base isolation( یا هزرل رگادج یحارط · 2017. 2. 5. · هیوخ اضریلع )base...

ضا خویهعلیر (Base Isolationجداگر لرزه ای ) طراحی

ation.irEduc-Etabs 1

(Base Isolationجداگر لرزه ای ) طراحی

Etabs 2015فزار نرم ادر

خویهعلیرضا

Etabsدوره های پیشرفته ی مدرس

SAP2000 , OpenSeesنرم افزار های مدرس

Education.ir-Etabs

93928390299تماس: شماره

http://etabs-education.blog.ir/




LRB (Lead Rubber Bearing)مراحل طراحی و مدلسازی جداگر از نوع

خصوصیات ماده مورد نظر انتخاب -1 -1

توسط شرکت بریچستون منتشر 1339صات یک نمونه لاستیک که در سال جدول نمونه از مشخ

دهد.شده است رابطه بین سختی الاستومر و سایر مشخصات آن را در موارد آزمایش شده نشان می

شود که دارای خصوصیات زیر است:در این پروژه استفاده می IRHD-50از لاستیک

220 Young’s Modulus

)2E(N/cm

64 r modulus Shea

)2(N/cm

0.73 Modified Factor

(K)

محاسبه ارتفاع کل لایه های لاستیک -2 -1

𝜸𝒎𝒂𝒙 = کرنش برشی ماکزیمم 𝟓𝟎%

𝒕𝒓 =𝑫𝑫

𝜸𝒎𝒂𝒙=

𝟏𝟓

𝟎.𝟓= 𝟑𝟎𝒄𝒎




(Lead Plugطراحی هسته سربی ) -3 -1

هسته سربی برای تامین سختی اولیه مورد نیاز در تکیه گاه و از بین بردن انرژی ارتعاشی در زلزله

سرب طراحی می سلیم شدید از طریق فرآیند ت شدید و سبتا سربی با در های ن سته شود. در طراحی ه

مقاومت تغییرمکان بین-نظر گرفتن سختی پیش از تسلیم و سختی پس از تسلیم و رفتار دو خطی نیرو

𝜉یا نسبت میرایی موثر 𝑊𝑑با میزان انرژی مستهلک شده 𝑄𝑑مشخصه 𝑒𝑓𝑓

شود:رابطه زیر برقرار می

انرژی تلف شده در هر سیکل برابر است با:

𝑊𝐷 = 2𝜋𝐾𝑒𝑓𝑓𝐷2𝛽𝑒𝑓𝑓

𝑊𝐷 = 2𝜋 × 63503.35 × 0.152 × 0.15 = 1346.6 𝑘𝑔. 𝑚

مساحت حلقه هیسترزیس برابر است با:

𝑊𝐷 = 4𝑄𝑑(𝐷 − 𝐷𝑦)

برابر است با: 𝑄𝑑مقدار مقاومت تسلیم سرب 𝐷در مقابل 𝐷𝑦با صرف نظر کردن از

𝑄𝑑 =𝑊𝑑

4𝐷=

1346.6

4 × 0.15= 2244.33 𝑘𝑔

𝐴𝑝 =𝑄𝑑

𝑓𝑝𝑦=

2244.33

882000= 2.55 × 10−3 = 25.5 𝑐𝑚2

𝑓𝑝𝑦 ست که باربر م سربی ا سته شی ه سلیم بر ست. 𝑀𝑃𝑎 8.82قاومت ت شده ا در نظر گرفته

گیریم.در نظر می 6𝑐𝑚بنابراین قطر هسته سربی را برابر با

𝐴 = 28.27𝑐𝑚2

𝑄𝑑 = 0.002827 × 882000 = 2493.72 𝑘𝑔




هر لایه لاستیک 𝑨محاسبه مساحت -4 -1

sمحاسبه ضریب شکل -1 -0 -1

𝐾𝑦

𝐾ℎ=

𝐸𝑐 . 𝐴𝑡𝑟

𝐺. 𝐴𝑡𝑟

=

𝐸𝑐

𝐺= 𝐸.

1 + 2𝑘𝑆2

𝐺≥ 400

220 ×1 + 2 × 0.73𝑆2

64≥ 400

𝑆 =𝐴

𝐴𝑓≥ 8.9 & 𝑆 > 10 ⇒ 𝑆 = 15

:مدول فشاری قایم لاستیک و فولاد برابر است با

𝐸𝑐 = 𝐸(1 + 2𝑘𝑆2) = 22 × (1 + 2 × 0.73 × 152) = 7249𝑘𝑔

𝑐𝑚2

بر اساس تنش محوری مجاز 𝐴0محاسبه سطح مقطع موثر -8 -0 -1

𝜎𝑐 =𝑃𝐷𝐿+𝐿𝐿

𝐴0≤ 80

𝑘𝑔

𝑐𝑚2

داریم: با توجه به نتایج نرم افزار

𝑃𝐷𝐿+𝐿𝐿 = 314399 + 3656 = 101920 kg

𝐴0 =101920

80= 1274 𝑐𝑚2




از کرنش برشی ناشی از نیروی قائم )بارگذاری مرده و زنده(: 𝐴1محاسبه سطح مقطع موثر -9 -0 -1

