دانلود رایگان ترجمه مقاله لرزش ساختمان با دمپرهای ویسکوالاستیک (ساینس دایرکت – الزویر 2004)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

4. تخمین نسبت میرایی مورد نیاز
برای طراحی VED مورد نیاز آزمایش، در ابتدا نیاز به شناسایی مود اصلی ارتعاش و نسبت میرایی مودها است، لذا فرض کنید که پاسخ سازه امل مود پایه ای می شود. سپس لازم است که نسبت میرایی مورد نیاز سازه برای رسیدن به یک پاسخ مورد شده و با استفاده از مدل محدب، که یکی از روش های پیش بینی حداکثر پاسخ برای بارهای غیر ثابت زلزله است، محاسبه شود. مدل محدب، به خصوص برای زمانی که مقدار اطلاعات در مورد بار موجود محدود باشد، بسیار مفید است. همچنین باید در نظر داشت که راه حل مدل بسیار محافظه کارانه است. بسیاری از متغیرها را می توان برای نشان دادن عدم اطمینان از بارهای زلزله در مدل محدب مورد استفاده قرار داد، و در این مقاله، مدل محدب محدوده ی انرژی سیستم (GEB) که با بهره گیری از انرژی زلزله به عنوان متغیر اصلی [8] کار می کند، استفاده شد. حداکثر جابجایی از یک سیستم SDOF تحت بار زلزله به شرح زیر بدست می آید.که در آن E محدوده ی مقدار انرژی ورودی و T دوره ی طبیعی و ξ نسبت میرایی است.
اگر فرض کنیم که نصب VED روی فرکانس طبیعی تاثیر قابل توجهی نگذارد و تنها نسبت میرایی را به ξVED تغییر دهد، نرخ تغییر مقادیر پاسخ را می توان ساده کرد. بر این اساس، با توجه به نرخ کاهش پاسخ R، میزان موزد نیاز نسبت میرایی به شرح زیر بدست می آید.
در این مطالعه، VED به گونه ای طراحی شده است که حداکثر پاسخ سازه به نصف پاسخ اسکلت خالی با =1.98% ξ کاهش می یابد. این قضیه زمانی اتفاق می افتد که سازه تحت بارگذاری دینامیکی مشابه قرار گیرد. از معادله (2)،میزان مورد نیاز نسبت میرایی مودها برابر 7.92٪ است، و بنابراین لازم است که 5.94٪ از نسبت میرایی مودها، برای کاهش پاسخ به نصف، به سازه اضافه گردد.

5. تخمین نسبت میرایی مورد نیاز
با توجه به نیاز به نسبت میرایی پیش رو، روش انرژی کرنشی مودی، در تعیین اندازه ی VED برای ایجاد سازه با مقدار مطلوب نسبت میرایی مودی به کار می رود. روش انرژی کرنشی مودی اولین بار توسط جانسون و کینهولز توسعه یافت، و با موفقیت برای ارزیابی نسبت میرایی معادل VED توسط چانگ و همکاران به کار برده شد.
اندازه ی VED با فرض اینکه یک جفت VED به صورت متقارن در طبقه های اول و دوم نصب شده اند محاسبه شد، جایی که تغییرمکان جانبی بین طبقه ای که از تحلیل های عددی محاسبه شده، بزرگترین یافت شد. برای بیشینه کردن تغییر شکل برشی نسبی در میراگرها، VED با مهاربند های حمایت کننده ی نوع Chevron، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است به سازه متصل شد
شکل 8 تغییرات سختی ذخیره ای و ضریب اتلاف را به عنوان تابعی از α ترسیم می کند هنگامی که=1 kVED و η=0.7 باشد. سختی ذخیره ای سیستم ترکیبی به سرعت به سختی VED نزدیک می شود، در حالیکه ضریب استهلاک بتدریج به ضریب استهلاک VED نزدیک می شود.
ابعاد و سختی مهاربند فولادی حمایت کننده که در تست مودی نصب شده به صورت زیر است: طول، 5.6m؛ ابعاد سطح مقطع _(H) 200×100 ×4.5 ×7 mm ؛ مساحت سطح مقطع، 23.18 cm2 ؛ مدول یانگ، 210 GPa ، و شیب θ ، 57.6° . با این اطلاعات، سختی عضو مهاربند 24.9 MN/m به دست آمد. به دلیل دو عضو مهاربندی به کار برده شده در یک مهاربند نوع Chevron، سختی مهاربند Chevron دوبرابر آن در حالت تک مهاربند یعنی 49.8MN/m می باشد.

