بررسی رفتار لرزهای چلیکهای كش بستی
یكی از انواع سازههای فضاكار، سازههای كش بستی هستند. سازههای كش بستی، سیستمهای فضایی و سبك وزن هستند كه از تركیب میلههای فشاری و كابلهای كششی تشكیل شدهاند. ویژگیهایی مانند سبكی، احداث واحدی، تاشوندگی و گسترشپذیری و … باعث شده است كه این سازهها مورد توجه مهندسین عمران قرار گیرند.
از معایب این سازهها این است كه انعطافپذیر هستند و تغییر شكلهای بزرگی در این سازهها تحت بارگذاری مشاهده شده است. اگر چه متون علمی وسیعی راجع به رفتار لرزهای سازههای فضاكار وجود دارد، اما هیچكدام از آنها برای سازههای ك شبستی مناسب نیستند. زیرا سازههای كش بستی نوع خاصی از سازههای فضاكار هستند كه در آنها بایستی خودتنیدگی ایجاد شود و تحلیل این سازهها بر اساس پیش-تنیدگی استوار است.
از سازههای كش بستی با عنوان سازههای مقاوم در برابر زلزله یاد كرده اند. با این حال، این ویژگی سازههای كش بستی باید از طریق مطالعه رفتار لرزهای این سازهها اثبات شود. در سازههای فضاكار متداول، اعضای كششی بعد از ورود به ناحیه پلاستیك دارای رفتار سخت شدگی كرنشی هستند، بنابراین میتوانند نیروهای اضافی را جذب كنند. از این روی اعضای فشاری نقش اصلی را در تحلیل خرابی این سازهها ایفا میكنند. اما در سازههای كش بستی، اعضای كششی كه به صورت كابل هستند، بعد از ناحیه تسلیم دارای سخت شدگی كرنشی نیستند. در نتیجه برای این سازهها مكانیزم گسیختگی كششی نیز مطرح است.
عناصر كابلی در سازههای كش بستی، برعكس عناصر كششی در سازههای متداول، به دلیل تغییر حالت (حالت شل و سفت) باعث رفتار غیرخطی سازهها میشوند. این عوامل بیانگر اهمیت مطالعه رفتار لرزهای سازههای كش بستی هستند. سازههای كش بستی به دلیل ظاهرشان مورد توجه بسیاری از طراحان معماری و محققین قرارگرفتهاند. با وجود این شبكههای فضایی پیشنهاد شده توسط محققینی كه با اعضای كشبستی مونتاژ شدهاند، معمولاً برای استفاده كاربردی ساخته نشدهاند برای این كه سیستمهای كش بستی از حالت تئوری به صورت سیستمهای سازهای و معماری عملی دربیایند، مطالعات كامل و عمیقی روی رفتار سازههای این سیستمها باید انجام گیرد.
سیستم كش بستی
تحلیل كامل یك سیستم كش بستی شامل سه مرحله است.
- مرحله اول فرم یابی
- مرحله دوم انجام خودتنیدگی
- مرحله سوم مطالعه رفتار تحت بارهای خارجی
با استفاده از روشهای فرمیابی در واقع یك هندسه متعادل خود تنیده خنثی برای سیستم ایجاد میشود. خود تنیدگی معرفی شده ممكن است مكانیزمها را كه مكانیزمهای بسیار كوچك هستند پایدار كند و یا پایدار نكند و باید این مورد كنترل شود. روشهای فرمیابی به دو دسته كلی روشهای سینماتیكی و روشهای استاتیكی تقسیم میشوند.
مطالعات تحلیلی كه تا به حال روی سازههای كش بستی انجام گرفته را میتوان به دو بخش استاتیكی و دینامیكی تقسیم نموده و نتایج حاصل از این تحلیلها را مرور نمود. تحلیلهای استاتیكی را میتوان به دو خانواده خطی و غیر خطی تقسیمبندی نمود.
نوع و مراحل تحلیل در سازههای كشبستی سه عامل باعث رفتار غیر خطی میشود كه شامل موارد زیر است.
