بهینه‌سازی مبتنی بر خطر لرزه‌ای دستگاه آلیاژی

مطالعات اخیر گزارش کرده اند که نسبت رانش طبقه باقیمانده بیشتر از 0.01 می تواند بازسازی یک سازه جدید را نسبت به مقاوم سازی سازه آسیب دیده مطلوب تر کند [1]، [2]، [3]. اگرچه در آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای کنونی [4] به طور محتاطانه بر آن تاکید نشده است، اما اهمیت آسیب‌های پس از زلزله مربوط به تغییر شکل‌های باقیمانده با تاکید بر تاب‌آوری در برابر زلزله به تدریج افزایش یافته است، که نیاز به بازیابی سریع برای به حداقل رساندن خسارات اجتماعی و اقتصادی ناشی از زلزله دارد. 5]. چنین شناختی الهام بخش توسعه سازه های خود محور مقاوم در برابر نیروی لرزه ای است که می تواند آسیب و تغییر شکل باقیمانده ناشی از حرکات قوی زمین را کاهش دهد [6، [7]، [8]، [9].

مطالعات جدیدتر بر روی دستگاه‌های خود محوری متمرکز شده‌اند که از خاصیت ارتجاعی فوق‌العاده آلیاژهای حافظه‌دار شکل (SMAs) بهره می‌برند [16]، [17]. SMA یک آلیاژ فلزی ویژه است که می تواند پس از گرم شدن [18]، [19] یا تخلیه (اثر فوق الاستیک) [20] از تغییر شکل بازیابی کند. نیکل (Ni) و تیتانیوم (Ti) رایج ترین اجزای SMA هستند زیرا فشار قابل بازیافت زیادی دارند (تقریباً 0.08) [21]. SMA های فوق الاستیک دارای قابلیت های خود محوری و اتلاف انرژی پایدار بدون تغییر شکل باقیمانده قابل توجه و همچنین مقاومت در برابر خوردگی عالی و عمر خستگی چرخه ای هستند [20] که از ویژگی های مطلوب برای مقاوم سازی سازه های موجود هستند [22].

انواعی از دستگاه های خود محور یا اعضای ساختاری که از خاصیت ارتجاعی فوق العاده Ni-Ti SMAs استفاده می کنند، توسعه یافته اند. به عنوان مثال، تیر-ستون [23]، [24]، [25]، [26]، میلگردهای تقویت کننده [27]، [28]، [29]، [30]، [31]، [32]، اتصالات پل [33]، [34]، [35]، [36]، ستون های پل بتنی آرمه [27]، [37]، [38]، [39]، میراگرها [40]، [41]، [42]، [ 43، ژاکت های ستون [44]، [45]، مهاربندها [41]، [46]، [47]، [48]، [49]، دستگاه های مهار کمانش [50]، و دستگاه اتلاف انرژی با معماری کششی [ 51].

توجه به این نکته حائز اهمیت است که به دو دلیل باید از مقدار مناسب دستگاه های خود محور SMA استفاده کرد: (1) به حداقل رساندن استفاده از SMA مطلوب است زیرا هزینه مواد بسیار بالاتر از بتن یا فولاد است [39] ، [52] و (2) توزیع نامناسب استحکام و سختی ناشی از مهاربند ممکن است منجر به آسیب ساختاری غیرمنتظره شود. اکثر مطالعات اخیر و آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای فعلی [4]، [22] استحکام و سختی دستگاه‌های SMA را با استفاده از روش‌های سنتی مبتنی بر جابجایی توزیع می‌کنند که به اولین شکل مدال سازه بستگی دارد. به عنوان مثال، کیو و همکاران. [53]، [54] قاب های مهاربندی شده را با استفاده از رویکرد مبتنی بر جابجایی اصلاح شده طراحی کردند. فانگ و همکاران [55] توزیع دستگاه های خود محور را طبق ASCE 7 [4] تعیین کرد و ارزیابی تلفات لرزه ای یک سازه قاب خمشی فولادی 9 طبقه را انجام داد. علاوه بر این، برخی از محققان از رویکرد مدل‌سازی جایگزین برای کاهش زمان مورد نیاز برای توسعه ظرفیت سازه‌ها استفاده کرده‌اند. به عنوان مثال، چن و همکاران. [56] از ریسک لرزه ای به عنوان هدف طراحی استفاده کرد و از مدل جایگزین تک درجه آزادی (SDOF) برای بررسی طیف ظرفیت فروپاشی استفاده کرد. به همین ترتیب، کیو و همکاران.[57] منحنی های ظرفیت پیشنهادی برای سازه های قاب مهاربندی شده مختلف با استفاده از رویکرد جایگزین SDOF برای طراحی یک قاب مهاربندی شده فولادی 6 طبقه. کیو و دو [58] عملکرد لرزه‌ای یک قاب فولادی شش طبقه مقاوم در برابر خمش را که با استفاده از دستگاه‌های مختلف خودمرکز مقاوم‌سازی شده بود، ارزیابی کردند. استفاده از منحنی ظرفیت SDOF در طراحی آنها. با این حال، هنگامی که یک سازه چند درجه آزادی در معرض حرکات زمین قرار می گیرد، حداکثر جابجایی آن تحت تأثیر خواص ساختاری و ویژگی های حرکت زمین قرار می گیرد [59]. بنابراین، تضمین نمی شود که شکل تغییر شکل سازه در شروع تقاضای پیک لرزه ای با اولین شکل مودال مطابقت داشته باشد و در نهایت منجر به استفاده ناکارآمد از دستگاه های SMA شود.

چندین مشارکت از این مطالعه که می تواند از تحقیقات قبلی متمایز شود عبارتند از: (1) شبیه سازی پاسخ بار-تغییر شکل دستگاه SMA آزمایش شده با دقت قابل قبول با استفاده از یک مدل مواد پیشرفته SMA. (2) تعیین مقدار بهینه SMA برای دستگاه‌ها از طریق روشی که ترکیبی از طراحی مبتنی بر ریسک لرزه‌ای، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی بر روی قاب‌های فولادی چهار طبقه مقاوم در برابر گشتاور و الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات است. (3) مقایسه پاسخ دینامیکی یک ساختمان با مهاربندی SMA که با استفاده از رویکرد مبتنی بر ریسک لرزه‌ای و رویکرد سنتی طراحی شده است، به منظور بررسی اثربخشی این روش‌های طراحی. و (4) ارائه سه جایگزین طراحی که نگرانی های تصمیم گیرندگان در مورد خطر لرزه ای را برآورده می کند.