23875

CIV2 212

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران - سازه

مهندسي عمران و حمل و نقل

1403/06/20

121 ص.

سيدمهدي زندي آتشبار

ميراگر فلزي , استهلاك انرژي , ميراگر تسليمي پيچشي , رفتار چرخه‌اي , رفتار پيچشي خالص

ميراگر‌هاي فلزي تسليم‌شونده يكي از متداول‌ترين انواع ابزارهاي كنترل غيرفعال مي‌باشد. اين ميراگر‌ها با ورود به ناحيه پلاستيك انرژي را مستهلك مي‌كنند. پژوهشگران متعددي انواع مختلف ميراگرهاي تسليم‌شونده را ارائه داده‌اند. در اين پژوهش، نوعي از ميراگر تسليمي تحت عنوان ميراگر تسليمي لوله‌اي با رفتار پيچشي معرفي شده است. از اين ميراگر مي‌توان در قاب مهاربندي هشتي استفاده كرد. به دليل وجود پيچش خالص در شفت فولادي به عنوان عضو تسليم‌شونده، ظرفيت اتلاف انرژي ميراگر مقداري قابل توجه مي‌باشد. همين موضوع باعث استفاده بهينه از ظرفيت شفت‌ها مي‌شود. در ابتدا يك نمونه‌ي آزمايشگاهي به منظور بررسي رفتار ميراگر پيشنهاد شده ساخته شد و تحت بارگذاري چرخه اي با استفاده از آيين نامه FEMA-461 قرار گرفت. حداكثر جابجايي درنظر گرفته شده در اين پروتكل بارگذاري، هفت سانتي‌متر مطابق با دريفت غيرخطي طبقه در يك قاب ساختماني معمولي مي‌باشد. نتايج آزمايش نشان‌دهنده رفتاري پايدار، ظرفيت جذب انرژي مناسب و شكل پذيري قابل ملاحظه است. با توجه به اينكه فولاد داراي خاصيت سخت‌شوندگي چرخه‌اي است، ظرفيت ميراگر در هر چرخه نسبت به چرخه‌ي قبلي خود افزايش پيدا كرد. نيروي تسليم اين ميراگر 78/809 كيلوگرم و حداكثر نيروي ثبت شده در منحني نيرو-تغييرمكان آزمايش اول، 954/1321 كيلوگرم بود. نسبت ميرايي ويسكوز معادل در آخرين چرخه منحني نيرو-تغيير مكان بدست آمده از نتايج آزمايشگاهي، 35.63% است. با توجه به وجود نسبت ميرايي ويسكوز معادل از چرخه‌هاي ابتدايي در منحني نيرو-تغييرمكان ميراگر، عمل استهلاك انرژي از ارتعاشات اوليه زلزله توسط ميراگر انجام مي‌شود. سپس به كمك تست كشش، منحني تنش-كرنش و مدول الاسيسته شفت استفاده شده بدست آمد. پس از ساخت مدل عددي در نرم‌افزار اجزا محدود، و صحت سنجي آن با استفاده از مدل آزمايشگاهي، اقدام به آناليز پارامتر‌هاي مختلف موثر بر رفتار ميراگر به كمك 15 مدل نرم‌افزاري شد. نتايج نشان دادند كه تعداد شفت، فاصله‌ي آزاد بين دو جوش در شفت، قطر شفت، نوع فولاد استفاده شده در شفت و طول اهرم بر رفتار ميراگر اثرگذار هستند. به منظور افزايش بازدهي ميراگر و استفاده از فولاد مورد استفاده به صورت بهينه، بايد تنش تسليم شفت و قطر شفت افزايش و طول شفت و طول اهرم انتقال‌دهنده نيرو از قاب به شفت كاهش يابد. همچنين به دليل عملكرد موازي شفت‌ها به عنوان عضو شكل‌پذير، درصورت احتياج به ظرفيت‌هاي مختلف در ميراگر مي‌توان از تعداد شفت‌هاي متناسب با ظرفيت مورد نياز استفاده كرد.

Metallic damper , Energy dissipation , Torsional yielding damper , Cyclic behavior , Pure torsional behavior

Experimental and numerical investigation of a tubular yielding damper with torsional behavior

مهندسي عمران

Yielding metal dampers are one of the most common types of passive control devices. These dampers dissipate energy by entering to the plastic area. Several researchers have proposed different types of yielding dampers. In this research, a type of yielding damper has been introduced under the title of tubular yielding damper with torsional behavior. This damper can be used in Chevron bracing frame. Due to the presence of pure torsion in the steel shaft as a yielding member, the energy dissipation capacity of the damper is significant. This issue makes optimal use of the capacity of the shafts. At first, an experimental specimen was made to investigate the behavior of the proposed damper and has been tested using cyclic loading according to FEMA-461 regulations. The maximum displacement considered in this loading protocol is seven cm, corresponding to the non-linear drift of the floor in a typical building frame. The test results showed a stable behavior, adequate energy absorption capacity and remarkable ductility. Due to the fact that steel has the property of cyclic hardening, the capacity of the damper increased in each cycle compared to its previous cycle. The yield force of this damper was 809.78 kg and the maximum force recorded in the hysteresis curve of the first test was 1321.954 kg. The equivalent viscous damping ratio in the last loop of the force-displacement curve obtained from the experimental results was 35.63%. According to the presence of the equivalent viscous damping ratio from the initial cycles in the force-displacement curve of the damper, the action of energy consumption from the initial vibrations of the earthquake is performed by the damper. Then, with the help of tension test, the stress-strain curve and the elastic modulus of the used shaft were obtained. After modeling a numerical model in the finite element software, and verifying it using experimental outcomes, various parameters affecting the behavior of the damper were analyzed with the help of 15 software models. The results showed that the number of shafts, the free distance between two welds in the shaft, the diameter of the shaft, the type of steel used in the shaft and the length of the lever have an effect on the behavior of the damper. In order to increase the efficiency of the damper and using the steel optimally, the yield stress of the shaft and the diameter of the shaft should be increased, and the length of the shaft and the length of the force transmitting lever from the frame to the shaft should be reduced. Also, due to the parallel function of the shafts as a ductile members, if different capacities are needed in the damper, the number of shafts can be used according to the required capacity.

5

36443