيز با توجه به اينكه نمونه¬هاي ميراگر انتخاب شده، بخش زيادي از ميراگرهاي ممكن را شامل مي¬شوند، مشاهده شد كه انواع مختلف ميراگر اصطكاكي خودمركزگرا مي¬توانند مقادير حداكثر جابه‌جايي جانبي و جابه‌جايي پسماند را به ترتيب تا حدود 60% و 90% كاهش دهند. سپس با تحليل داده¬ها توابعي توسعه داده شد كه با توجه به ويژگي¬هاي ميراگر و سازه، مي¬توانند با دقت بالايي تعداد ميراگر اصطكاكي خودمركزگراي لازم در هر طبقه، سختي معادل، ضريب و نسبت ميرايي ويسكوز معادل را، محاسبه كنند.
چكيده انگليسي :
Despite Despite adhering to seismic design regulations, most buildings are protected from collapse during earthquakes. However, repairing and retrofitting the resulting damage requires significant expenditures and causes service interruptions, leading to further indirect losses. Researchers have recently focused on adding systems that can reduce residual deformations and displacements in structures post-earthquake, in addition to preventing collapse. This study examines the vulnerability of steel structures equipped with self-centering friction dampers, which reduce lateral displacements by dissipating earthquake-induced energy and enhance self-centering capability to mitigate residual displacements.
One common design method is the Direct Displacement-Based Design (DDBD) approach, which replaces the main structure with an equivalent Single Degree Of Freedom (SDOF) system. The equivalent stiffness and viscous damping coefficients for this substitute system must closely match the original model to ensure accurate analysis results. However, this replacement can introduce errors, especially in high-rise buildings where higher modes are more significant than the first mode. To address this, a three-step algorithm based on the DDBD method has been developed. This algorithm determines equivalent stiffness and damping coefficients for structures with better accuracy and considers damper distribution along the building height in two scenarios: uniform and linear distribution.
The algorithm includes designing the required number of dampers, plotting the dynamic pushover curve, and iteratively calculating the equivalent stiffness and viscous damping coefficients with less than 5% error. To test the proposed algorithm, 3D steel structures with self-centering friction dampers were analyzed. Models of one-story, four-story, and ten-story steel structures were created, and 42 damper samples were modeled using a combination of six shape memory alloys and seven friction levels. Eleven ground motion records with intensities ranging from 6.5 to 7.5 on the Richter scale were selected. After approximately 50,000 time-history analyses, the equivalent stiffness and viscous damping coefficients were obtained. Finally, functions were developed to accurately calculate the required number of self-centering friction dampers per floor, equivalent stiffness, and viscous damping coefficients for a uniform arrangement, based on the damper and structure characteristics.
استاد داور :
فرهاد بهنام فر , حسين تاجمير رياحي
