فهرست مطالب
فصل 1 مقدمه 1
1-1 مقدمه 2
1-2 ضرورت و اهداف تحقیق 3
1-3 ساختار پایان­نامه 4
فصل 2 مروری بر منابع 5
2-1 مقدمه 6
2-2 مفاهیم اولیه انرژی 6
2-2-1 معادلات انرژی در سیستم یک درجه آزادی 7
2-2-2 معادله انرژی مطلق 8
2-2-3 معادله انرژی نسبی 9
2-2-4معادلات انرژی در سیستم چند درجه آزادی با رفتار غیرخطی……………………………..9
2-2-5 تجزیه انرژی ورودی به عبارت­های مختلف انرژی 10
2-2-5-1 انرژی ورودی ) 11
2-2-5-2 انرژی هیسترتیک( ) 11
2-2-5-3 انرژی میرایی لزج یا ویسکوز( ) 12
2-2-5-4 انرژی جنبشی ( ) 12
2-2-5-5انرژی الاستیک( ) 13
2-2-6 تأثیر پارامترهای سازه­ای بر انرژی ورودی 13
2-2-6-1 تأثیر دوره تناوب سازه 13
2-2-6-2 تأثیر نسبت شکل‌پذیری و مدل هیسترتیک در انرژی ورودی 14
2-2-6-3 تأثیر نسبت میرایی در انرژی ورودی 14
2-3 شاخص‌های خسارت 14
2-3-1 شاخص­های خسارتی بیشینه تغییرشکل 15
2-3-1-1 نسبت شکل‌پذیری 15
2-3-1-2 تغییر مکان نسبی بین طبقه‌ای 16
2-3-1-3 نسبت خسارت خمشی 16
2-3-2 شاخص­های خسارتی تجمعی 16
2-3-2-1 تغییر شکل‌های تجمعی نرمال شده 17
2-3-2-2 انرژی تلف‌شده تجمعی نرمال شده 17
2-3-2-3 خستگی سیکل کوتاه 17
2-3-3 شاخص­های ترکیبی 18
2-3-3-1 تغییر مکان حداکثر و اتلاف انرژی 18
2-3-3-2 منحنی لنگر – انحنا 19
2-3-4 شاخص­های خسارت بیشینه شکل­پذیری 19
2-3-5 میانگین وزنی شاخص­های خسارت 20
2-3-6 تاریخچه شاخص خسارت 20
2-4 کنترل‌های لرزه­ای 24
2-4-1 انواع سیستم های کنترل‌کننده لرزه­ای 24
2-4-1-1 سیستم کنترل‌کننده غیرفعال 25
2-4-1-2 سیستم کنترل‌کننده فعال 26
2-4-1-3 سیستم کنترل‌کننده پیوندی 27
2-4-1-4 سیستم کنترل‌کننده نیمه فعال 28
2-5 میراگرها 28
2-5-1 میراگرهای جرمی تنظیم شده 29
2-5-2 میراگر مایع تنظیم شده 31
2-5-3 میراگر ویسکوز 42
2-5-4 میراگرهای تسلیمی (فلزی) 35
2-5-5 میراگرهای آلیاژ فلزی با تغییرشکل حافظه ای 38
2-5-6 میراگرهای اصطکاکی 40
2-5-7 میراگرهای ویسکوالاستیک 42
2-5-7-1 ساختار مواد ویسکوالاستیک 42
2-5-7-2 مشخصات دینامیکی میراگرهای ویسکوالاستیک 43
2-5-7-3 مدل‌سازی سازه‌های دارای میراگر ویسکوالاستیک 46
2-5-7-4 روش انرژی کرنشی مودال 48
2-5-7-5 روش طراحی 49
2-5-7-6 پیشینه کاربردی میراگرهای ویسکوالاستیک 51
فصل 3 معرفی و مدلسازی سازه­های موردمطالعه 54
3-1 مقدمه 55
3-2 قاب­های موردبررسی در این مطالعه 55
3-3 بارگذاری و طراحی قاب­ها در نرم­افزار ETABS ver9.5.0 56
3-4 چگونگی انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی 59
3-5 انتخاب شتاب‌نگاشت‌ها 60
3-6 هم‌پایه کردن شتاب‌نگاشت‌های انتخابی 61
3-7 خصوصیات نرم­افزار Perform 3D 61
3-7-1 المان­های مورداستفاده در نرم­افزار Perform 3D 61
3-7-2 گام زمانی در آنالیز غیرخطی نرم­افزار Perform 3D 62
3-7-3 تکنیک حل نرم­افزار Perform 3D 62
3-7-4 انرژی در نرم­افزار Perform 3D 62
3-7-4-1 محاسبه انرژیهای غیر الاستیک و کرنشی 63
3-7-4-2 خطای انرژی 65
3-7-5 فرضیات تحلیل دینامیکی و مدلسازی در نرم­ا­فزار Perform3D 65
3-7-6 مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم­افزار Perform 3D 65
3-7-7 کنترل صحت مدلسازی میراگر ویسکوالاستیک در نرم افزارPerform 3D 68
فصل 4 نتایج و تفسیر آنها 71
4-1 مقدمه 72
4-2 بررسی نتایج تغییر مکان نسبی طبقات 73
4-2-1 قاب 4 طبقه 73
4-2-2 قاب 8 طبقه 75
4-2-3 قاب 12 طبقه 77
4-2-4 نتایج میانگین تغییر مکان نسبی طبقات در قاب­ها 79
4-3 بررسی نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زمین­لرزه 81
4-3-1 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله لندرز 81
4-3-1-1 قاب 4 طبقه 81
4-3-1-2 قاب 8 طبقه 83
4-3-1-3 قاب 12 طبقه 83
4-3-2 نتایج تاریخچه زمانی انرژی ورودی زلزله طبس 84
4-3-2-1 قاب 4 طبقه 84
4-3-2-2 قاب 8 طبقه 85
4-3-2-3 قاب 12 طبقه 86
4-4 بررسی انرژی هیسترزیس در سازه 87
4-4-1 قاب 4 طبقه 88
4-4-2 قاب 8 طبقه 89
4-4-3 قاب 12 طبقه 90
4-4-4بررسی میانگین انرژی هیسترزیس وارد بر قاب­ها 91
4-5 بررسی انرژی باقی‌مانده در سازه 91
4-5-1قاب 4 طبقه 92
4-5-2 قاب­ 8 طبقه 93
4-5-3 قاب­ 12 طبقه 94
4-5-4بررسی میانگین انرژی باقی­مانده در قاب­ها 95
4-6 بررسی نسبت انرژی هیسترزیس به انرژی ورودی در قاب­ها 95
