اثر میراگرهای اصطکاکی دورانی در قاب های خمشی

میراگرهای الحاقی به منظور کاستن از پاسخ دینامیکی سازه ها در برابر بارگذاری باد و زلزله استفاده می شوند. مکانیزم عملکردی این وسایل به گونه ای است که مقدار زیادی از انرژی ورودی به سازه بر اثر بارگذاری دینامیکی، جذب و مستهلک می شود. عملکرد این وسایل موجب می شود که انرژی دریافتی سایر اعضای سازه ای کاهش یافته و در نتیجه تغییر شکل زیادی در آنها ایجاد نشود. میراگر اصطکاکی بر اساس مکانیزم اصطکاک بین اجسام صلب نسبت به یکدیگر عمل می کند. میراگر اصطکاکی دورانی، نوع خاصی از میراگر اصطکاکی است که دارای مزایای متعددی از جمله تکنولوژی بسیار ساده، ساخت، نصب و نگهداری آسان و قابلیت چندین بار استفاده است.

اثر میراگرهای اصطکاکی دورانی در قاب های خمشی

میراگرهای اصطکاکی دورانی در قاب های خمشی با جذب و استهلاک درصد بالایی از انرژی ورودی به سازه، شرایط ایمن و پایداری را نسبت به ساختمان های مشابه فراهم می کنند. بعد از انجام تحلیل های استاتیکی غیرخطی بر روی سازه های مورد بررسی مشخص می شود که این میراگرها تا قبل از رسیدن به بار لغزش خود، موجب افزایش سختی سازه می شوند، اما بعد از لغزش میزان سختی برابر با سختی قاب بدون میراگر است و بنابراین در سازه هایی که افزایش سختی برای آنها مفید باشد این میراگر موجب بهبود رفتار لرزه ای آنها خواهد شد.

یکی از روش های کنترل ارتعاشات سازه ها تحت تأثیر بارهای لرزه ای، استفاده از وسایل اتلاف انرژی یا میراگرها است. کاربرد این وسایل در طراحی ساختمان های جدید و مقاوم سازی ساختمان های موجود به سادگی امکان پذیر است. میراگرها به جای افزایش شکل پذیری عناصر سازه ای تکیه بر مستهلک نمودن انرژی لرزه ای دارند. افزودن وسایل جاذب انرژی به سازه یا جداسازی لرزه ای سازه معمولاً از راه های کنترل سازه شناخته می شود. در دو دهه اخیر پیشرفت های قابل ملاحظه ای در کنترل سازه صورت گرفته است. بر اساس طبیعت استهلاک انرژی زلزله، این سیستم های کنترل به سه دسته تقسیم بندی می شوند که شامل کنترل فعال، کنترل نیمه فعال و کنترل غیر فعال است.

میراگرهای اصطکاکی جزء سیستم های غیرفعال هستند و کاربرد آنها در قاب های خمشی در حال افزایش است و پروژه های بسیاری از این میراگرها در جهان انجام شده است. شایان ذکر است به تازگی نوع نیمه فعال آن نیز تولید شده که هم در مهاربند و هم به عنوان جداگر استفاده می شود. عملکرد میراگرهای اصطکاکی غیرفعال تاکنون، به طرق مختلف مورد بررسی قرار گرفته و الگوریتم های جدیدی برای تحلیل سازه های دارای این نوع میراگر پدید آمده است که همگی گویای عملکرد رضایت بخش این میراگرها در کاهش پاسخ لرزه ای سازه ها است.

این نوع میراگرها در دسته میراگرهای هیسترزیس قرار می گیرند و انرژی را با تغییر مکان و بار لغزش خود اتلاف می کنند. تمام میراگرهای اصطکاکی موجود در واقع به یک صورت عمل می کنند. به این صورت که یک قسمت به صورت ثابت قرار گرفته و قسمت دیگر به صورت دینامیکی بر روی آن می لغزد. لغزش در سطح مشخصی از نیرو اتفاق می افتد و تا قبل از رسیدن به این سطح، هیچ حرکتی روی نمی دهد. اما بعد از این سطح، لغزش و حرکت آغاز می شود. حرکت بر اساس قانون اصطکاک کولمب رخ می دهد. این میراگرها معمولاً حلقه های پایدار پسماند ایجاد می کنند.

افزودن میراگرهای اصطکاکی دورانی به هریک از قاب ها، نه تنها موجب کاهش پاسخ های سازه می شود، بلکه موجب کاهش کل انرژی جذب شده توسط سازه می شود. علاوه بر این، با وجود اینکه میانگین انرژی جذب شده در سازه های مجهز به میراگر کمتر از سازههای بدون میراگر است، اما کل انرژی غیرالاستیک مستهلک شده در اعضا در سازه های مجهز به میراگر بسیار بیشتر از سازه های بدون میراگر است و تقریباً تمام این انرژی در میراگرها مستهلک می شود.

در حالی که در سازه های بدون میراگر انرژی جذب شده غیرالاستیک در تیرها و ستون ها مستهلک می شود. بنابراین با افزودن میراگرهای اصطکاکی دورانی به قاب های خمشی، نه تنها میانگین انرژی جذب شده توسط سازه کاهش می یابد، بلکه انرژی زیادی در میراگرها مستهلک می شود و بنابراین سهم تیرها و ستون ها در جذب انرژی به صورت غیرالاستیک بسیار کاهش می یابد و در طی زلزله میراگرهای اصطکاکی دورانی موجب تمرکز انرژی غیرالاستیک در خود می شوند.

میراگرهای اصطکاکی دورانی دارای رفتاری مناسب در قاب های خمشی بوده و در این قاب ها نه تنها موجب کاهش پاسخ های سازه می شوند بلکهبا جذب و استهلاک درصد بالایی از انرژی ورودی به سازه، شرایط ایمن و پایداری را نسبت به ساختمان های مشابه فراهم می کنند. منحنی هیسترزیس سازه های مجهز به این نوع میراگر بدون کاهش سختی و افت مقاومت بوده و باریک شدگی در آنها رخ نمی دهد. این میراگرها تا پیش از وقوع چرخش، موجب افزایش سختی سازه می شوند و بنابراین با افزودن سیستم مهاری و میراگر اصطکاکی دورانی به قاب های خمشی، پاسخ های سازه از جمله نسبت تغییر مکان کلیه طبقات کاهش می یابد.