آشنایی با انواع دمپرها و مدل سازی آنها در ETABS 2016

آشنایی با انواع دمپرها و مدل سازی آنها در ETABS 2016

میراگر چیست؟

اصلاً در مورد همه ی مواردی که در طبیعت وجود دارند یکی از خصوصیات ذاتی ماده، میرایی ماده می باشد. همانطور که با دانستن ضریب الاستیستیه یک ماده می توانیم محاسبات مربوط به مصالح تشکیل شده از ان ماده را انجام دهیم، با دانستن میرایی یک ماده نیز می توانیم به تحلیل دقیقتری از سیستم های متشکل از ان ماده دستیابی کنیم. با توجه به اینکه میرایی داخلی (که به جنس ماده بستگی دارد) در جامدات تحت تاثیر عوامل مختلفی نظیر تاثیرات حرارتی، پدیده خستگی و پدیده باوشینگر تغییر می کند برای اینکه بتوانی مصالح با میرایی معلوم داشته باشیم بایستی تاثیرات این عوامل را در مصالح مورد نظر به حداقل برسانیم. روشهای مختلفی برای تولید مصالح دارای میرایی معلوم که اصطلاحاً میراگر نامیده می شوند، وجود دارد که ذیلاً به بررسی انواع این روشها و نشان دادن میراگرهای تولید شده به وسیله ی این روشها می پردازیم.

میرایی و انواع آن
با توجه به اینکه هر سازه یا سیستم سازه ای، به تناسب شکل و اجرای تشکیل دهنده ی آن دارای میرایی خاص خود می باشد ابتدا بایستی انواع میرایی را شناخته و سپس درباره اعضایی که این انواع میرایی را تامین می کنند بحث کنیم.

انواع میرایی
میرایی سازه ها تحت تحریکات زلزله به صورت ترکیبی از میرایی خارجی ویسکوز (لخت،) میرایی داخلی ویسکوز (لخت،) میرایی اصطکاکی، میرایی هیستریزیس و میرایی تشعشعی می باشد که در زیر، این انواع میرای را شرح می دهیم.

1-میرایی خارجی ویسکوز (لخت) :نوعی از میرایی است که توسط هوا، آب و شرایط محیطی اطراف یک سازه بوجود می اید و در طرف مقایسه با انواع دیگر میرایی ها بسیار کوچک و در اکثر اوقات با تقریب خوبی قابل صرف نظر است.

2-میرایی داخلی ویسکوز (لخت): این میرایی حاصل خاصیت ویسکوزیته (لختی) ماده بوده و متناسب با سرعت است به نحوی که نسبت میرایی متناسب با فرکانس طبیعی ساختمان افزایش می یابد. این نوع میرایی غالباً برای ارائه هر نوع میرایی دیگر به کار میرود و معروفترین نوع میرایی است.

3-میرایی اصطکاکی : (Friction damping) این میرایی که میرایی کلمب هم نامیده می شود به علت وجود اصطکاک در اتصالات و یا نقاط تکیه گاهی پدید می اید. بدون توجه به سرعت و جا به جایی ثابت است و بسته به مقدار جا به جایی به دو نحو با آن برخورد می شود. اگرمقدار جا به جایی ها کوچک باشد به عنوان یک میرایی داخلی لخت و اگر مقدار جا به جایی بزرگ باشد به  عنوان یک میرای هیسترزیس در نظر گرفته می شود.

4-میرایی هیسترزیس  : (Hysteresis damping) این میرایی هنگامی اتفاق می افتد که رفتار ماده تحت بار رفت و برگشتی در محدوده الاستیک قرار می گیرد مساحت چرخه ی هیسترزیس در واقع بیان گر مقدار انرژی اتلاف شده در هر سیکل از بارگذاری می باشد.

5-میرایی تشعشعی:  هنگامی که یک سازه ساختمانی ارتعاش می کند، امواج الاستیک در محیط نامتناهی زمین زیر ساختمان منتشر می شود. انرژی تزریق شده به سازه از همین طریق میرا می شود. این میرایی تابعی از ضریب الاستیک یانگ خطی، نسبت پواسوند U و چگالی  P زمین بوده و نیز به جرم بر واحد سطح سازه    A/M و ضریب سختی به جرم ان   m/k بستگی دارد.

انواع سیستم های اتلاف انرژی

سیستم غیر فعال:(Dissipation energy Passive) در این سیستم هرگونه واکنش سیستم، متناسب با مقدار کنش وارده به سیستم می باشد.

سیستم نیمه فعال :(Semi active Energy Dissipation)در این سیستم می توانیم میزان واکنش را توسط کنترل کننده هایی مهار کنیم.

سیستم فعال : (active Energy dissapation)دراین سیستم توسط اعضاء مخصوص که روی سازه نصب می شوند می توانیم نیروهایی را به سازه وارد کنیم این نیروها می تواند در خلاف جهت نیروهای مخرب به سازه وارد شده و نقش میراگر را بازی کنند. کنترل این سیستم نیازمند محاسبات ریاضی پیچیده و کامپیوتر های کنترلر دقیق می باشد.

