الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 58000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۱۰
کد مقاله
CVL110
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
تحلیل دینامیکی افزایشی قاب های فولادی مجهز به مهاربندهای آلیاژ حافظه دار NiTi
نام انگلیسی
Incremental dynamic analysis of steel frames equipped with NiTi shape memory alloy braces
تعداد صفحه به فارسی
۵۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۲۰
کلمات کلیدی به فارسی
آلیاژ حافظه دار, قاب مهاربندی شده ضد کمانش / کمانش گریز, تحلیل دینامیکی افزایشی, انحراف / رانش میان طبقه ای, رانه باقیمانده / دائمی, OpenSEES
کالج مهندسی راه و ساختمان، دانشگاه تکنولوژی خواجه نصیر طوسی، ایران
مرجع به انگلیسی
Struct. Design Tall Spec. Build. Wiley Online Library; School of Engineering, The University of British Columbia, Kelowna, British Columbia, Canada;
Civil Engineering Faculty, K.N.Toosi University of Technology, Tehran, Iran
کشور
کانادا – ایران
تحلیل دینامیکی افزایشی قاب های فولادی مجهز به مهاربندهای آلیاژ حافظه دار NiTi
چکیده
این مقاله عملکرد لرزه ای قاب های مهاربندی شده با چهارطبقه متحدالمرکز مجهز به مهاربندی های ضدکمانش یا مهاربندهای آلیاژ حافظه دار سوپرالاستیسیته کمانش گریز (SMA) از طریق تحلیل دینامیکی افزایشی را تعیین می کند. تکنیک تحلیل دینامیکی افزایشی برای بررسی رفتار قاب مهاربندی شده چهارطبقه با پیکربندی های مهاربندی مختلف ( شامل قطری, ترک-X, تیر-V و معکوس-V ) تحت ۲۰ مورد ثبت حرکتی زمینی مختلف استفاده شده است. این تحقیق یک عملکرد مطلوب را در سطح شدت طراحی برای انواع قاب های مهاربندی شده نشان می دهد. نتایج معرف آن هستند که مهار بندهای SMA منجر به یک توزیع یکنواخت واکنش غیر ارتجاعی در ارتفاع سازه ها شده و همچنین سبب تعدیل واکنش لرزه ای در شرایط حداکثر انحراف / رانش میان طبقه ای و جابجایی بام باقیمانده می شوند. با مقایسه واکنش های SMA و قاب های مهاربندی شده ضدکمانش با شدت بیشتر بارگذاری لرزه ای، این موضوع مشخص شد که مهاربندهای SMA می توانند بخصوص تحت حرکات زمینی شدید مفیدتر باشند.
کلید واژه ها : آلیاژ حافظه دار، قاب مهاربندی شده ضد کمانش / کمانش گریز، تحلیل دینامیکی افزایشی، انحراف / رانش میان طبقه ای، رانه باقیمانده / دائمی، OpenSEES
تحلیل دینامیکی افزایشی قاب های فولادی مجهز به مهاربندهای آلیاژ حافظه دار NiTi
۱- مقدمه
عملکرد لرزه ای قاب های مهاربندی شده فولادی بسته به سیستم مقاوم در برابر بار جانبی بکار رفته بطور قابل توجه ای متفاوت است. برای حذف مسئله مربوط به پس کمانشی مهاربندهای معمولی، محققان انواع مختلفی از مهاربندی ها و پیکربندی ها از جمله مهاربندی های ضد کمانش یا کمانش گریز (BRBs)، مهاربندی صرف تنش، سیستم های مهاربندی خودمحور را معرفی کرده اند. در میان این نوع مهاربندها، BRBs مورد توجه زیادی قرار گرفتند و بخاطر قابلیت آنها در دست یابی به رفتار هیسترتیک متعادل، پایدار و انعطاف پذیری بالا در برابر بار تحت فشار قبل از شروع کمانش در بسیاری از پروژه ها استفاده شده اند. با این حال، مطالعات