ارزیابی لرزه ای قاب های خمشی دو گانه فولادی-ورق فولادی-میلگرد فولادی-تسمه فولادی

ارزیابی لرزه ای قاب های خمشی دو گانه فولادی با مهاربند همگرای قطری که مسلح است توسط آلیاژ حافظه دار شکلی

فروش فولاد نورد سرد-فروش فولاد نورد گرم-فروش فولاد نسوز-فروش فولاد ضد خوردگی-فروش فولاد کربنی -فروش فولاد زنگ نزن-فروش انواع استیل-(فروشگاه فولاد رسول دلاکان) ((ارتباط با واحد فروش 09122136675-02128423820))

ارزیابی لرزه ای قاب های خمشی دو گانه فولادی-ورق فولادی-میلگرد فولادی-تسمه فولادی

ارزیابی لرزه ای

چکیده

هدف از این مطالعه، منحنی شکنندگی سیستم قاب خمشی دوگانه فولادی با مهاربند همگرای قطری میله آلیاژ حافظه دار شکلی. در سازه های 20،15،12،9،6،3 طبقه با استفاده از دستورالعمل HAZUS. به کمک تحلیل دینامیکی فزاینده و نیز تعیین میزان کاهش تغییر مکان پسماند سازه های دارای آلیاژ مزبور. با انجام تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی است.

با بررسی منحنی های شکنندگی سطح خرابی جزئی سازه های دارای آلیاژ. در طبقات مختلف نتیجه آن است که میزان کاهش خسارت برای سازه های 3 و 6 طبقه به میزان 23 و 18 درصد باشد. و برای سازه یا طبقات بیشتر، به 4 تا 9 درصد محدود گردید. در سطح خرابی متوسط نیز بین سازه با طبقات مختلف. کاهش یکسانی با استفاده از این نوع آلیاژ به میزان متوسط 30 درصد نمایان و مشخص شد. از طرف دیگر، کاهش حدود 40 درصدی در سطح خسارت گسترده برای سازه های کوتاه و میان مرتبه بوده. در حالی که این کاهش به 15 درصد برای سازه های 12 تا 20 طبقه محدوده می گردد.

همچنین، کاهش میزان تغییر مکان پسماند برای سازه های بلند مرتبه دارای آلیاژ بین 80 تا 95 درصد تغییر مکان پسماند سازه. بدون آلیاژ بوده است. بنابراین از نظر کاهش خسارات در سطوح مختلف. وجود آلیاژ حافظه دار شکلی در سازه های کوتاه مرتبه مؤثرتر از سازه های بلند مرتبه و از نظر خاصیت برگشت ناپذیری. استفاده از این مصالح می تواند نکته مثبتی در کاهش خسارات ناشی از تغییر مکان های پسماند. در زمان بهره برداری برای ساختمان های بلند مرتبه باشد.

مقدمه

کاربرد سیستم های هوشمند از جمله آلیاژهای حافظه دار کلی در مهندسی مطرح. و پیشنهادهای مختلفی نیز در این زمینه ارائه شده است. همچنین از جمله کاربردهای اصلی آن، مهار جابه جایی های پلاستیک پسماند. و یا تغییر شکلی های پلاستیک در انتهای زلزله است. آلیاژهای حافظه دار شکلی به علت دارا بودن ویژگی های میکروسکوپی و ماکروسکوپی ممتازی همچون ظرفیت میرایی بالا. دوام، خاصیت فوق ارتجاعی یا شبهه ارتجاعی، تغییر شکل ها و کرنش های بزرگ و برگشت پذیر که در مصالح سنتی موجود نیست.

کاربردهای زیادی در زمینه های مختلف از جمله سازه های ساختمانی پیدا کرده اند (شکل 1). دو ساز و کار برای برگشت پذیری تغییر شکل ها در مواد حافظه دار وجود دارد. که عبارت از اثر حافظه داری (ترمیم کرنش پسماند توسط حرارت). و رفتار فوق ارتجاعی (ترمیم کرنش پسماند با باربرداری) است. بوهلر و همکاران، مطالعات گسترده ای در ارتباط با آلیاژ نایتینول که ترکیب نیکل و تیتانیوم است، انجام دادند.

