تبلیغات
وبلاگ دانشجویان و مهندسین عمران ایران

وبلاگ دانشجویان و مهندسین عمران ایران

ADS
نویسنده : استرا دوشنبه 4 اسفند 1393, ساعت 00 و 01 دقیقه و 21 ثانیه


سیستم­های ‌ نیمه فعال        

محدودیت­های موجود در سیستم­های کنترل غیرفعال و فعال، سبب پیدایش سیستم­های دیگری به نام سیستم­های کنترل نیمه­فعال شده است. در سیستم­های کنترل نیمه­فعال، با صرف انرژی بسیار کم، ضریب میرایی و یا سختی وسیله کنترلی متناسب با نیروی وارده به سازه در هر لحظه تغییر می­کند و موجب کاهش هر چه بیشتر ارتعاشات سازه می­شود. سازگاری با شرایط مختلف بارگذاری و مصرف انرژی پایین از مزیتهای عمده این سیستم­ها می­باشد.

 این گونه سیستم­ها نسبت به سیستم‌های کنترل فعال نیازمند انرژی به مراتب کمتری هستند. در این سیستم‌ها انرژی به داخل سیستم تزریق نمی­شود و بنابراین پایداری در تمام مراحل باقی خواهد ماند.

سیستم‌های نیمه­فعال از دستگاه‌های غیر­فعال موثرتر هستند، هرچند که هزینه‌های اضافی برای شیرهای قابل کنترل، سیستم کنترل کامپیوتری، سنسورها و نگهداری را می­طلبند. در عین حال اگرچه تاثیر آنها از سیستم‌های فعال کمتر است، ولی هزینه بسیار پایین اجرا و نگهداری، تعبیه این سیستم‌ها را بسیار قابل توجیه ساخته ‌است.

 

 سیستم­های دوگانه  

سیستم­های دوگانه شامل دو سیستم كنترل فعال و غیرفعال به صورت توأم می باشند كه در ابتدای تحریك، كاهش ارتعاشات توسط سیستم غیرفعال صورت گرفته و پس از دفع تأخیر زمانی، سیستم فعال نیز وارد عمل می شود. در اینجا سیستم غیرفعال ممكن است به فعالیت ادامه داده و یا در صورت عدم نیاز به آن، از دور خارج شود. این سیستم­ها با جذب و استهلاك درصد بالایی از انرژی ورودی به سازه، شرایط ایمن و پایداری را نسبت به ساختمان­های مشابه فراهم می­كنند، و به­جای افزایش شكل­پذیری عناصر سازه­ای، تكیه بر مستهلك نمودن انرژی لرزه­ای دارند.

 

 میراگرها

میراگرها از دهه 1960 برای حفاظت ساختمان­ها در برابر اثرات باد و از دهه 1990 تا كنون برای كاهش خسارات وارد بر ساختمان­ها، بر اثر زلزله و اصلاح رفتار لرزه­ای آنها مورد استفاده قرار گرفته­اند.

رابطه انرژی سازه­ها به صورت زیر است:

(1-6)                                                                                                     E=Ek+Es+Eh+Ed

كه در آن E تمام انرژی وارده به سازه به سبب حركت زمین می­باشد وEk انرژی جنبشی، Es انرژی كرنشی قابل بازگشت در محدوده­ی الاستیك، Eh مقدار انرژی اتلاف شده به واسطه­ی تغیرشكل­های غیرالاستیك و Ed انرژی اتلاف شده به وسیله­ی ابزارهای الحاقی میرایی می­باشد.

با توجه به رابطه بالا، بدیهی است كه هرچه مقدار انرژی مستهلك شده توسط میراگرها بیشتر باشد، از مقدار انرژی تلف­شده توسط اعضای سازه­ای به­صورت تغیر­شكل­های پلاستیك كاسته شده و در نتیجه ایمنی سازه افزایش می­یابد.

میراگر در نقاطی از سازه نصب می­شود كه هدف اولیه زلزله هستند. این نقاط بخش­هایی از سازه را تشكیل می­دهند كه از جابجایی سازه در برابر ارتعاشات تحمیلی جلوگیری می كند(اتصالات قاب صلب و بادبندها) به علاوه در ارتباط با فرایند جداسازی پی، میراگر می­تواند بین پی و سازه و به موازات جداساز نصب شود و جابجایی بیش از اندازه و غیر­قبول جداساز را كاهش دهد. با نصب میراگر در نقاط مورد تهاجم نیروی زلزله، بخشی از انرژی ورودی توسط میراگر جذب و به میزان قابل توجهی مستهلك
می­شود. در نتیجه نوسانات ساختمان كاهش می­یابد و سایر نقاط مصون می­ماند. این وسایل مشخصات سازه و به­خصوص، زمان تناوب آن را تغیر می­دهد.

