توصيفگر ها :
ميراگر خمش خالص , ميراگر جاري شونده فلزي , بارگذاري توام درون صفحه و برون صفحه، , بارگذاري دوجهته و سه جهته , ظرفيت استهلاك انرژي , پايداري رفتار چرخه‌اي , نرم‌افزار اجزا محدود ABAQUS
چكيده فارسي :
به طور كلي اعضاي سازه‌ها در مواجهه با پديده زلزله جابه‌جايي و نيروهايي با شدت و راستاهاي متفاوت را متحمل مي‌شوند؛ به صورتي كه در يك عضو همواره احتمال ايجاد نيروهاي انتقالي محوري و برشي و ممان‌هاي خمشي و پيچشي تحت ارتعاشات لرزه‌اي وجود دارد. امروزه از روش طراحي بر اساس عملكرد به منظور درنظرگيري تاثيرات زلزله با هدف افزايش ايمني جاني، كاهش خسارات وارده بر سازه‌ها، كاهش هزينه‌هاي زماني و مالي تعمير پس از خرابي، و همچنين حفظ قابليت بهره‌برداري پيوسته براي سازه‌ها استفاده مي‌شود. در اين روش طراحي مهندسان قادر به پيش‌بيني عملكرد سازه تحت نيروي زلزله بوده و بر همين اساس امكان انتخاب سطح آسيب پذيري مورد نظر را دارا مي‌باشند. در دهه‌هاي گذشته به منظور كنترل سطح آسيب وارده بر سازه‌ها استفاده از سيستم‌هاي كنترل ارتعاشات به خصوص سيستم كنترل غيرفعال رواج پيدا كرده است. در اين بين ميراگرهاي جاري شونده فلزي با توجه به مزايايي چون پايداري رفتار چرخه‌اي، ظرفيت بالاي استهلاك انرژي و هزينه‌هاي ساخت و تعمير و نگهداري اندك مورد توجه بيشتري قرار گرفته است. به اينكه اعضاي سازه‌ها تحت ارتعاشات زمين‌لرزه نيروهايي با راستاهاي متفاوت را تجربه مي‌كنند؛ بررسي پايداري و كفايت اين‌گونه وسايل در استهلاك انرژي وارده بر سازه به عنوان اجزاي مقاوم لرزه‌اي حائز اهميت ويژه‌اي مي‌باشد. به دليل وجود تحقيقات اندك در زمينه بررسي تاثير ارتعاشات همه جانبه ايجاد شده توسط زلزله بر رفتار و عملكرد ميراگرها از جمله ميراگرهاي جاري شونده، در اين پايان‌نامه به بررسي رفتار و عملكرد يك نوع ميراگر جاري شونده فلزي با نام ميراگر جاري شونده خمش خالص تحت تركيب جابه‌جايي‌هاي محتمل به وجود آمده در اين ميراگر (جابه‌جايي‌هاي درون صفحه و عمود بر صفحه قاب مهاربندي شده داراي ميراگر) تحت زمين‌لرزه پرداخته مي‌شود. اين ميراگر به دليل هندسه خاص استفاده شده در آن داراي مكانيزم ايجاد لنگر خمشي خالص در ورق‌هاي ميراگر بوده و از مزاياي آن مي‌توان به شكل‌پذيري مناسب، ظرفيت بالاي جذب انرژي و رفتار چرخه‌اي پايدار اشاره نمود. به منظور مطالعه رفتار اين نوع ميراگر تحت جابه‌جايي‌هاي توام درون صفحه و برون صفحه، 6 نمونه ميراگر با مشخصات هندسي و طراحي متفاوت از نظر ضخامت ورق‌هاي ميراگر، طول و عرض ورق‌هاي ميراگر، تعداد ورق‌هاي ميراگر و مقاومت محوري كل ميراگر در نظر گرفته شده است. به دليل هزينه‌هاي گزاف ساخت نمونه در آزمايشگاه‌ها و همچنين وجود محدوديت در دستگاه‌هاي بارگذاري از نقطه نظر ايجاد شرايط بارگذاري در راستاهاي متفاوت، از روش عددي به صورت جايگزيني براي روش آزمايشگاهي در اين تحقيق استفاده شده است. نرم‌افزار اجزا محدود ABAQUS به عنوان ابزاري قدرتمند در شبيه‌سازي رفتار مواد به خصوص فلزات بدين جهت انتخاب شده است. در بررسي اوليه نمونه‌هاي ميراگر مشخصات رفتاري حاصل از نتايج آناليز عددي شامل ظرفيت نهايي و ظرفيت جذب انرژي با نتايج آزمايشگاهي موجود مقايسه شد. نتايج نشان داد كه ظرفيت نهايي نمونه‌هاي عددي بين 0 تا 20 درصد و ظرفيت جذب انرژي در حلقه آخر اعمال جابه‌جايي بين 0 تا 15 درصد با داده‌هاي آزمايشگاهي موجود اختلاف داشته و مواردي چون ايجاد تنش لهيدگي در محل پيچ‌ها و همچنين لغزش ورق‌ها ناشي از محكم نكردن اتصالات پيچي در نمونه‌هاي آزمايشگاهي، از دلايل اين اختلاف مي‌باشند كه در نرم‌افزار عددي در نظر گرفته نشده‌اند. بنابراين كارايي نرم‌افزار اجزا محدود ABAQUS در شبيه‌سازي رفتار اين نوع ميراگر به اثبات رسيد. در ادامه مدل عددي براي شرايط بارگذاري چندجهته اصلاح شده و امكان اعمال جابه‌جايي در جهات مختلف بر اين ميراگر در نرم‌افزار بررسي شد. مشاهده توزيع تنش و كرنش در اجزاي مختلف اين ميراگر نشان دهنده توانمندي نرم‌افزار ABAQUS در شبيه‌سازي رفتار اين ميراگر تحت جابه‌جايي‌هاي چند جهته است. مقايسه نمودار بار-تغييرمكان اين مدل‌ها نشان مي‌دهد كه رفتار چرخه‌اي اين ميراگر تحت بارگذاري دوجهته و سه جهته متاثر از فاصله آزاد بين قسمت مياني و كناري آن مي‌باشد. همچنين مقايسه ميزان انرژي مستهلك شده توسط اجزاي مختلف اين ميراگرها تحت بارگذاري دوجهته و سه جهته نيز نشان مي‌دهد كه در صورت وقوع برخورد بين اجزاي مختلف ميراگر علاوه بر ورق‌هاي ميراگر ساير ورق‌ها نيز در جذب انرژي زلزله مشاركت كرده و اين امر سبب افزايش ظرفيت شكل‌پذيري كل ميراگر مي‌گردد. نتايج حاكي از آن است كه ظرفيت شكل‌پذيري و استهلاك انرژي ميراگر خمش خالص حتي با وجود شرايط بارگذاري چندجهته ناشي از زلزله تا حد زيادي به اجزاء شكل‌پذير يعني ورق‌هاي ميراگر وابسته است.