𝛾𝑐|𝐷𝐿+𝐿𝐿 = 6𝑆𝑃𝐷𝐿+𝐿𝐿

𝐸𝑐𝐴𝑡≤

휀𝑏

3

6 × 15 ×101920

7249 × 𝐴1≤

500%

3 ⟶ 𝐴1 = 760 𝑐𝑚2

𝑲𝒓محاسبه سختی الاستیک تکیه گاه -5 -1

سختی پس از تسلیم تکیه گاه معمولا بیشتر از سختی تکیه گاه بدون هسته سربی است. این سختی

باشد. یک می1شود به همیت دلیل ضریب داخل پرانتز همواره بزرگتر از به شکل زیر معرفی می

𝐾𝑑 = 𝐾𝑟(1 +12𝐴𝑝

𝐴0)

شکل: رفتار غیرخطی جداساز لاستیکی با هسته سربی

سختی هسته سربی: -6 -1

𝐾𝑝𝑑 =𝑄𝑑

𝐷=

2493.72

0.15=

16624

8

𝑘𝑔

𝑚




𝐾𝑑 = 𝐾𝑒𝑓𝑓 − 𝐾𝑝𝑑 = 63503.35 − 16624.8 = 46878.53 𝑘𝑔/𝑚

46878.53 = 𝐾𝑟 (1 + 112 ×28.27

1274)

𝐾𝑟 = 13451.5 𝑘𝑔/𝑚

گسیختگی برشی جداگر: 𝐴𝑠𝑓قطع مینیمم محاسبه سطح م -7 -1

𝐴𝑠𝑓 =𝐾𝑟 . 𝑡𝑟

𝐺=

13451.5 × 0.3

64000= 630.5 𝑐𝑚2

𝑑 = 28.3 𝑐𝑚

آوریم:را به عنوان سطح مقطع کاهش یافته بدست می 𝐴2حال سطح مقطع

𝐴𝑟𝑒 =𝑑2

4(𝛽 − 𝑠𝑖𝑛𝛽) 𝑓𝑜𝑟 𝑎 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑏𝑒𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔

𝛽 = 2.03

𝐴𝑟𝑒 = 226 𝑐𝑚2

𝐴 = max(𝐴0, 𝐴1, 𝐴2) = max(1274, 760 , 226) = 1274 𝑐𝑚2

𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐴𝑟𝑢𝑏 + 𝐴 = 28.27 + 1274 = 1302.27 𝑐𝑚2

قطر انتخابی برابر است با:

𝑑 = 45 𝑐𝑚

𝐴 = 1590 𝑐𝑚2

کنیم:حال مقادیر زیر را آپدیت می

𝛽 = 2.46

𝐴𝑟𝑒 = 926 𝑐𝑚2




هر لایه لاستیک 𝑡محاسبه ضخامت

𝑠 =𝑑

4𝑡→ 𝑡 =

45

4 × 15= 0.75 𝑐𝑚

د کل لایه های لاستیک محاسبه تعدا

𝑁 =𝑡𝑟

𝑡=

30

0.75=40

محاسبه ضخامت ورق های فولادی -8 -1

𝑡𝑠 ≥(2(𝑡𝑖 + 𝑡𝑖+1). 𝑃𝐷𝐿+𝐿𝐿)

𝐴𝑟𝑒 . 𝐹𝑠≥ 2 𝑚𝑚

𝐹𝑠 = 0.6𝐹𝑦 → 𝑓𝑜𝑟 𝐴36 → 𝐹𝑠 = 0.6 × 2800 = 1600 𝑘𝑔/𝑐𝑚2

𝑡 >2 × (0.75 + 0.75) × 101920

926 × 1680= 1.96 𝑚𝑚

𝑡𝑠 = 2𝑚𝑚

سانتی متری در بالا و پایین برابر است با 8.5ارتفاع کلی جداگر با در نظر گرفتن دو پلیت

ℎ = 2 × 2.5 + (𝑁 − 1) × 𝑡𝑠 + 𝑡𝑟

ℎ = 5 + 39 × 0.2 + 30 = 42.8 𝑐𝑚

کنترل کرنش برشی -9 -1

𝛾𝑐|𝐷𝐿+𝐿𝐿 = 6𝑆𝑃𝐷𝐿+𝐿𝐿

𝐸𝑐𝐴𝑡≤

휀𝑏

3

𝛾𝑐 = 6 × 15 ×101920

7249 × 1590= 0.009 ≤

5

3= 1.67 𝑂𝐾

کنترل پایداری جداگر -11 -1

یابد. متوسط ازه های نسبتا سبک اهمیت بیشتری میکمانش جداساز در مواردی مانند جداسازی س




تنش ایجاد شده در جداساز نباید بیشتر از تنش بحرانی باشد:

𝜎𝑐

=𝑃

𝐴≤ 𝜎𝑐𝑟 =

𝐺. 𝑆. 𝐿

2.5 𝑡𝑟

𝐿 .برای جداگرهای لرزه ای با مقطع دایروی برابر قطر دایره است

𝑃

1590≤

64 × 15 × 45

2.5 × 30= 576

کنترل نسبت ابعاد هسته سربی -11 -1

1.5 ≤𝐻𝑝

𝑑𝑝≤ 5 𝑂𝐾

کنترل کرنش برشی برای بار زلزله -12 -1

𝛾𝑠𝑐 + 𝛾𝑒𝑞 + 𝛾𝑠𝑟 ≤ 0.75 휀𝑏

𝛾𝑠𝑐 = 6𝑆.𝑃𝐷𝐿+𝐿𝐿+𝐸𝑄

𝐸𝑐 . 𝐴𝑟𝑒

𝛾𝑒𝑞 =𝐷

𝑡𝑟

𝛾𝑠𝑟 =𝐵2. 𝜃

2. 𝑡. 𝑡𝑟

𝜃 =12𝐷𝑒

𝑏2 + 𝑑2




𝛾𝑒𝑞 =15

30= 0.5

𝜃 =12 × 15 × 0.05 × 1550

15502 + 7802=

13950

608400= 2.23𝐸 − 3

𝛾𝑠𝑟 =452 × 0.023

2 × 0.75 × 30= 0.104

𝑃𝐷𝐿+𝐿𝐿+𝐸𝑄 = 101920 + 46199 = 148119 kg

𝛾𝑠𝑐 = 6 × 0.15148119

7249 × 9.26= 1.98

0.5 + 0.104 + 1.98 = 2.56 ≤ 0.75 × 5 = 3.75 𝑂𝐾

جداگر Rolloutکنترل -13 -1

در آن جلوگیری شود. در Rolloutجابجایی جانبی جداگر نیز باید کنترل گردد تا از وقوع ناپایداری




واقع جداگر باید در حالت پایدار باشد.

شکل : حالت حدی پایدار جداگر لرزه ای در اثر زلزله

𝐷 ≤ 𝛿𝑟𝑜𝑙𝑙𝑜𝑢𝑡 =𝑃𝐷𝐿+𝐿𝐿+𝐸𝑄. 𝐿

𝑃𝐷𝐿+𝐿𝐿+𝐸𝑄 + 𝐾𝑑 . ℎ

𝐷𝑀 = 22 < 𝛿𝑟𝑜𝑙𝑙𝑜𝑢𝑡 =148119×0.45

148119+46878.53×0.428= 40 𝑐𝑚 OK

:مدلسازی جداگر در نرم افزار -2

استفاده شده است. برای مدلسازی خطی جداگر باید Rubber Isolationلسازی از لینک برای مد

پارامترهای زیر را به نرم افزار بدهیم.

𝐾𝑒𝑓𝑓 = 63503.53 𝑘𝑔/𝑚

𝐶𝑒𝑓𝑓 =4𝜋

𝑇𝐷𝑔𝑊𝛽 =

4𝜋

0.3 × 9.81× 𝑊 × 0.15 = 96873.1 𝑘𝑔. 𝑠𝑒𝑐/𝑚

طبق رابطه نعیم وکلی داریم:

𝐾1 = 10𝐾𝑑




𝐷𝑦 =𝑄

𝐾1 − 𝐾2=

2493.72

10 × 46878.53 − 46878.53= 0.6 𝑐𝑚

𝐹𝑦 = 𝑄 + 𝐾2 × 𝐷𝑦 = 2493.72 + 46878.53 × 0.006 = 2770 𝑘𝑔

تعریف مشخصات لینک در نرم افزار

Define > section properties > Link/Support Properties




ترسیم لینک ها:

شود. لینک تعریف شده دقیقا در زیر ستون های طبقه اول در فاصله نیم متری اعمال می




BASE ISOLATIONقبل و بعد از استفاده از مدل نتایج

مقادیر تنش در اعضا:




9.358بر شود تنش ها در تمام اعضا کاهش یافته اند. فقط در ستون طبقه اول این نسبت برامشاهده می

باشد. است که قابل قبول می

BASE ISOLATIONقبل و بعد از استفاده از مقادیر جابجایی

شود که مقادیر جابجایی کلی سازه افزایش داشته اند که امری منطقی است چراکه مقادیر مشاهده می

جابجایی نسبی سازه با جابجایی مطلق جداگر با هم جمع شده اند.




BASE ISOLATIONد از استفاده از قبل و بع مقادیر دریفت

شاهده می ستفاده از همانطور م BASE ISOLATIONشود مقادیر دریفت در طبقات بالا پس از ا

کاهش یافته استتت اما در طبقات پایین ایین مقدار بیشتتتر شتتده استتت ولی همچنان از مقدار مجاز آیین نامه

ش یافته اند. کمتر است. در سازه مهاربندی مهم مقادیر تنش در المان ها هستند که بسیار کاه


base isolation( یا هزرل رگادج یحارط · 2017. 2. 5. · هیوخ اضریلع )base...

Documents