سیستم دوگانه : (Hybrid system)اصولاً در صورتی که در مهار بندی از دو سیستم فعال و غیر فعال به صورت همزمان استفاده می کنیم، سیستم دوگانه به وجود می آید. در نگاه اول، این سیستم از همه سیستم هایی که تا کنون معرفی شد بهتر است اما با دقت بیشتر متوجه می شویم که مثلا در صورتی که سیستم کنترل فعال، نیرویی را در جهتی که به پایداری سازه کمک می کند به سیستم وارد کند و انرژی این نیرو توسط سیستم غیر فعال اتلاف شود، تضاد در این سیستم پدیدار می شود.
سایر سیستم های اتلاف انرژی  :در مقوله تحلیل مکانیکی و طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله، بحث های بسیاری مطرح شده است. در زمینه اتلاف انرژی می توانیم به سیستمهای جداساز اشاره کنیم که باعث اتلاف زلزله در پی سازه و مانع از ارتعاش سازه می شوند.

انواع میراگرها به عنوان عامل اتلاف انرژی غیر فعال

میراگر فلزی تسلیم : (Metallic yield damper)با دانستن ساختمان کریستالی فلزات مختلف می توانیم رفتار میرایی این فلزات را در شرایط بارگذاری تناوبی بررسی نموده و خواص میرایی مطلوب در محدوده قبل از نقطه تنش تسلیم ( yield point) مشاهده کنیم. می توانیم با فرم دادن یک قطعه فلز به حالتی که در بارگذاری دینامیکی سازه رفتار میرای از خود نشان دهد (عموماً به شکل مثلث متساوی الساقین) و قرار دادن ان در محل اتصال اعضاء سازه به یکدیگر از این خاصیت به نحو مطلوب در اتلاف و پراکنده سازی انرژی زلزله استفاده نماییم.

میراگرهای ویسکوالاستیک: (Viscoelastic Dampers) این گونه میراگرها از نظر عاملیت میرایی دقیقا مانند میراگرهای فلزی عمل می کنند با این تفاوت که به دلیل ساختمان کوپولیمری یا کریستالی خود و خواص ایزوتروپیکی که دارند در بارگذاری های مختلف، از طریق تغییر شکلهای برشی باعث اتلاف انرژی می شوند. اینگونه میراگرها را عموما طوری در سیستم نصب می کنند که تنشهای وارد به آن ها نوع برشی باشد تا خاصیت میرایی خود را نشان بدهند. کاربرد عمومی این گونه میراگرها در سازه پل های بلند می باشد. این میراگرها باعث جلوگیری از ایجاد پدیده مخرب تشدید در ساختمان پل شده و مانع از تخریب پل در اثر بارهای باد می شود. این گونه میراگرها مانند اکثر میراگرهای دیگر به دلیل تاثیر گذاری عوامل مختلف روی میزان میرایی از تاریخ مصرف برخوردارند و در پایان تاریخ مصرفشان بایستی تعویض شوند. ممکن است در طول عمر یک سازه، چندین بار تعویض میراگرها صورت گیرد که بزرگترین نقطه ضعف اینگونه میراگرها همین امر می باشد .

میراگرهای اصطکاکی: (Friction Dampers) خواص میرایی یک ماده، همان طور که گفته شد جزیی از ذات ماده می باشد که با بوجود امدن برخی شرایط و تحت تاثیر برخی از پدیده ها، دچار اختلال می شود. در صورتی که این اختلال برای سیستمی که میراگرهایی با خواص میرایی درونی در ان وجود دارند ایجاد شود، سیستم دچار اشکال می شودکه این مسئله بزرگترین نقطه ضعف میراگرهای ویسکوالاستیک و متالیک می باشد

میراگرهای مایع لزج  : (Viscous fluid Damper)ایده این دسته از میراگرها نیز همان طور که ایده میراگرهای اصطکاکی از ترمز اتومبیل گرفته شده است از اتومبیل سرچشمه می گیرد. سیستم تعلیق اتومبیل از یک فنر و یک کمک فنر (میراگر) استفاده می کند که در تعامل با یکدیگر، ضربان وارده به اتومبیل از سوی زمین را جذب و انرژی استفاده می کند که در تعامل با یکدیگر، ضربات وارده به اتومبیل از سوی زمین را جذب و انرژی انها را اتلاف می کنند. اگر ستونهای یک سازه را به عنوان فنر در نظر بگیریم، در واقع با ایجاد کمک فنر (میراگر) در کنار انها می تونیم انرژِی وارده به سازه در اثر زلزله را اتلاف کنیم.

میراگر جرم هماهنگ شده : (Tuned mass damper) در این میراگر، سازه و میراگر نقش یک سیستم دو قسمتی را باز می کنند. جرم میراگر، روی سازه قرار می گیرد ولی میراگر توسط غلتک هایی می تواند در جهت افقی حرکت آزادانه داشته باشد. در هنگام زلزله نیروی جدیدی توسط میراگر در جهت میراسازی انرژی زلزله به سیستم اعمال می شود.

Pro_Damper_1

در این ویدیو خواهید دید :

بررسی انواع دمپرها و نحوه عملکرد آنها – بررسی آیین نامه مرتبط با دمپرها.

Pro_Damper_2

در این ویدیو خواهید دید :

مدل سازی انواع دمپرها در نرم افزار ETABS 2016 :

دمپر ویسکوز

دمپر ویسکوز سیال

جداساز

دمپر اصطکاکی

دمپر تسلیمی  ADAS –TADAS

دمپر TUNED MASS