عنوان پایان‌نامه
رفتار چرخه ای قاب های فلزی مهاربندی شده با میراگرهای تسلیمی بیضی شکل و اثر سخت کننده
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2205;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73542;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2205;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73542
- تاریخ دفاع
- ۲۲ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمدحسین مرتضی قلی
- استاد راهنما
- سیدمهدی زهرایی
- چکیده
- کنترل ارتعاشات سازه یکی از مباحث مورد توجه در مهندسی سازه و زلزله می باشد که بر مبنای رویکرد مقابله با زلزله در دو دسته ی کلی کاهش و یا جذب انرژی ورودی به سازه جای می گیرند. میراگرهای غیرفعال از جمله سیستم های جاذب انرژی به شمار می روند که در عین سادگی، عملکردی مطلوب در کاهش ارتعاشات دارند. به کارگیری این فناوری در سازه ها نیازمند شناخت مکانیزم عملکرد آن و طراحی متناسب با ویژگی های سازه خواهد بود. میراگرهای تسلیم شونده از میان انواع مختلف سیستم های کنترل غیرفعال، با ورود به ناحیه ی پلاستیک (غیرارتجاعی) باعث اتلاف انرژی خواهند شد. عدم نیاز به منبع انرژی خارجی، چرخه های هیسترتیک پایدار، سهولت نصب و تعویض آن پس از زلزله، عدم حساسیت به تغییرات دمایی و قیمت ارزان آن از جمله مزایایی می باشد که باعث توجه محققین به این نوع میراگرها شده است. هندسه ی میراگر تسلیم شونده و منحنی رفتاری ماده تشکیل دهنده ی آن، تاثیر قابل ملاحظه ای بر عملکرد آن در میزان جذب انرژی لرزه ای خواهد داشت. کارایی مناسب یک میراگر زمانی حاصل خواهد شد که نه تنها میزان جذب انرژی بالایی داشته باشد، بلکه همانند یک فیوز مانع از آسیب به اعضای اصلی سازه شود؛ لذا همواره تلاش بر آن بوده است که با طراحی مناسب میراگرها، میزان اتلاف انرژی را در این اعضا افزایش داده تا از اتلاف انرژی توسط اعضای اصلی سازه جلوگیری به عمل آید. بنابراین در پایان نامه ی حاضر به مطالعه بر روی میراگرهای فلزی تسلیمی با مقطع بیضی شکل پرداخته شده است. تیر پیوند قائم بیضی شکل (VED)، میراگر افقی بیضی شکل همراه با ورق سخت کننده (HED) و نوع اصلا ح شده ی آن (HED?)، سه نوع میراگری هستند که مورد بررسی قرارگرفته اند. مدل¬سازی، تحلیل و استخراج نتایج با استفاده از نرم¬افزار اجزای محدود آباکوس انجام شده ¬است. برای هر یک از میراگرهای معرفی شده، با استفاده از منحنی¬های بارافزون و روشی ابتکاری (برازش منحنی ایده¬آل با استفاده از اطلاعات مدل¬های ساخته¬شده)، رابطه¬ی طراحی براساس پارامترهای هندسی آن¬ها ارائه گردید. این پارامترها در VED طول و ضخامت، در HED فاصله¬ی ورق¬های سخت¬کننده و ضخامت و در HED? قطر مجازی کوچک بیضی و ضخامت می¬باشند. پس از بدست آوردن رابطه¬ی پیشنهادی طراحی (حداکثر ظرفیت برشی میراگر بر حسب پارامترهای هندسی)، به ارزیابی میراگر طراحی شده بر روی قاب¬های مهاربند شورن پرداخته شده است، از این¬رو برای بررسی صحت رابطه¬های پیشنهادی، تعدادی از قاب¬های فلزی طراحی شده، به وسیله¬ی این میراگرها مجهز شده و عملکرد چرخه¬ای آن¬ها مورد بررسی قرار گرفته¬اند. استفاده از توابع چندجمله¬ای در روابط طراحی پیشنهادی، علاوه بر فرمی ساده، دقت قابل قبولی نیز به¬همراه داشته، به¬طوری که ضریب تعیین منحنی¬های برازش داده¬شده در تمامی روابط بیش ¬از 97/0 می¬باشد. منحنی¬های نیرو-تغییرمکان، هیسترزیس، انرژی تلف¬شده توسط میراگر نسبت به کل قاب و میرایی لزج معادل از جمله نتایج ارائه¬شده می¬باشند. به¬کارگیری میراگرهای پیشنهادی در قاب¬های فلزی موجب افزایش میرایی لزج معادل تا 30 درصد شده است. نتایج حاکی از آن است که در تمامی مدل¬های پیشنهادی، بیش ¬از70 درصد انرژی ورودی توسط میراگرهای تسلیم¬شونده، مستهلک شده¬اند. لازم به ذکر است که در جهت اطمینان از صحت نتایج، پاسخ¬های حاصل شده از نرم¬افزار با نتایج مدل آزمایشگاهی نزدیک مقایسه گردید. با توجه به کارایی مطلوب میراگرهای مورد مطالعه در استهلاک انرژی و افزایش میرایی لزج معادل در قاب، ضمن مناسب بودن روابط طراحی می¬توان نتیجه گرفت که کاربرد این نوع از میراگرها در جذب انرژی ورودی به سازه و اتلاف آن بسیار موثر خواهند بود.
- Abstract
