بررسی پارامتر‌های مؤثر بر عملکرد جداساز لرزه‌ای هسته سربی مجهز به آلیاژ حافظه‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و حمل و نقل، دانشگاه اصفهان، اصفهان

2 اصفهان، میدان آزادی، دانشگاه اصفهان، دانشکده فنی و مهندسی، گروه عمران

چکیده

در این پژوهش به بررسی تحلیلی و عددی سیستم جداساز ترکیبی هسته سربی با آلیاژ حافظه دار و بررسی پارامترهای مختلف مؤثر بر آن پرداخته شده است. پارامترهای مورد بررسی عبارتند از ابعاد جداساز، نوع آلیاژ حافظه‌دار و سطح مقطع سیم‌های آن، قطر هسته سربی، ضخامت لایه لاستیک و تنش فشاری. در این جداساز از آلیاژهای حافظه‌دار شکلی به عنوان واحد بازگرداننده و از هسته سربی به عنوان واحد اتلاف کننده انرژی استفاده شده است. بدین منظور یک مدل اجزای محدود از جداساز با استفاده از نرم‌افزار آباکوس مدل سازی شده و تأثیر پارامترهای مختلف ذکر شده بر عملکرد جداساز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که عملکرد لرزهای این جداساز، نسبت به سایر جداسازها بهتر بوده و در نهایت با توجه به اینکه چه نوع عملکردی از جداساز مدنظر است، می‌توان پارامترهای مورد مطالعه را به صورت بهینه به دست آورد. به عنوان مثال اگر اتلاف انرژی بیشتر مد نظر باشد به 4 طریق می‌توان عمل کرد: افزایش ابعاد جداساز، افزایش شعاع سیم‌های SMA ،افزایش قطر هسته سربی و یا افزایش ارتفاع جداساز. از بین موارد ذکر شده، افزایش شعاع سیم SMA و افزایش قطر هسته بیشترین اثرگذاری را دارا هستند. به طور مثال، در کرنش برشی 150 %اتالف انرژی در شعاع mm 2/5 و mm 4 به ترتیب ازJ 5080/2 به J 8376 افزایش پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effective Parameters on the Performance of hybrid lead rubber bearing system with shape memory alloy

نویسندگان [English]

  • Raheleh Mahmoodi 1
  • Hossein Tajmir Riahi 2
  • Mohammad Reza Zare 1
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Civil and Transportation Engineering, University of Isfahan
چکیده [English]

In this paper, numerical analysis of the hybrid lead rubber bearing system with shape memory alloy was investigated by the finite element method using ABAQUS software and the effectiveness of various parameters on its performance was examined. The studied parameters were the bearing dimensions, type of shape memory alloy and its cross-sectional area, the lead core diameter, the thickness of rubber layers and the compressive stress applied on the bearing. In this hybrid bearing, shape memory alloy wires were used as a recovery unit and lead core was used as a unit for energy dissipation. For this purpose, a finite element model of the bearing was modeled using the Abaqus software and the effect of the various parameters mentioned on the bearing performance has been investigated. The results showed that this hybrid bearing has better seismic performance than lead rubber bearing. Finally, depending on what kind of performance is required from the bearing, its specifications can be obtained optimally

کلیدواژه‌ها [English]

