⭕️رفتار لرزه ای سازه های مقاوم سازی شده با میراگر

توضیحات @mojtabamohebalian : سازه ها را به روش های گوناگون خطی و غیر خطی میتوان تحلیل نمود . هر تحلیلی با توجه به دقت و حجم محاسبات انجام شده یک سری از خروجی ها را به کاربر ارائه میکند . در بین تحلیل های غیر خطی ، تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی خروجی های بسیار مهمی را از پاسخ سازه خروجی میدهد. در این تحلیل سازه تحت یک تعداد شتاب نگاشت زلزله تحلیل دینامیکی میشود و شتاب زلزله به صورت تابعی از زمان بر سازه اثر پیدا میکند و سازه با استفاده از روابط دانش دینامیک سازه تحلیل میشود . با توجه به رفتار غیر قابل پیش بینی زلزله ، یک سازه در زلزله های متفاوت ، پاسخ های گوناگونی از خود نشان میدهد ، اما توزیع مفاصل پلاستیک با توجه به ظرفیت های پلاستیک موجود در اجزا تا حدی قابل پیش بینی است . توزیع مفاصل پلاستیک را میتوان در تحلیل استاتیکی غیر خطی مشاهده کرد .
در تحلیل تاریخچه زمانی تعدادی شتابنگاشت برای تحلیل سازه مورد استفاده قرار میگیرند و پاسخ سازه در هر لحظه از زمان در طول زلزله بدست می آید . این پاسخ میتواند تغییر مکان ، سرعت ، شتاب ، برش پایه و ... در هر لحظه از زمان باشد .
با توجه به روابط دینامیک سازه دو عامل در سازه ها برای حفظ پایداری در مقابل زلزله اهمیت دارد . عامل سختی و عامل میرایی . سختی با جا به جایی ارتباط پیدا میکند و میرایی با سرعت ارتباط دارد که هر کدام از این عوامل جذب نیرو دارند .سختی در طول یک زلزله میتواند در سازه ثابت یا متغیر باشد . میرایی نیز حالت های متفاوتی از جمله میرایی ذاتی ، میرایی ناشی از شکل پذیری و یا میرایی ناشی از یک عامل خارجی مثل میراگر را دارد.

سازه ها در هنگام زلزله هر چه قدر مقاومت بیشتری داشته باشند الاستیک تر باقی میمانند و سختی سازه در طول زلزله کمتر تغییر میکند . قاعدتا هر چه قدر ابعاد مقاطع موجود در یک سازه بزرگ تر باشد ، سختی سازه و معمولا مقاومت آن بالا تر میرود و انتظار میرود سازه رفتار الاستیک تری داشته باشد . اما واقعا نمیتوان با اکتفا به مقاومت سازه ها را طراحی کرد ، چون در این صورت با سازه های بسیار سنگین و غیر اقتصادی رو به رو هستیم . در نتیجه باید از ظرفیت های پلاستیک و شکل پذیر سازه استفاده نمود . با ایجاد مفاصل پلاستیک در سازه سختی کلی آن کاهش پیدا میکند و در نتیجه تغییر مکان ها بیشتر میشود. حال آنکه سازه های شکل پذیر تر میرایی بیشتری دارند که عامل آن جذب انرژی و تغییر شکل توسط مفاصل پلاستیک است (میرایی ناشی از شکل پذیری) . به همین دلیل سازه های با شکل پذیری بالا تر ، ضریب رفتار بیشتری دارند .
روش های دیگری هم وجود دارد که بتوان علاوه بر میرایی ناشی از شکل پذیری از آنها کمک گرفت تا سازه در مقابل زلزله پایداری خود را حفظ نماید . مشخص آن است که میرایی اهمیت بالایی در این مورد دارد. میتوان از سیستم های کنترل غیر فعال برای کاهش پاسخ سازه ها استفاده نمود . از سیستم های کنترل غیر فعال میتوان به میراگر ویسکوز یا میراگر اصطکاکی اشاره نمود. استفاده از میراگر از نظر اقتصادی کمک بسیاری به سبک سازی میکند . میراگر مایع روغنی یا همان میراگر ویسکوز به صورت ساده از یک مایع روغنی سیلیکونی و پیستون تشکیل شده است . با حرکت پیستون در مایع روغنی جذب انرژی صورت میگیرد. این میراگر را میتوان در سازه نصب نمود و از آن برای کاهش پاسخ سازه استفاده کرد که کمک قابل توجهی به پایداری سازه در زلزله میکند . نیروی به وجود آمده در میراگر به سرعت وابسته است . در تحلیل تاریخچه زمانی سرعت در هر لحظه از زمان بدست می آید و با توجه به آن نیروی در میراگر محاسبه میشود. سیستم میراگر ویسکوز با توجه به سرعت به وجود امده در میراگر ، با توجه به رفتار خطی یا غیر خطی میراگر و با توجه به ضریب میرایی میراگر نیرو جذب میکند . اگر نمودار نیروی میراگر در مقابل سرعت میراگر را رسم کنیم ، میتوان میراگر ویسکوز خطی را از غیر خطی متمایز کرد . در میراگر ویسکوز خطی تغییرات نیرو نسبت به سرعت خطی است اما در غیر خطی تغییرات نیرو با بیشتر شدن سرعت غیر خطی میشود . مدلسازی این میراگر در نرم افزار های SAP 2000 ، ETABS ، PERFORM 3D و دیگر نرم افزار ها میسر است .

به عنوان مثال در تصویر پایین بنده یک قاب دو طبقه خمشی را در نرم افزار SAP2000 تحت تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی قرار داده ام . در این تصویر پاسخ سازه به زلزله ی kobe را مشاهده میکنید . سازه ی بدون میراگر و ضعیف در طبقه اول ستون ها مکانیزم شده اند و سازه به صورت طبقه نرم ناپایدار شده است . اما پس از قرار دادن یک میراگر فقط در اولین طبقه ، همین سازه در طول زلزله پایدار باقی ماند . اگر چه میراگری که استفاده شده با ضریب میرایی پایین است ولی همین میراگر ضعیف هم پایداری سازه را حفظ نمود.

@omranworkshop