- Structural vibration control represents one of the significant concerns in structural engineering and seismology. Based on the approach to address earthquake impacts, such controls are divided into two general categories, namely input energy reduction and input energy absorption. Passive dampers are among those energy absorption systems which even though are of simple configurations, but provide good performance in terms of vibration reduction. Incorporation of this technology into structures requires a good knowledge of its operating mechanism, so that, one can design the technology according to the specific structure properties. Among other passive control systems, yielding dampers contribute to energy dissipation by going into plastic (inelastic) region. Among other benefits, the dampers with no need to any external source of energy, have stable hysteretic cycle, easy installation and post-earthquake replacement, no sensitivity to temperature changes, and low prices, which have made the researchers pay attention to this sort of dampers. A yielding damper geometry and its stress-strain curve provide large contributions into its performance in terms of absorbing seismic energy. A damper is said to provide good performance when not only it ends up having a great energy absorption capacity, but also serves as a fuse to protect main structural members against possible damages. As such, researchers have been always trying to perform optimal damper designs where energy dissipation through dampers is maximized to prevent energy dissipation through main structural members. Accordingly, in the present thesis, yielding metallic dampers with elliptical-section are studied. Elliptical vertical link beam (VED), elliptical horizontal damper with hardening plate (HED), and its modified variant (HED?) are those three types of dampers herein considered. Modelling, analysis, and result investigations were conducted using ABAQUS finite element software. For each of the introduced dampers, using pushover load curves and innovative method (fitting an ideal curve using the constructed models data), a design relationship was proposed based on the geometrical parameters of the dampers. The design variables included length and thickness of VED, stiffening plates spacing and thickness in HED, and virtual small diameter of ellipse and thickness in HED?. Once the proposed design relationship was obtained (maximum damper shear capacity as a function of the geometrical parameters), the designed damper was evaluated on chevron brace frames. For this purpose, in order to verify the proposed relationships, a number of designed metallic frames were equipped with theses dampers, with their cyclic performance investigated. The use of polynomial functions in the proposed design relationships, not only provides the relations with simple forms, but also improves their accuracy to an acceptable level, as indicated by a coefficient of determination of greater than 0.97 for curve fitting on all of the proposed relationships. Among others, force – displacement, hysteresis, dissipated energy by damper to that of the entire frame, and equivalent viscous damping curves are some of the presented results. Incorporating the proposed dampers into metallic frames led to enhanced viscous damping by up to 30%. The results indicate that, for all of the proposed models, more than 70% of input energy was dissipated by the yielding dampers. It is worth noting that, in order to verify the results, the numerical results were compared to experimental results. Based on good performance of the studied dampers in terms of energy dissipation and equivalent viscous damping enhancement throughout the frame, one can conclude the adequacy of the proposed design relationships, so that, this type of damper can be very efficient when it comes to the dissipation of input seismic energy imposed to structures.