شکل 1. رفتارهای مصالح sma، (الف): اثر حافظه شکلی، (ب): اثر فوق الاستیک

ارزیابی لرزه ای قاب های خمشی دو گانه فولادی با مهاربند همگرای قطری مسلح شده توسط آلیاژ حافظه دار شکلی

قاسمیه و کارگر مؤخر نیز در مطالعه ای، به تعیین ضریب اصلاح پاسخ قاب های مورد مهاربندی فولادی از انواع مهاربندهای قطری. ضربدری و شورون دارای آلیاژهای حافظه دار شکلی پرداختند. ایشان نتیجه گرفتند که پاسخ لرزه ای مهاربندهای شورون نسبت به دیگر انواع مهاربندها، مناسب تر است. محمودی و همکاران در مقاله خود به ارزیابی عملکرد لرزه ای مهاربندهای زانوئی مجهز به آلیاژ حافظه دار شکلی پرداختند.

نتایج نشان داد که استفاده از آلیاژهای حافظه دار شکلی در سیستم مهاربندی زانویی، امکان استفاده مجدد سازه را پس از زلزله، فراهم می کند. همچنین در پژوهش شی و همکاران نیز ارزیابی لرزه ای قاب مورد مهاربندی با مهارهای SMA با استفاده از تحلیل IDA انجام شد. ایشان بیان کردند که احتمال برون رفت از سطوح مختلف خطر برای این سازه ها بطور واضحی کمتر از سازه های دیگر هست. و تغییر مکان پسماند کمتری نیز دارد. مرادی و آلام، قاب های فولادی مهاربندی دارای SMA را تحت تحلیل دینامیکی فزاینده قرار دادند.

و پاسخ لرزه ای این سازه ها با قاب های مورد مهار کمانش تاب مقایسه شد. همچنین وفایی و اسکندری عملکرد لرزه ای قاب های دارای ابر مهارهای فولادی مجهز به SMA را تحت زلزله های دور از گسل بررسی نمودند. نتایج حاکی از عملکرد عالی مهارهای مزبور تحت این نوع زلزله به سبب کاهش تغییر مکان نسبی و نیز تغییر مکان پسماند طبقه بالا بود. همچنین کیو و ژو، طراحی لرزه ای مبتنی بر عملکرد برای قاب مهار شده برگشت پذیر دارای SMA را در مطالعه ای بررسی نمودند.

نتایج تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی نشان داد. که تمامی قاب های مورد نظر در سطوح مختلف خطر لرزه ای در سطوح عملکرد جواب مناسبی دادند. همچنین زارعی و همکاران در مقاله ای به بررسی سیستم مهاربندی مبتنی بر آلیاژهای حافظه دار شکلی نوین در ساختمان پرداختند. که رفتار دینامیکی سازه را با کاهش خطر لرزه ای و اتلاف انرژی به کمک ظرفیت برگشت پذیری. در حالت کشش و فشار و نیز پس از زلزله بهبود می بخشد.

همچنین مطالعه ای در مورد بهینه سازی SMA در مهاربندی های همگرای قاب فولادی توسط بابایی و زرفام انجام گرفت. در این پژوهش سطوح عملکرد و منحنی های شکنندگی با ارزیابی رفتار لرزه ای قاب بهینه سازی گردید. و حاصل شد و احتمال فراگذشت از سطوح خطر مورد نظر مطلوب بوده و بر نتایج تحلیل قطعی، هماهنگی داشت. اسپیچر و همکاران نیز به بررسی مدل آزمایشگاهی سیستم مهاربندی ضربدری با استفاده از SMA پرداختند. و نتایج مورد حاصل ثابت کرد که سیستم دارای SMA منجر به توزیع تغییر شکل بیشتری نسبت به سیستم معمولی گردید.

همچنین قلهکی و همکاران به بررسی اثر آلیاژ حافظه دار شکلی Ni-Ti در شکل پذیری دیوارهای برشی فولادی پرداختند. ایشان نتیجه گرفتند که نمونه های دارای آلیاژ در طبقات اول و سوم دارای شکل پذیری بیشتری نسبت به سایر نمونه ها بودند.

