روشهای متداول طراحی سازه ها در مقابل زلزله عملا تحت عنوان روشهای طراحی بر اساس مقاومت و شکل پذیری سازه ها معرفی می‌شوند که فلسفه عمومی این روشها بر دو اصل ایجاد سختی و مقاومت در سازه جهت کنترل تغییرمکان جانبی و جلوگیری از تخریب اعضای سازه ای و غیر سازه ای تحت اثر زلزله های کوچک و متوسط و ایجاد شکل پذیری و قدرت جذب انرژی مناسب در سازه بخاطر ممانعت از فروریختگی سازه در زلزله های شدید بنا شده است . در این روش های طراحی، سازه در مقابل زلزله‌های متوسط و شدید رفتاری غیرارتجاعی دارد و از اینرو شکل پذیری و جذب انرژی ناشی از زلزله بصورت تغییرشکل خمیری و ایجاد مفاصل پلاستیک از خصوصیات اساسی طراحی در این روش ها می‌باشد. این مفاصل محل تجمع خسارت بوده و اغلب قابل تعمیر نیستند. حال آنکه روشهای نوین طراحی لرزه ای ساختمانها اغلب توصیه به حفظ رفتار ارتجاعی سیستم با افزایش میرایی و پریود سیستم دارند. این روشها در عمل به تغییر در مشخصه های دینامیکی سیستم در ارتباط با سختی و میرایی آن می‌پردازند که از جمله آنها می توان به روش جداسازی جرمی اشاره نمود. از روش جداسازی جرمی می توان به عنوان یکی از روشهای نوین طراحی لرزه ای نام برد که در عین بالا بردن عملکرد لرزه ای سیستم سازه ای به لحاظ سهولت اجرا و اقتصادی بودن قابل رقابت با روشهای متداول طراحی لرزه ای سازه ها به نظر می رسد . از این رو بررسی رفتار سازه های جدا سازی شده جرمی و کنترل آنها در برابر زلزله به عنوان محورهای اصلی این تحقیق انتخاب شده اند . سازه های جدا سازی شده جرمی مورد بررسی در این تحقیق از یک زیرسیستم جرمی و یک زیرسیستم سختی تشکیل شده اند. زیرسیستم جرمی شامل جرم اصلی سازه قرار گرفته برروی قابی با سختی کم می باشد که از طریق مکانیزم جداسازی در ارتفاع سازه شامل میراگرهای ویسکوز به زیرسیستم سختی سازه که شامل قاب مهار شده با سختی زیاد می باشد ، متصل شده است . وظیفه اصلی زیرسیستم جرمی، بالا بردن پریود سازه و در نتیجه کاهش نیروها و انرژی ورودی ناشی از زلزله می‌باشد. از آنجائیکه نرمی‌این زیرسیستم می‌تواند سبب تغییرمکانها و نیروهای نامتناسب در‌سازه‌گردد ، زیرسیستم سختی نقش کنترل نیرو و تغییرشکل را در زیرسیستم جرمی از طریق ایجاد تکیه‌گاه برای نیروهای عکس‌العمل ادوات جداساز که همان میراگرهای ویسکوز می باشند را ایفا می‌نماید. استفاده از میراگرهای ویسکوز به عنوان ادوات جداساز در این سازه ها باعث افزایش میرایی سیستم و کاهش انرژی ورودی ناشی از زلزله می شود . مدل تحلیلی مورد استفاده در این تحقیق یک مدل دوجرم _ فنر می باشد که یک حالت کلی تری از مدل سه المانی ماکسول می باشد. دراین بررسی از سیستم‌های کنترل نیمه فعال که قابلیت اطمینان مناسبی در هنگام زلزله دارا می باشند و در عین حال اقتصادی نیز می باشند ، برای کنترل سازه های جدا سازی شده جرمی در برابر زلزله استفاده شده است. این سیستم کنترلی شامل میراگرهای هیدرولیکی نیمه فعال می باشد که به عنوان مکانیزم جداسازی در ارتفاع سازه در بین دو زیرسیستم جرمی و سختی سازه قرار می گیرند. در این تحقیق قابلیت روش جداسازی جرمی در کاهش اثرات ناشی از زلزله با دو رویکرد پارامتری و عددی مورد بررسی قرار گرفته است . در رویکرد پارامتری با تعریف ضریب