چکیده
تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی به مدل‌سازی دقیق اعضای سازه‌ای بحرانی و برهم‌کنش پیچیده‌ی آنها با سازه وابسته است. پژوهش‌های پیشین نشان داد‌ه‌اند که کالیبراسیون مدل‌های عددی می‌تواند از عوامل متعددی همچون پروتکل‌های بارگذاری تأثیر پذیرد. لذا لازم است مدل‌های عددی توسعه یافته و کالیبره شده‌ی پیشین تحت تاریخچه‌های بارگذاری واقع‌بینانه‌تر مطالعه شوند و مشخص شود که آیا فرایند کالیبراسیون، پروتکل‌های بارگذاری، و خود مدل‌های عددی برای رسیدن به سطح دقت مطلوب، کافی هستند یا خیر.
نتایج شبیه‌سازی مبتنی بر آزمایش در سطح سیستم‌های دارای بنچمارک کیفیت بالا می‌توانند اجازه دهند این پرسش‌ها جامع‌نگرانه‌تر پاسخ داده شوند. پلتفرم شبیه‌سازی هیبریدی 10 عضوی دانشگاه تورنتو (UT10) که جهت تولید این قبیل نتایج آزمون‌های بنچمارک با استفاده از شبیه‌سازی‌های هیبریدی توسعه یافته است، اعضای متعدد آزمایشی را تحت بارهای لرزه‌ای واقعی قرار می‌دهد. این مقاله اولین آزمایش از این قبیل را در UT10 با شبیه‌سازی‌های هیبریدی آزمایشی چند عضوی و تک عضوی روی یک سازه‌ی فولادی پنج طبقه با مهاربندهای کمانش تاب معرفی می‌کند، که نماینده‌ی سیستم‌هایی با یک پاسخ هیسترتیک تسلیم پایدار هستند. بنابراین یک سیستم مهاربندی تسلیم‌شونده توسعه داده شد تا پاسخ هستهی تسلیم شوندهی مهاربند کمانش تاب را بدست آورد و پیامدهای انتخاب‌های انجام شده طی مدل‌سازی، مانند استفاده از مدل‌های متداول موجود در BRBFها مطالعه گردید. سپس نتایج آزمایشات ارائه شد و با نتایج عددی مقایسه شد، و محدودیت‌های مدل‌های موجود شناسایی گردید. این قبیل نتایج حاصل از آزمایش می‌توانند توسط مطالعات بعدی جهت بهبود کالیبراسیون مدل‌های عددی به کار روند و نه تنها اجازه دهند توسعهی مدل‌های محکم‌تر ادامه یابد، بلکه لزوم استفاده از پروتکل‌های بارگذاری جدید کارآمد طی فرایند کالیبراسیون را نیز نشان دهند.
کلیدواژگان: آزمون بنچمارک، قاب‌های مجهز به مهاربند، قاب‌های مجهز به مهاربند کمانش تاب، شبیه‌سازی هیبریدی چندعضوی، ارزیابی کارایی لرزه‌ای، سازه‌های فولادی
مقدمه
با افزایش توان محاسباتی طی دو دهه‌ی گذشته، طراحی عملکردی هر روز بیش از پیش در مهندسی پذیرفته شده و مدت زیادی است که به عنوان یک روش طراحی نسبتاً مشهور در مهندسی زلزله کاربرد دارد. اما این روش نیازمند توسعه مدل‌های عددی دقیقی است، که می‌توانند پاسخ غیرخطی اعضای بحرانی درون سازه‌ای را که انرژی لرزه‌ای را از طریق کنش‌های غیر الاستیک پراکنده می‌سازند، بدست آورند.
رویکرد سنتی بدین شکل بوده که مدل‌های عددی بر اساس نتایج مبتنی بر آزمایش از آزمون‌های هیسترتیک وارون افزایشی کالیبره شوند. اما مطالعات پیشین نشان دادند پاسخ اعضای سازه‌ای و لذا فرایند کالیبره کردن از چندین عامل تاثیر می‌پذیرد. به طور مثال ویژگی‌های پاسخ خطی همچون کاهش استحکام، کاهش سختی، سفت شدن، و …. ممکن است از پروتکل بارگذاری تأثیر پذیرند، که این نیاز به نتایج آزمون‌های بنچمارک با کیفیت بسیار بالا را برجسته می‌سازد. لازم است طی چنین آزمون‌هایی، اعضای بحرانی در عمل تحت انواع تحریکات لرزه‌ای آزموده شوند، و از این طریق مدل‌های عددی موجود کالیبره گردند، مدل‌های جدید فرمول‌بندی شوند، پروتکل‌های بارگذاری چنان تعریف و در فرایندهای کالیبره کردن به کار گرفته شوند که نماینده‌ی بارگذاری‌های تصادفی لرزه‌ای باشند.