مطالعه ای نیز توسط خیرالدین و همکاران در مورد ارزیابی عملکرد لرزه ای قاب های بتن مسلح که مقاوم است. با مهارهای فولادی با استفاده از تحلیل دینامیکی فزاینده و پوش آور تحت شتاب نگاشت های نزدیک گسل انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که قاب بتنی دارای مهاربندی واگرا نسبت به همگرا. برش پایه کمتر دارد که این مسئله موجب افزایش عملکرد این سازه ها در حالت عملکرد قابلیت استفاده بی وقفه گردید. همچنین پاچیده و همکاران با استفاده از تحلیل پوش آور به بررسی شاخص خسارت دیوارهای برشی فولادی پرداختند. ایشان نتیجه گرفتند که این شاخص برای قاب های بلند منجر به نتایج بهتری می شود.

با توجه به اینکه یکی از روش های کنترل و بررسی عملکرد سازه در برابر زلزله. روش احتمالاتی و یافت درصد خروج از سطح عملکرد مورد نظر هست. و این روش به ویژه به دلیل نبود تشابه کامل بین ویژگی های شتاب نگاشت های انتخاب گردید. میزان خطا را در یافت نتایج کاهش می دهد. پس در این مطالعه، منحنی های شکنندگی قاب های خمشی دوگانه فولادی با مهاربند همگرای قطری دارای میله SMA. در سازه های 20،15،12،9،6،3 طبقه به عنوان نماینده ساختمان های کوتاه مرتبه. میان مرتبه و بلند مرتبه ترسیم و نمودارهای مربوط به تحلیل دینامیکی فزاینده. و نیز منحنی های شکنندگی مدل های SMA (DSF-SMA) و بدون آن (DSF). در سطوح مختلف عملکردی و در طبقات مختلف با هم مورد مقایسه و نیز میزان برگشت پذیری سازه های دارای آلیاژ حافظه دار شکلی. با انجام تحلیل های دینامیکی تاریخچه زمانی بطور جداگانه بررسی شد.

لازم به ذکر است که تعریف محدوده ساختمان های کوتاه تا بلند مرتبه مطابق جدول (3-2) دستورالعمل HAZUS. با عنوان طبقه بندی ساختمان ها بر اساس کاربری است. در جدول مزبور ساختمان های فولادی و بتنی دارای تعداد طبقات یک تا سه با عنوان کوتاه مرتبه. و 4 تا 7 طبقه به عنوان میان مرتبه توصیف گردید. و ساختمان های 8 طبقه و بالاتر نیز در محدوده سازه های بلند مرتبه تعریف شدند.

مدل های بررسی شده

قاب های دوبعدی مدل شده در این مطالعه دارای 5 دهانه 4 متری. و با ارتفاع هر طبقه برابر 3/20 متر در منطقه با شدت لرزه ای خیلی زیاد. روی خاک نوع C با سیستم قاب خمشی فولادی دو گانه. با مهاربند همگرای قطری در نرم افزار ETABS 9.7.4 مدل سازی و طراحی اولیه صورت پذیرفت. همچنین مطابق شکل (2) مهاربندهای قطری سازه 6 طبقه در دهانه های دوم و چهارم جای گرفتند.

بار زنده و مرده مؤثر وارد بر تیرهای قاب نیز، 30 کیلو نیوتن بر متر طول در نظر گیری شد. مشخصات مقاطع مورد استفاده مطابق جداول ( 1. تا 3) است.

سپس سازه های مورد نظر در نرم افزار سایز مواستراکت 1 تحت تحلیل دینامیکی غیر خطی فزاینده قرار گرفتند. مشخصات آلیاژ حافظه دار شکلی شامل مدول الاستیسیته. و تنش اولیه و نهایی تبدیل حالت های آستنیت به مارتنزیت و بالعکس و نیز کرنش نهایی این نوع مصالح مطابق جدول (4) است. آلیاژ قرار داده شده در انتهای مهاربندها، به طول 10 سانتی متر و قطر 12 میلی متر است. که در پژوش ایشان به عنوان قطر بهینه معرفی گردید. همچنین چگونگی اتصال میله SMA به ورق های اتصال مهاربند نیز در شکل (3). نمایش داده شده است.

همچنین منحنی تنش – کرنش فولاد مورد استفاده در این پژوهش به صورت سه خطی با سختی کرنش سینماتیکی 0/005. براساس ویژگیهای مورد تعریف در نرم افزار سایر مواستراکت. از نوع Menegotto – point بوده و با عنوان stl-mp شناخته میشود. در شکل (4) منحنی تنش – کرنش آلیاژ حافظه دار شکلی نمایان و مشخص است.