به­طور خلاصه می­توان گفت استفاده از میراگر یعنی خارج ساختن انرژی وارده به سازه و انتقال این انرژی به وسایل مصرف شدنی (قابل تعویض) كه جهت اتلاف طراحی شده­اند. این نوع اتلاف سبب كاهش نوسانات سازه می­گردد.

میراگرها به دو  دسته تقسیم می شوند :

الف) میراگرهایی كه مكانیسم اتلاف انرژی شان مستقل از سرعت و وابسته به تغیرمكان است.

ب) میراگرهایی كه مكانیسم اتلاف انرژی­شان به سرعت حركت و یا به عبارت دیگر به فركانس بارگذاری بستگی دارد.

دسته اول زمانی فعال می شوند كه نیرو در آنها به تراز از پیش تعیین شده برسد. میراگرهای از این دسته، به میراگرهای هیسترتیك معروف هستند. كه شامل میراگرهای اصطكاكی و تسلیم شونده می­باشند.

دسته دوم وسایل با خواص سیالات ویا ویسكوالاستیسته هستند. برای فعال شدن این وسایل احتیاجی به تراز معین تحریك خارجی نیست ودر اثر زلزله وارد عمل می­شوند. برای این تجهیزات انرژی تلف شده، تابعی خطی و یا غیر­خطی از فركانس بار وارد شده می­باشد. میراگرهای مایع ویسكوز و ویسكوالاستیك در این گروه قرار دارند.

 

 میراگرهای اصطكاكی

در این نوع میراگر انرژی زلزله صرف غلبه بر اصطكاك موجود در سطح تماس قطعات می شود. از ویژگی های این میراگرها می­توان به سهولت ساخت و نصب، عملكرد قابل اطمینان و قابل تكرار، قابلیت جذب انرژی بالا و لزوم استفاده تعداد كمتر از میراگر، افزودن میرایی و سختی به سازه، عدم ایجاد خستگی در بارهای خدمت (به دلیل فعال نشدن میراگرها تحت این بارها ) و وابسته نبودن عملكرد آنها به سرعت بارگذاری و دمای محیط می­توان اشاره نمود. این میراگرها به موازات مهاربند­ها نصب می شوند.

شكل 1-4 میراگر اصطكاكی چرخشی را نشان می­دهد. به علت رفتار بسیار ساده و سهولت در نصب و ساخت این نوع میراگر به یكی از انواع متداول در میراگرهای اصطكاكی تبدیل شده است.

5.jpg

شکل1-4:میراگر اصطکاکی چرخشی[1]

 

designes.gif


شكل 1-5: تاثیر استفاده از میراگر اصطكاكی بر منحنی ظرفیت سازه[1]

 

 

نوع دیگر میراگرهای اصطكاكی میراگر اصطكاكی پال می­باشد (شکل 1-6). چنین میراگرهایی كه در محل تقاطع بادبندهای ضربدری نصب می­شود توسط پال پیشنهاد شده­اند(1982-1987). این میراگر شامل یك بادبند و چند سری ورق فولادی به همراه پیچ­های اصطكاكی می­باشد. ورق­های فولادی توسط پیچ­های پرمقاومت به یكدیگر متصل شده كه نسبت به یكدیگر تحت نیروی مشخصی لغزش می­كنند.

 


designes.gif

designes.gif

شکل1-6:استفاده از میراگرهای اطكاكی پال[1]

 

 میراگرهای تسلیم شونده

یكی دیگر از روش­های افزایش میرایی در سازه، استفاده از میراگرهای فلزی تسلیمی (جاری شونده)
می­باشد (شکل1-7). در این میراگرها انرژی منتقل شده به سازه صرف تسلیم و رفتار غیرخطی در قطعات بكار رفته در میراگر می­شود. در این نوع میراگرها از تغیرشكل غیرالاستیك فلزات شكل­پذیری مانند فولاد و سرب جهت اتلاف انرژی استفاده می­شود. در تمام سازه­های معمولی اتلاف انرژی بر شكل­پذیری اعضای فولادی پس از تسلیم متكی است. در بادبند­ها استفاده از میراگرهای فلزی تسلیمی متداول­تر می­باشد. این نوع میراگرها اغلب از چند ورق فولادی موازی تشكیل می­شوند و در تركیب با یك سیستم بادبندی نقش جذب واتلاف انرژی را به عهده می­گیرند. این قسمت از مهاربند به عنوان یك فیوز در سازه عمل نموده و با تمركز رفتار غیرخطی در خود مانع از بروز رفتار غیر­خطی و آسیب در سایر اجزا اصلی و فرعی سازه می­گردند.

