چکیده

یکی از عوامل مهم در افزایش عملکرد سازه ها در برابر زلزله، کاهش تغییرمکان جانبی سازه است، محققین در سال های اخیر، جهت دستیابی به این هدف مکانیزم های مختلفی را پیشنهاد نموده اند. از جمله می توان به استفاده از سیستم های کنترل فعال، نیمه فعال، المان های تلف کننده انرژی، ایزولاسیون پی و … اشاره نمود. در این مقاله ایده ی استفاده از فنر متصل کننده در تراز طبقات بین دو سازه مجاور، جهت کنترل پاسخ لرزه ای ساختمان ها در حین زلزله مورد بررسی قرار می گیرد. مکانیزم فنر متصل کننده به نحوی است که می تواند باعث کاهش چشمگیری در پاسخ لرزه ای سازه ها گردد. در این تحقیق دو سازه برشی پنج طبقه با مشخصات دینامیکی متفاوت که در مجاورت یکدیگر فرض شده اند، تحت اثر رکورد شتاب هشت زلزله مختلف به طور مجزا قرار گرفتند و تحلیل دینامیکی خطی تاریخچه زمانی انجام و حداکثر دریفت طبقات محاسبه شد. سپس با در نظرگرفتن فنری در تراز یکی از طبقات که سازه ها را در تراز دو طبقه همجوار، به هم متصل می کند، این تحلیل ها مجددا تکرار شد. در نهایت برای هر رکورد زلزله سختی بهینه فنر به نحوی محاسبه شد که، حداکثر دریفت طبقات در طول زلزله کمینه گردد. این فرآیند برای تمامی طبقات تکرار شد و در نهایت محل بهینه قرار گیری فنر پیدا شد. در مرحله بعدی شرایط برای حالتی که از دو فنر اتصال دهنده در دو طبقه مجزا استفاده می شد بررسی شد، و مناسب ترین محل برای قرارگیری فنر ها پیشنهاد شد.

واژه های کلیدی: کنترل تغییر مکان، تحلیل دینامیکی خطی تاریخچه زمانی، ساختمان های مجاور، فنر متصل کننده، رکورد زلزله

-۱ مقدمه

از آنجایی که افزایش جمعیت و رشد جامعه و به تبع آن رشد چشمگیر فعالیت های اجتماعی در محیط های محدودی که در شهرهای مدرن و پیشرفته امروزی در دسترس است باعث شده که برای جبران این کمبود محیط، سازه ها مرتفع تر و با فواصل نزدیک تری به یکدیگر ساخته شوند. در اکثر اوقات این سازه ها بدون هیچ گونه اتصال سازه ای و کاملا جدا از یکدیگر ساخته می شوند و یا حداکثر در سطح زمین به یکدیگر متصل می باشند، بنابراین در حین برخورد نیروی عظیم باد یا زلزله به این سازه ها باعث می شود در صورتی که فاصله مناسبی بین سازه ها وجود نداشته باشد، این سازه ها ارتعاش داشته و در حین این ارتعاش به یکدیگر برخورد نموده و باعث تخریب یکدیگر شوند. در آیین نامه های مختلف فواصلی متناسب با پلان و ارتفاع سازه ها برای حریم سازه های همجوار پیشنهاد شده است اما درس آموخته های زلزله های گذشته نشان دادند که علیرغم رعایت کردن این فاصله بازهم برخورد سازه های مرتفع همجوار امری گریز ناپذیر می باشد .[۱,۲,۳,۴] از این رو پس از مشاهده درس آموخته های زلزله های گذشته، پیشنهاد متصل کردن سازه های همجوار و مرتبط کردن ارتعاش آن ها به یکدیگر و در نتیجه میرا کردن انرژی وارده به این سازه ها مطرح شد.

