مقاوم سازی لرزه ای ساختمانهای فولادی با استفاده از میراگرهای هیبریدی برای کاهش اثرات زلزله های متوالی

زلزله های متوالی شامل زلزله اصلی و پس لرزه های پیاپی تهدیدی جدی برای ساختمان های فولادی در مناطق زلزله خیز مانند ایران هستند، زیرا بارهای تکراری می توانند آسیب های تجمعی شدیدی ایجاد کنند. این مطالعه به بررسی اثربخشی میراگرهای هیبریدی در بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان های فولادی تحت چنین شرایطی پرداخته است. برای این منظور، یک ساختمان فولادی ۵ طبقه با قدمت ۳۰ سال واقع در منطقه ای با خطر لرزه ای (بالا) شتاب اوج زمین ۰/۳۵g به عنوان مدل مطالعاتی انتخاب شد. این سازه با سیستم مهاربندی همگرا طراحی شده بود اما به دلیل قدمت و طراحی بر اساس استانداردهای قدیمی در برابر زلزله های متوالی آسیب پذیر بود. مقاوم سازی با نصب ۱۲ میراگر هیبریدی که ترکیبی از میراگرهای ویسکوز (مقاومت سیالاتی) و اصطکاکی (اصطکاک صفحات فلزی) هستند، انجام شد. این میراگرها در طبقات اول تا سوم و در گوشه های پلان نصب شدند تا جابجایی های لرزه ای را به طور موثری کاهش دهند. تحلیل های عددی با استفاده از نرم افزار SAP۲۰۰۰ تحت یک توالی زلزله، شامل زلزله اصلی با شتاب ۰/۳۵g و پس لرزه با شتاب ۰/۴۲g انجام گرفت. شتابنگاشت های مورد استفاده بر اساس زلزله واقعی سرپل ذهاب ۲۰۱۷ انتخاب شدند که نمونه ای از زلزله های متوالی در ایران است. نتایج تحلیل ها نشان داد که میراگرهای هیبریدی عملکرد لرزه ای سازه را به طور قابل توجهی بهبود بخشیدند. جابجایی نسبی طبقات که در حالت اولیه تا ۳/۵ درصد بیش از حد مجاز استاندارد (۲ درصد) می رسید پس از مقاوم سازی به ۱/۴ درصد کاهش یافت که معادل بهبود ۶۰ درصدی است. این کاهش، پایداری سازه را تضمین کرد و خطر خرابی های غیرسازه ای و سازه ای را به حداقل رساند. ظرفیت باربری جانبی سازه نیز با افزایش ۳۶ درصدی از ۱۱۰۰ کیلونیوتن به ۱۵۰۰ کیلونیوتن رسید که نشان دهنده افزایش سختی و مقاومت در برابر بارهای لرزه ای است. علاوه بر این، جذب انرژی لرزه ای ۶۲ درصد بهبود یافت و از ۴۰۰ کیلوژول به ۶۵۰ کیلوژول افزایش یافت به طوری که میراگرها ۴۵ درصد از انرژی ورودی را جذب کردند. از منظر زیست محیطی استفاده از فولاد بازیافتی در تولید میراگرها ردپای کربن را ۱۰ درصد کاهش داد و این روش را به گزینه ای پایدار تبدیل کرد. از منظر اقتصادی هزینه مقاوم سازی با میراگرهای هیبریدی ۲۵ درصد کمتر از روش های سنتی مانند مهاربندهای کمانش ناپذیر بود و زمان اجرا را نیز کاهش داد. این روش برای مقاوم سازی ساختمان های موجود در شهرهای زلزله خیز ایران مانند تهران و تبریز بسیار مناسب است و می تواند خسارات زلزله های متوالی را تا ۵۰ درصد کاهش دهد. برای بهبود بیشتر پیشنهاد می شود از حسگرهای هوشمند برای پایش بلادرنگ رفتار میراگرها و از مصالح بازیافتی بیشتر برای افزایش پایداری زیست محیطی استفاده شود.

کلیدواژه ها:

مقاوم سازی لرزه ای ، میراگرهای هیبریدی ، زلزله های متوالی ، ساختمان های فولادی ، جابجایی نسبی ، جذب انرژی