آزمون‌های میز لرزان اگرچه روشی جالب جهت بدست آوردن نتایج آزمون بنچمارک هستند، اما به منابع و تلاش زیادی نیاز دارند که از حجم نتایج تجربی قابل دستیابی میکاهد. همچنین به دلیل چالشهای مربوط به مبدلهای نیرو درون اعضای تسلیم شونده در آزمون میز لرزان، نمیتوان رفتار هیسترتیک اعضای تسلیم‌شونده را فوراً از آن استخراج کرد. شبیه‌سازی هیبریدی شبهدینامیکی زیرسازه (PsDHS) یک روش کارآمد جهت دریافت پاسخ تجربی آن دسته از اعضای بحرانی سازه است که انرژی لرزه‌ای را پراکنده می‌سازند. این آزمون پس از دریافت پاسخ، آن را با پاسخ عددی مابقی اعضای سازه جمع میبندد. لذا شبیه‌سازی هیبریدی (PsDHS) می‌تواند رفتار فراگیر سازه و نیز پاسخ محلی اعضای بحرانی تحت زلزله را به طرزی واقع‌بینانه‌تر و با فضای واقعی و منابعی کمتر بدست آورد. لیکن PsDHS نیز محدودیت‌های خود را دارد. یکی از محدودیت‌های اصلی شبیه‌سازی‌های هیبریدی شبهدینامیک تعداد نمونههای واقعی بوده است که معمولا در آزمایش استفاده میشوند. چالش در منابعی است که برای دخالت دادن زیرسازههای فیزیکی چندگانه در شبیه‌سازی‌های هیبریدی لازم هستند. جهت حل این مشکل، از پلتفرم شبیه‌سازی ده عضوی دانشگاه تورنتو مبتنی بر پلتفرم UT-SIM استفاده شد که اجازه می‌دهد تا ۱۰ عضو فیزیکی همزمان آزموده شوند و محدودیت‌های آزمون بنچمارک طی روشهایی که در بالا ذکر شد (از جمله منابع مورد نیاز، سرعت تغییر بین آزمایشات، و تعداد نمونهها در شبیه‌سازی‌های هیبریدی) را برطرف می‌سازد.
جهت مطالعه مقاله ارزیابی و سنجش پاسخ لرزه‌ای سازه‌های بتنی مجهز به مهاربند کمانش تاب کلیک کنید.
توسعهی UT10 و چالشهای آن در پژوهش‌های پیشین ارائه شده است، پژوهش حاضر نتایج تجربی حاصل از UT10 را برای پاسخ یک قاب فلزی پنج طبقه مجهز به مهاربند کمانش تاب (BRBF) ارائه می‌دهد که طی تعدادی شبیه‌سازی هیبریدی شبه دینامیک ارزیابی شده است. علت انتخاب BRBF آن بوده است که به بهترین شکل سازه‌های دارای پاسخ هیسترتیک تسلیم شوندهی پایدار را به نمایش می‌گذارد، تا بتوان پارامترهای هیسترتیک همچون سختی اولیه، گذارهای تسلیم، سختی پس از تسلیم و سختی باربرداری را در غیاب پیچیدگیهای مدل‌سازی مضاعف همچون افت استحکام یا سختی، کمانش نامتقارن و دیگر پدیدهها مطالعه کرد. این پدیدهها بر اساس پژوهش حاضر که بر سیستم‌های تسلیمشوندهی پایدار متمرکز است، به طور جداگانه در پژوهش‌های بعدی با تمرکز بر سیستم‌های غیرخطی پیچیدهتر مطالعه میشوند.
معمولاً از BRBFها در سیستم‌های مقاوم به نیروهای لرزه‌ای (SRFS) در سازه‌های فولادی استفاده میشود. طرح اولیهی BRBها در قالب یک صفحهی فلزی در بر گرفته شده بین دو پانل بتنی پیشساخته در سال ۱۹۷۰ معرفی شد. در اواخر دهه‌ی ۱۹۸۰ تحقیق و توسعه در خصوص BRBهایی با پوششهای لولهای پر شده از بتن ادامه یافت. در این حین آزمون‌های بیشتری در سطح اعضا توسط بلک و همکاران انجام شد که در آنها BRBها توانایی پخش انرژی پایدار و چکشخواری بالایی را از خود به نمایش گذاشتند. در سالهای بعد، پژوهشگران توجه خود را به سمت پاسخ در سطح سیستم BRBFها معطوف کردند. در اولین مجموعه از آزمونها در سطح سیستم، توانایی پخش انرژی BRBFها تأیید شد؛ اما پیشنهاد شد گاست پلیت‌ها به خوبی سفت شوند تا از کمانش زودهنگام آنها پیشگیری گردد. فانستوک و همکاران آزمون‌های هیبریدی را روی یک BRBF چهار طبقه در مقیاس ۰٫۶ انجام دادند که در آن BRBها به شکل شورون پیکربندی شده بودند.
