پاسخ‌های پیش‌بینی‌شده یک ساختمان ایزوله پایه HDR

بلبرینگ های لاستیکی با میرایی بالا (HDR) دستگاه هایی ساخته شده از لاستیک طبیعی هستند که حاوی مواد افزودنی برای افزایش سفتی و میرایی هستند، با بالشتک های فولادی که برای افزایش سفتی عمودی با ترکیب الاستومری در هم می آمیزند [1]، [2]، [3]. [4]. هم مواد افزودنی و هم فرآیند تولید، خواص مکانیکی آنها را به عواملی مانند کرنش [5]، [6]، جفت افقی [4]، [7]، [8]، نرخ کرنش [6، [9]، [10] وابسته می‌کنند. ]، دما [11]، [12]، پیری [13] و فشار محوری تحمیل شده بر جداسازها [4]، [7]، [14]. انجام پیش‌بینی‌های عددی دقیق از رفتار دینامیکی یاتاقان‌های HDR به دلیل دشواری در نظر گرفتن همه عواملی که رفتار هیسترتیک بسیار غیرخطی آن‌ها را اصلاح و توصیف می‌کنند، یک کار پیچیده است. شبیه‌سازی صحیح رفتار غیرخطی یاتاقان‌های HDR نیازمند مدل‌های تحلیلی است که به‌اندازه کافی تغییرات سختی آن‌ها را در سطوح تغییر شکل و نرخ‌های کرنش مختلف ثبت کند. دو چالش اصلی در پیش‌بینی دقیق پاسخ‌های HDR با ابزارهای مدل‌سازی موجود، عدم وجود راهنمایی برای تعریف پارامترهای ورودی مدل‌ها و پیش‌بینی‌های عددی معتبر محدود بر اساس پاسخ‌های دینامیکی آزمایش‌های در مقیاس کامل است.

استفاده از مدل‌های پیشرفته و تایید شده برای ثبت رفتار یاتاقان‌های HDR برای پیش‌بینی دقیق نیروهای برشی و جابجایی‌ها در سطح جداسازی و در نتیجه، پاسخ‌های ساختاری بین طبقه ضروری است. چندین مدل تحلیلی پیشرفته برای شبیه‌سازی رفتار دینامیکی یاتاقان‌های HDR در ادبیات موجود است، اما آنها در نرم‌افزارهای تجاری برای تمرین مهندسی سازه پیاده‌سازی نمی‌شوند. بیشتر پیش‌بینی‌های عددی بلبرینگ‌های HDR از مدل‌های دوخطی [5] و Bouc-Wen [19] استفاده می‌کنند که نمی‌توانند رفتار بسیار غیرخطی یاتاقان‌های HDR را نشان دهند. مطالعات عددی رفتار دینامیکی یاتاقان‌های HDR در مقایسه پیش‌بینی‌ها با استفاده از مدل‌های تحلیلی پیشرفته و مدل دوخطی استاندارد در [15] و [16] شرح داده شده‌اند. کیکوچی و همکاران [15] یک ساختمان پانزده طبقه ایزوله پایه HDR را با استفاده از مدل های دوخطی و کیکوچی-آیکن تجزیه و تحلیل کرد [17]. این مطالعه نشان داد که مدل دوخطی به دلیل انتقال ناگهانی بین سفتی اولیه و پس از تسلیم پاسخ هیسترتیک، شتاب‌های بین طبقه‌ای بالاتر را پیش‌بینی می‌کند.

