واکنش تحلیلی و طراحی سازه ها با فیوزهای سازه ای فلزی

واکنش تحلیلی و طراحی سازه ها با فیوزهای سازه ای فلزی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

واکنش تحلیلی و طراحی سازه ها با فیوزهای سازه ای فلزی

چکیده

طراحی لرزه ای متکی بر تغییر شکل های غیر ارتجاعی از طریق رفتار هیسترزیس می باشد. با این حال، این مورد ممکن است بر روی آسیب های اجزای ساختاری، تغییر شکل یا دفرمه شدگی های های دائمی سیستم پس از یک زمین لرزه و احتمالا هزینه بالای تعمیرات تاثیر گذار باشد. یک رویکرد طراحی جایگزین، که در گذشته پیشنهاد شد، در ارتباط با تمرکز بر روی صدمه دیدگی  اجزای سازه ای با قابلیت تعمیر آسان (یعنی فیوزهای سازه ای) می باشد، در حالی که ساختار اصلی می بایست بگونه ای طراحی شود تا بصورت ارتجاعی یا با تغییر شکل های غیر ارتجاعی اندک حفظ شود. اجرای مفهوم فیوز سازه ای در سازه های واقعی از یک روش طراحی ساده و منظم بهره می گیرد. این روش کلی در این جا برای طراحی سازه های جدید یا نوسازی شده پیشنهاد شده است. روش طراحی فیوز سازه ای پیشنهادی برای سازه های با چند درجه آزادی بر اساس نتایج یک بررسی پارامتری نشان داده شده در مقاله است که رفتار سیستم های با درجه آزادی واحد غیر خطی با توجه به حرکات زمینه مصنوعی را در نظر می گیرد. واکنش دینامیک غیرخطی در نمودارهای بدون بعد نرمال سازی شده با توجه به پارامترهای کلیدی نشان داده شده است. روش طراحی پیشنهادی به صورت یک مثال کاربردی با استفاده از مهاربندهای ضد کمانش و همچنین فیوزهای ساختار فلزی مشخص شده است. این مثال، در یک پروژه تجربی (تشریح شده در مقاله مرتبط) به عنوان یک ویژگی اثبات مفهوم روش طراحی ابداع شده بکار گرفته شده است.

کلید واژه ها: طراحی سازه ای، طراحی لرزه ای، اثرات لرزه ای، میرایی، کشش ناپذیری، کشش پذیری

واکنش تحلیلی و طراحی سازه ها با فیوزهای سازه ای فلزی

مقدمه

معمولا، در طراحی لرزه ای بارهای با کد خاص توسط یک عامل اصلاح واکنش R ایجاد شده که به سازه اجازه می دهد تا دستخوش تغییر شکل غیر ارتجاعی قرار گیرد، در حالی که بیشتر انرژی لرزه ای از طریق رفتار هیسترتیک اتلاف شده است. طرح ها همواره بطور ضمنی یا صریح بر کاهش نیروهای طراحی تأکید کرده اند. این روش بر توانایی اجزای ساختار شکل پذیر بطور خاص برای وفق یافتن با تغییرشکل های غیرارتجاعی بدون کاهش پایداری سازه تأکید می کند. با این حال، رفتار غیرارتجاعی به صورت برخی سطوح آسیب در این عناصر، تغییرشکل های دائمی سیستم پس از یک زمین لرزه و احتمالا هزینه بالای تعمیرات مشخص می شود (و در برخی از مواقع حتی تعمیر نیز کارساز نبوده و اگرچه سازه متلاشی نشده  لازم است تا تخریب شود). 

برای دست یابی به اهداف عملکرد لرزه ای دقیق برای سازه ها، یک رویکرد طراحی جایگزین بر ترمیم آسیب و سهولت تعمیر اجزای ساختاری، یعنی فیوزهای ساختاری تأکید می کند و در عین حال سازه اصلی طراحی شده کشش خود را حفظ کرده و یا تغییرشکل های جزیی ارتجاعی در آن ایجاد شده باشد. پس از یک زمین لرزه مخرب، تنها این اجزای خاص لازم است تعویض شوند بنابراین قیاس فیوز  تعمیر را آسان تر و مناسب تر می سازد. علاوه بر این، در این مثال، تجدیدمرکز خودکار سازه زمانی روی می دهد که تجهیزات فیوز شکل پذیر برداشته شده اند، یعنی ساختار انعطاف پذیر به موقعیت تغییرشکل نیافته اصلی خود برمی گردد.

