مدل سازی میراگر ضربه ای در قاب های ساختمانی به کمک المان GAP

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی سازه، جهاد دانشگاهی خوزستان، اهواز، ایران

چکیده

عامل اصلی تأثیرگذار در میراگرهای ضربه‌ای جهت کنترل نوسانات، ایجاد اغتشاش در دامنه نوسانات سازه با شکل‌گیری نیروهای کوچک ایجادشده توسط جرم‌های کمکی است که موجب کاهش نوسانات شدید می‌گردند. مدل‌سازی‌های انجام‌شده در حوزه میراگر ضربه‌ای تابه‌حال صرفاً از طریق نرم‌افزار متلب صورت گرفته است که طبعاً جنبه های کاربردی این نرم‌افزار در کارهای تحقیقاتی و مهندسی نسبت به نرم‌افزارهای معمول عمران همچون SAP2000, ETABS محدودتر می‌باشد. در این مقاله ابتدا به مدل‌سازی سیستم یک درجه آزاد تحت بارگذاری هارمونیک با بیشینه دامنه 0.4g در نرم‌افزار SAP2000 و مقایسه نتایج حاصل با مدل عددی پرداخته شده و در نهایت بعد از صحت سنجی مدل ساخته‌شده، سیستم یک درجه آزاد مجهز به میراگر ضربه‌ای تحت رکورد دو زلزله‌ بررسی می‌شود. بر اساس نتایج عدی مشخص شد، سیستم مجهز به میراگر ضربه‌ای تحت شتاب‌نگاشت زلزله‌های کوبه و نوتریج برای سازه های مدنظر در این مطالعه، به ترتیب منجر به کاهش 6% و 33% بیشینه دامنه ارتعاش می‌گردد. هم چنین در مدلسازی میراگر ضربه ای در سازه چهار طبقه با مهاربند همگرا باعث کاهش تغییرمکان نسبی طبقه تا 12% گردیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modeling impact damper in building frames using GAP element

نویسندگان [English]

  • Seyed Mehdi Zahrai 1
  • Alireza Heisami 2
1 Professor, School of Civil Engineering, College of Engineering, The University of Tehran, Tehran, Iran
2 MSc Student of Structural Engineering, Civil Engineering Department, University of ACECR Khuzestan, Ahwaz, Iran
چکیده [English]

Main effective factor in impact dampers to control vibration is to create disruption in structural oscillation amplitude using small forces induced by auxiliary masses to reduce strong vibrations. So far, modeling of the impact damper has been conducted solely through MATLAB software. Naturally, the functional aspects of this software are limited in research and development aspects compared to the common programs such as SAP2000 and ETABS. In this paper, a Single Degree of Freedom System, SDOF, is first modeled under harmonic loading with maximum amplitude of 0.4g in SAP2000 program. Then, the results are compared with numerical model. In this way, the proposed model is validated and the SDOF system equipped with an impact damper is investigated under the Kobe and Northridge earthquake records using SAP2000 model. Based on obtained results, the system equipped with an impact damper under the Kobe and Northridge earthquakes for structures considered in this study would have better seismic performance in which maximum displacements are reduced 6% and 33% respectively. Finally, impact dampers are modeled in a 4-story building structure with concentric bracing leading to 12% reduction in story drifts.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Non-linear damper
  • impact damper
  • single degree of freedom system
  • SAP2000 program

[1] Masri, S.F and Butt,A. S (1965), “Analytical and Experimental Studies of Impact Dampers”, Dissertation (Ph.D.), California Institute of Technology.

[2] Masri, S.F, (1973), “steady-State Response of a Multi-degree System with an Impact Damper”, Journal of Applied Mechanics., March 1973, pp 127-132.

[3] Cempel, Cz, (1974), “The Multi-Unit Impact Damper: Equivalent Continuous Force Approach”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 34, pp.199-209.

[4] Ranjit, K.R, Richards, D.R, Foster, J.E (1975), “The Application of Impact Dampers to Continuous Systems”, Journal of engineering for Industry, Nov. 97, pp 1317 1324.

[5] Saleh, Y.A.J, (1987), “Effect of Impact Dampers on the Forced Vibration of a free Standing Stack”, Dissertation (MS), Ohio University, Civil Engineering.

[6] Chalmers, R and Semercigl, S.E, (1991), “Impact Damping the Second Mode of a Cantilevered, Beam”, Journal of Sound and vibrations, Vol. 146. pp 157-161.

[7] Butt, A.S, (1994), “Application of Impact Dampers in Vibration Control of Flexible Structures”, NASA cigl, Structures and Mechanics Division, August 1994.

[8] Akl, F.A, Butt, A.S, (1995), “Application of Impact Dampers in Vibration Control of Flexible Structures”, NASA Johnson space center, Louisiana Tech University, Rustan, LA 71272.

[9] Cheng, C.C and Wang, J.Y, (2003), “Free Vibration Analysis of a resilient impact damper”, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 45, Page No.589 - 604.

[10] Frantisek, P, (2003), “More detail view on the dynamics of impact damper”, Mechanics, Automatic control and Robotics, Vol. 3, Page No.907 - 920.

[11] Durby, A.P, Li, K, (2005), “An Experimental Investigation into the use of a buffered impact damper”, Department of Architecture and Civil Engineering, University of Bath, Bath, BA2 7AY, UK.

[12] Nayeri, R.D, Masri, S.F, Caffrey, J.P, (2007), “Studies of the performance of Multi-Unit Impact Dampers under Stochastic Excitation”, Journal of Vibration and Acoustics, April 2007. Vol. 129. PP239-251.

[13] Afshari fard, A, (2007). “Application of impact dampers to reduce vibrations of structures”, M.Sc. thesis, Mechanical engineering group, Ferdowsi University, Mashhad, Iran.

[14] Zahrai, S.M and Rod, A.F, (2009), “Effect of Impact Damper on SDOF System Vibration under Harmonic and Impulsive Excitations”, Journal of Physics: Conference Series 181.

[15] Dehghan-Niri, E, Zahrai, S.M and Rod, A.F,) 2012). “Numerical studies of the conventional impact damper with discrete frequency optimization and uncertainty considerations”, Scientia Iranica, 19 (2), pp. 166–178.

[16] Zahrai, S.M., Rod, A.F. (2015). "Shake Table Tests of Using Single-Particle Impact Damper to Reduce Seismic Response", Asian Journal of Civil Engineering, Vol. 16, No. 3, pp. 471-487.