بررسی عملکرد میراگر شکافدار فولادی (SSD)

ثنا عظیمی- علیرضا لطفی* دراین مقاله به بررسی و مروری بر اتصالات گیردار تیر به ستون در قاب های خمشی فولادی و نواقص عملکردی آنها هنگام وقوع زلزله پرداخته شده و در ادامه به بررسی عملکرد یک میراگر از نوع هیسترتیک جاری شونده موسوم به میراگر فولادی شکافدار((Steel Slit Damper,SSD که برای رفع نواقص اتصالات گیردار تیر به ستون و اتصالات بادبندی به کار میرود، پرداخته شده است. تحقیقات انجام گرفته در این زمینه نشان میدهد که این میراگرها قادرند تا رسیدن به مرحله گسیختگی، تعداد زیادی چرخه بارگذاری را تحمل کنند. همچنین سازه های مجهز به این میراگر رفتار هیسترتیک پایداری تحت تغییر مکان های نسبی زیاد طبقات از خود نشان میدهند. اتصالات مورد استفاده در سازه های فولادی دارای نواقصی است که باعث میشود سازه در برابر بارهای جانبی باد و زلزله پاسخ مناسبی نداشته باشد و دچار آسیب و خرابی شود. در دهه های اخیر مطالعات فراوانی در زمینه کنترل پاسخ سازه ها در برابر باد و زلزله صورت پذیرفته و به صورت عمومی سه سیستم کنترلی فعال، نیمه فعال و غیر فعال برای مستهلک کردن انرژی و کنترل پاسخ سازه ابداع شده است. سیستم کنترلی فعال ((Active، سیستم هایی که در آنها سازه به سیستم های پردازشگر مجهز شده و در هر لحظه متناسب با بار جانبی وارد شده، به یک منبع نیرو برای کنترل سازه احتیاج میباشد. سیستم های کنترل غیر فعال ((Passive، سیستم هایی که در آنها سازه به وسیله تجهیزات از پیش طراحی شده (مانند میراگر و جداگر) و بدون احتیاج به منبع نیروی خارجی در مقابل بارهای جانبی مقاومت میکند و سیستم های کنترل نیمه فعال((Semi Active، دراین سیستم ها عملکردی مشابه سیستم های فعال دارند و تنها در زمینه میزان نیروی خارجی با سیستم های فعال تفاوت دارند. در این میان سیستم های کنترل غیرفعال به عنوان روش های موثر و اقتصادی برای کاهش خسارات سازه ها در مقابل پدیده های طبیعی از جایگاه ویژه ای برخوردارند. میراگرها به عنوان سیستم های کنترل غیر فعال در بخش های خاصی از سازه نصب میشوند و بخش نسبتا زیادی از انرژی ورودی را تحت مکانیزم های مختلف جذب میکنند که در نتیجه سازه اصلی دچار خرابی جدی نمی شود. آسانی تعمیرات پس از زلزله نیز از ویژگیهای مفید این سیستم ها میباشد. انواع اتصال گیردار(صلب) تیر به ستون در قاب های خمشی فولادی انواع مختلف اتصال برای تامین گیرداری لازم در اتصال تیر به ستون ابداع و طراحی شده که از جمله آنها میتوان به اتصال مستقیم بال به بال تیر و ستون، اتصال گیردار با ورق تحتانی و فوقانی، اتصال گیردار فلنجی اشاره کرد. در اتصال مستقیم بال به بال تیر و ستون با تامین سخت کننده هایی در امتداد بال تیر در جان ستون، بال ها و جان تیر مستقیما به ستون وصل میگردد.