  • Base Isolation
  • Lead Rubber Bearing
  • Shape Memory Alloy
  • Passive control
  • seismic performance
[1]  F. Naeim and J. M. Kelly, Design of seismic isolated structures: from theory to practice. John Wiley & Sons, 1999.
[2]  W. R. a. L. Greenbank, “n extrusion energy absorber suitable for the protection of structures during an earthquake,” EarthquakeEngineering& Structural Dynamics, vol. 4, pp. 251-259, 1976.
[3]  T. Kelly, “Base Isolation of Structures,” Designguidelines. Auckland:HolmesConsultingGroupLtd, 2001.
[4]  W. H. Robinson, “Lead‐rubber hysteretic bearings suitable for protecting structures during earthquakes,” Earthquake Engineering& Structural Dynamics, vol. 10, pp. 593-604, 1982.
[5]  M. Shinozuka, S. R. Chaudhuri, and S. K. Mishra, “Shape- memory-alloy supplemented lead rubber bearing (SMA- LRB) for seismic isolation,” Probabilistic Engineering Mechanics,vol. 41, pp. 34-45, 2015.
[6]  R. DesRoches and M. Delemont, “Seismic retrofit of simply supported bridges using shape memory alloys,” Engineering Structures,vol. 24, no. 3, pp. 325-332, 2002.
[7]  M. Dolce, D. Cardone, and F. C. Ponzo, “Shaking‐table tests on reinforced concrete frames with different isolation systems,” EarthquakeEngineering& Structural Dynamics, vol. 36, no. 5, pp. 573-596, 2007.
[8]  E. Choi, T. Nam, J. Oh, and B. Cho, “An isolation bearing for highway bridges using shape memory alloys,” Materials Science and Engineering: A, vol. 438, pp. 1081- 1084, 2006.
[9]  F. Casciati, L. Faravelli, and K. Hamdaoui, “Performance of a base isolator with shape memory alloy bars,” Earthquake EngineeringandEngineeringVibration,vol. 6, no. 4, pp. 401- 408, 2007.
[10]  O. E. O. a. S. Hurlebaus, “Performance evaluation of shape memory alloy/rubber-based isolation systems for seismic response mitigation of bridges,” inSPIESmartStructures and Materials+ Nondestructive Evaluation and Health Monitoring,pp. 76473X-76473X-12, 2010.
[11]  O. E. O. a. S. Hurlebaus, “Evaluation of the performance of a sliding-type base isolation system with a NiTi shape memory alloy device considering temperature effects,” EngineeringStructures,vol. 32, pp. 238-249, 2010.
[12]   O. E. O. a. S. Hurlebaus, “Seismic assessment of bridge structures isolated by a shape memory alloy/rubber-based isolation system,” SmartMaterialsandStructures,vol. 20, pp. 15-30, 2010.
[13]  F. H. Dezfuli and M. S. Alam, “Shape memory alloy wire- based smart natural rubber bearing,” SmartMaterialsand Structures,vol. 22, no. 4, p. 045013, 2013.
[14]  F. H. Dezfuli and M. S. Alam, “Hysteresis model of shape memory alloy wire-based laminated rubber bearing under compression and unidirectional shear loadings,” Smart MaterialsandStructures,vol. 24, no. 6, p. 065022, 2015. 
[15]M. Abe, J. Yoshida, and Y. Fujino, “Multiaxial behaviors of laminated rubber bearings and their modeling. I: experimental study,” JournalofStructuralEngineering,vol. 130, pp. 1119-1132, 2004.
[16]   M. J. Asl, M. Rahman, and A. Karbakhsh, “Numerical Analysis of Seismic Elastomeric Isolation Bearing in the Base-Isolated Buildings,” Open Journal of Earthquake Research, vol. 3, no. 01, p. 1, 2014.
[17]   Y. Tanaka, Y. Himuro, R. Kainuma, Y. Sutou, T. Omori, and K. Ishida, “Ferrous polycrystalline shape-memory alloy showing huge superelasticity,” Science,vol. 327, no. 5972, pp. 1488-1490, 2010.
[18] M. Conti, M. De Beule, P. Mortier, D. Van Loo, P. Verdonck, F. Vermassen, P. Segers, F. Auricchio and B. Verhegghe, “Nitinol embolic protection filters: design investigation by finite element analysis,” Journal of Materials Engineering andPerformance,vol. 18, no. 5-6, pp. 787-792, 2009.
[19]  M. Ahmadipour and M. S. Alam, “Sensitivity analysis on mechanical characteristics of lead-core steel-reinforced elastomeric bearings under cyclic loading,” Engineering Structures,vol. 140, pp. 39-50, 2017.
[20]    Office of Deputy for Strategic Supervision, Bureau of Technical Execution System, "Guideline for Design and Practice of Base Isolation Systems in Buildings", 2010.
[21] A. A. o. State and W. Highway and Transportation Officials, DC., “AASHTO Guide Specifications for Seismic Isolation Design, First Edition.,” 1991.