قبلی برخی از مشکلات بالقوه در ارتباط با BRB را نشان داده اند. با وجود اتلاف مقدار قابل توجه ای در انرژی تحت بارهای چرخه ای، قاب های مهاربندی شده ضدکمانش (BRBFs) نیز بخاطر انحراف های باقیمانده قابل توجه در طی زمین لرزه های قوی در معرض آسیب های جدی قرار دارند. استفاده از آلیاژ حافظه دار (SMA) در سیستم مهاربندی را می توان بعنوان یک ابزار موثر کاهش آسیب پذیری لرزه ای مرتبط با انحراف باقیمانده در نظر گرفت. SMA ها یک طبقه از آلیاژهای فلزی هستند که توانایی تغییرشکل های زیاد و برگشت پذیری به شکل اصلی خود را دارند. در مقایسه با مواد دیگر، SMA ها خواص منحصر به فردی نظیر سوپرالاستیسیته و اثر حافظه ای دارند که بخصوص برای کاربردهای لرزه ای مطلوب می باشند. قابلیت های متمرکز سازی و مکمل اتلاف انرژی چنین مبحث نیز در میان ویژگی های ایده آل قرار دارند که امکان استفاده از SMA ها برای کنترل سازه را میسر می سازند (Song et al., 2006)..
تحقیقات متعددی در گذشته انجامن شده اند که هدف آنها بررسی و طراحی مهاربندهای مبتنی بر SMA با توانایی ارتقای عملکرد لرزه ای سازه ها بود. یانگ و همکاران (۲۰۱۰) یک دستگاه ترکیبی مبتنی بر SMA ابتکاری را برای ارائه قابلیت های جذب انرژی و تمرکزمجدد پیشنهاد دادند. سیستم قاب مهاربندی شده پیشنهادی یک ظرفیت اتلاف انرژی مشابه با ظرفیت اتلاف سیستم مهاربندی شده ضدکمانش را نشان می دهد و در عین حال قابلیت های تمرکزمجدد عالی دارند. اسپجر وهمکاران (۲۰۰۹) یک دستگاه فشرده سازی و تنش را برای استفاده در سیستم های مهاربندی سازه ها ابداع و تست کردند. نتایج تجربی نشان داد که این دستگاه می تواند یک پلت فرم مناسب برای اجرای فرم های مختلف SMAs باشد. به تازگی، جلالی فر و عسگریان (۲۰۱۲) یک دستگاه میرایی ترکیبی را با استفاده از میله های NiTi SMA ابداع کردند. این دستگاه می تواند قابلیت های اتلاف و تمرکزمجدد مناسب برای استفاده در سیستم های مهاربندی را ارافئه کند. بررسی کامل مواد SMA و کاربردهای متعدد آنها در سازه های مهندسی عمران را می توان در کار یانگ و همکاران پیدا کرد .
پیشرفت و پذیرش قاب های مهاربندی شده SMA (SMA-BFs) بخصوص در عمل، بخاطر فقدان معیارهای عملکردی و روش طراحی برای این نوع سیستم های مهاربندی ابتکاری با مانع مواجه شده است. اطلاعات در مورد عملکرد جهانی قاب های مهاربندی مبتنی بر SMA وجود ندارد. برای رفع این مسئله و بررسی واکنش لرزه ای SMA-BFs تحت رکوردهای مختلف زمین لرزه، تحلیل دینامیکی افزایشی (IDAs) در قاب های مهاربندی شده از فولاد چهارطبقه با مهاربندی های SMA یا BRBs انجام شد. چهار پیکربندی مهاربندی مختلف، شامل تفکیک X، chevron-V، قطری و V معکوس استفاده شدند. نتایج IDA شناخت کامل تغییرات در واکنش سازه را با افزایش شدت حرکت زمینی (GM) امکان پذیر ساخت. علاوه بر این، رفتار رانش، تغییر رکورد به رکورد واکنش و توزیع معقول ارتفاع تقاضای رانش بررسی شدند. علاوه بر این، با مشاهده واکنش سازه ها در پرتو حداکثر رانش ( انحراف) میان طبقه ای (MID) و جابجایی سقف دائمی، تحقیق تطبیقی کلی را انجام داده و کارایی استفاده از سیستم های مهاربندی SMA را در کاهش واکنش لرزه ای قاب های فولادی انجام دادیم.