در اتصالات گیردار با ورق فوقانی و تحتانی که مقبولیت بیشتر در کشور ما برای اجرای قاب های خمشی گیردار دارد با استفاده از ورق های فوقانی و تحتانی در بال بالا و پایین تیر و تامین حداقل طول جوش لازم، گیرداری لازم در قاب های خمشی فولادی تامین میگردد. در اتصال گیردار فلنجی نیز با استفاده از اتصالات فلنجی بین تیر و ستون به همراه سخت کننده های چشمه اتصال به تامین گیرداری لازم در قاب خمشی فولادی اقدام میشود . معایب این اتصالات: 1- تردشکنی جوش در زلزله 2- شکل پذیری کم 3- تشکیل مفصل پلاستیک در تیر و ستون 4- تغییر شکل پلاستیک عضو سازه ای در محل اتصال 5- تعویض یا تعمیر بسیار مشکل و پرهزینه از جمله ایرادات اصلی این نوع اتصالات، عدم وجود ظرفیت لازم در جذب و میرایی انرژی ناشی از زمین لرزه میباشد که موجب شکل گیری تلاش های زیادی برای استفاده از سیستم های جذب انرژی در سازه ها نظیر انواع میراگرها شده است. میراگرهای به کار رفته در سازه ها را میتوان در دو دسته عمومی؛ میراگرهای مستقل از فرکانس بارگذاری و وابسته به تغییر مکان نظیر میراگرهای اصطکاکی و تسلیم شونده و میراگرهای وابسته به سرعت حرکت و فرکانس بارگذاری نظیر میراگر سیال ویسکوز و میراگر ویسکو الاستیک نام برد. لازم به ذکر است ؛ در اکثر آیین نامه ها روش طراحی استاتیکی معادل برای طراحی سازه ها در نظر گرفته شده است. این روش بر مبنای انعطاف پذیری سازه استوار است و در آن بهره گیری از میرایی اضافی مفهومی ندارد. از طرف دیگر حرکت میراگر در یک بادبند کشسان رفتار غیرخطی ایجاد میکند، بنابراین برای سازه مجهز به میراگر تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی به واقعیت نزدیکتر است. میراگر شکافدار فولادی ((SSD: این نوع میراگر هم در اتصالات بادبندی (شکل 3) و هم دراتصال صلب تیر به ستون(شکل 4) به کار میرود. این میراگرها طوری در سازه جاسازی میشوند که در اثر برش، خمش یا نیروی محوری جاری شوند و برای استهلاک انرژی باید در نحوه جاسازی آنها دقت کرد که در اثر جابه جایی نسبی طبقه ناشی از بار جانبی تحت تغییر شکل قرار گیرند زیرا در غیر این صورت عمل نمی کنند و جذب انرژی انجام نمی شود. [5] شکل 3- استفاده از میراگرهای شکافدار فولادی در اتصال بادبندها شکل 4- استفاده از میراگرهای شکافدار فولادی در اتصال تیر به ستون در اتصال گیردار در تحقیقات صورت گرفته توسط Song Hoon و همکاران، مقاومت جاری شدن این میراگر بر اساس تحلیل غیر خطی مطابق رابطه زیر ارائه شده است. )( که در آن n تعدادشیارها، t ضخامت، H ارتفاع جان میرگروB عرض هر یک از شیارها میباشد (شکل 5). شکل 5-جزئیات میراگر شکافدار فولادی نتایج کلی به دست آمده از بررسی تحقیقات انجام شده روی میراگر SSD: 1- طراحی بر این اساس است که ممان پلاستیک تیر بیشتر از میراگر باشد تا مفصل پلاستیک در میراگر ایجاد شود تا به اعضای سازه ای هیچگونه آسیبی وارد نشود 2- میراگرها قادرند تا رسیدن به مرحله گسیختگی، تعداد زیادی چرخه بارگذاری را تحمل کنند 3- بیشترین تنش در انتهای نوارهای میراگر به وجود آمده و گسیختگی از این نواحی آغاز میشود 4- سازه مجهز به این میراگر رفتار هیسترتیک پایداری تحت تغییر مکان های نسبی زیاد طبقات نشان میدهد 5- تعویض آسان میراگرهای آسیب دیده پس از زلزله یکی از محاسن بزرگ این نوع میراگر است. * دانشجوی کارشناسی عمران دانشگاه زنجان دانشجوی کارشناسی ارشد عمران گرایش زلزله دانشگاه صنعتی شریف