رفتار چرخشی یک میراگر شکافی پیشنهادی برای اتصالات تیر-ستون

از زمان زلزله 2017 پوئبلا-مورلوس در مکزیک، علاقه به محدود کردن آسیب به اجزای سازه به طور قابل توجهی افزایش یافته است، به ویژه در پایتخت این کشور و اطراف آن: مکزیکو سیتی. در نتیجه، استفاده از دستگاه های اتلاف انرژی رایج تر شده است. سیستم های کنترل غیرفعال به دلیل کارایی خود در کاهش خطر لرزه ای به جایگزینی جذاب برای کنترل سازه تبدیل می شوند. انواع مختلفی از دستگاه های اتلاف انرژی غیرفعال وجود دارد، مانند میراگرهای هیسترتیک یا تسلیم کننده فلزی [1]، دمپرهای ویسکوز [2]، [3]، دمپرهای ویسکوالاستیک [2] و دمپرهای اصطکاکی [3]. یکی از مزایای اصلی سیستم های کنترل غیرفعال این است که آنها به منبع تغذیه خارجی نیاز ندارند. بنابراین، قابلیت اطمینان مرتبط با منبع تغذیه و کنترل کامپیوتر در طول یک رویداد لرزه ای حذف می شود [4]. علاوه بر این، در صورت لزوم، دستگاه های آسیب دیده را می توان با حداقل زمان و هزینه جایگزین کرد. از این رو وقفه در اشغال به حداقل می رسد، که یک نگرانی روزافزون برای ذینفعان است.

سیستم های کنترل غیرفعال می توانند انرژی لرزه ای را از طریق مکانیسم های مختلفی از بین ببرند. یکی از محبوب ترین مکانیسم های اتلاف انرژی از طریق تولید مواد فلزی است. میراگرهای هیسترتیک فلزی یکی از مؤثرترین و مقرون به صرفه‌ترین مکانیسم‌ها برای اتلاف انرژی لرزه‌ای هستند که از طریق تغییر شکل غیرالاستیک مواد فلزی به دست می‌آیند [5]. میراگرهای فلزی زیادی پیشنهاد شده است، مانند دستگاه میرایی و سختی افزوده (ADAS) [5] و جایگزین مثلثی آن (TADAS) [6]، [7]. دمپر لانه زنبوری [8]; مهاربند کمانشی [9]؛ دمپر مبتنی بر لوله [10]؛ مهاربند فولادی انعطاف پذیر [11]؛ و دمپر شکاف (SD) که به خودی خود دارای چندین تغییر است [4]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21] و تمرکز اصلی این مطالعه است. اکثر دستگاه های موجود به گونه ای طراحی شده اند که در سیستم مهاربندی قاب های سازه ای گنجانده شوند. با این حال، برخی از آنها برای نصب در اتصالات توسعه یافته اند. برای مثال جاویدان و همکاران. [22] یک دمپر هیسترتیک فولادی برای مقاوم سازی قاب های پیش ساخته پین ​​شده پیشنهاد کرد که می تواند به طور قابل توجهی تقاضای جابجایی را کاهش دهد و از فروپاشی کلی سازه جلوگیری کند در حالی که در صورت نیاز به راحتی جایگزین می شود. سایر دستگاه های پیشنهادی نصب شده بین تیرها و ستون ها را می توان در منابع [23]، [24]، [25] یافت. که می تواند تقاضای جابجایی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و از فروپاشی کلی سازه جلوگیری کند و در صورت نیاز به راحتی جایگزین شود. سایر دستگاه های پیشنهادی نصب شده بین تیرها و ستون ها را می توان در منابع [23]، [24]، [25] یافت. که می تواند تقاضای جابجایی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و از فروپاشی کلی سازه جلوگیری کند و در صورت نیاز به راحتی جایگزین شود. سایر دستگاه های پیشنهادی نصب شده بین تیرها و ستون ها را می توان در منابع [23]، [24]، [25] یافت.

SD های فولادی می توانند انرژی را از طریق تغییر شکل های خمشی و برشی پایه ها، که از یک صفحه فولادی ساخته شده اند، هدر دهند. گاهی اوقات آنها همچنین از یک بخش استاندارد با فلنج پهن با شکاف های بریده شده از شبکه ساخته می شوند، مانند دمپر I شکل پیشنهاد شده توسط Lor و همکاران. [26]. مطمئناً، تغییر شکل تسلیم دستگاه باید کم تنظیم شود تا اتلاف انرژی در اسرع وقت فعال شود، در حالی که جابجایی تسلیم سازه اولیه (یعنی عناصر قاب) نسبتاً بزرگ تنظیم شده است تا آسیب سازه را به تاخیر بیندازد.