تحلیل دینامیکی افزایشی قاب های فولادی مجهز به مهاربندهای آلیاژ حافظه دار NiTi
۲- ویژگی های قاب
برای بررسی عملکرد لرزه ای SMA-BFs، قاب های مهاربندی شده ضد کمانش چهارطبقه ای که توسط عسگریان و شکرگزار (۲۰۰۹) طراحی شده استفاده شدند. این قاب های فولادی طبق آئین نامه طراحی مقاوم در برابر زمین لرزه در ایران و آئین نامه ملی ساختمان در ایران طراحی شدند (MHUD, 2006). شکل ۱ طرح و نمای ارتفاعی قاب های چهارطبقه را با چهار پیکربندی مهاربندی مختلف شامل تفکیک-X, chevron-V, chevron inverted-V and قطری. نشان می دهد. تمامی قاب ها یک ارتفاع طبقه ۳٫۲ متر داشته و فاصله بین ستون ها ۶ متر بود. بارهای جاذبه ۶ و ۲ کیلونیوتون بر متر مربع بود که بارهای ساکن و زنده محسوب می شد. جزئیات بیشتر طراحی را می توان در کار عسگریان و شکرگذار مشاهده کرد (۲۰۰۹).
اندازه عنصر و سطح مقطع عرضی BRBs در جدول ۱ نشان داده شده اند. اندازه های ستون و تیر مشابه برای SMA-BFs حفظ شد. قاب های SMAطوری طراحی شدند که سیستم قاب کلی دوره طبیعی مشابه با BRBFs را دارد. BRBFs با بخش های میله SMA فراکششی متصل به قاب از طریق بخش های سخت جایگزین شدند تا طول SMA مورد نیاز کاهش یابد. استفاده از پیوندهای سخت در راستای عناصر SMA در مهاربندی تضمین می کند که کل تغییرشکل در بخش SMA مهاربندها روی می دهند. شکل ۲ سیستم مهاربندی SMA را در قاب مهاربندی شده V معکوس چهار طبقه نشان می دهد. اطلاعات مفصل سازگار با طراحی مهاربندهای SMA را در کار عسگریان و مرادی می توان پیدا کرد (۲۰۱۱). برمبنای روش طراحی، SMA-BFدارای دوره طبیعی مشابه با دوره BRBF سازگار با آن می باشد. این حالت مبنایی برای انجام یک بررسی تطبیقی در عملکرد BRBF و SMA-BFs ( جدول۲ ) است.
تحلیل دینامیکی افزایشی قاب های فولادی مجهز به مهاربندهای آلیاژ حافظه دار NiTi
۳- مدل سازی سازه های قابی
سیستم های باز چارچوب شبیه سازی مهندسی زمین لرزه (OpenSEES) برای مدل سازی قاب های دو بعدی و انجام تحلیل های غیرخطی سابقه زمانی استفاده شد. از طریق آرشیو معرفی شده در OpenSEES، ماده steel01 برای نمایش رفتار جابجایی نیرو تیرها، ستون ها و مهاربندهای فولادی استفاده شد. شکل ۳ رفتار کششی-الاستو ایده آل مواد فولادی را نشان می دهد که در آن تنش های استحکام کششی برابر با تنش تنش استحکام فولاد در نظر گرفته شدند. کرنش سختی ۲ درصد برای رفتار اجزای ساختمانی در دامنه غیرارتجاعی تغییرشکل فرض شد.
