جداگرهای آونگی اصطکاکی

جداگرهای آونگی اصطکاکی نوعی سیستم جداسازی لغزشی است که بوسیله هندسه خاص خود، نیروی بازگرداننده ای را برای باز گرداندن سازه به حالت اولیه خود پس از ارتعاش فراهم می کند. اين سيستم با كاهش بارهای جانبی و حركات لرزشی انتقال يافته به سازه، میتواند از سازه و محتويات آن در برابر زلزله های شديد محافظت كند، خصوصا كاربرد آن قابليت استفاده در برابر لرزه های حوزه نزديک به گسل و در نواحی با خاک متوسط را دارا میباشد.

جداسازهای اصطکاكی آونگی از خصوصيات آونگ براي افزايش دوره تناوب سازه و جلوگيری از تشديد نيروهای زلزله استفاده میكنند. دوره تناوب اين جداساز به سادگی با انتخاب شعاع انحناي سطح مقعر بدست می
آيد و مستقل از جرم سازه میباشد. در اين جداساز حركات پيچشی سازه به حداقل ممکن میرسد، زيرا مركز سختی جداسازها بطور اتوماتيک در محل مركز جرم سازه قرار میگيرد. اين جداسازها داراي خواص تطبيقپذيري هستند كه میتواند پاسخگوي نيازهاي متفاوت ساختمانها، پلها و تجهيزات صنعتی باشد. دوره تناوب، ظرفيت بار قائم، ميرائی، ظرفيت تغييرمکان، و ظرفيت كششی جداساز می توانند بصورت مستقل انتخاب شوند. در اين جداسازها دوره تناوب ديناميکی از 1 تا 5 ثانيه، و ظرفيت تغيير مکان تا 150 سانتیمتر میتواند فراهم شود. همچنين تأمين نيروي اصطکاک ديناميکی از 3 تا 20 درصد وزن سازه امکان پذير است. ميرائی موثر در محدوده 10 تا 40 درصد میباشد. هر جداساز میتواند بار قائمی تا حدود 15000 تن و بار كششی تا حدود 10000 تن را به شرط استفاده از جزئيات خاص تحمل كند. خواص چندگانه جداسازهای اصطکاكی آونگی اجازه میدهد تا طراحی جداسازي لرزهاي براي بهترين عملکرد و كمترين هزينه ساخت بهينه شود.

مشخصات مقاومتی جداگرهای آونگی اصطکاکی

خصوصيات آونگی اين جداسازها باعث میشود در حداقل كردن اثرات مخرب حركات پيچشی كه باعث خروج از مركزيت های اتفاقی جرم میشود، بسيار موثر باشند. سختی ديناميکی جداسازها به طور مستقيم با وزن سازه متناسب است، بنابراين همواره مركز سختی جداسازها در محل مركز جرم قرار دارد. از آنجا كه نيروي اصطکاک نيز با وزن سازه متناسب است، مركز نيروهاي اصطکاكی هم در مركز جرم سازه قرار دارد. بنابراين نيروهای سختی و اصطکاكی بصورت اتوماتيک براي خروج از مركزيت هاي اتفاقی جرم تنظيم میشوند.
آزمايش های ميز لرزان نشان داده است كه اين خصوصيات پيچشی جداساز، بطور مشخصی حركات پيچشی
و تنش ناشی از آن در سازه را كاهش میدهد، ايمنی سازه را بالا برده و تغييرمکان جداسازها را كاهش میدهد. تغييرمکان كمتر جداساز ابعاد درز لرزه اي مورد نياز و مخارج آن را كاهش میدهد.

سختی فشاری جداگرهای آونگی اصطکاکی

سختی فشاری جداسازهای اصطکاكی آونگی بطور معمول در حدود 7 تا 10 برابر بزرگتر از جداسازهای الاستومری است. جداسازهای اصطکاكی آونگی سختی قائم خود را در تغييرشکل جانبی طرح حفظ میكنند. در جداسازهای الاستومری معمولی سختی قائم در تغييرمکان طرح در مقايسه با حالت تغييرشکل نداده، به حدود نصف میرسد. بنابراين، سختی قائم كه در مقابل لنگر واژگونی مقاومت میكند در جداسازهاي اصطکاكی 14 تا 20 برابر بزرگتر از جداسازهای الاستومری میباشد. اين سختی قائم نزول سختی ديوار برشی سازه بعلت حركت گهواره ای حول پايه را به حداقل میرساند، و نياز به تحمل نيروی واکنش در جداساز را كاهش میدهد و همچنين نياز به ديوار و خرپای توزيع را در پايه ساختمان به منظور افزايش بازوي لنگر مقاوم در برابر لنگر واژگونی را كاهش میدهد. اين عوامل بطور مشخصی هزينه استفاده از جداساز را كاهش میدهند.
همچنين سختی قائم بيشتر اين نوع جداسازها منجر به دوره تناوب قائم كمتر میشود، تا در مقابل دامنه حركات قائم ديناميکی در معرض خطر كمتری باشد. دوره تناوب قائم يک جداساز اصطکاكی آونگی معمولی تقريباً برابر 0/03 ثانيه می باشد. كه طبق طيف طرح استاندارد ضريب بزرگنمايی ديناميکی آن در حدود 1/3 است. در صورتی كه دوره تناوب قائم يک جداساز الاستومری معمولی در تغييرشکل جانبی طراحی تقريباً برابر 0/1 ثانیه و ضريب بزرگنمايی ديناميکی آن در حدود 2 می باشد. ضريب بزرگنمايی ديناميکی كمتر براي جداساز اصطکاكیآونگی بارهاي قائم ناشی از حركات قائم زمين لرزه را كاهش داده و باعث بهبود پايداري بارهاي قائم در مقايسه با جداسازهای الاستومری میشود.