با توجه به نسبت میرایی مودهای مورد نیاز، لازم است که از VED استفاده گردد، لذا مرحله اول طراحی VED ، تعیین سختی VED برای رسیدن به یک نسبت میرایی هدف است. سپس اندازه VED را می توان با توجه به سختی تعیین کرد. سختی مورد نیاز با استفاده از روش انرژی کرنشی مودها و مشاهده تغییر در نسبت میرایی مودها برای سختی های مختلف VED محاسبه شده است. سختی مهاربند در فرایند طراحی در نظر گرفته نشده، اما در ادامه برای بررسی اهمیت اثر آن در نظر گرفته شد.
خواص مودهای سازه ی مدل ، با اندازه و سختی VED های مختلف، با استفاده از روش انرژی کرنشی مودها به دست آمد. شکل 9 تغییر در نسبت میرایی مودها به عنوان تابعی از نسبت سختی ها، kVED/ki،ارائه می دهد که در آن ki سختی طبقه i ام قبل از نصب VED است. معادله روش انرژی کرنشی مودها، معادله (7)، برای محاسبه استفاده شده است.
حد بالای افزایش نسبت میرایی اساسی در شکل 9 نشان داده شده است. هنگامی که VED تنها در طبقه اول قرار می گیرد، حد بالا 3.3٪ است، در حالی که مقدار آن در صورت نصب در طبقه ی اول و دوم 7.58٪ است.از آنجایی که نسبت میرایی ویسکوز ذاتی 1.98٪ در نظر گرفته شده است، نسبت میرایی اضافه شده 7.58٪ بیش از نسبت میرایی مورد نیاز برای کاهش پاسخ به نصف می باشد، چون طبق مدل محدب، میزان آن 7.92٪ است. بدین ترتیب، اگر سختی VED طراحی شده ، زمانی که آنها هر دو در اول و طبقه دوم نصب شده اند، نسبت میرایی اضافی برابر 7.58٪ را فراهم کند، پس سازه ی آزمون دارای VED می تواند هدف را بر آورده کند. در این مطالعه، VED ها به گونه ای طراحی شده بودند که حداکثر نسبت سختی 1.5 شد. با فرض حساب کردن خطای بین پیش بینی نظری و آزمون، و در حد بالای نسبت میرایی حداکثر نسبت سختی 1.0 می باشد. با Ki سختی طبقه 2400 کیلو نیوتن بر متر و دو VED متقارن نصب شده در یک طبقه ، سختی مورد نیاز یک VED برابر با 1830 نیوتن بر متر بدست آمد.
اگر دو لایه از مواد ویسکوالاستیک در یک میراگر تک استفاده شود، مساحت مورد نیاز برای یک لایه به صورت زیر به دست آمده که در آن G مدول برشی ذخیره شده ی ماده ویسکوالاستیک است و t ضخامت است. مدول برشی ذخیره شده ی ماده ویسکوالاستیک G معمولا تابع فرکانس و دما است. از آنجایی که فرکانسی که در آن VED عمل می کند تقریبا برابر با فرکانس اساسی مودهای سازه و برابر 0.51 هرتز است، لذا فرکانس طراحی تحریک 0.5 هرتز در نظر گرفته شد و G بر اساس نتایج آزمایش در درجه حرارت 24 درجه ی سلسیوس برابر با 0.72 مگاپاسکال بدست آمد. این قضیه در شکل 2 نشان داده شده است. در زلزله با باند گسترده ، پاسخ ساختمان با توجه به مدل پایه ای تغییر می کند، و طراحی VED می تواند بدون خطای چندانی و با این فرض که VED دارای خواص مربوط به فرکانس پایه است، انجام شود. برای تعیین ضخامتt لازم است که به تغییر شکل برشی مجاز برای یافتن مساحت توجه شود. در این مطالعه، جابجایی مجاز طبقه اول و حداکثر کرنش برشی مجاز به ترتیب 1.2 سانتی متر و 0.6، در نظر گرفته شد، لذا ضخامت مورد نیاز با تقسیم جابجایی مجاز طبقه اول بر حداکثر کرنش برشی مجاز، 2 سانتی متر بدست آمد. در نهایت مساحت لایه 254 سانتی متر مربع بدست آمد. شکل 10 VED طراحی شده مطابق با روند فوق را به تصویر می کشد.

نسبت سختی مهاربند به سختی VED، ɑ، حدود بوده27، و از معادله (9) سختی ذخیره شده و از دست رفته ی سیستم مهاربند -VED نزدیک تبدیل به سیستم های بود که فقط دارای VED هستند. بنابراین می توان این را متوجه شده است که سختی های ذخیره شده در سیستم مهاربند-VED تقریبا تنها ناشی از VED بوده و سختی از دست رفته حدودا برابر 0.7 کاهش می یابد. نسبت میرایی مودهای سازه با این ویژگی ها برابر با ξ1=4.98% در شرایطی که VED در طبقه اول نصب شده باشد، بدست آمد. همچنین مقدار آن در شرایطی که VED هم در طبقه ی اول و هم در طبقه ی دوم نصب شده باشد، برابر با ξ1=8.97% بدست آمد که بیشتر از مقدار هدف یا همان 7.92% بدست آمده از مدل محدب است.