۱

برای جلوگیری از ضربه زدن سازه های همجوار به یکدیگر در حین زلزله در سال ۱۹۸۸، Kobory و همکارانش از آونگی تو خالی برای اتصال بین سازه های همجوار به یکدیگر استفاده کردند، این نوع اتصال دهنده از فولاد با رفتار هیسترتیک ساخته شده بود، زمانی که فولاد اتصال دهنده جاری می شد، نیروی عظیم زلزله را خنثی میکرد. طبق نظر آن ها تعیین حد مناسب جاری شدن فولاد اتصال دهنده به این علت که اگر حد جاری شدن بسیار بالا باشد ممکن است که در حین ارتعاش به درستی عمل نکند و یا اگر حد جاری شدن بسیار پایین در نظر گرفته شود ممکن است که میزان اتلاف انرژی در حین ارتعاش بسیار اندک باشد بسیار دشوار است .[۵] در سال ۱۹۸۹، Westermo پیشنهاد استفاده از اتصال مفصلی برای اتصال کف طبقات همجوار که در امتداد یکدیگر قرار دارند را مطرح نمود. استفاده از این سیستم می تواند احتمال برخورد دو سازه مجاور به یکدیگر را کاهش، اما پاسخ پیچشی سازه های با پلان غیر متقارن و میزان برش پایه سازه ها را افزایش دهد .[۶] در سال ۱۹۹۸، He Q و Xu Y نشان دادند که اگر شرایط میراگر بین سازه های همجوار به طرز مناسبی انتخاب شود پاسخ دینامیکی هر دو سازه تحت اثر زلزله می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد .[۷] در سال۲۲۲۲، Xu و همکارانش و همچنین در سال ۲۲۲۲، Xu و Zhang با مطالعاتی درباره اتصال سازه های چندین طبقه به کمک میراگرهای سیال نشان دادند که اگر شرایط و مشخصات میراگر به طرز مناسبی انتخاب شود می تواند پاسخ نهایی سازه را به میزان چشمگیری کاهش دهد .[۸,۹] در سال ۲۲۲۲، Zhu و Lemura ، در سال ۱۹۹۹، Xu و Zhang و در سال ۲۲۲۶، Kim و Ryu با انجام مطالعاتی بر روی سازه های همجوار متصل شده به کمک میراگر ویسکو-الاستیک نشان دادند که استفاده از این نوع میراگر با پارامترهای متناسب برای اتصال سازه های همجوار، می تواند با کاهش نسبت اتلاف انرژی مودال، پاسخ لرزه ای سازه های همجوار را کاهش دهد .[۱۰,۱۱,۱۲] در سال ۲۲۲۱، Ni و همکارانش روشی برای تحلیل پاسخ لرزه ای اتفاقی سیستم سازه ای متشکل از دو سازه همجوار متصل به کمک میراگر هیسترتیک با رفتار غیرخطی ارایه کردند . نتایج تحلیل آن ها نشان داد که حتی اگر میراگر در تراز طبقات پایینی سازه ها هم قرار بگیرد بازهم در کاهش پاسخ سازه موثر است .[۱۳] در سال ۲۲۲۴، Fujii و همکارانش درباره امکان بهینه سازی و اتصال سازه های موجود به سازه های همجوار با ارتفاع متفاوت، به کمک میراگر اصطکاکی مطالعاتی انجام دادند. در حالت کلی مشاهده شد که پاسخ کلی با متصل کردن سازه های هم ارتفاع کاهش چشمگیری نمی یابد، اما دامنه پاسخ هنگامی که برش و جابجایی و مود خرابی طبقات متفاوت باشد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد .[۱۴] در سال ۲۲۲۶، Bhaskararao و Jangid میراگرهای اصطکاکی را برای برقراری اتصال بین دو سازه همجوار معرفی کردند و برای نوشتن معادلات حرکت هارمونیک زمین و اثر آن بر روی این سازه ها و میزان نیروی لغزشی میراگر اصطکاکی در حین زلزله تلاش کردند .[۱۵]

در سال ۱۹۹۸، Luco و De Barros با کاهش دادن مود اول و دوم سازه های بلندتر [۱۶]، در سال ۲۲۲۱، Aida و Aso با ماکزیمم ساختن میرایی در سیستم[۱۷] ، در سال ۲۲۲۵، Zhu و Xu با مینیمم ساختن انرژی ارتعاش [۱۸]، در سال ۲۲۲۸، Song و همکاران با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند پارامتری و روش خطی سازی تصادفی [۱۹]، در سال ۲۲۲۷، Bhaskararao و Jangid با مینیمم ساختن مربع جابجایی یا شتاب پاسخ [۲۰]، در سال ۲۲۲۷، Basili و Angelis با مینیمم ساختن انرژی در سازه [۲۱,۲۲] تحقیقات بسیاری برای یافتن پارامترهای بهینه میراگر متصل کننده طبقات انجام دادند.

در این مقاله ایده ی استفاده از فنر متصل کننده در تراز طبقات بین دو ساختمان مجاور، جهت کنترل پاسخ لرزه ای ساختمان ها تحت اثر امواج زلزله مورد بررسی قرار می گیرد. انتخاب صحیح مشخصات فنر می تواند باعث کاهش چشمگیری در پاسخ لرزه ای سازه ها گردد و احتمالا این سختی به مشخصات سازه ها و حتی محتوای فرکانسی زلزله ها نیز وابسته است. هدف محاسبه مقدار متوسطی برای سختی فنر و همچنین یافتن محل قرارگیری مناسب و بهینه با توجه به سختی فنر می باشد، به نحوی که بتوان دریف طبقات را در سازه ها، حداکثر مقدار ممکن کاهش داد. در این راستا دو سازه برشی پنج طبقه با مشخصات دینامیکی متفاوت که در مجاورت یکدیگر فرض شده اند، تحت اثر رکورد شتاب هشت زلزله مختلف به طور مجزا قرار گرفتند و تحلیل دینامیکی خطی تاریخچه زمانی انجام و حداکثر دریفت طبقات محاسبه شد