رکوردهای مورد استفاده

با توجه به اینکه خاک محل اجرای سازه ها از نوع C فرض گردید. پس شتاب نگاشت های مورد نظر برای این نوع خاک از جدول (C-2) دستورالعمل FEMA440 انتخاب شدند. لیست شتاب نگاشت های مورد کاربرد که برای امکان مقایسه نتایج به عدد شتاب گرانش زمین مقایس گردیدند. در جدول (5) آمده است. محتوای این شتاب نگاشت ها نیز از سایت PEER گرفته شده است.

درستی آزمایی

در این پژوهش و به منظور مشابهت بیشتر با مطالعه قاسمیه و کارگر مؤخر و استفاده ایشان از انواع مهاربندها از جمله مهاربند قطری. برای درستی آزمایی و به منظور اطمینان از صحت مراحل مدل سازی قاب فولادی. با مهاربند قطری دارای میله SMA در نرم افزار سایز مواستراکت، از مطالعه مزبور استفاده گردید. که در آن مجموعه ای از قاب های فولادی 14،12،10،8،6،4 طبقه با طول دهانه 6 متر و ارتفاع هر طبقه برابر با 3/2 متر. در سه نوع مختلف مهاربندهای همگرای قطری، ضربدری و شورون مدل گردید. و تحت بار ثقلی ناشی از بار مرده و زنده بترتیب برابر با 6 و 2 کیلو نیوتن بر متر مربع قرار گرفتند.

در این مدل ها، مدول الاستیسیته برای 200 گیگاپاسکال و تنش تسلیم 240 مگاپاسکال برای فولاد در نظرگیری گردید. همچنین برای آلیاژ حافظه دار شکلی نیز مقاومت تسلیم و نهایی حالت آستنیت به مارتنزیت به ترتیب 380 و 490 مگاپاسکال. همچنین مقاومت تسلیم و نهایی حالت مارتنزیت به آستنیت به ترتیب برابر با 220 و 120 مگاپاسگال. مدول الاستیسیته 50 گیگاپاسکال با کرنش نهایی 0/05 است. ابعاد مقاطع مورد استفاده برای ستون، تیر، مهاربند و SMA برای قاب چهار طبقه مطابق جدول (6) در نظرگیری شد.

ارزیابی لرزه ای

در شکل (6) منحنی بار-تغییر مکان قاب فولادی 4 طبقه با مهاربندی قطری مطالعه قاسمیه و گارگر مؤخر. با مدل این مطالعه نمایش داده شده است. که نشان دهنده هماهنگی مناسب بین این دو مدل است.

شکل 6. مقایسه پاسخ سازه ای قاب فولادی 4 طبقه با مهاربندی قطری دارای میله SMA مدل این مطالعه با مدل مطالعه مرجع

ارزیابی لرزه ای

همچنین مقادیر نیرو و تغییر مکان تسلیم و نهایی مطابق نمودار فوق و نیز میزان جذب انرژی قاب مورد مدل. در دو مطالعه در جدول (7) آمده است. و هماهنگی دو مطالعه را مشخص می نماید.

ارزیابی لرزه ای

تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی

در این پژوهش از تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی به منظور بررسی رفتار لرزه ای قاب های دو بعدی. و اثر برگشت پذیری آنها تحت شتاب نگاشت های مورد نظر استفاده شده است. در شکل (7) خروجی ناشی از این تحلیل با عنوان تغییر مکان پسماند در پایان زمان مؤثر زلزله. برای شتاب نگاشت زلزله لوماپریتا ایستگاه ساراتوگا قابل مشاهده است. مطابق با نمودار شکل مزبور، تغییر مکان پسماند سازه 6 طبقه دارای SMA. تحت شتاب نگاشت مزبور مقدار ناچیزی بوده و این تغییر مکان برای سازه SMA بطور واضحی بیشتر و برابر با یک سانتی متر است. این کاهش تغییر مکان پسماند در سازه دارای SMA. برای شتاب نگاشت های دیگر و طبقات مختلف و به ویژه سازه های بلند مرتبه وجود داشته. که در قسمت بحث و تفسیر نتایج، خروجی این تحلیل و نتایج حاصل شده آمده است.