جداسازی و بدست آوردن مشخصات دینامیکی سیستم ، مقدار بهینه نسبی ثابت میرایی بصورت پارامتری بدست آورده شده و رابطه ضریب جداسازی با حداکثر میرایی سیستم نشان داده شده است . در رویکرد عددی پاسخ سازه های جداسازی شده جرمی در برابر زلزله در دو حالت غیر کنترلی و تحت تاثیر کنترل نیمه فعال مورد بررسی قرار گرفته است و با پاسخ سازه های جداسازی نشده جرمی مقایسه شده است . کنترل سازه های جدا سازی شده جرمی نیز یکی از محورهای اصلی این تحقیق به شمار می رود . هدف از کنترل این سازه ها ، دست یافتن به عملکرد مطلوب تر این سازه ها در برابر زلزله می باشد . در همین راستا یک الگوریتم کنترلی مناسب جهت کنترل نیمه فعال سازه های جداسازی شده جرمی در برابر زلزله ارایه شده است . الگوریتم کنترلی ارایه شده در این تحقیق یک الگوریتم منطقی باز و بسته با لایه های تصمیم گیری مختلف می باشد که در این لایه ها با توجه به سطح عملکرد مورد نظر و مقادیر بیشینه پاسخ سازه در برابر زلزله تصمیم مناسب بر اساس رفتار کلی سازه با استفاده از جملات شرطی ساده گرفته می شود . بررسی های فوق در جهت تبیین روش جداسازی جرمی هم بصورت طیفی و هم بر روی سازه های چند درجه آزادی صورت گرفته است.
نتایج عددی، نشان دهنده کاهش قابل توجه نیروهای ورودی زلزله در سازه های جداسازی شده جرمی نسبت به سازه های جداسازی نشده جرمی می باشند. همچنین این نتایج عملکرد مطلوبتر سازه های جداسازی شده جرمی و حساسیت کمتر آنها به مقادیر ثابت میرایی میراگر در برابر زلزله را در حالت کنترلی نشان می دهند .
بررسی رفتارا سازه های جداسازی شده جرمی و کنترل نیمه فعال آنها در برابر زلزله /نکویی مسعود
/توسط Arash Eslamiروشهای متداول طراحی سازه ها در مقابل زلزله عملا تحت عنوان روشهای طراحی بر اساس مقاومت و شکل پذیری سازه ها معرفی می‌شوند که فلسفه عمومی این روشها بر دو اصل ایجاد سختی و مقاومت در سازه جهت کنترل تغییرمکان جانبی و جلوگیری از تخریب اعضای سازه ای و غیر سازه ای تحت اثر زلزله های کوچک و متوسط و ایجاد شکل پذیری و قدرت جذب انرژی مناسب در سازه بخاطر ممانعت از فروریختگی سازه در زلزله های شدید بنا شده است . در این روش های طراحی، سازه در مقابل زلزله‌های متوسط و شدید رفتاری غیرارتجاعی دارد و از اینرو شکل پذیری و جذب انرژی ناشی از زلزله بصورت تغییرشکل خمیری و ایجاد مفاصل پلاستیک از خصوصیات اساسی طراحی در این روش ها می‌باشد. این مفاصل محل تجمع خسارت بوده و اغلب قابل تعمیر نیستند. حال آنکه روشهای نوین طراحی لرزه ای ساختمانها اغلب توصیه به حفظ رفتار ارتجاعی سیستم با افزایش میرایی و پریود سیستم دارند. این روشها در عمل به تغییر در مشخصه های دینامیکی سیستم در ارتباط با سختی و میرایی آن می‌پردازند که از جمله آنها می توان به روش جداسازی جرمی اشاره نمود. از روش جداسازی جرمی می توان به عنوان یکی از روشهای نوین طراحی لرزه ای نام برد که در عین بالا بردن عملکرد لرزه ای سیستم سازه ای به لحاظ سهولت اجرا و اقتصادی بودن قابل رقابت با روشهای متداول طراحی لرزه ای سازه ها به نظر می رسد . از این رو بررسی رفتار سازه های جدا سازی شده جرمی و کنترل آنها در برابر زلزله به عنوان محورهای اصلی این تحقیق انتخاب شده اند . سازه های جدا سازی شده