چكيده انگليسي :
Throughout history, human society has created structures with different uses to resist the natural forces of the earth especially earthquake. The structural resisting members suffer displacements and forces of different intensities and directions. Therefore, the design should be done based on all the internal forces. For decreasing the damage to the structures, the performance-based design method has replaced with the force-based design method. In this design method, engineers are able to predict the performance of the structures under the forces caused by earthquake. In the past decades the use of vibration control systems has become popular, in order to increase the performance of structures. In the meantime, metal-yielding dissipaters as subsets of passive control systems have received more attention. Due to the existence of little research in the investigating the effect of all-round vibrations caused by earthquakes on the behavior and performance of dissipaters, including yielding dissipater, in this thesis, the behavior and performance of a type of metal yielding dissipater named Pure Bending Yielding Dissipater is considered under the combination of possible displacements. Due to the special geometry used in it, this damper has a mechanism for creating a pure bending moment in the damper plates, and one of its advantages can be pointed out to be suitable ductility, high energy absorption capacity, and stable hysteresis behavior. In order to study the behavior of this type of damper 6 specimens with different geometric and design specifications, in terms of the thickness of the damper plates, the length and width of the damper plates, the number of damper plates and the total axial strength of the damper, are considered. Due to the high costs of making specimens in laboratories and the limitations of loading devices, the numerical method has been used as an alternative. ABAQUS software has been chosen as a tool in simulating in this research. In the initial simulation, comparing the numerical results of the FEM with the experimental ones is done. The difference between FEM and experimental results in ultimate capacity and the energy absorption capacity is up to 20% and 15% respectively. Therefore, the efficiency of ABAQUS finite element software in simulating the behavior of this type of damper was proven. In the following, the numerical model was modified for multi-directional loading conditions and displacements in different directions was checked. Observing the distribution of stress and strain in different components shows the capability of ABAQUS in simulating of this damper under multi-directional displacements. The comparison of the load-displacement diagram of these models shows that the cyclic behavior of this damper under bi-directional and 3-directional loading is affected by the free distance between damper’s middle and side parts. So in case of collision between different parts, in addition to damper plates, other parts also participate in absorbing energy. The portion of absorbed energy in dapmer plates, holder plates, and the lateral constraint blocks is about 70-80%, 0-20%, and 0-10% of the entire energy consumption capacity of damper, respectively. These results indicate that the ductility capacity and energy consumption of the pure bending damper, even with the multi-directional loading conditions caused by the earthquake, are largely dependent on the ductile components, i.e. the damper plates. In addition, the comparison of all the results for both bi-directional and 3-directional loading conditions shows the negligible effect of out-of-plane loading on the cyclic behavior and the energy consumption capacity of the dampers.