شکل 7. تغییر مکان پسماند بام سازه 6 طبقه در طول زمان مؤثر زلزله تحت شتابنگاشت زلزله لوماپریتا ایستگاه ساراتوگا

تحلیل دینامیکی غیرخطی فزاینده

پس از مدل سازی قاب های دو بعدی 20،15،12،9،6،3 طبقه دارای سیستم قاب خمشی دوگانه. با مهاربند همگرای قطری دارای میله آلیاژ حافظه دار شکلی (سیستم DSF-SMA) و قاب های بدون آلیاژ حافظه دار (سیستم DSF). در نرم افزار سایزمواستراکت، تحلیل دینامیکی غیر خطی فزاینده تحت شتاب نگاشت های مزبور انجام گردید. بطوری که منحنی های IDA به صورت ماکزیمم تغییر مکان نسبی طبقات. به عنوان پارامتر پاسخ در برابر بیشینه شتاب زمین به عنوان پارامتر شدت، ترسیم شده اند. در شکل (8) منحنی IDA مربوط به سازه 12 طبقه دارای SMA نمایان و مشخص است.

شکل 8. منحنی های IDA مربوط به قاب DSF-SMA-12st

ارزیابی لرزه ای

نمودار فوق نشان می دهد که منحنی IDA بسته به نوع شتاب نگاشت و ویژگیهای ذاتی آن در ابتدا به صورت خطی می باشد. و پس از آن و با ورود به ناحیه پلاستیک، دارای شیب ملایمی می شود. و سپس با افقی شدن آن، شرایط ناپایداری در سازه رخ می دهد. برای نمونه، در زلزله لوماپریتا ایستگاه سانفرانسیسکو (شتاب نگاشت ردیف 4). سازه 12 طبقه دارای SMA تا بدست آوری PGA به نزدیک 1/5g در ناحیه الاستیک قرار دارد. و پس از آن و در تغییر مکان نسبی 0/015 متر وارد ناحیه پلاستیک می شود.

منحنی شکنندگی

منحنی شکنندگی، احتمال خرابی متناظر با یک حالت خرابی معین را در چندین سطح از شدت های لرزه ای زمین بیان می کند. در واقع منحنی شکنندگی، نسبت بین شدت زمین لرزه و سطح خرابی لرزه ای محتمل را توصیف می کند. از جمله شاخص هایی که شدت زلزله را بطور مناسب برای تحلیل شکنندگی معرفی می نمایند. می توان به شتاب طیفی در دوره اصلی سازه، بیشینه شتاب، سرعت و تغییر مکان زمین اشاره کرد. تابع شکنندگی، یک احتمال شرطی است. از این رو احتمال اینکه یک سازه به سطح معینی از خرابی برسد. یا از آن فراتر رود را در یک شدت زلزله معین بیان می کند. این احتمال مشروط در معادله 1. بیان شده است.

ارزیابی لرزه ای

(1) P[ LS | IM = y ]= تابع شكنندگي

که در آن؛ LS حالت حدی یا سطح خرابی مؤلفه سازه و IM اندازه شدت زلزله است. و y به ازای مقادیر مربوطه تعیین میشود. برای بررسی تلفات ناشی از زمین لرزه و ارزیابی آسیب پذیری انواع سازه ها. انجمن مدیریت بحران فدرال دستورالعملی با عنوان HAZUS تهیه کرده. که در آن روش های مختلفی برای تخمین تلفات ناشی از زلزله معرفی و توصیف شده است. تا در مدت آن، تخمین مخاطرات ناشی از زمین لرزه، در مقیاس منطقه ای ممکن شود. در این دستورالعمل، منحنی شکنندگی از رابطه 2، محاسبه می شود.

ارزیابی لرزه ای

که در آن ds|Sd، مقدار ظرفیت لرزه ای، Sd، مقدار نیاز لرزه ای در زمانی که مدل به هر یک از حالات حدی برسد. ،Sd,ds مقدار نیاز لرزه ای است. که با توجه به هر یک از سیستم های ساختمانی و برای هر حالت خرابی در HAZUS مقداری ارائه گردید. که βds مقدار انحراف معیار لگاریتم طبیعی جابه جایی طیفی برای هر یک از حالات خرابی و ϕ. تابع توزیع تجمعی نرمال است. برای هر نوع سیستم ساختمانی و با توجه به تعداد طبقات آن. مقدار ظرفیت لرزه ای و انحراف معیار در HAZUS به شکل ضرایبی معرفی گردیدند.