در این مقاله، فیوزهای ساختاری تجهیزات اتلاف انرژی منفعل (PED ) طراحی شده برای اعمال بار( و بنابراین انرژی را جذب می کند) قبل از اعمال بار به قاب هستند. روش طراحجی فیوز سازه ای پیشنهادیبرای سازه های با چند درجه آزادی (MDOF) بر نتایج یک تحقیق پارامتری اتکا می کند که رفتار سیستم های درجه آزادی خطی (SDOF)را با توجه به حرکت های زمینی ترکیبی در نظر می گیرد. واکنش دینامیک غیرخطی در نمودارهای بدون بعد با توجه به پارامترهای کلیدی نرمال سازی شده است. رانش مجاز طبقه به عنوان یک حد کرانه بالاتر در فرایند طراحی معرفی شده است. اگرچه، هیچ محدودیتی از نظر نوع و ویژگی های سیستم های MDOF وجود ندارد که در آن تحلیل های دینامیک غیرخطی سیستم های SDOF معتبر است و فریند طراحی پیشنهادی برای سه نوع از دستگاه های مختلف نشان داده شده که به عنوان فیوزهای ساختار فلزی در کار وارگاس و برونو (۲۰۰۶a) با نام های حائل ضد کمانش (BRB)، سیستم های سختی و میرایی اضافه شده زاویه ای و سیستم های پانل برشی نشان داده شده است. تنها مورد اول در این مقاله ذکر شده است.

واکنش تحلیلی و طراحی سازه ها با فیوزهای سازه ای فلزی

فرمول بندی پارامتری

شکل ۱ منحنی فشار روبه پائین کلی و مدل یک سازه SDOF را نشان می دهد که در آن فیوزهای فلزی و قاب توسط فنرهای الاستوپلاستیک بطور موازی کار می کنند. منحنی کل با سختی اولیه K1 با اضافه کردن سختی قاب و فیوزهای ساختاری Kf  و  Kaمحاسبه شد.

واکنش دینامیک غیرخطی

در این تحقیق، یکی از سازه های مدل SAC به عنوان الگوی تجربی انتخاب شد. به یاد داشته باشید که SAC یک اثر مشترک بین اتحادیه مهندسان سازه کالیفرنیا، شورای فن آوری عملیاتی و دانشگاه تحقیقاتی مهندسی زمین لرزه کالیفرنیا برای حل مسائل عملیاتی اتصالات قاب-ممان فولاد پس از زمین لرزه ۱۹۹۴ نورتریج می باشد. پروژه SAC منتخب شامل یک سازه فولادی سه طبقه واقع روی خاک سخت است.

رانش مجاز طبقه

در برخی مثال ها رانش طبقه ( حداکثر جابجایی نسبی بین طبقات متوالی) ممکن است به کنترل نیاز داشته باشد یعنی جلوگیری از اثرات  بیش از اندازه، کشش های ارتجاعی زیاد و فرسودگی دوره ای پائین فیوزهای فلزی یا آسیب به اجزای غیرساختاری، نظیر پارتیشن، سقف و نرده ها و پنجره ها و قاب درها، که حساس به تغییر شکل جانبی می باشند.

واکنش تحلیلی و طراحی سازه ها با فیوزهای سازه ای فلزی

طراحی مجموعه ای خاص از پارامترها

مفهوم فیوز سازه ای می تواند توسط بسیاری از ترکیب های پارامترها محقق شود که سیستم ساختاری و واکنش لرزه ای آن را تعریف می کند. با این حال ،برخی از این ترکیب ها ممکن است کافی نباشند. یک معیار احتمالی راندمان ساختاری را می توان با انتخاب محتمل ترین سازه فولادی تعریف کرد که به شیوه ای مطلوب رفتار می کند. برای داشتن یک طراحی موثر، داشتن برخی دستورالعمل ها در مورد نحوه انتخاب مقادیر پارامترهای کلیدی که سیستم های فیوز مطلوب را تعریف می کنند مفید است.

مثال طراحی

پروژه SAC انتخاب شده یک سازه فولادی سه طبقه با هفت قاب در جهت شمال-جنوب و ۵ قاب در جهت شرق-غرب در شکل ۴ نشان داده شده اند. قاب های مقاوم خمشی با خطوط ممتد در پیرامون و قاب های کششی با خط چین ها نشان داده شده اند. طبق استاندارد FEMA 355-C، پروژه یک سازه اداری استاندارد مستقر در خاک سخت است. همان طور که در FEMA 355-C گزارش شد  ،طرح های قاب های مقاوم خمشی در دو جهت عمودی خیلی شبیه هم هستند، بنابراین تنها نیمی از سازه در تحلیل ها در نظر گرفته شد. در این تحقیق، یک دهانه واحد از قاب های خروجی در جهت شمال جنوب به عنوان ساختارفرعی برای اهداف فرعی در نظر گرفته شد. این ساختارفرعی پیش فرض طبق روش نشان داده شده برای سازه های MDOF با استفاده از BRBs به عنوان فیوزهای ساختاری طراحی شده است.