اتصالات پین جهت اتصال BRB به گاست پلیت‌ها استفاده شد و همچنین از یک مقطع تیر غیرباربر جهت اتصال تیر به ستون استفاده گردید. با این دیتیل، BRBF توانست دریفت ۴٫۸٪ را تحت حرکت زمین با شدیدترین نیروی لرزه‌ای موردنظر (MCE) تحمل کند. اما نکته قابل ذکر این است که اگر از اتصالات پیچی مهاربند به گاست پلیت و اتصالات پیوسته تیر به ستون نیز استفاده شود، تسلیم تیر و ستون می‌تواند در قابها لحاظ گردد. علاوه بر آن کمانش اتصالات گاست پلیت‌ها در صورتی که به خوبی سفت نشوند می‌تواند وضعیت حدی حاکم بر مسأله باشد. دیگر پژوهشها نیز از آزمون‌های میز لرزان برای مطالعهی پایداری خارج از صفحهی BRBFها استفاده کردند. مزیت آزمون‌هایی که در سطح اعضا هستند، روی BRBها سادهتر بودن آنهاست. اما آزمونها اغلب برهم‌کنش میان دیتیل اتصالات و قاب سراسری را نادیده میگیرند، که بنا بر آزمایشات سیستمی که در بالا به آنها اشاره شد، می‌تواند بر پاسخ اثرگذار باشد. از سوی دیگر آزمایشات سیستمی می‌توانند این آثار را دقیقتر دریافت کنند. به طور کلی مطالعاتی که در بالا به آنها اشاره شد نشان میدهند اگر اعضای کشسان (الاستیک) BRBها، گاست پلیت‌ها و اتصالات به خوبی طراحی شوند، پاسخ BRBها در سطح سیستم و اعضا بسیار مشابه خواهند بود. بر اساس این مشاهده به نظر میرسد اگر تیر‌ها، ستونها و اتصالات به خوبی طراحی و تشریح شده باشند، مدل‌سازی عددی دقیق انجام شده باشد، و پاسخ خارج از صفحه مهم [یا چشمگیر] نباشد، از آنجا که پاسخ هیسترتیک BRBها اثری غالب بر پاسخ لرزه‌ای BRBFها در سطح سیستم دارد، نیازی نیست کل قاب آزموده شود یا آزمون میز لرزان انجام شود. در چنین مواردی تعدادی شبیه‌سازی هیبریدی چند عضوی صورت می‌گیرد که فقط مهاربندها را میآزمایند؛ زیرا نمونههای فیزیکی می‌توانند به عنوان جایگزین استفاده شوند.طی تحقیقات پیشین اثبات شده‌است که قاب‌های بتنی با طراحی صحیح و اصولی که با ترکیب مهاربندهای کمانش تاب و قاب‌های فولادی الاستیک مقاوم‌سازی شده اند، با کنترل تقاضاهای غیر الاستیک (مانند ترک‌ها، کرنش‌های میلگرد فولادی) در المان‌های بتنی موجود، با ارضا کردن مقاومت، سختی و شکل پذیری مورد نیاز، به پاسخ مطلوب دست خواهند یافت. بنابراین، در مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی، پاسخ دریفت بین طبقه‌ای می‌تواند با سختی مازاد مهاربندهای کمانش تاب کاهش یابد، در حالی که میزان مهار انرژی افزایش‌یافته به کاهش اثر نامطلوب سختی مازاد بر شتاب پاسخ نیز کمک می‌کند.
شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرابریس) با سابقه سال ها فعالیت در زمینه طراحی، تولید، تأمین و ترویج فناوری‌های نوین لرزه‌ای از جمله جداسازها و میراگرهای لرزه‌ای و با در نظر گرفتن نیاز مبرم صنعت ساخت و ساز کشور به فناوری‌های نوین حفاظت سازه‌ها در برابر زمین لرزه، از اواخر سال 1390 موضوع بومی‌سازی و تولید داخلی تجهیزات کنترل ارتعاشات لرزه‌ای را در دستور کار خود، قرار داده است.
جهت مطالعه مقاله قاب‌های مجهز به مهاربند کمانش تاب هیبریدی (ترکیبی) -پارت اول کلیک کنید.
ثبت ديدگاه