4-7 بررسی توزیع خسارت در ارتفاع قاب­های موردبررسی 96
4-7- قاب­ 4 طبقه 96
4-7-2 قاب­ 8 طبقه 98
4-7-3 قاب­ 12طبقه 100
4-7-4 نتایج میانگین شاخص خسارت طبقات در قاب­ها 102
4-8 بررسی شاخص خسارت کل سازه در قاب­های موردبررسی 104
/>4-9 بررسی برش پایه در سازه 105
4-9-1 قاب­ 4 طبقه 106
4-9-2 قاب­ 8 طبقه 107
4-9-3 قاب 12طبقه 108
4-9-4 نتایج میانگین برش پایه قاب­های موردبررسی 109
4-10 بررسی جابجایی بام در سازه 110
فصل 5 جمع‌بندی و پیشنهادها 111
5-1 مقدمه 112
5-2 نتیجه‌گیری 112
5-3 پیشنهادات 113
مراجع 115
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست شکل‌ها
شکل (1-1) خسارت جانی ناشی از زمین­لرزه­های مهم 3
شکل (2-1) مدل ریاضی حرکت یک سیستم یک درجه آزادی 8
شکل (2-2) تاریخچه زمانی انرژِی یک قاب خمشی فولادی 5 طبقه با میرایی 5 درصد 11
شکل (2-3) نحوه عملکرد میراگر جرمی، راست – چگونگی وارد شدن نیروی اینرسی میراگر، وسط – حرکت ساختمان به سمت راست، ثابت ماندن جرم و جمع وکشیده شدن فنرها، چپ – حرکت ساختمان به سمت چپ، ثابت ماندن جرم و جمع وکشیده شدن فنرها 30
شکل (2-4) میراگر مایع تنظیم‌ شده ستونی در برج ملینیوم 31
شکل (2-5) میراگر مایع تلاطمی 32
شکل (2-6) میراگر ویسکوز به همراه جزئیات آن 33
شکل (2-7) حلقه کامل انرژی تلف‌شده برای میرایی ویسکوز 35
شکل (2-8) میراگر تسلیمی مثلثی شکل (TADAS) و منحنی پسماند آن 36
شکل (2-9) میراگر تسلیمی X-شکل(ADAS) 36
شکل (2-10) سیستم بادبند شکل‌پذیر 37
شکل (2-11) میراگرهای تسلیمی در بادبندهای هم‌محور 37
شکل (2-12) منحنی‌های تنش و کرنش و جزییات انتقال حرارت برای اصطلاحاً رفتار فوق الاستیک 39
شکل (2-13) منحنی‌های تنش و کرنش و جزییات انتقال انرژی برای حالت میرایی هیسترزیس فلز ترد 39
شکل (2-14) حلقه‌های هیسترزیس برای میراگرهای آلیاژی با تغییر شکل حافظه‌ای a) رفتار فوق الاستیک SMA و b) میرایی هیسترزیس فلز ترد 40
شکل (2-15) حلقه‌های پسماند انواع میرایی‌ها 41
شکل (2-16) میراگر ویسکوالاستیک 42
شکل (2-17) منحنی پسماند میراگر ویسکوالاستیک 44
شکل (2-18) ضریب افزایش دینامیکی برحسب فرکانس بار وارده به فرکانس طبیعی سیستم مدل‌سازی 46
شکل (2-19) مدل تحلیلی ماکسول برای مواد ویسکوالاستیک 47
شکل (2-20) مدل تحلیلی کلوین برای مواد ویسکوالاستیک 47
شکل (3-1) مشخصات مقاطع قاب 4 طبقه 57
شکل (3-2) مشخصات مقاطع قاب 8 طبقه 57
شکل (3-3) مشخصات قاب 12 طبقه 58
شکل (3-4) جانمایی میراگر در قاب 8 طبقه 59
شکل (3-5) بارگذاری و باربرداری یک المان غیرخطی 63
شکل (3-6) تغییرات انرژی برای مسیرهای شکل (3-5) 64
شکل (3-7) نمودار مدول ذخیره برشی برحسب فرکانس. 66
شکل (3-8) نمودار مدول اتلاف برشی برحسب فرکانس. 66
شکل (3-9) ابعاد و اندازه ساختمان مورد آزمایش 68
شکل (3-10) منحنی هیسترزیس میراگر ویسکوالاستیک تحت زلزله السنترو 69
شکل (3-11) منحنی هیسترزیس حاصل از مدل‌سازی در    Perform3D 70
شکل (4-1) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور بدون میراگر 74
شکل (4-2) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور با میراگر 74
شکل (4-3) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک بدون میراگر 75
شکل (4-4) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک با میراگر 75
شکل (4-5) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور بدون میراگر 76
شکل (4-6) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور با میراگر 76
شکل (4-7) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک بدون میراگر 77
شکل (4-8) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک با میراگر 77
شکل (4-9) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور بدون میراگر 78
شکل (4-10) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور با میراگر 78
شکل (4-11) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک بدون میراگر 79
شکل (4-12) نتایج تغییر مکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک با میراگر 79
شکل (4-13) نتایج میانگین تغییرمکان نسبی طبقات در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 80
شکل (4-14) نتایج میانگین تغییرمکان نسبی طبقات در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 80