                                                                                                                       9.jpg

شکل1-7:میراگرهای فلزی(تسلیم شونده)[1]

 

10.jpg

شکل1-8:تاثیر استفاده از میراگرهای تسلیم شونده بر منحنی ظرفیت سازه[1]

 

 میراگرهای جرمی

شكل زیر ساختار عمومی میراگر جرمی را نشان می­دهد. جرم روی تكیه­گاه كه به عنوان غلتك عمل  می­نماید قرار می­گیرد كه به جرم اجازه می­دهد به صورت انتقالی-جانبی نسبت به كف حركت نماید. فنرها و میراگرها بین جرم و اعضای تكیه­گاهی عمودی مجاور قرار می­گیرند كه این اعضای تكیه­گاهی نیروی جانبی "در فاز مخالف"را  به سطح كف و سپس به قاب سازه ای انتقال می­دهند.

 

 

 

 میراگرهای آلیاژی(SMA)

میراگرهای آلیاژی(SMA) از فلزاتی ساخته می­شوند كه دو خاصیت زیر را دارا باشند:

1. انعطاف پذیری آنها مشابه با انعطاف پذیری قطعه لاستیكی باشد.

2. پس از اعمال تغیرشكل­های زیاد در آنها در اثر حرارت به حالت اولیه خود بازگردند.

آلیاژ نیكل و تیتانیوم ضمن دارا بودن این خواص از مقاومت خوبی در برابر خوردگی نیز برخوردار است.

در شکل 1-10 استفاده از  میراگرهای آلیاژی نشان داده شده است.

                                      18.jpg

شکل1-10:استفاده از میراگرهای آلیاژی(SMA) [1]

 

 میراگرهای ویسکوالاستیک

در شکل 1-11 نمونه­ای از میراگر ویسکوالاستیک نشان داده شده است. این­گونه میراگرها از نظر عاملیت میرایی دقیقا مانند میراگرهای فلزی عمل می­کنند با این تفاوت که به دلیل ساختمان کوپولیمری یا کریستالی خود و خواص ایزوتروپیکی که دارند در بارگذاری­های مختلف، از طریق تغییرشکل­های برشی باعث اتلاف انرژی می­شوند. اینگونه میراگرها را عموما طوری در سیستم نصب می­کنند که تنش­های وارد به آنها از نوع برشی باشد تا خاصیت میرایی خود را نشان بدهند. کاربرد عمومی این گونه میراگرها در سازه پل­های بلند می­باشد. این میراگرها باعث جلوگیری از ایجاد پدیده مخرب تشدید در ساختمان پل شده و مانع از تخریب پل در اثر بارهای باد می­شود. این­گونه میراگرها به دلیل تاثیرگذاری عوامل مختلف روی میزان میرایی، از تاریخ مصرف برخوردارند و در پایان تاریخ مصرفشان بایستی تعویض شوند. ممکن است در طول عمر یک سازه، چندین بار تعویض میراگرها صورت گیرد که بزرگترین نقطه ضعف اینگونه میراگرها همین امر می­باشد.

                     12.jpg

شکل1-11:میراگر ویسکوالاستیک جامد[1]

 

 میراگرهای ویسكوز

در این میراگرها با استفاده از حركت مایع لزج درون یك سیلندر، انرژی مستهلك می­شود. میراگرهای ویسكوز به دلیل سادگی در نصب، قابلیت انطباق، هماهنگی با سایر اعضا و همچنین تنوع در ابعاد و  اندازه­های آنها، كاربرد بسیاری در طراحی و مقاوم­سازی پیدا كرده­اند. در این تحقیق این میراگر مورد بررسی قرار می­گیرد. لذا ابتدا به تاریخچه­ای از کاربرد میراگرهای ویسکوز اشاره شده و سپس در مورد ساختمان و ویژگی این میراگر توضیح داده شده است.

 

 تاریخچه

میراگرهای ویسكوز اولین بار در قرن 19 برای خنثی­سازی اثرات ضربه توپ­ها در كشتی استفاده شد. در نیمه اول قرن 20 وارد كمپانی اتومبیل­سازی شد ودر ا­واخر دهه­ی 1980 جهت استفاده این نوع میراگرها در صنعت ساختمان، آزمایشی در مركز ملی مهندسی زلزله در دانشگاه Buffalo در نیویرك انجام شد.

اولین استفاده از میراگرهای ویسكوز برای هدف لرزه­ای در سال 1993 در طراحی مقاوم-لرزه ای مركز دارویی پخش BERNSDINO SAN در كالفرنیا بود. میراگرهای ویسكوز اضافه شده به سیستم كمك كرد تا تغییرمكان­ها، زیر22 اینچ باقی مانده و پریود موثر سازه را تا 3 ثانیه بالا برد. كاربردهای لرزه­ای دیگر، شامل ساختمان ارتباطات اضطراری ناقوس صلح، هتلWood landو اخیرا بهسازی پل­ها را می­توان نام برد.

