دانلود رایگان ترجمه مقاله آزمایش لرزه ای قاب های مهاربندی شده (ساینس دایرکت – الزویر 2013)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

مقادیر کرنش و تنش اوج در رابط های برشی از یک قانون توانی به صورت max = 2.6 σ 0.2γ 0.2τ که σ 0.2 استحکام ارتجاعی کششی ماده جان تیر می باشد[11]. کرنش برشی مجاز ماکزیمم 20% فرض می شود و کر نش های بالاتر از این مقدار بیانگر شکست رابط های برشی است. تقویت کننده ها به گونه ای توزین شده اند که بار کمانش آنها بزرگتر از نیروی محوری مربوط به تنش برشی در رابط در 20% کرنش برشی است، که 1.886 در σ 0.2 استحکام ارتجاعی کششی ماده جان تیر گرفته شده است. محاسبات طراحی برای رابط های برشی و تقویت کننده ها در جدول 1 خلاصه شده است.

2.3. مدل
مدل آزمایشگاهی، مقطعی از ساختمان که مربوط به دو مجموعه قاب تقویت شده ایزوله است را نشان می دهد (SLBF یا OCBF) که برای مقاومت نیروهای ماند که به علت بارها روی ناحیه انشعابی مربوطه توسعه یافته اند، همانطور که در شکل 2 می بینید، طراحی شده است. فرض با در نظر گرقتن اینکه تحریک فقط در یک جهت است قابل توجیه می باشد. برای یک رابطه مطمئن با نمونه اولیه، با اهمیت است که مدلسازی متناسب با روابط شبیه سازی حاکم باشد [18]. براساس سایز و ظرفیت جدول لرزش مقیاس طول بهینه 1:12 متناسب است. نسبت شتاب 2 برای کاهش جرم موردنیاز برای فضای محدود در مدل مناسب است. برای شبیه سازی دینامیک مناسب، نسبت های مقیاس شتاب ، زمان و فرکانس براساس روابط شبیه سازی کاربردی، همانطور که در جدل 2 می بینید اصلاح شده است. تشابه در رفتار کمانش برای مدل های برشی حتی در گستره غیرالاستیک معتبر است، به طوری که عدد کرنش برای هردوی مدل و نمونه اولیه یکسان است [19].
به علت راحتی ساخت مقاطع لوله ای برای اعضای قاب انتخاب شد. ابعاد رابط برشی موردنیاز از فرمولاسیون توسعه یافته توسط رای و والاس [11] محاسبه شد و نتایج در جدول 1 خلاصه شده است. تقویت کننده ها به گونه ای توزین شدند که قبل از اینکه تنش های برشی در رابط ها به تنش برشی شکست برسد، کمانش نکنند. مقاطع لوله ای برای تقویت کننده ها، بخاطر اینکه عمر شکست و نرمی بیشتری از مقاطع لوله مستطیلی دارند، انتخاب شد. در مطالعه حاضر، تقویت کننده ها و سایر اعضای OCBF، همانند SLBF یکسان نگه داشته شد تا مقایسه مستقیم راحت باشد. همه تیرها و ستون ها با طول های موردنیاز از مقطع لوله مربوطه بریده شد، و درانتها لولا شد. تیرهای کف با دو صفحه سگدست جوشکاری شده در هردو جانب ستون به ستون متصل شد. تیر با یک لولا به صفحات متصل شد تا یک اتصال انتهامفصلی را شبیه سازی کند و یک فصله 5 میلیمتری از لبه تیر تا ستون برای چرخش آزاد مفصل لولا حین بارگذاری گذاشته شد. همه ستون ها با اتصال لولایی به تیر پایه متصل شده اند. نمودار شمایی مدل در شکل و جزییات اتصالات مختلف در شکل 4 نشان داده شده است.
ظرفیت اتلاف انرژی صفحات برشی خیلی به خصوصیات مکانیکی ماده بستگی دارد. یک ماده بسیار نرم برای مطابقت با نیاز کرنش غیرالاستیک بزرگ در این کاربرد، موردنیاز است. در این پژوهش، نمونه از آلیاژ پرکاربرد آلومینیوم 1100-O ساخته شد. این نمونه ها از یک قطعه بزرگتر با دقت موردنیاز بیشتر برای جان تیر بسیار نازک (1.11–1.28 mm) ماشینکاری شد. جزییات رابط های برشی ساخته شده در شکل 5 نشان داده شده است. برای رهاکردن تنش های آغازی و تنش هایی که نزدیک سطح دخلال ماشینکاری به و جود آمده است، رابط های برشی عملیات حرارتی (تابانده) شده اند. دو ساعت تا دمای 420 درجه افزایش داده شده اند و سپس به آرامی با نرخ 30 درجه در ساعت، در کوره عملیات حرارتی سرد شده اند. مشخصات مکانیکپی ماده مورد استفاده در نمونه های تست از تست های هم محور کششی روی کوپن های تابانده و غیرتابانده به دست آمده است. کوپن ها از نوارهایی که از مقطع مربعی بسته بریده شده اند، ساخته شده است. تنش قطعی 0.2درصد برای 1100-O غیرتابانده حدود 150 Mpa بود درحالی که پس از تابانیدن تنش های تسلیم به همانطور که در شکل 6a می بینید به 53.6 Mpa رسید. نمودار های تنش-کرنش برای تقویت کننده های فولادی لوله ای با قطر 10 و 7 میلیمتر که در مدل استفاده شده است در شکل 6b نشان داده شده است. تنش قطعی 0.2درصد مربوطه به ترتیب 820 و 1040 مگاپاسکال است.