شکل (4-15) نتایج میانگین تغییرمکان نسبی طبقات در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 81
شکل (4-16) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور لندرز بدون میراگر 82
شکل (4-17) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور لندرز با میراگر 82
شکل (4-18) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز بدون میراگر 82
شکل (4-19) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز با میراگر 82
شکل (4-20) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور لندرز بدون میراگر 83
شکل (4-21) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور لندرز با میراگر 83
شکل (4-22) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز بدون میراگر 83
شکل (4-23) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز با میراگر 83
شکل (4-24) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور لندرز بدون میراگر 84
شکل (4-25) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور لندرز با میراگر 84
شکل (4-26) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز بدون میراگر 84
شکل (4-27) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک لندرز با میراگر 84
شکل (4-28) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور طبس بدون میراگر 85
شکل (4-29) قاب 4 طبقه تحت رکورد دور طبس با میراگر 85
شکل (4-30) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس بدون میراگر 85
شکل (4-31) قاب 4 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس با میراگر 85
شکل (4-32) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور طبس بدون میراگر 86
شکل (4-33) قاب 8 طبقه تحت رکورد دور طبس با میراگر 86
شکل (4-34) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس بدون میراگر 86
شکل (4-3) قاب 8 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس با میراگر 86
شکل (4-36) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور طبس بدون میراگر 87
شکل (4-37) قاب 12 طبقه تحت رکورد دور طبس با میراگر 87
شکل (4-38) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس بدون میراگر 87
شکل (4-39) قاب 12 طبقه تحت رکورد نزدیک طبس با میراگر 87
شکل (4-40) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، دردوحالت با و بدون میراگر 88
شکل (4-41) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 88
شکل (4-42) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 89
شکل (4-43) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 89
شکل (4-44) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 90
شکل (4-45) انرژی هیسترزیس وارد بر قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 90
شکل (4-46) میانگین انرژی هیسترزیس وارد بر قاب­ها تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 91
شکل (4-47) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، دردوحالت با و بدون میراگر 92
شکل (4-48) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 92
شکل (4-49) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 93
شکل (4-50) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 93
شکل (4-51) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور، در دو حالت با و بدون میراگر 94
شکل (4-52) نمودار انرژی باقیمانده در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 94
شکل (4-53) میانگین انرژی باقیمانده در قاب­ها تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک، در دو حالت با و بدون میراگر 95
شکل (4-54) نسبت میانگین انرژی هیسترزیس به انرژی ورودی در قابها تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 96
شکل (4-55) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت بدون میراگر 97
شکل (4-56) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت با میراگر 97
شکل (4-57) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت بدون میراگر 98
شکل (4-58) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت با میراگر 98