مطالعات عددی و تجربی بر روی مجموعه‌های ایزوله پایه HDR در مقیاس کوچک و جداکننده‌های تکی که در معرض ورودی‌های سینوسی یا لرزه‌ای قرار دارند، مستند شده‌اند. کیکوچی و همکاران [17] یک مدل HDR را تأیید کرد که سختی غیرخطی پس از تسلیم را برای بهبود پیش‌بینی‌ها در کرنش‌های برشی بزرگ (تا 350٪) با استفاده از داده‌های تجربی یک ساختمان 3 طبقه در مقیاس 1/2.5 در نظر می‌گیرد. شتاب‌های طیفی پیش‌بینی‌شده عددی در سطح سقف با پاسخ‌های تجربی مدل مطابقت دارد. یاماموتو و همکاران [14] مدلی را با در نظر گرفتن سفتی غیرخطی پس از تسلیم برای شبیه‌سازی رفتار یاتاقان‌های HDR پیشنهاد کرد. ارزیابی پیش‌بینی‌ها با استفاده از مدل با پاسخ‌های تجربی از یاتاقان‌های HDR اندازه کامل، توانایی مدل را در شبیه‌سازی سختی غیرخطی و اثرات جفت ناشی از تغییر شکل‌های دو طرفه نشان می‌دهد. گرانت و همکاران [18] آزمایش‌های تجربی را بر روی یاتاقان‌های HDR انجام داد تا مدلی را که نرم شدن یاتاقان‌های الاستومری ناشی از اثر مولینز را نشان می‌دهد، تأیید کند [35]. این مدل می‌تواند پاسخ‌های تجربی یک پلتفرم پشتیبانی شده در چهار جداساز را پیش‌بینی کند. توبالدی و همکاران [6] مدلی را برای ثبت کاهش سختی ناشی از نرم شدن تنش در یاتاقان های HDR تأیید کرد. این مدل برای مطالعه یک سیستم تک درجه آزادی که در معرض دو مجموعه حرکات زمینی میدان دور (FF) و میدان نزدیک (NF) قرار داشت، استفاده شد. تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌ها را با استفاده از دو ویژگی شبیه‌سازی حالت سختی باکره و پایدار مقایسه کرد. حالت باکره انتقال سفتی از خواص کاملاً بازیابی شده به خواص نرم شده را ثبت می کند و حالت پایدار خواص نرم شده را پس از ایجاد اثر مولینز شبیه سازی می کند. پیش‌بینی‌ها برای تحریکات FF نشان می‌دهند که فرض حالت پایدار، جابجایی یاتاقان‌ها را بیش از حد برآورد می‌کند و نیروهای برشی را دست‌کم می‌گیرد. پیش‌بینی‌ها برای برانگیختگی‌های NF نشان داد که فرض حالت پایدار به دلیل رفتار سفت‌کننده تحت تغییر شکل بزرگ، تغییر شکل‌ها و نیروهای برشی بحرانی بیشتری را روی جداکننده‌ها نسبت به حالت بکر ایجاد می‌کند. مدل هایی که اثرات سخت شدن وابستگی به نرخ کرنش (SRD) را در یاتاقان های HDR هنگامی که در فرکانس های مختلف تغییر شکل می دهند، نیز بررسی و مستند شده اند [9]، [20]، [21]، [22]. بهویان و همکاران [9] یک مدل جداساز الاستو-ویسکوپلاستیک ایجاد کرد که وابستگی به نرخ و سفتی و میرایی متغیر زمان را در یاتاقان‌های HDR نشان می‌دهد. این مدل بر اساس مدل ماکسول با ویسکوزیته غیرخطی با افزودن یک فنر الاستیک غیرخطی و یک عنصر الاستوپلاستیک به صورت موازی ساخته شده است. مجموعه‌ای از آزمایش‌ها شامل برش چرخه‌ای، آرامش چند مرحله‌ای و آرامش ساده برای تعریف مدل انجام شد. این مدل با پاسخ‌های تجربی سه یاتاقان HDR مختلف که