تغییر حالت
عناصر كابلی، نوعی رفتار غیر خطی را به نمایش میگذارند كه وابسته به حالت است. چرا كه این عناصر دارای دو حالت شل و سفت هستند. شایان ذكر است كه تغییر حالت در عناصر كابلی به بارگذاری بستگی دارد.
غیر خطیهای هندسی
در سازههای كش بستی، عوامل زیر باعث رفتار غیر خطی هندسی میشوند.
- كوتاه شدگی طول اعضاء تحت نیروهای محوری
- تغییر طول اعضاء به خاطر خمیدگی (برای این حالت، ناكاملی هندسی تأثیر بسزایی دارد)
- در این سازهها، اندازه تغییر مكانها ممكن است بزرگ باشند؛ حتی اگر تغییر شكلها كوچك باشند
- همچنین در این سازهها، به دلیل اعمال پیش تنیدگی، سخت شدگی تنش رخ میدهد. در نتیجه سختی به صورت تابعی از تغییر مكان در میآید.
غیر خطیهای مصالح
با توجه به نتایج آزمایش، رفتار مشخصه عناصر كابلی به صورت غیر خطی است. همچنین رفتار تنش محوری – كرنش محوری برای عناصر فشاری نیز غیرخطی است.
مراحل تحلیل به صورت زیر خواهد بود.
- تحلیل استاتیكی جهت طراحی اولیه سازه.
- تحلیل ویژه مقادیر جهت تعیین ویژه مقادیر موجود سازه
- تعیین ضرایب میرایی رایلی برای اعمال در ماتریسهای سختی و جرم سازهای برای ایجاد ماتریس میرایی سازه.
- تحلیلهای دینامیكی غیر خطی با شتاب نگاشت زلزلههای مختلف، جهت به دست آوردن تأثیر پارامترهای مورد بررسی بر رفتار لرزهای چلیكی كش بستی.
نتیجه گیری
- هر چقدر كرنش اولیه برای پیش تنیدگی كابلها بیشتر شود، پریودهای طبیعی كوچكتر میشود.
- وقتی سازه چلیكی كش بستی به حالت مسطح نزدیكتر باشد در این صورت مودهای قائم نقش مؤثرتری به خود میگیرند و اغلب پریودهای بالا متعلق به مودهای قائم هستند و در نتیجه لازم است در محاسبه نیروی زلزله، زلزله در جهت قائم نیز درنظر گرفته شود.
- وقتی سازه چلیكی كش بستی قوسیتر باشد، در این صورت مودهای قائم نقش خود را از دست داده ولی در عوض مودهای افقی مودهای غالب هستند.
- وقتی سازه چلیكی كش بستی از حالت مسطح دورتر میشود، در این صورت بیشترین ضریب مشاركت مربوط به موداول بوده و این مود، مود غالب بوده و از تأثیر مودهای بالاتر كاسته میشود.
- تحت مؤلفة افقی شتاب زلزله در سازه پاره شدگی كابل یا كمانش میله اتفاق میافتد، در حالی كه در ازای مؤلفخ قائم، زلزله هیچ گونه چاره شدگی كابل یا كمانش میله در سازه اتفاق نمیافتد كه نشان میدهد سازه چلیكی كشبستی در مقابل مؤلفه افقی نیروی زلزله آسیبپذیر و در مقابل مؤلفه قائم نیروی زلزله مقاومتر هستند.
- تحت مؤلفه افقی زلزله، با افزایش نسبت خیز به دهانه تغییر مكانها بزرگتر میشوند و با افزایش نسبت پیش تنیدگی تغییر مكانها كوچكتر میشوند.
- تحت مؤلفة قائم زلزله، با افزایش نسبت خیز به دهانه و همچنین با افزایش نسبت پیش تنیدگی تغییر مكانها كوچكتر میشوند.
- تحت مؤلفة افقی شتاب زلزله، با افزایش نسبت خیز به دهانه زمان اتفاق افتادن پارگی كابل یا كمانش میله زودتر شده و با افزایش نسبت پیش تنیدگی زمان اتفاق افتادن پارگی كابل یا كمانش میله دیرتر میشود.