که می توان از آنها برای تهیه منحنی شکنندگی استفاده کرد. در این مطالعه، منحنی های شکنندگی سازه های مختلف در سطوح خرابی جزئی، متوسط، گسترده و کلی طبق دستوالعمل HAZUS ترسیم شدند. در جدول (8) نیز مقادیر دریفت متناظر با سطوح خرابی جزئی، متوسط، گسترده و کلی. مطابق دستورالعمل مزبور برای سازه مورد مهاربندی و به تفکیک ساختمان های با طبقات کم (1 تا 3 طبقه). متوسط (4 تا 7 طبقه) و زیاد (بیشتر از 8 طبقه) آمده است. مطابق این جدول، برای سازه 12 طبقه که به عنوان ساختمان با طبقات زیاد مد نظر قرار می گیرد. عدد مربوط به PGA متناظر با مقادیر دریفت 0.04،0.015،0.005،0.0025 به ترتیب برای خسارت جزئی، متوسط،گسترده و کلی، از نمودار IDA شکل (8) استخراج می شود.

ارزیابی لرزه ای

جدول 8. مقدار دریفت متناظر با سطوح خرابی مختلف مطابق HAZUS

ارزیابی لرزه ای

نتایج خروجی سیستم DSF-SMA-12st ناشی از تحلیل IDA. برای حالت خرابی مختلف بر اساس دستورالعمل HAZUS به تفکیک هر شتاب نگاشت در جدول (9) نمایان و مشخص است.

جدول 9. نتایج خروجی مربوط به PGA برای DSF-SMA-12st

حالات خرابی مختلف مطابق دستورالعمل HAZUS

ارزیابی لرزه ای

بحث و تفسیر نتایج

با بررسی منحنی شکنندگی سازه قاب دو بعدی 12 طبقه با آلیاژ حافظه دار شکلی. (سیستم DSF-SMA-12st) در حالات مختلف خابی مطابق شکل (9) مشخص شد که شاخص خسارت این سازه در PGA=0.5. در حالت خرابی جزئی به 97% خرابی کل سازه در حالت خرابی متوسط به 70% خرابی کل سازه رسیده سات. همچنین شاخص خسارت در PGA=1 در حالت خرابی گسترده و کلی بترتیب به 40 و 0/08 درصد رسیده است.

بحث و تفسیر نتایج

با بررسی منحنی شکنندگی سازه قاب دو بعدی 12 طبقه با آلیاژ حافظه دار شکلی (سیستم DSF-SMA-12st). در حالات مختلف خرابی مطابق شکل (9) مشخص شد. که شاخص خسارت این سازه در PGA=0.5 در حالت خرابی جزئی به 97% خرابی کل سازه. و در حالت خرابی متوسط به 70% خرابی کل سازه رسیده است. همچنین شاخص خسارت در PGA=1 در حالت خرابی گسترده و کلی بترتیب به 40 و 0/08 درصد رسیده است. منحنی مربوط به سطح خسارت کلی نسبت به دیگر سطوح خسارت. با شیب کمتری بوده پس احتمال فراگذاشت از آن کمتر از سطوح خسارت جزئی، متوسط و گسترده است.

شکل 9. منحنی شکنندگی DSF-SMA-12st در سطوح مختلف خرابی

ارزیابی لرزه ای

از جمله نتایج حاصل از این مطالعه می توان به بررسی و مقایسه منحنی شکنندگی سازه های دارای آلیاژ حافظه دار شکلی. در طبقات مختلف اشاره نمود. بر این اساس و مطابق شکل 10-الف. مشخص شد که در حالت خرابی جزئی، برای سازه 3 طبقه در PGA مابین 0/1 تا 1/2. برای سازه 6 طبقه در PGA مابین 0/1 تا 1/5 و برای سازه 9 طبقه 0/2 تا 0/6. و برای سازه 20 طبقه در PGA مابین 0/1 تا 0/7 رخ می دهد. و این حالت خرابی برای سازه های 20،15،12،9 طبقه، ناگهانی و ترد بوده و به وضوح بحرانی تر است. بر اساس شکل (10-ب) که منحنی شکنندگی را در حالت خرابی متوسط نمایان و مشخص است.