از آنجایی كه تكنولوژی میراگرهای سیال به لحاظ قابلیت اعتماد و استحكام در طول ده­ها سال جنگ سرد امتحان خود را پس داده بود، اجرای آن به سرعت بر روی سازه­های تجاری آغاز شد و هم اكنون ساختمان­ها و پل­های زیادی به این سیستم مجهز شده­اند. اگرچه مفهوم استفاده از میراگرهای ویسكوز سیال در سازه­ها، قابل­توجه به نظر می­رسد اما دوره زمانی پیشرفت و گسترش طبیعی آن به منظور تست و اجرای كامل این تكنولوژی سال­های زیادی به طول انجامید. در ایران نیز با توجه به لرزه­خیز بودن بسیاری از مناطق کشور اخیراً این میراگرهای ویسکوز در طراحی و مقاوم­سازی ساختمان­هایی نظیر هتل بزرگ آزادی تهران و ساختمان مركز تجارت جهانی تبریز بكار رفته است[2].

 

 ساختمان میراگر ویسکوز

در شكل زیر مقطع یك میراگر ویسكوز نشان داده شده است. یك پیستون مركزی در محفظه­ای پر از سیال حركت می­كند. پیستون با حركت خود سیال را به منافظ پیرامون و درونی خود وارد می­كند. سرعت سیال در این ناحیه بسیار بالاست. لذا تقریبا تمام انرژی فشاری بالادست جریان تبدیل به انرژی جنبشی می­شود. هنگامی كه سیال بعداً در سمت دیگر سر پیستون به حجم كامل خود برمی­گردد سرعت آن كاهش می­یابدو انرژی جنبشی آن از دست رفته و به حالت متلاتم در می­آید. این حركت رفت و برگشتی سبب ایجاد اختلاف فشار زیاد وایجاد نیرویی عظیم شده كه در برابر حركت میراگر مقاومت  می­كند.

13.jpg

شکل1-12:ساختمان  میراگر ویسکوز[3]

 

 تعیین مشخصات مكانیكی میراگر ویسكوز

میراگرهای ویسکوز نیرویی ایجاد می­نمایند که همواره در برابر حرکت سازه مقاومت می­کند. این نیرو با سرعت نسبی بین دو انتهای میراگر به صورت زیر نسبت مستقیم دارد.

(1-7)                                                                                         u17.jpg                                               

که در آن fD نیروی میرایی، C ضریب میرایی،  u16.jpg نشانگر علامت و جهت حرکت، α توان میرایی است که در محدوده 3/0 تا 2 متغیر می­باشد و u15.jpg نیر سرعت میراگر است.

رابطه فوق به صورت ساده­تر به شکل زیر نوشته می­شود:

(1-8)                                                                                                  u19.jpg

مشخصات مکانیکی میراگرهای ویسکوز را می­توان از طریق انجام آزمایش با شرایط کنترل شده تغییرمکان (Displacement Control) به دست آورد. نیروی دینامیکی جک که به صورت سینوسی است طبق رابطه زیر می­باشد:

(1-9)                                           &nbs


دسته بندی : آموزش و نکات اجرایی عمرانی ,



موضوعات

نظرسنجی

سرعت باز شدن وبلاگ چگونه است؟



نویسندگان

» استرا (1702)

آمار بازدید


کل بازدید ها :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل مطالب :
آخرین بروز رسانی :

درباره ما


نماز دنیا را تغییر نمی دهد. اما ما را تغییر می دهد و ما دنیا را تغییر خواهیم داد...

"صوموا تصحوا" روزه بگیرید تا تندرست شوید
حضرت رسول اكرم (ص)

"بنشینید و به یك لامپ خاموش زل بزنید و از خداوند بخواهید كه روشنش كند. فكر می كنید دفعه چندمی كه از خدا می خواهید دعایتان برآورده می شود؟! یادتان باشد كه خودتان در كمتر از 5 ثانیه می توانید آن را روشن كنید". همیشه یادتون باشه خدا كاراش رو با وسیله انجام میده و وسیله رسیدن به آرزوهاتون خودتون هستید و بس.
"توماس ادیسون "
آدرس های ما :
icivil.sub.ir
civil8590.ir
شماره پیامک اختصاصی دریافت نظرات و پیشنهادات شما:
30006859000365
ایجاد کننده وبلاگ : استرا

Online User چاپ این صفحه محبوب کن - فیس نما Designed by Freepik