اگرچه مطالعاتی در مورد SD ها وجود دارد و طراحی چنین دستگاه هایی به نوعی ساده است، اما در طول سال ها نگرانی هایی ایجاد شده است که باید مورد توجه قرار گیرد. به عنوان مثال، چان و آلبرمانی [4] خاطرنشان کردند که میراگرهای شکافی آنها به طور متوسط ​​30 درصد از سختی محاسبه شده به دست آمده از مدل های سفتی الاستیک ساده شده را ارائه می دهند. بنابراین، یک ضریب سختی، ج، کالیبره شده از آزمایش ها هنگام ارزیابی سفتی دمپر به صورت تحلیلی ضروری بود. نگرانی دیگر، از دست دادن احتمالی ظرفیت اتلاف انرژی به دلیل شکستگی یک یا چند پایه در صورت نیاز به تغییر شکل زیاد است. نعیم و کیم [14] یک نوع جالب از دمپر شکاف با دو مرحله اتلاف انرژی را توسعه دادند. دمپر چند شکاف آنها (MSD) شامل صفحات فولادی یک طبقه با پایه های ضعیف و قوی بود که به صورت سری با دو سفتی و مقاومت تسلیم متفاوت به هم متصل شده بودند. MSD انرژی را از طریق تسلیم بخش ضعیف تحت حرکات زمین لرزه‌ای کم تا متوسط ​​تلف می‌کند، در حالی که SD قوی الاستیک باقی می‌ماند. برای حرکات شدید زمین، جابجایی بیشتر قسمت ضعیف توسط یک درپوش جلوگیری شد و نیرو به طور کامل به قسمت قوی دمپر منتقل شد. جلوگیری از شکستگی پایه ها بررسی تجربی بعدی توسط جاویدان و همکاران. [27] کاربرد MSD را برای مقاوم‌سازی سازه‌های مدرسه با آزمایش سه قاب بتن مسلح در مقیاس کامل مورد مطالعه قرار داد: یک قاب خالی و دو قاب مجهز به MSD.

یکی دیگر از ویژگی های کلیدی که بر عملکرد SD تأثیر می گذارد، تمرکز تنش در انتهای پایه ها است. ترک خوردگی یا شکستگی در این مناطق می تواند ظرفیت خستگی دمپر را به خطر بیندازد. در نتیجه، برخی از محققان به دنبال هندسه‌های بهبود یافته برای توزیع بهتر کرنش‌های غیرخطی بوده‌اند و چندین جایگزین توسعه داده شده‌اند. لی و همکاران [13] یک SD با پایه های غیریکنواخت ایجاد کرد که تسلیم را در طول پایه ها توزیع می کند و شکل پذیری و عملکرد خستگی در چرخه پایین را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. اخیراً کیانی و همکاران. [28] یک الگوریتم بهینه‌سازی شکل چند هدفه را برای افزایش بیشتر عملکرد چرخه‌ای SD با پایه‌های غیریکنواخت پیشنهاد کرد. بائه و همکاران [29] یک SD ساعت شنی شکل با چندین بخش از پیش انتخاب شده، که در آن لولاهای پلاستیکی تقریباً به طور همزمان رخ می دهند، توسعه دادند.

برخی از SD ها که برای اتصالات تیر-ستون فولادی ساخته شده اند، مانند آنچه که توسط Oh و همکاران پیشنهاد شده است. [12]، به صورت عمودی جهت گیری می شوند. متأسفانه، این می تواند ظرفیت شکل پذیری افقی دمپر شکافی را کاهش دهد زیرا چرخش تیر نه تنها جابجایی افقی بلکه جابجایی های عمودی را نیز ایجاد می کند که باعث کشش و فشار می شود. این موضوع بعداً در مطالعه ای توسط پارک و اوه [15] مورد توجه قرار گرفت. آنها یک T-Stub SD را پیشنهاد کردند که به صورت افقی جهت گیری شده بود و در زیر فلنج پایینی تیر نصب می شد و نیروی محوری را به دمپر منتقل می کرد.

میراگرهای شکافی گزینه های اقتصادی و قابل اعتمادی برای اتصالات تیر-ستون فولادی هستند [14]. به طور کلی، آنها رفتار هیسترتیک پایدار را نشان می دهند و مقادیر قابل توجهی از انرژی را تحت بارگذاری چرخه ای تلف می کنند در حالی که عناصر انعطاف پذیر کمتری را اساساً الاستیک نگه می دارند [12]. SD پیشنهادی در این مطالعه برای نصب افقی طراحی شده است و یک صفحه انتقال در زیر تیر برای انتقال نیروی محوری به دمپر قرار داده شده است. این طرح نصب، تغییر شکل های خارج از صفحه دمپر را به حداقل می رساند. همچنین، قرارگیری متقارن پایه ها امکان تطبیق پذیری را برای افزایش یا کاهش استحکام و سفتی دمپر به آسانی و همچنین استفاده از پایه های با اندازه های مختلف در صورت نیاز فراهم می کند.