انواع جداگرهای اصطکاکی آونگی

جداسازهای آونگی اصطکاكی را میتوان در سه نوع طراحی و توليد كرد:

• جداگرهای اصطکاكی آونگی ساده
• جداگرهای اصطکاكی آونگی دوگانه
• جداگرهای اصطکاكی آونگی سه گانه

جداگرهای اصطکاكی آونگی ساده

جداساز اصطکاكی آونگی ساده نوع اصلی و پايه ای جداساز اصطکاكی آونگی می باشد. لغزنده ساده بار قائم تکيه گاهی را در مركز عضو سازه ای حساس به خروج از مركزيت نگاه میدارد. اين امر زمانی كه يک سيستم سازه ای، در بالا يا پايين جداساز، حساس و ديگري غير حساس باشد موجب كاهش چشمگير هزينه به كارگيری جداسازها میشود. مثلا براي بکارگيری در حد فاصل ستون و پی میتوان خروج از مركزيت را به پی منتقل ساخت و ستون را تحت بارهاي محوري حفظ كرد.
جداسازهای ساده دارای ارتفاع كمتری نسبت به ساير انواع می باشند كه می تواند در بعضی موارد نصب را راحتتر نمايد. جداسازهاي آونگی ساده را می توان به همراه جزئياتی طراحی كرد كه نيروي بركنش را تحمل نمايند.

جداگرهای اصطکاكی آونگی دوگانه

جداگرهای اصطکاكی آونگی دوگانه با تقسيم سطوح حركت به دو سطح مشابه موجب كاهش تغيير مکان های جانبی جداساز و تقليل آن به نصف میشوند. با استفاده از اين نوع جداساز، هم سازه و هم قسمت زيرين آن تحت نيروهای خروج از مركزيت قرار میگيرند. با تغيير ضريب اصطکاک سطوح بالا و پايين جداساز میتوان ترتيبی اتخاذ نمود كه هر يک از سطوح جداساز در يک سطح زلزله متفاوت وارد عمل شوند. براي مثال سطوح با ضريب اصطکاک 2% در زلزله با دوره بازگشت 200 ساله . سطوح با ضريب اصطکاک 5% در زلزله با دوره بازگشت 500 ساله وارد عمل شوند.

جداگرهای اصطکاكی آونگی سه گانه

جداگرهای اصطکاكی آونگی سه گانه حالت تعميم يافته جداساز آونگی دوگانه میباشد كه سه آونگ را با هم بصورت سری بکار میگيرد و مشخصات هر كدام براي بهينه كردن پاسخ لرزهاي سازه در زمين لرزه های با قدرت وفركانس های متفاوت انتخاب میشود. اين نوع جداساز دارای مزايای زيادی از جمله عملکرد بهتر لرزه ای، ابعاد و هزينه ساخت كمتر در قياس با تکنولوژی عادی جداسازی لرزه ای است. خصوصيات هر يک از سه آونگ طوری انتخاب میشود كه به ترتيب در زلزله های با قدرت متفاوت فعال شوند. با افزايش حركات زمين تغييرشکل جداساز نيز افزايش میيابد. در تغييرشکل های بزرگتر طول موثر آونگ و ميرائی آن افزايش يافته، كه در نتيجه آن نيروهای لرزه ای و تغييرشکل های جداساز كاهش می يابد.

اين جداساز از يک لغزنده تشکيل شده كه در امتداد دو سطح مقعر كروی میلغزند. مشخصات داخلی جداساز بطور معمول طوری انتخاب میشود كه شتاب های وارد به سازه كاهش داده شود و درصد مشاركت مدهای بالاتر به حداقل ممکن رسيده و نيروی برش سازه كه در سطح زمين لرزه بهره برداری می باشد نيز كاهش پيدا كند. دو لغزنده محدب در امتداد دو سطح مقعر میلغزند كه شامل دو جداساز آونگی مستقل بيشتر میباشد. مشخصات آونگ دوم نيز بطور معمول به گونه ای انتخاب میشود كه نيروهای برشی سازه را كه در هنگام زمين لرزه در پايه بوجود می آيند به حداقل برساند كه منجر به كاهش هزينه ساخت خواهد شد. خصوصيات آونگ سوم در راستای حداقل كردن تغييرشکل های جداساز تحت حداكثر زمين لرزه محتمل انتخاب میشود. اين امر موجب كاهش ابعاد و هزينه جداسازها و همچنين كاهش تغييرشکل و در نتيجه كاهش درز لرزه ای سازه خواهد شد.