مشخص می شود که در این حالت، برای سازه 3 طبقه در PGA مابین 0/4 تا 1/7. برای سازه 6 طبقه در PGA مابین 0/2 تا 2/1 و برای سازه 9 طبقه 0/2 تا 2 است. همچنین برای سازه 12 و 15 طبقه در PGA مابین 0/1 تا 0/9. و برای سازه 20 طبقه در PGA مابین 0/2 تا 1/1 رخ می دهد. و این حالت خرابی برای سازه های 12 و 15 طبقه نسبت به سایرین بحرانی تر است. با دقت در منحنی مربوط به سازه 12 طبقه مشخص می شود. که وجود SMA موجب عملکرد مناسب این سازه نسبت به سازه های 12 و 15 طبقه شده است.

شکل 10. منحنی شکنندگی سازه های 20،15،12،9،6،3 طبقه مدل DSF-SMA در سطح خرابی؛ (الف): جزئی، (ب): متوسط، (پ): گسترده، (ت): کلی

ارزیابی لرزه ای

پس از بررسی منحنی های شکل (10-پ) مربوط به حالت خرابی گسترده سازه های دارای SMA در طبقات مختلف مشخص میشود. که میزان خروج از این حالت خرابی برای سازه های 12 و 15 طبقه یکسان. و برای سازه های 6 و 9 طبقه نیز تقریباً مشابه است. احتمالا خرابی در این حالت برای سازه 20 طبقه تا حدود PGA برابر با 1/4. نسبت به دو سازه 12 و 15 طبقه کمتر و پس از آن بحرانی تر است.

ارزیابی لرزه ای

همچنین احتمال فراگذشت از سطح خرابی گسترده برای سازه 3 طبقه نیز طبق منحنی 10-پ. برای PGA بالاتر از 2، بیشتر از سازه های 6 و 9 طبقه است. بطور کلی در حالت خسارت گسترده، فاصله قابل توجهی بین منحنی سازه های 12 تا 20 طبقه نسبت به سایر سازه ها وجود دارد. هرچند سازه 20 طبقه عملکرد مناسب تری در این حالت از خود نشان می دهد.

در سطح خرابی کلی نیز منحنی های شکنندگی برای سازه های دارای SMA در طبقات مختلف مطابق شکل (10-ت) قابل بررسی است. شاخص خسارت در این حالت تا PGA برابر با 0/6 برای همه سازه ها یکسان بوده است. ولی با توجه به اینکه فاصله منحنی های شکنندگی بطور مشخصی بیشتر میشود. پس میزان خروج از این حالت خرابی برای سازه های مختلف تفاوت عمده ای دارد. به گونه ای که بر خلاف سه حالت خرابی قبل، در این حالت، سازه 20 طبقه با شیب بسیار تندی رو به خرابی کلی گذاردند. و از PGA برابر با 1/5 به بعد، میزان خروج از سطح خرابی کلی بیشتری نسبت به سازه های 12 و 15 طبقه دارد.

همچنین مانند حالات قبلی، احتمال خرابی سازه های 12 و 15 طبقه بر هم هماهنگ است. در جدول (10) نیز درصد کاهش شاخص خسارت در حالات مختلف خرابی در سازه های DSF-SMA نسبت به DSF معلوم و مشخص است.

جدول 10. درصد کاهش خسارت برای سازه های DSF-SMA و DSF در حالات خرابی مختلف

ارزیابی لرزه ای

ارزیابی لرزه ای

مطابق جدول مزبور، در حالت خرابی جزئی. سازه 3 طبقه با 23 درصد و سازه 6 طبقه با 18 درصد، بیشترین اثر کاهشی را داشته اند. در حالت خرابی متوسط نیز کاهش تقریباً یکسانی بین 25 تا 35 درصد در همه سازه ها مشاهده شده است. همچنین سازه های کوتاه و میان مرتبه، اثر کاهشی بیشتری بین 33 تا 45 درصد نسبت به سازه های بلند مرتبه. بین پژوهش با حدود 15 درصد در حالت خرابی گسترده تجربه کرده اند. در حالت خرابی کلی نیز در سازه 3 طبقه 6 درصد کاهش و سازه 9 طبقه نیز بیشترین درصد کاهش را دارد.

