کنترل پیچش سازه‌های نامتقارن با استفاده از میراگرهای ویسکوز

همکار:
محمدرضا منصوری

چکیده

در این پژوهش، توزیعهای مناسب میراگرهای ویسکوز با هدف کاهش آثار منفی پیچش بر روی عناصر سازه‌ای و
غیر‌سازه‌ای ارائه و امکان کاهش همزمان چند پاسخ حاکم بر رفتار آنها بررسی شده است. بدین منظور، در حالت ارتجاعی با بررسی آثار توزیع پلانی میراگر ویسکوز بر مشخصات دینامیکی مدل‌های یک‌طبقه و آثار توزیع ارتفاعی این تجهیزات در
سازه‌های چندطبقه، تأثیر زیاد چیدمان میراگر بر برخی پارامترهای دینامیکی نظیر درصد میرایی مدهای سازه مشاهده شد. در سازه‌های یک‌طبقه، در مدل‌های سخت پیچشی، انتقال مرکز میرایی به سمت لبه نرم است و میرایی مد غالب جانبی افزایش می‌یابد؛ امّا در سازه‌های چند‌طبقه، توزیع ارتفاعی میراگرها تأثیر کمتری بر پاسخهای سازه دارد و توزیع ارتفاعی بر حسب اختلاف تغییرمکان مد اول مناسبترین حالت است. مطالعات تحلیلی غیرخطی نیز با استفاده از شتابنگاشتهای مختلف بر روی مدل‌های یک‌طبقه و چند‌طبقه با توزیعهای مختلف سختی، مقاومت و میراگر در پلان و ارتفاع صورت گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، با تغییر برخی از پارامترهای ذکر شده در سازه یا سیستم میراگر، امکان کنترل بهینه یک پاسخ یا کنترل همزمان چند پاسخ فراهم می‌شود. برای کنترل پاسخ تغییرمکان جانبی و چرخش دیافراگم، توزیعی از میراگرها باید انتخاب شود که مرکز میرایی در سمت مخالف مرکز سختی باشد؛ در صورتی که برای کنترل شتاب جانبی نتایج مختلف است. خروج از مرکزیت دوطرفه نیز تأثیر کمی بر نتایج داشته است؛ ولی با افزایش مجموع میرایی جانبی و یا نرمی پیچشی، مرکز میرایی بهینه به سمت لبه سخت حرکت می‌کند. به منظور اعتبارسنجی مطالعات تحلیلی و بررسی عملی رفتار میراگرهای ویسکوز، مطالعه آزمایشگاهی بر روی مدل یک‌طبقه با مقیاس ۱:۶ با چیدمانهای متفاوت دو میراگر، بر روی میز لرزان انجام و نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی برای پاسخهای مؤثر بر رفتار پیچشی با هم مقایسه شده‌اند که تطبیق قابل قبولی را نشان داده-اند. در نهایت، توزیعهای مناسب میراگر ویسکوز در پلان و ارتفاع ساختمان به منظور کنترل آثار پیچش بر روی پاسخهای حاکم بر رفتار عناصر مختلف برای سازه‌های با مشخصات سختی و مقاومت متفاوت تعیین شده است. نتایج نشان داده‌اند که می‌توان برای کاهش اثر پیچش بر پاسخهای سازه‌های چندطبقه از تعمیم نتایج کلی حاصل از سازه‌های یک طبقه و از برهمکنش پارامترهای طبقات مختلف برهم استفاده کرد.

واژه‌های کلیدی
سازه نامتقارن، توزیع میراگر ویسکوز، تعادل پیچشی، شتاب جانبی، خروج از مرکزیت میرایی، سازه چندطبقه، مدل آزمایشگاهی

‌

Authors:A. S. Moghadam, M. R. Mansoori

Abstract

The behavior of structures in the past earthquakes shows that torsion due to asymmetry was one of the main reasons of structural vulnerabilities. The studies performed on the issue of controlling torsional effects by suitable stiffness and strength distributions show that in the nonlinear range of structural behavior, elimination of torsional effects on multiple governing responses of structures is not possible. Such reason made the researchers to apply optimal distributions of energy dissipating devices for controlling torsion of structures. Past studies show that viscous dampers have suitable and simple behavior which can be distributed in the structures to control asymmetry effects. In this research, suitable distributions of viscous dampers are proposed for decreasing the effects of torsion on structural and non-structural elements. Also the possibility of controlling multiple responses of buildings by specific distribution of dampers is studied. In this regard, the effects of plan wise and height wise distribution of dampers are studied on dynamic specifications of structures in the elastic ranges. Also analytical nonlinear studies have been performed on one-story and multi-story buildings with different distributions of stiffness and strength and damping under several ground motions. The sensitivity of the results has been studied on different governing parameters such as torsional stiffness of the structures, different damping coefficients of the dampers, stiffness versus mass asymmetry and two-way asymmetry with bi-directional excitation. The results show that by using a suitable damper distribution, the effects of torsion can be decreased on important structural responses, but controlling multiple responses are possible in specific cases. For verification of the analytical results, an experimental setup including a 1/6 scaled one-story structure with two viscous dampers has been tested on the shaking table. The comparison of the analytical and experimental results shows an acceptable similarity in many of the responses. Finally, suitable plan wise and height wise distribution of viscous dampers have been proposed for controlling torsion of the structures with different stiffness and strength properties.

Keywords:

Asymmetric structures, viscous damper distribution, torsional balance, lateral acceleration, damping eccentricity, multi-story structure, experimental model.