۳٫۱٫ مدل سازی آلیاژ حافظه دار سوپرالاستیک
رفتار سوپرالاستیک مهاربندهای SMA با استفاده از مدل ساختاری پیشنهادی توسط فوگازا (۲۰۰۳) شبیه سازی شد. این مدل یک بعدی می تواند رفتار مصالح را تحت بارگذاری های تصادفی نظیر بارگذاری های درگیر در تحریک های لرزه ای شرح دهد. مبنای فرمول بندی برمبنای فرض یک رژیم تغییرشکل کوچک تدوین شد. فرض شد که رابطه بین کشش ها و تنش ها با استفاده از یک سری از منحنی های خطی نشان داده شده است. تنها تعداد کمی از پارامترها برای ایجاد مدل مورد نیاز هستند. این پارامترها در جدول ۳فهرست شده اند ( شکل ۴ ) . مدل SMA می تواند برای شبیه سازی الگوهای تغییرشکل کامل و جزیی در حالت تنش و فشرده بکار رود. فرضیات بیشتری مبنی بر این که کاهش مقاومت در طی سیکل بندی روی می دهد و این که شاخه های مارتنزیت و آستنیت مدول مشابه الاستیسیته سازگار با تحقیقات قبلی را داشته اند .
تحلیل دینامیکی افزایشی قاب های فولادی مجهز به مهاربندهای آلیاژ حافظه دار NiTi
۴- سوابق منتخب حرکت زمین
مجموعه ای از ۲۰ GM رکورد برای انجام تحلیل های سابقه در قاب های مدل دو بعدی استفاده شدند. برخی خواص رکوردهای GM انتخاب شده، که به یک بخش از مقادیر بزرگ ۶٫۵ تا ۶٫۹ مربوط می شوندو فواصل میانی در جدول ۴ ذکر شده اند. نوع خاک B ( میانگین شتاب موج برشی تا عمیق ۳۰ متر : ۳۶۰–۷۵۰m/s ) برای تمامی رکوردها در نظر گرفته شد. این GMs همگی با سناریو طراحی سازگار بوده و نشان دهنده رویدادهایی هستند که پتانسیل ایجاد GMs شدید در سایتی را دارند که روی آن سازه ها واقع شده اند.
۵- ارزیابی خواص واکنش لرزه ای
۵٫۱ تحلیل های کیفی
تجزیه و تحلیل مقادیر ویژه یا مدل برای ارزیابی خواص واکنش دینامیک قاب ها انجام شد. دوره های حالت اول و دوم و عوامل دخالت توده ای برای قاب های مهاربندی شده در جدول ۵ ذکر شده اند. اگرچه برخی حساسیت ها در حالت های بالاتر وجود دارد، واکنش قاب اساسا تحت تسلط حالت اول آنها قرار دارد. همان طور که در جدول ۵ مشاهده می شود، دوره طراحی تجربه محاسبه شده در مرکز تحقیقات مسکن و ساختمان (BHRC, 2005) برای تمامی قاب ها کوتاه تر است.
۵٫۲٫ تحلیل دینامیکی افزایشی IDA
روش IDA بکار رفته در این تحقیق برای بررسی واکنش قاب های مهاربندی شده مربوط به حرکات زمین لرزه ای متغیر بکار رفته است. تکنیک IDA ابداع شده توسط لوکو و دیگران (۲۰۰۲) شامل اجرای یک سری از تحلیل های سابقه زمانی در سازه مدل سازی شده با توجه به یک یا چند رکورد GM می باشد. هر رکورد در چندین سطح شدت اندازه گیری شده است تا دامنه کامل واکنش سازه پوشش، از رفتار ارتجاعی گرفته تا تسلیم و فروپاشی پوشش داده شود.
۵٫۲٫۱ مطالعه موردی
در این بخش، یک مطالعه موردی برای بحث در مورد رفتار لرزه ای SMA-BFs و BRBFs بطور مفصل تر برای ارائه نتایج IDAs انجام شده است. قاب مهاربندی شده chevron-V چهارطبقه با SMA یا BRBs برای مطالعه موردی تحت فشار ۱۹۸۹ Loma Prieta GM قرار گرفت. با تأکید بر گسترش نیروی مهاربندها و سابقه جابجایی سقف، اثر استفاده از سیستم مهاربندی SMA روی واکنش لرزه ای قاب مهاربندی شده را می توان بطور مفصل تر بررسی کرد.