هدف SD پیشنهادی در این مقاله حفاظت از سازه های بتنی پیش ساخته ساخته شده در مناطق لرزه ای است، اگرچه مطمئناً می توان از آن در سایر سیستم های سازه ای استفاده کرد. این طراحی شده است تا بیشتر تغییر شکل پلاستیک را روی خود متمرکز کند. در نتیجه، داده های قابل اعتماد برای اهداف طراحی، مانند ظرفیت شکل پذیری دقیق، مورد نیاز است. متأسفانه، نسبت‌های شکل‌پذیری گزارش‌شده برای SDs در ادبیات، به دلیل روش‌ها و معیارهای مختلف مورد استفاده برای تعیین منحنی‌های دوخطی ایده‌آل از داده‌های تجربی و ویژگی‌های ساختاری، گاهی مبهم هستند. همراه با رویکردهای مختلف، نسبت شکل‌پذیری می‌تواند به دلیل هندسه دمپر و تنظیم آزمایشی متفاوت باشد. بنابراین، تعیین نسبت های شکل پذیری قابل اعتماد بر اساس اصول فیزیکی برای دمپر واقعی پیشنهاد شده در این مطالعه بسیار مهم است. برای این، رفتار ساختاری SD پیشنهادی به صورت نظری مورد ارزیابی قرار گرفت و به دنبال آن تأیید تجربی انجام شد. هشت SD تحت بارگذاری چرخه ای برای مطالعه عملکرد لرزه ای آنها مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج و بحث ها با تاکید بر شکل پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی ارائه شده است. نتایج نشان دهنده رفتار هیسترتیک پایدار و عملکرد لرزه ای مناسب است. طول های موثر برای محاسبه استحکام SD و سفتی الاستیک نیز بر اساس تجزیه و تحلیل اجزای محدود پیشنهاد شده است. استفاده از این طول های موثر نتایج قابل اعتمادتری نسبت به رویکردهای سنتی ارائه شده در ادبیات ارائه می دهد. در نهایت، مقایسه بین نتایج تجربی و پیش بینی های عددی ارائه شده است. هشت SD تحت بارگذاری چرخه ای برای مطالعه عملکرد لرزه ای آنها مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج و بحث ها با تاکید بر شکل پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی ارائه شده است. نتایج نشان دهنده رفتار هیسترتیک پایدار و عملکرد لرزه ای مناسب است. طول های موثر برای محاسبه استحکام SD و سفتی الاستیک نیز بر اساس تجزیه و تحلیل اجزای محدود پیشنهاد شده است. استفاده از این طول های موثر نتایج قابل اعتمادتری نسبت به رویکردهای سنتی ارائه شده در ادبیات ارائه می دهد. در نهایت، مقایسه بین نتایج تجربی و پیش بینی های عددی ارائه شده است. هشت SD تحت بارگذاری چرخه ای برای مطالعه عملکرد لرزه ای آنها مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج و بحث ها با تاکید بر شکل پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی ارائه شده است. نتایج نشان دهنده رفتار هیسترتیک پایدار و عملکرد لرزه ای مناسب است. طول های موثر برای محاسبه استحکام SD و سفتی الاستیک نیز بر اساس تجزیه و تحلیل اجزای محدود پیشنهاد شده است. استفاده از این طول های موثر نتایج قابل اعتمادتری نسبت به رویکردهای سنتی ارائه شده در ادبیات ارائه می دهد. در نهایت، مقایسه بین نتایج تجربی و پیش بینی های عددی ارائه شده است. طول های موثر برای محاسبه استحکام SD و سفتی الاستیک نیز بر اساس تجزیه و تحلیل اجزای محدود پیشنهاد شده است. استفاده از این طول های موثر نتایج قابل اعتمادتری نسبت به رویکردهای سنتی ارائه شده در ادبیات ارائه می دهد. در نهایت، مقایسه بین نتایج تجربی و پیش بینی های عددی ارائه شده است. طول های موثر برای محاسبه استحکام SD و سفتی الاستیک نیز بر اساس تجزیه و تحلیل اجزای محدود پیشنهاد شده است. استفاده از این طول های موثر نتایج قابل اعتمادتری نسبت به رویکردهای سنتی ارائه شده در ادبیات ارائه می دهد. در نهایت، مقایسه بین نتایج تجربی و پیش بینی های عددی ارائه شده است.