3.3. مدار تست
جدول لرزه هم محور مورد استفاده برای آزمایش دارای ابعاد 1.8 m × 1.2 m( عرض × طول) با طول 1.8 m در جهت حرکت است [20]. نمونه های تست با شتابسنج، مبدل های جابجایی و سنجشگرهای کرنش برای اندازه گیری پاسخ موردنیاز تجهیز شده اند. دو شتابسنج، هرکدام در یک سطح کف جایگذاری شده اند تا شتاب های مطلق کف را اندازه گیری کنند. بطور مشابه، شتاب جدول با استفاده از شتابسنج نصب شده روی آن اندازه گیری شد. مبدل های جابجایی (LVDTs) برای اندازه گیری جابجایی های کف استفاده شدند. در وسط طول هر ستون و تقویت کننده، سنجشگرهای کرنش برای اندازه گیری نیروی محوری استفاده شد. یک دوره نمونه 0.0026 s (393 Hz) برای فراگیری داده، خلال یک سیستم فراگیری داده پربازده مناسب قرار داده شد. شکل 7 a وb نمونه نصب شده روی جدول لرزه را ارائه می کند.

3.4. پیشینه بارگذاری و شبیه سازی زلزله
یک سری تست های شبیه سازی زلزله با استفاده از جدول هم محور لرزش اجرا شد. شتاب هدف جدول مولفه ثبت شده زلزله 1952 تفت (Taft N21E با PGA برابر با 0.15g) بود. مقایسه ای از طیف پاسخ شتاب حرکت زمین تفت با طیف پاسخ شتاب استفاده شده برای طراحی نمونه اولیه و مدل به صورت per IS 1893 [15] انجام شده است. حرکت مقیاسی تفت با PGA برابر با 0.2g معقولانه با طیف کد در بالاترین ناحیه لرزه ای، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است مطابقت داشت و می توان فرض کرد که شدت و سختی ضمنی زلزله (DBE) را بیان می کند. درنتیجه، اجرای تست TAFT04 برای ارائه سطح DBE حرکت زمین برای نمونه و مدل انتخاب شد و سایر تست ها به صورت درصدی از DBE تشریح شد، برای مثال TAFT08 به عنوان 200% DBE می تواند اشاره شود. 150% DBE به عنوان زلزله طراحی سطح کد با فاکتور اهمیت 1.5 برای ساختارهای با پی آمد شکست بالاتر نظیر بیمارستان ها، مدرسه ها و ساختمان های اجتماعی استفاده شد. به طور مشابه، 200% DBE برای ارائه زلزله ماکزیمم معتبر (MCE) ملاحظه شد، درحالی که 400% DBE می تواند به عنوان زلزله سطح فاجعه آفرین معرفی شود. ساختار نمونه اولیه و مدل برای 150% DBE به عنوان بار زلزله طراحی واقعی برای مطالعه ساختمانی که برای ساختمان اجتماعی است، طراحی شد. باید خاطر نشان کرد که 100% DBE شامل فاکتور اهمیت 1.5 مد نظر برای مطالعه ساختمان نمی شود.
براساس قوانین شبیه سازی محور زمان با فاکتور مقیاس √(1/24) فشرده شد(جدول 2). حرکت زمین اصلی تفت، حرکت مقیاسی و طیف پاسخشان در شکل8 نشان داده شده اند. برای چند اجرای حرکت مقیاس زمانی تفت، فقط PGA با نموهای 0.1g تغییر کرد، با شروع از 0.1g و تا شکست نمونه افزایش داده شد. تست های سروصدای سفید (با PGA برابربا 0.05g)، پس از هر تست شبیه سازی زلزله برای ارزیابی تغییر در مشخصات سختی مدل هدایت شد.