۵٫۲٫۲ واکنش کلی : حداکثر نسبت رانش میان طبقه
در مجموع ۱۷۶۰ تجزیه و تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی در چهار طبقه SMA-BFs و BRBFsبا چهار پیکربندی مهاربندی مختلف انجام شدند که از طریق آنها منحنی های IDA در شکل های ۷ تا ۱۰ ایجاد شده اند. نسبت انحراف میان طبقه به صورت تفاوت در جابجایی دو سطح سقف مجاور تقسیم بر ارتفاع همان سقف محاسبه شد. منحنی های IDA نمایش طیف گسترده ای از رفتار، نشان دهنده تنوع بسیار بزرگ رکورد به رکورد را نشان می دهند. براساس نمودار Sa در برابر θmax، BRBFs با طیف وسیع تری از واکنش در مقایسه با SMA-BFs تجربه شد. تمامی منحنی ها صورت یک خط مستقیم نشان دهنده ی دامنه ارتجاعی خطی شروع می شود، اما تغییر شیب مماس نتیجه غیرخطی بودن است. چون دامنه سختی ارتجاعی وابسته به دوره سازه است، دو SMA-BFs و BRBFs مقادیر سختی ارتجاعی برابر تحت رکورد GM مشابه هستند. توجه کنید که مهاربندهای SMA طوری طراحی شده اند که سیستم قاب کلی دوره طبیعی مشابه ای را به صورت BRBFs دارند. لازم به ذکر است که پراکنش بزرگتر معیار تقاضا ضرورت در نظر گرفتن تعداد کافی از رکوردهای GM را نشان می دهد. بعبارت دیگر، نیاز به در نظر گرفتن تحلیل های غیرخطی کافی را برای برآورد دقیق تقاضای لرزه ای انواع قاب بررسی شده در این مقاله را در نظر می گیرد.
۵٫۲٫۲٫۱ . رابطه بین شتاب طیفی و تقاضای رانش
زمانی که تقاضای MID در برابر شتاب طیفی (Sa) تعیین شده اند، امکان بدست آوردن رابطه بین این دو عنصر ساختاری وجود دارد. طبق فرض معمول در شیوه اعتباری، زوایای انحراف بطور نرمال در حول مقادیر میانه یک شتاب طیفی خاص توزیع شده اند. معادله زیر به عنوان یک نمایش تقریبی از تقاضای انحراف میانگین در سطح معین Sa در نظر گرفته شده است (Cornell et al., 2002):
۵٫۲٫۳٫ توزیع واکنش غیرخطی در راستای ارتفاع قاب ها
برای بررسی تقاضای غیرارتجاعی در ارتفاع سازه ها، مقادیر میانه MIDs ایجاد و برای هر طبقه تحت رکوردهای ۲۰ GM r در دو سطح شدت مختلف، یعنی S (T , 5%) = 1.69g و ۲٫۲۵g ایجاد و مقایسه شدند. شکل های ۱۵تا ۱۸ توزیع انحراف میان طبقه ای را در راستای ارتفاع SMA-BFs در مقایسه با BRBFs با پیکربندی های مهاربندی مختلف نشان می دهد.
۵٫۲٫۴٫ پوش اور دینامیکی
یک پوش اور دینامیکی به عنوان یک نمودار بین حداکثر جابجایی سقف و برش پایه سازگار ایجاد شده از IDAs تعریف شده است، که یک تصویر پیوسته از واکنش ساختاری را ارائه می کند. این منحنی می توان برای برآورد ظرفیت ساختاری تحت بارگذای زمین لرزه ای بکار رفت.
