محمود عدالتی

در سال‌های اخیر تلاش‌های فروان به‌منظور کاربرد سیستم‌های کنترل سازه به عنوان رویکردی مدرن در سازه‌های بلند در معرض خطر زلزله و باد انجام شده است. نوع مهمِ از این سیستم‌ها کنترل غیر فعال است، که بدون نیاز به هیچ‌‌گونه منبع انرژی خارجی با استفاده از حرکت سازه ارتعاشات لرزه‌ای را کاهش می‌دهد. رو آوردن مردم از شهرهای کوچک به شهر‌های بزرگ، نیاز انسان به فضاهای مناسب و کافی برای زندگی و کار و تراکم جمعیت و افزایش قیمت زمین استفاده از ساختمان های بلند مرتبه را مطرح نموده و مورد توجه خاص دولت‌ها و سرمایه گذاران قرار گرفته است. طراحی و ساخت این سازه‌ها شرایط ویژه‌ای را می‌طلبد. ساختمان‌های بلند باید دارای انعطاف‌پذیری بیشتر و مقاوم‌تر در برابر نیروهای جانبی باشند. به طور عمده در این ساختمان‌ها از مواد و مصالحی سبک استفاده می‌شود که دارای صرفه‌ی اقتصادی بوده و از قابلیت انعطاف پذیری بالایی برخوردار باشد. کمبود نسبت میرایی و میزان جذب انرژی این سازه‌‌ها منجر به ایجاد دامنه‌ی ارتعاشات بزرگ حتی در زلزله‌های با سطح متوسط می‌گردد. تحقیقات ثابت نموده است که استفاده از روش‌های مختلف کنترل سازه، وسیله‌ی مؤثری برای پایداری سازه‌ها در برابر نیروهای جانبی است. این روش‌ها نه تنها در کاهش نیروهای جانبی عملکرد مؤثری دارند، بلکه به همین اندازه در کنترل ارتعاشات نامطلوب سازه‌ها بر اثر تحریک‌های دینامیکی ناشی از زلزله، باد، و انفجار مفید هستند. افزون بر آن، چند عامل دیگر نیز وجود دارند که در سال‌های اخیر ظهور کرده‌اند و نیازمند کنترل پاسخ سازه‌ای هستند. این عوامل شامل افزایش انعطاف‌پذیری سیستم‌های سازه‌ای، افزایش سطح ایمنی، فقدان آسایش انسان‌ها، سطح عملکرد اجباری و ملاحظات اقتصادی هستند. زمانی که یک سازه با تحریک دینامیکی شدید روبرو می‌شود سختی سازه و مکانیزم‌های مستهلک کننده‌ی انرژی بر روی پاسخ سازه در برابر تحریک دینامیکی اثر می‌گذارند. افزایش سختی جانبی سازه، در بسیاری از موارد غیر اقتصادی و باعث بروز مشکلات دیگر می‌شود. از سوی دیگر، کنترل ارتعاش سازه با روش افزایش سختی، سبب افزایش خسارات غیر سازه‌ای در اثر تغییرمکان‌های بزرگ و شتاب‌های زیاد می‌شود. بنابراین برای کنترل ارتعاش در سازه‌ها، پژوهشگران به افزایش میرایی با روش‌های مختلف روی آورده‌اند. میراگر ستون مایع تنظیم شونده(TLCD) یک نوع از میراگرهای جرمی تنظیم شونده(TMD) غیر فعال است که نیاز به منبع انرژی خارجی ندارد و سبب کاهش اتلاف انرژی ارتعاشات سازه می‌شود. این میراگر متشکل از پارامترهای جرم، میرایی و سختی است و به طور معمول در بام سازه نصب می‌گردد. میراگر مذکور با اختلاف فاز نسبت به ارتعاش سازه‌ی اصلی نوسان نموده و سبب افزایش میرایی و در نتیجه کاهش پاسخ‌های سازه می‌شود. در این پایان‌نامه از میراگر ستون مایع تنظیم شونده (TLCD) برای بهبود عملکرد لرزه‌ای سازه‌ی لوله‌ای دسته‌بندی شده‌ی بتنی استفاده می‌شود. سیستم لوله‌ای دسته‌بندی شده شامل دو یا چند لوله است که به هم وصل شده‌اند و برای ایجاد یک لوله چند سلولی بکار می‌روند. این سیستم یکی از آخرین پیشرفت‌ها در سازه‌های لوله‌ای به شمار می‌رود. یکی از مباحث مهم در این پایان‌نامه، مدل‌سازی میراگر ستون مایع تنظیم شونده در نرم‌افزار کاربردی SAP2000 می‌باشد. با توجه به حرکت مایع و میرایی غیر خطی ایجاد شده توسط میراگر، پارامترهای میراگر ستون مایع تنظیم شونده (TLCD) به پارامترهای میراگر جرمی تنظیم شونده (TMD) معادل‌سازی شده است. سه سازه‌ی سیستم لوله‌ای دسته‌بندی شده‌ی 10، 20 و 30 طبقه‌ی بتنی در قدم نخست در نرم‌افزار ETABS2016 مطابق آیین‌نامه‌های معتبر، تحلیل و طراحی شده و مقاطع سازه‌ها تا حدودی بهینه‌سازی گردیده است. سپس به صورت سه بعدی در نرم‌افزار SAP200 مدل‌سازی شده‌اند. تمامی سازه‌ها به میراگر ستون مایع تنظیم شونده با نسبت‌های جرمی 1٪، 2٪، 3٪ و 5٪ تجهیز شده‌اند. همچنین در این پایان‌نامه از سه شتاب‌نگاشت زلزله‌ی بدون مقیاس (کوبه، لوماپریتا و امپریال‌ولی) برای پرداختن به بهبود عملکرد لرزه‌ای سازه‌ها استفاده شده است. نتایج به دست آمده برای بیشینه‌ی جابجایی، برش پایه، سرعت و شتاب طبقه‌ی آخر و همچنین بیشینه‌ی جابجایی طبقات سازه‌ها بررسی شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که کارایی و عملکرد میراگر ستون مایع تنظیم شونده در بهبود عملکرد لرزه‌ای سازه‌ی لوله‌ای دسته‌بندی شده‌ی بتنی و زمان آرامش سازه به ارتفاع سازه و زلزله‌ی وارده بستگی دارد. بهترین عملکرد سازه‌های مجهز به TLCD در سازه‌ 10طبقه با نسبت جرمی 5٪ زیر اثر زلزله‌ی کوبه، در سازه 20 طبقه زیر اثر زلزله‌ی لوماپریتا و در سازه 30 طبقه زیر اثر زلزله‌ی امپریال‌ولی بوده است. در سازه‌ی 30 طبقه بهبود عملکرد لرزه‌ای نسبت به آن دو اندکی کمتر است.