کنترل لرزه ای سازه ها در معرض زلزله های حوزه نزدیک با استفاده از میراگر باز تنظیم شونده

در برخی از زلزله های حوزه نزدیک دو دهه اخیر، ساختمان هایی که مطابق آیین نامه های موجود ساخته شده بودند دچار آسیب های شدید شدند. مشخصه اصلی این نوع زلزله ها وقوع آن ها در نواحی نزدیک گسل و وجود یک پالس سرعت پریود بلند به همراه مقادیر بالای بیشینه شتاب، سرعت و جابجایی در حرکت زمین است. وجود این مشخصات ممکن است باعث بروز خرابی و خسارت های قابل توجه در سازه ها و شریان های حیاتی گردد که مطابق آیین نامه های موجود طراحی و ساخته شده اند. از این رو، مطالعه و بهبود رفتار سازه ها در زلزله های حوزه نزدیک مهم و حایز اهمیت است. در سال های اخیر سیستم های کنترل سازه ای به عنوان جایگزینی برای سیستم های متداول مورد توجه و استفاده قرار گرفته اند. یکی از انواع سیستم های کنترلی، میراگرهای باز تنظیم شونده می باشند که می توانند به عنوان راه کاری برای کاهش پاسخ لرزه ای سازه ها در معرض زلزله های حوزه نزدیک مورد استفاده قرار گیرند. در این تحقیق یک میراگر نیمه فعال باز تنظیم شونده جدید ابداع، طراحی و تست شده است. میراگر جدید در واقع یک فنر با سختی متغیر است که این امکان را فراهم می آورد تا با باز تنظیم شدن در لحظات مناسب، انرژی ورودی به سیستم را جذب و تلف نماید. در میراگر ابداعی از دو سیال مختلف شامل گاز تحت فشار و سیال مغناطیسی استفاده شده است که هر یک وظیفه مخصوص به خود را دارند. میراگر پیشنهادی شامل یک سیستم سیلندر-پیستون به همراه یک شیر کنترل و یک شیر مغناطیسی است که بر روی یک لوله کنار گذر که دو طرف سیلندر را به یکدیگر متصل می سازد، نصب شده اند. طراحی خاص میراگر ابداعی باعث حذف محدودیت های رایج میراگر های باز تنظیم شونده شده است. ضمن آن که با معرفی یک مکانیزم ویژه برای اتلاف انرژی، می توان عملکرد این میراگرها را در کاربردهای عملی ارتقا بخشید. در این تحقیق ابتدا دو مدل اولیه برای میراگر ساخته شده و رفتار آن ها در آزمایشگاه دینامیک سازه دانشگاه پلی تکنیک هنگ کنگ مورد آزمایش قرار گرفت. در ادامه مدل های ریاضی رفتار میراگر ابداعی توسعه داده شده و با استفاده از نتایج تست های آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده اند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که با تغییر پارامترهای قابل تنظیم این میراگر، امکان دستیابی به محدوده وسیعی از سختی ها و جابجایی ها وجود دارد. بدین ترتیب میراگر پیشنهادی می تواند بدون تغییر در ساختار اولیه، برای نیازهای متفاوت طراحی مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، ساختار خاص میراگر این امکان را فراهم می آورد تا میراگر در حالت نصب شده در سازه نیز بتواند به منظور تصحیح رفتار، مورد تنظیم قرار گیرد و نیازی به استفاده از یک میراگر جدید نمی باشد. در این تحقیق سه روش کنترلی متفاوت برای استهلاک انرژی سازه توسط میراگر ابداعی معرفی شده و عملکرد آن ها تحت بارگذاری های مختلف بررسی شده است. نخست با استفاده از شبیه سازی عددی، روش های کنترلی بر روی یک سازه یک درجه آزاد پیاده سازی شده و رفتار میراگر از دیدگاه انرژی ارزیابی گردیده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از میراگر ابداعی باعث کاهش سطح انرژی ورودی به سازه یک درجه آزاد شده است. ضمن آن که استفاده از میراگر باعث شده تا انرژی ورودی به سازه سریع تر تلف شود. در ادامه پاسخ لرزه ای ساختمان های 5، 10 و 15 طبقه مجهز به این میراگر ها تحت یک مجموعه از زلزله های حوزه نزدیک به صورت عددی شبیه سازی شده است. در این شبیه سازی اثر روش های مختلف کنترل و همچنین تاثیر سختی میراگر بر رفتار ساختمان های مورد مطالعه بررسی شده است. ارزیابی روش های مختلف کنترل نشان می دهد که هر یک از روش ها دارای ویژگی منحصر به فرد خود بوده و بسته به نیاز طراحی، امکان استفاده از این ویژگی ها برای کنترل پاسخ لرزه ای سازه وجود دارد. نتایج تحقیق نشان دهنده عملکرد موثر میراگر ابداعی در کاهش پاسخ لرزه ای سازه های مطالعه شده تحت زلزله های حوزه نزدیک است و میراگر ابداعی امکان تنظیم سختی و میرایی سازه را به طور مستقل فراهم می نماید. ضمن آنکه با استفاده از روش های مختلف کنترلی می توان منحنی هیسترزیس سازه را متناسب با نیاز لرزه ای تغییر داد.