جرمی مورد بررسی در این تحقیق از یک زیرسیستم جرمی و یک زیرسیستم سختی تشکیل شده اند. زیرسیستم جرمی شامل جرم اصلی سازه قرار گرفته برروی قابی با سختی کم می باشد که از طریق مکانیزم جداسازی در ارتفاع سازه شامل میراگرهای ویسکوز به زیرسیستم سختی سازه که شامل قاب مهار شده با سختی زیاد می باشد ، متصل شده است . وظیفه اصلی زیرسیستم جرمی، بالا بردن پریود سازه و در نتیجه کاهش نیروها و انرژی ورودی ناشی از زلزله می‌باشد. از آنجائیکه نرمی‌این زیرسیستم می‌تواند سبب تغییرمکانها و نیروهای نامتناسب در‌سازه‌گردد ، زیرسیستم سختی نقش کنترل نیرو و تغییرشکل را در زیرسیستم جرمی از طریق ایجاد تکیه‌گاه برای نیروهای عکس‌العمل ادوات جداساز که همان میراگرهای ویسکوز می باشند را ایفا می‌نماید. استفاده از میراگرهای ویسکوز به عنوان ادوات جداساز در این سازه ها باعث افزایش میرایی سیستم و کاهش انرژی ورودی ناشی از زلزله می شود . مدل تحلیلی مورد استفاده در این تحقیق یک مدل دوجرم _ فنر می باشد که یک حالت کلی تری از مدل سه المانی ماکسول می باشد. دراین بررسی از سیستم‌های کنترل نیمه فعال که قابلیت اطمینان مناسبی در هنگام زلزله دارا می باشند و در عین حال اقتصادی نیز می باشند ، برای کنترل سازه های جدا سازی شده جرمی در برابر زلزله استفاده شده است. این سیستم کنترلی شامل میراگرهای هیدرولیکی نیمه فعال می باشد که به عنوان مکانیزم جداسازی در ارتفاع سازه در بین دو زیرسیستم جرمی و سختی سازه قرار می گیرند. در این تحقیق قابلیت روش جداسازی جرمی در کاهش اثرات ناشی از زلزله با دو رویکرد پارامتری و عددی مورد بررسی قرار گرفته است . در رویکرد پارامتری با تعریف ضریب جداسازی و بدست آوردن مشخصات دینامیکی سیستم ، مقدار بهینه نسبی ثابت میرایی بصورت پارامتری بدست آورده شده و رابطه ضریب جداسازی با حداکثر میرایی سیستم نشان داده شده است . در رویکرد عددی پاسخ سازه های جداسازی شده جرمی در برابر زلزله در دو حالت غیر کنترلی و تحت تاثیر کنترل نیمه فعال مورد بررسی قرار گرفته است و با پاسخ سازه های جداسازی نشده جرمی مقایسه شده است . کنترل سازه های جدا سازی شده جرمی نیز یکی از محورهای اصلی این تحقیق به شمار می رود . هدف از کنترل این سازه ها ، دست یافتن به عملکرد مطلوب تر این سازه ها در برابر زلزله می باشد . در همین راستا یک الگوریتم کنترلی مناسب جهت کنترل نیمه فعال سازه های جداسازی شده جرمی در برابر زلزله ارایه شده است . الگوریتم کنترلی ارایه شده در این تحقیق یک الگوریتم منطقی باز و بسته با لایه های تصمیم گیری مختلف می باشد که در این لایه ها با توجه به سطح عملکرد مورد نظر و مقادیر بیشینه پاسخ سازه در برابر زلزله تصمیم مناسب بر اساس رفتار کلی سازه با استفاده از جملات شرطی ساده گرفته می شود . بررسی های فوق در جهت تبیین روش جداسازی جرمی هم بصورت طیفی و هم بر روی سازه های چند درجه آزادی صورت گرفته است.
نتایج عددی، نشان دهنده کاهش قابل توجه نیروهای ورودی زلزله در سازه های جداسازی شده جرمی نسبت به سازه های جداسازی نشده جرمی می باشند. همچنین این نتایج عملکرد مطلوبتر سازه های جداسازی شده جرمی و حساسیت کمتر آنها به مقادیر ثابت میرایی میراگر در برابر زلزله را در حالت کنترلی نشان می دهند .