تأثير ميراگر آلياژ حافظه‌اي هوشمند در استهلاك انرژي و كاهش دامنه ارتعاش قاب هاي فولادي چند طبقه

The Effect of SMA Damper on Energy Dissipation and Eduction of Vibration Amplitude of Multi-Story Steel Frames

در سال­ هاي اخير ايده­ ي استفاده از مصالح با دوام، داراي قابليت جذب انرژي و شكل پذيري بالا در مهندسي سازه پر رنگ ­تر شده است. از جمله ­ي اين نوع مصالح آلياژهاي حافظه ­دار شكلي هستند كه در شرايط مختلف از خود خواص فيزيكي از پيش تعريف شده ­اي نشان مي­ دهند. اين مواد تحت سيكل ­هاي بارگذاري و باربرداري حتي پس از گذشتن از ناحيه ­ي تسليم از خود كرنش پسماند ناچيزي نشان مي­ دهند و در واقع در سازه نيروهاي بازسازي كننده ­اي ايجاد مي­ كنند. در مطالعه ­ي حاضر به بررسي تأثير آلياژهاي حافظه ­دار شكلي در استهلاك انرژي و كاهش دامنه ارتعاش قاب فولادي چند طبقه پرداخته مي­ شود و براي انجام اين كار از ميلگردهاي آلياژ حافظه ­دار شكلي در وسط المان قطري مهاربند استفاده شده است. نرم‌افزار مورد استفاده در اين پژوهش نرم افزار ABAQUS مي­ باشد. جهت اعتبارسنجي مدل­ ها، در ابتدا قاب دو طبقه مهاربندي مجهز به آلياژ حافظه­ دار شكلي كه در مطالعات آزمايشگاهي هان و همكاران در سال 2003 استفاده شده بود، در نرم افزار، مدل سازي و تحليل شد. نتايج تطابق قابل قبول پاسخ هاي بدست آمده از دو روش آزمايشگاهي و تحليلي را نشان مي­ دهد. جهت بررسي تأثير ارتفاع برعملكرد لرزه­ اي سازه­ هاي مجهز به اين نوع از ميراگرها، ساختمان ­هاي مورد مطالعه به 3 و 12 طبقه افزايش يافت و روي مدل­ ها، تحليل­ هاي رفت و برگشتي غيرخطي و ديناميكي غيرخطي تاريخچه زماني تحت شتاب نگاشت زلزله طبس انجام گرفت. نتايج بررسي­ ها نشان مي ­دهد استفاده از اين نوع ميراگرها باعث تسريع در استهلاك انرژي و كاهش چشمگير در دامنه ارتعاش و برش پايه مي­ شود بطوري كه در حضورآلياژ حافظه دار شكلي در ساختمان 3 طبقه، قابليت جذب و استهلاك انرژي سيستم سازه­ اي 2/5 برابر و سختي اوليه سيستم سازه ­اي 2 برابر حالت اوليه مي­ باشد. همچنين با افزايش ارتفاع، اثر بخشي آن در كنترل پاسخ لرزه­اي سازه بين 10 تا 15 درصد كاهش مي­ يابد.

In recent years, the idea of ​​using durable materials which are capable of absorbing energy and have high ductility are highlighted in structural engineering. One example of these materials is shape memory alloys which show predefined physical properties in different conditions. These materials show little residual strain under loading and unloading cycles even when passing through the yield area. In fact, they create regenerative forces in structures. In this study, the effect of shape memory alloys on energy dissipation and reducing vibration amplitude of multi-story steel frame is investigated. For the present purpose, shape memory alloy rebars are used in the middle of the diagonal elements of braces. ABAQUS software is used in the present study. To validate models, first, two-story braced frame with shape memory alloy used in the laboratory studies of Han et al (2003) is modeled and analyzed in the software. The results obtained by the two laboratory and analytical methods are in acceptable agreement. To investigate the effect of height on the seismic performance of the buildings equipped with this type of dampers, 3- and 12-story buildings were considered and reciprocating nonlinear analysis and nonlinear dynamic time history analysis using Tabas accelerogram were performed. Results show that using this type of dampers cause quick energy dissipation and a significant reduction in the vibration amplitude and base shear so that the existence of shape memory alloy in 3-story building makes the ability of the structural system in dissipating energy and the initial stiffness of the system increase 2.5 and 2 times respectively. Moreover, with an increase in height, its effectiveness in controlling the seismic response of structure is reduced between 10-15 percent.