در معرض تغییر شکل‌های هارمونیک قرار دارند، تأیید می‌شود. نگوین و همکاران [20] تنوعی از مدل Bhuiyan و همکاران را پیشنهاد کرد. [9] برای ثبت رفتار بلبرینگ های HDR در دمای سرد (10- درجه سانتی گراد و 30- درجه سانتی گراد). عنصر فنر در مدل ماکسول به گونه‌ای اصلاح شده است که دارای یک رفتار الاستوپلاستیک باشد و در عین حال عناصر باقی‌مانده از مدل پایه را حفظ کند [9]. این مدل با استفاده از پاسخ‌های تجربی از بارگذاری سینوسی بر روی یک یاتاقان HDR در دماهای مورد نظر تأیید می‌شود. دالآستا و همکاران [21] یک مدل وابسته به نرخ برای یاتاقان های HDR با یک عنصر فنر غیرخطی الاستیک به موازات دو عنصر ماکسول تعمیم یافته ایجاد کرد. این مدل با پاسخ‌های تجربی از یک یاتاقان HDR که در معرض تغییر شکل‌های چرخه‌ای با نرخ‌های بین ۱ هرتز و ۱۰ هرتز قرار گرفته است، تأیید می‌شود. تسای و همکاران [22] مدل Wen [34] را گسترش داد تا سختی و وابستگی نرخ بلبرینگ های HDR را به تصویر بکشد. این مدل با پاسخ‌های تجربی از یک نمونه لاستیکی که در معرض تغییر شکل‌های سینوسی در نرخ‌های نسبتاً کم 0.20 هرتز و 0.50 هرتز قرار گرفته است، تأیید می‌شود. SRD سختی یاتاقان‌های HDR را افزایش می‌دهد و می‌تواند بر پاسخ‌های سازه‌های جدا شده در هنگام قرار گرفتن در معرض تحریکات لرزه‌ای تأثیر بگذارد. پاسخ سفت تر به طور بالقوه می تواند نیروهای برشی را در سیستم جداسازی و اوج پاسخ های بین طبقه ای سیستم سازه را افزایش دهد.

این دست‌نوشته نتایج ارزیابی‌های پاسخ‌های عددی یک ساختمان پنج طبقه ایزوله پایه HDR را با استفاده از شش مدل هیسترتیک مستقل از نرخ موجود در چارچوب سیستم باز برای شبیه‌سازی مهندسی زلزله (OpenSEES) [23]، [37] ارائه می‌کند. شبیه سازی سیستم جداسازی پیش‌بینی‌های عددی در برابر داده‌های تجربی از آزمایش‌های شبه استاتیکی یاتاقان‌های HDR منفرد و از شبیه‌سازی‌های زلزله یک‌طرفه انجام‌شده بر روی ساختمان جداشده از پایه در مقیاس کامل ارزیابی می‌شوند [24]. داده های تجربی همچنین برای تجزیه و تحلیل وابستگی نرخ کرنش (SRD) جداسازهای HDR و اثرات آن بر جداسازها و پاسخ های ساختاری استفاده می شود. مدل‌های عددی زمانی که تحت هفت تحریک لرزه‌ای یک‌طرفه قرار می‌گیرند، برای شبیه‌سازی شرایط آزمایش و دو مجموعه از حرکت‌های زمین دو جهته NF و FF تحلیل می‌شوند. اهداف این مطالعه عبارتند از (الف) کمی کردن اثر وابستگی به نرخ کرنش HDR در سطح ایزوله پایه و پاسخ‌های شتاب و رانش بین طبقه، (ب) ارزیابی کاربرد و محدودیت‌های پیش‌بینی‌ها هنگام استفاده از روش‌های موجود. از چارچوب OpenSEES برای تجزیه و تحلیل سیستم‌های ایزوله پایه HDR، و (ج) برای تعیین اینکه چگونه کاربرد روش‌های مدل‌سازی مختلف بر پیش‌بینی‌های عددی تأثیر می‌گذارد زمانی که یک سیستم جداسازی HDR در معرض حرکاتی با ویژگی‌های متمایز مانند NF و تحریکات لرزه ای FF