شکل (4-59) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت بدون میراگر 99
شکل (4-60) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت با میراگر 99
شکل (4-61) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت بدون میراگر 100
شکل (4-62) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت با میراگر 100
شکل (4-63) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت بدون میراگر 101
شکل (4-64) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در حالت با میراگر 101
شکل (4-65) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت بدون میراگر 102
شکل (4-66) نتایج توزیع خسارت در طبقات قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در حالت با میراگر 102
شکل (4-67) نتایج میانگین توزیع خسارت در قاب 4 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 103
شکل (4-68) نتایج میانگین توزیع خسارت در قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 103
شکل (4-69) نتایج میانگین توزیع خسارت در قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 104
شکل (4-70) نتایج میانگین خسارت کلی در قابهای موردبررسی تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک 105
شکل (4-71) برش پایه قاب 4طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 106
شکل (4-72) برش پایه قاب 4طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 106
شکل (4-73) برش پایه قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 107
شکل (4-74) برش پایه قاب 8 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 107
شکل (4-75) برش پایه قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه دور در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 108
شکل (4-76) برش پایه قاب 12 طبقه تحت رکوردهای حوزه نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 108
شکل (4-77) میانگین برش پایه قاب­های موردبررسی، تحت رکوردهای حوزه دور و نزدیک در دو حالت با و بدون میراگر (تن) 109
 
فهرست جدول‌ها
جدول (2-1) خواص یک میراگر ویسکوالاستیک نمونه 45
جدول (2-2) مقادیر نسبت میرایی و تغییرات فرکانس منطبق با آن برای یک میراگر ویسکوالاستیک خاص با فرض میرایی متناسب 48
جدول (3-1) مشخصات رکورد زلزله­های حوزه نزدیک مورد استفاده در این تحقیق 60
جدول (3-2) مشخصات رکورد زلزله­های حوزه دور مورد استفاده در این تحقیق 60
جدول (3-3) اطلاعات سختی و میرایی میراگر ویسکوالاستیک در قاب 4 طبقه 67
جدول (3-4) اطلاعات سختی و میرایی میراگر ویسکوالاستیک در قاب 8 طبقه 67
جدول (3-5) اطلاعات سختی و میرایی میراگر ویسکوالاستیک در قاب 12 طبقه 67
جدول (3-6) مشخصات مقاطع المان­های مورداستفاده 68
جدول (3-7) ابعاد و اندازه میراگر ویسکوالاستیک 69
جدول (4-1) جدول حالات مختلف بررسی قاب­ها در این پژوهش 73
جدول (4-2) مقادیر جابجایی بام برحسب سانتی‌متر برای رکوردهای حوزه دور 110
جدول (4-3) مقادیر جابجایی بام برحسب سانتی­متر برای رکوردهای حوزه نزدیک 110
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست نمادها
انرژی ورودی……………………………
انرژی جنبشی …………………………..
انرژی میرایی…………………………..
انرژی کرنشی الاستیک……………………..
انرژی هیسترتیک…………………………
شاخص خسارت پارک انگ…………………..
میراگر ویسکوالاستیک…………………… VED
مدول ذخیره برشی ……………………….
مدول اتلاف برشی…………………………
مدول مرکب برشی…………………………
سختی میراگر……………………………
میرایی میراگر………………………….
نسبت میرایی معادل ……………………..
مدول اتلاف………………………………
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

فصل 1
مقدمه
 
 

1-1 مقدمه
سالانه در جهان، به‌طور متوسط 10000 نفر در اثر زلزله می­میرند (شکل (1-1)). بررسی­های سازمان یونسکو نشان می­دهد که خسارت مالی ناشی از زلزله از سال 1926 تا 1950 میلادی، چیزی در حدود 10 میلیارد دلار بوده است. در این فاصله زمانی در آسیای میانه دو شهر و 200 روستا تخریب شدند. از آن موقع به بعد نیز چندین شهر ازجمله عشق­آباد (1948)، اقادیر (1960)، اسکو پیه (1963)، ماناگوا (1972)، گمونا و تانگ شان (1976)، مکزیکوسیتی (1985)، اسپیتاکا (1988)، کوبه (1995)، شهرهایی در ترکیه و تایوان