مدل مكانيك غيرخطي اندركنش سازه نامتقارن با جداساز لرزه اي تحت بارهاي هارمونيك و زلزله و مطالعه پديده هاي غيرخطي آن

Nonlinear Mechanic Model of Asymmetric Base-Isolated Structures Interaction against Harmonic Loads and Earthquake, and Study of Related Nonlinear Phenomena

امروزه، تجهيز ساختمان با جداساز لرزه اي از روش هاي متداول مقاوم سازي لرزه اي ساختمان هاست. هدف اصلي اين روش، كاهش جابه جايي نسبي طبقات سازه و در عوض ايجاد حركت جسم صلب در آن از طريق نصب مصالحي نرم و انعطاف پذير به نام الاستومر در پاي ساختمان است. با توجه به كثرت اجراي ساختمان هاي داراي پلان نامنظم و نيز شدت خسارت هاي ناشي از زلزله به اين نوع سازه ها، در اين مقاله، مكانيك اندركنشي سازه نامتقارن جداسازي شده مطالعه مي شود و معادلات حركت آن در دو دستگاه مختصات، يكي نصب شده بر پايه ساختمان (مختصات كلي) و ديگري نصب شده بر كف طبقه جداساز در حال دوران (مختصات محلي)، ارايه مي شود. در ديدگاه متداول، معادلات حركت در سيستم مختصات نخست به فرم خطي به دست مي آيند، حال آنكه در نگرش جديد پيشنهادي اين تحقيق، بررسي مكانيك حركت در سيستم مختصات دومي، به معادلاتي از نوع غيرخطي منجر مي شود. سه نوع سازه با نسبت هاي فركانس طبيعي هم بسته پيچشي-جانبي به فركانس طبيعي جهت متقارن معرفي مي شود. پاسخ هاي دو مدل خطي و غيرخطي براي 3 نوع سازه، تحت اثر تحريكات هارمونيك و زلزله در تحليل تاريخچه زماني و محتواي فركانسي با يكديگر مقايسه مي شوند. مشاهده مي شود كه در برخي موارد، تفاوت هايي بين دو مدل خطي و غيرخطي وجود دارد. سپس، بروز برخي از پديده هاي غيرخطي نظير اشباع، انتقال انرژي بين مدها و جابه جايي صلب در اين نوع سازه ها بررسي مي شود.

Today, base isolation of buildings is a conventional approach to earthquake resistance. The main objective is to reduce displacement of the structure by movement of elastomeric bearings installed on the base of structures on the ground. Considering widespread construction of asymmetric buildings as well as the intensity of their damages resulting from earthquake, the present research covers study of interaction mechanics of asymmetric base-isolated structures, where the equations of motion are presented in two coordinates, one fixed on the building base (global coordinate) and the other on the torsional isolation level (local coordinate). In this conventional approach, the equations of motion are calculated on linear form in the initial coordinate system, whereas in the new approach proposed in this research, the motion mechanics analysis in the secondary coordinate system will lead to non-linear equations. Three types of structures are proposed with ratio of torsional-lateral correlated natural frequency on asymmetric natural frequency. Responses of both linear and nonlinear methods for the three types of structures under harmonic effects and earthquake are compared while analyzing time history and frequency solutions. Some differences are observed between the linear and nonlinear methods. Then, some non-linear phenomena such as saturation, energy transfer between modes, and rigid displacement in such structures are also analyzed.