واکنش تحلیلی و طراحی سازه ها با فیوزهای سازه ای فلزی

نتایج تحلیل نمونه اولیه

از طریق پارامتر هدف ( یعنی  و ) و استفاده از معادله های ۱۱ تا ۱۴، برش پایه خمشی مورد نیاز و برش پایه کل Vp  ظرفیت برش پایه برای قاب Vyf و سیستم میرایی Vyd, به اندازه های  ۴۵۲, ۹۰۳ ۵۶۵,  و  ۳۳۹ Kn برای طراحی زمین لرزه برابر با یک شتاب زمینی اوج  ۰٫۳۷۵g محاسبه شده اند. در نتیجه، اجزای قاب و BRBs بخاطر ظرفیت برش پایه مورد نیاز خود طراحی شده اند و خواص آنها در جدول ۲ نشان داده شده اند. توجه کنید که سطح مقطع عرضی مهاربندها شامل صفحات فولادی مستطیلی می باشد ( در جدول ۲ تنها خواص هسته ای مهاربند نشان داده شده اند ).

واکنش تحلیلی و طراحی سازه ها با فیوزهای سازه ای فلزی

نتیجه گیری

در این تحقیق، توصیف برای تعریف بکار رفته از فیوزهای ساختاری ارائه شده است. این تحقیق بطور خاص فیوزهای ساختنری را به عنوان اجزای قابل تعمیر و قابل تعویض اختصاص یافته برای حفاظت از ساختار اصلی سازه تعریف می کند که بطور هم زمان به خودمرکز بندی خودکار قاب در طی جایگزینی فیوز کمک می کند. پارامترهایی که بر رفتار لرزه ای سازه های طراحی شده یا مقاوم سازی شده با دامپرهای فلزی حکم می کنند به عنوان فیوزهای ساختاری شناسایی شده اند. واکنش لرزه ای از طریق تحلیل های پارامتری سیستم های بررسی شده ارزیابی شده و راهنمای طراحی برای سایزبندی سیستم فیوز به عنوان یک تابع از توان سیستم کامل ارائه شد.

اعتبار روش طراحی پیشنهادی بطور کامل از طریق چندین مثال تحلیلی از سیستم های MDOF طراحی و تقویت شده با انواع مختلف فیوزهای ساختاری ارزیابی شد (Vargas and Bruneau 2006a[1] ). با این حال برای اختصار، تنها یک مثال در این مقاله نشان داده شده است. بنابراین، نتیجه گرفته شد که روش پیشنهادی به اندازه کافی قوی بوده و برای طراحی سیستم های فیوز سازه ای با عملکرد لرزه ای مطلوب معتبر است. علاوه بر این، این روش بطور تجربی ارزیابی شده و نتایج آن در مقاله راهنما نشان داده شده است .

مشخص شد که دامنه راه حل های مجاز که مفهوم فیوز سازه ای را محقق می کنند می تواند بطور پارامتری تعریف شود و شامل حد جابجایی طبقه بیان شده بعنوان یک حد دوره ارتجاعی می باشد. ممکن است مشاهده شود که سیستم های دارای   یک انتخاب وسیع تر از طرح های قابل قبول را با دامنه بیشتر از مقادیر  ارائه می کند.

اگرچه تقاضای خمش،  و  بطور قابل توجه ای متناسب با a فرق می کنند، انرژی هیستریک بطور قابل توجه ای با کاهش مقادیر a افزایش می یابد. بعبارت دیگر، مقادیر قابل توجه ای از انرژی هیستریک را می تواند با سیستم دارای تقاضاهای خمشی برابر اتلاف کرد.

همان طور که در مثال های کاربردی نشان داده شده است، با استفاده از روش ذکر شده، سازه ها می توانند بطور سیستماتیک طرای یا با استفاده از فیوزهای فلزی برای حفاظت از تیرها و ستون ها در برابر تغییرشکل های ارتجاعی حفاظت شوند. از شکل ۲ ممکن است مشخص شود که از یک سو، سیستم دارای  به عناصر فیوز بزرگ نیاز دارند تا اهداف مفهوم فیوز سازه ای محقق شود . از سویی دیگر، سیستم های دارای  نیز به اجزای فیوز بزرگ و مقادیر بزرگ  نیاز دارند که ممکن است اجرای آنرا مشکل کند ( یاد آور این مورد نیست که مقدار  رفتار خمش پذیر کمتر از فیوز سازه ای را نشان دهد که کمتر مطلوب است. بنابراین استفاده از  و  به عنوان پارامترهای هدف برای بهترین عملکرد لرزه ای توصیه شده است ( این منطقه از طرح های پویا در شکل ۳ در راستای هدف برش  برای قاب ارتجاعی نشان داده شده است).