4. مشخصات دینامیکی
4.1. تست لرزش آزاد
لرزش آزاد پاسخ طبیعی ساختار به برخی سرعت ها یا جابجایی های آغازی است. پاسخ به طور کامل با مشخصات ساختار تعیین می شود. یک چکش ضربه ای و یک نوک متوسط با جرم افزاینده استفاده شده اند. موج از سنسور نیروی کوارتز دریافت می شود و تبدیل فوریه آن نشان می دهد که طیف نیرو طی گستره زیادی صاف است و بنابراین می توان مودهای حاضر در این گستره را تحریک کرد. پاسخ با کمک دو سرعت سنج هرکدام در یک کف، اندازه گیری شد. چکش در موقعیت های مختلف مدل و روی جدول کوبیده شده، و پیشیته های زمانی سرعت کف در فرکانس نمونه 1000 هرتز به دست آمد، یک تورین کننده سیگنال برای تقویت سیگنال و فیلترکردن سروصدا استفاده شد. فرکانس های طبیعی مدل های SLBF و OCBF در جدول 3 خلاصه شده اند.

4.2. تست لرزش اجباری
به طور کلی تست لرزش اجباری جایی که سروصدای محیط برای رسیدن به پاسخ سیستم کافی نیست، هدایت می شود. یک لرزشگر الکترودینامیکی به عنوان منبع تحریک استفاده شد. تست سینوسی لرزش اجباری در فرکانس های مختلف اجرا شد. اولین تکان تست ها گستره باریکی از فرکانس ها را که از فرکانس طبیعی مدل مورد انتظار است، نشان داد. محتوی فرکانس پیشینه زمانی سنجیده شد و دامنه های اوج در برابر فرکانس های تحریک مربوطه رسم شد، و فرکانس های مربوط به دامنه اوج ماکزیمم به عنوان فرکانس های طبیعی انتخاب شد.

5. سنجش نتایج تست زلزله
5.1. رفتار کلی و مکانیزم شکست
پاسخ یک سیستم به تحریک دینامیک به خصوصیاتی نظیر دوره های طبیعی و نودهای لرزش، میرایی، و استحکام تسلیم و ویژگی های پسماند در نمونه سیستم های غیرالاستیک بستگی دارد. برای تحریک زلزله زیر 100% DBE (برای مثال مدل PGA با 0.4g )، هیچ فعالیت غیرالاستیک یا صدمه ای برای هردوی OCBF و SLBF مشاهده نشد. به هرحال، در 125% DBE کمانش الاستیک تقویت کننده های کف اول در OCBF همراه باشکست نابهنگام اتصال لولایی مشاهده شد. لولا جایگزین شده و تست های بیشتر ادام داده شد. خم شدن لحظه ای تقویت کننده های کف دوم OCBF در 200% DBE مشاهده شد. در حین اجرای تست مربوط به مدل PGA با 1.1g (برای مثال 275% DBE )، تقویت کننده طبقه دوم ترک خورد که ظرفیت بار بعدی OCBF به طور جدی تحلیل رفت و اجرای تست های بیشتر واقع نشد.
به طور واضح، برای سطح مشابه تحریک (275% DBE)، فقط فعالیت غیرالاستیک در SLBF ، کمانش رابط های برشی کف اول بود در حالی که کل سایر اعضاء در ناحیه الاستیک بودند. کمانش رابط های برشی کف دوم در 375% DBE مشاهده شد. SLBF ادامه پیدا کرد تا حتی سطوح بالاتر تحریک را تحمل کند و زمانی که در 425% DBE تست متوقف شد، کمانش جدی در رابط های برشی هردو طبقه به وقوع پیوست. به هرحال، عضو دیگری از قاب تغییرشکل غیرالاستیک یا صدمه را تجربه نکرد. اتفاقات عمده مربوط به تغییرشکل و خسارت مودهای سطوح مختلف تحریک زلزله در جدول 4 خلاصه شده اند. رابط های برشی کمانش شده آخرین اجرای تست TAFT17 مربوط به مدل PGA با 1.7g در شکل 9 نشان داده شده اند. در پایان تست، هیچ پارگی از جان تیر مشاهده نشد، درحالی که کمانش های عمیق (چین خوردگی) در جان تیر وجود داشت. پارگی جان تیر در یکی از رابط های برشی کف اول، ناگهانی زمانی که از قاب جدا شد اتفاق افتاد که احتمالا به علت تعادل مجدد تنش های داخلی در رهاشدن قید باشد.