همچنین مطاق با شکل (11) میزان تغییر مکان پسماند بام سازه های 3 تا 20 طبقه با آلیاژ حافظه دار شکلی. و بدون آن تحت متوسط شتاب نگاشت های مورد نظر در پایان زمان مؤثر زلزله قابل مشاهده است. همان گونه که در این نمودار مشخص ست. مقدار تغییر مکان پسماند بام برای هر کدام از شتاب نگاشت ها در سازه ها دارای آلیاژ حافظه دار شکلی. بطور قابل ملاحظه ای کمتر از سازه بدون این آلیاژ است. این مورد با افزایش تعداد طبقات سازه نمود بیشتری پیدا می کند.

شکل 11. متوسط مقادیر تغییر مکان پسماند سازه های 3تا 20 طبقه در پایان زمان مؤثر زلزله در کلیه شتاب نگاشت ها

ارزیابی لرزه ای

ارزیابی لرزه ای

نتیجه گیری

در این مطالعه به توسعه منحنی های شکنندگی قاب خمشی دو گانه فولادی. دارای مهاربند همگرای قطری با و بدون میله های آلیاژی حافظه دار شکلی در 20،15،12،9،6،3 طبقه به عنوان نماینده ی ساختمان کوتاه مرتبه. میان مرتبه و بلند مرتبه پرداخته شده و نتایج زیر حاصل گردید.

با بررسی منحنی شکنندگی مدل های دارای SMA و بدون آن، مشخص شد. که احتمال خروج از کلیه سطوح خرابی برای سازه- های کوتاه و میان مرتبه، مدل بدون SMA، بیشتر از مدل دارای SMA است. همچنین برای سازه های بلندمرتبه به ویژه سازه 20 طبقه، فاصله بین دو منحنی مدل DSF-SMA و DSF بیشتر بوده. و احتمال خرابی در مدل بدون SMA بطور مشخص بیشتر است. از طرف دیگر، با بررسی منحنی های شکنندگی سطح خرابی جزئی سازه های با سیستم DSF-SMA در طبقات مختلف نتیجه می شود. که میزان کاهش خسارات برای سازه های 3 و 6 طبقه به میزان 23 و 18 درصد بوده. و برای سازه با طبقات بیشتر، به 4 تا 9 درص محدود شده است.

و در این سطح خرابی، منحنی شکنندگی برای سازه های بلند مرتبه. به وضوح بحرانی تر از سایر سازه ها بوده و دارای شیب تندی است. در سطح خرابی متوسط نیز بین سازه با طبقات مختلف کاهش یکسانی با استفاده از SMA به میزان 25 تا 35 درصد نمایان و مشخص است. همچنین در سطح خسارت گسترده با هم سازه های کوتاه و میان مرتبه کاهش بیشتری به اندازه حدود 33 تا 45 درصد داشته اند. در حالی که این کاهش به 15 درصد برای سازه های 12 تا 20 طبقه محدود میشود. از طرف دیگر، در سطح خرابی کلی نیز فاصله بین منحنی های شکنندگی سازه ها بیشتر است. و احتمال رخداد این سطح خرابی برای سازه های بلند مرتبه از جمله سازه 20 طبقه بصورت مشخصی بیشتر است.

و استفاده از SMA در حالت خرابی کلی تأثیر چندانی در کاهش خسارت به ویژه در سازه های بلند مرتبه نداشته است. بنابراین از نظر کاهش خسارات در سطوح خطر چهارگانه. وجود آلیاژ حافظه دار شکلی در سازه های کوتاه مرتبه مؤثرتر از سازه های بلند مرتبه است. که با توجه به پرهزینه بودن، استفاده از آن جز برای ساختمان های با اهمیت خیلی زیاد توجیه ندارد ولی از منظر خاصیت برگشت پذیری. کاهش میزان تغییر مکان پسماند برای سازه های بلند مرتبه دارای SMA بیشتر از سایر سازه ها بوده است. و این کاهش بین 80 تا 95 درصد تغییر مکان پسماند سازه بدون آلیاژ را شامل می شود. بنابراین استفاده از این مصالح می تواند نکته مثبتی در کاهش خسارت ناشی از تغییر مکان های پسماند. در زمان بهره برداری برای ساختمان های بلند مرتبه باشد.

منصور باقری، امین وداد، مهدی اکبری

گروه مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی بیرجند- گروه مهندسی عمران، آموزش عالی بعثت- گروه مهندسی عمران، موسسه آموزش هرمزان