۵٫۲٫۵٫ ارزیابی جابجایی دائمی سقف
تغییرشکل های باقیمانده پس از یک رویداد لرزه ای مانع از اشغال آینده ساختمان ها می شوند. در نتیجه، تعمیرات ساختمانی یا حتی تخریب ممکن است برای یک ساختمان به شدت آسیب دیده لازم باشد. نتایج منحنی های IDA را می تاون از لحاظ PRD بررسی کرد.
تحلیل دینامیکی افزایشی قاب های فولادی مجهز به مهاربندهای آلیاژ حافظه دار NiTi
نتیجه گیری
این مقاله یک بررسی تطبیقی جامع از عملکرد لرزه ای قاب های مهاربندی شده چهارطبقه را با مهاربندهای BRBs یا SMA فراارتجاعی نشان می دهند. تحلیل دینامیکی افزایشی (IDA) در سازه های قاب تحت ۲۰ حرکت زمینی مختلف (GM) انجام شدند. اثر قابلیت مرکز بندی مجدد و هیسترسی شکل مصالح SMA با مقایسه واکنش با قاب های فولادی مشابه مجهز به BRBs بررسی شد. حداکثر انحراف طبقه داخلی (MID) و جابجایی دائمی سقف (PRD) به عنوان پارامترهای نشان دهنده سطوح آسیب نشان داده شده توسط سازه ها پس از زمین لرزه پذیرفته شد. تأثیر شدت های مختلف GM روی تقاضاهای MID بحث شد. مقادیر تقاضا نیز با حدهای انحراف طراحی مقایسه شدند. این مقاله همچنین توزیع واکنش غیرارتجاعی در ارتفاع سازه ها را بررسی کرد. براین اساس، عملکرد کلی قاب ها با تولید منحنی های پوش اور دینامیک بررسی شد. نتایج کلی بدست آمده از این تحقیق را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
واکنش قاب های مهاربندی شده اساسا تحت تسلط واکنش حالت اول آنها است، حتی اگر برخی حساسیت ها به حالت های بالاتر وجود داشته باشد.
قاب های SMA در کاهش تقاضاهای MID کارآمد بودند و بنابراین آسیب ساختاری در قاب های مهاربندی شده را کاهش می دهد.
در سطح شدت GM قاب ها، SMA-BFs و BRBFsتقاضای MID کمتر از حد انحراف طراحی را نشان می دهد .
با فرض یک توزیع لگاریتمی نرمال از تقاضاهای جابجایی در مورد مقادیر میانه، رابطه بین تقاضای انحراف و شتاب طیفی برمبنای IDA واکنش SMA-BFs و BRBFs تعیین شد.
SMA-BFs حتی توزیع بیشتر واکنش غیرارتجاعی را در ارتفاع قاب ها در مقایسه با واکنش BRBFs نشان می دهد.
برمبنای نتایج منحنی های پوش اور دینامیک، واکنش غیرارتجاعی SMA-BFs به مقدار فرکانس بارگذاری زمین لرزه ورودی در مقایسه با BRBFs حساس تر هستند. در مورد BRBFs، تغییرات در حداکثر برش پایه خیلی زیاد نبودند. بخاطر سختی بیشتر SMA در مقایسه با نسبت سخت شدگی کششی مورد نظر برای قاب های ضد کمانش، SMA-BFs یک رفتار پس از اعمال بار مختلف را با سختی بیشتر نشان داد. مقادیر بیشتر حداکثر برش پایه نیز برای SMA-BFs تولید شدند.
بخاطر قابلیت تمرکزمجدد مهاربندهای SMA فراارتجاعی، SMA-BFs مقادیر ناچیزی از PRD را تجربه کرد.
با افزایش شدت حرکت های GM، سختی بین واکنش SMA-BFs و BRBFs افزایش یافت. بنابراین می توان نتیجه گرفت که در طی رویدادهای زمین لرزه شدید، مهاربندهای SMA تحت تغییرشکل های فازی کامل سودمندتر هستند. با این حال سختی کششی SMAs باید در طراحی مهاربندهای SMA در نظر گرفته شود که می تواند نیروهای متصل کننده اجزا را در سطح شدت بیشتر جابجا کند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
