میراگرهای لرزه ای

با توجه به قرارگیری کشور ایران در منطقه ی با لرزه خیزی زیاد، استفاده از روش های مقاوم سازی ساختمان ها برای مقاومت در برابر زلزله و کاهش خرابی های ناشی از آن توصیه می شود. ساخت نامناسب سازه ها، در هنگام زلزله باعث خرابی و خسارات جانی و مالی فراوان می گردد. اگر مهندسان در ساخت این بناها، از توانایی کافی بر خوردار باشند،همه ساله شاهد این گونه خسارات جانی و مالی نخواهیم بود. از جمله راهکارهای مقاوم سازی دربرابر زلزله، استفاده از میراگرهای لرزه  ای می باشد.

میرایی یکی از خصوصیات ذاتی مواد می باشد. با توجه به اینکه میرایی داخلی (که به جنس ماده بستگی دارد) در جامدات تحت تاثیر عوامل مختلفی نظیر تاثیرات حرارتی و پدیده خستگی تغییر می کند برای اینکه بتوانیم مصالح با میرایی معلوم داشته باشیم بایستی تاثیرات این عوامل را در مصالح مورد نظر به حداقل برسانیم. روش های مختلفی برای تولید مصالح دارای میرایی معلوم که اصطلاحاً میراگر یا دمپر نامیده می شوند، وجود دارد.

زمین لرزه های معمول اغلب دارای زمان تناوب هایی در محدوده ی 0.10 تا 1 ثانیه می باشند. سازه های با زمان تناوب 0.1 تا 1 ثانیه در مقابل این زمین لرزه ها آسیب پذیرتر هستند، چرا که ممکن است در آن ها پدیده تشدید رخ دهد. مهم ترین ویژگی میراگرها، ایجاد انعطاف پذیری است که باعث افزایش زمان تناوب طبیعی سازه می شود. افزایش زمان تناوب طبیعی احتمال رخ داد پدیده ی تشدید را کاهش می دهد، و هم چنین باعث کاهش شتاب در سازه می شود و این امر روی جابه جایی های افقی نیز تأثیرگذار است. افزایش زمان تناوب و آثار آن در مقادیر حداکثر جابه جایی در سازه ی جداسازی شده با میرایی کم ممکن است در زمین لرزه های قوی به حدود یک متر نیز برسد،و میرایی می تواند این مقدار را به حدود50 تا 400 میلی متر برساند.

هدف اصلی در استفاده از میراگرهای لرزه ای جلوگیری از انتقال تمام نیروی زلزله از زمین به سازه میباشد و مهم ترین مزیت استفاده از میراگرها برای مقابله با بار زلزله در مقابل سایر روش ها مثل استفاده از المان های باربر مثل دیوارهای برشی، قاب خمشی و … این است که در این روش نیروی زلزله یا به سازه وارد نمی شود یا درصد کمی از آن وارد می شود.

نتایج استفاده از میراگرهای لرزه ای

همان طور که اشاره شد استفاده از میراگرها باری مقابله با بارهای جانبی مزیت های فراوانی دارد که می توان به طور خلاصه به موارد زیر اشاره کرد:

• کاهش تغییر مکان سازه
• کاهش دریفت سازه
• کاهش شتاب وارد شده از طرف نیروهای خارجی به سازه
• کاهش خسارات
• کاهش وزن ساختمان به دلیل استفاده از المان های سبک تر

انواع سیستم های میراگرهای لرزه ای

میراگرهای لرزه ای ویسکوالاستیک

برای ساخت میراگرهای لرزه ای ویسکوالاستیک از مواد الاستومری و پلاستیکی استفاده میشود. این میراگرهای لرزه ای با تغییرشکل های برشی نیرو و انرژی وارد شده ناشی از زلزله را مستهلک میکنند. ساختار میراگرهای لرزه ای ویسکوالاستیک به صورتی است که مواد پلاستیکی و الاستومری در چند لایه روی هم قرار فشرده می شوند و بین ورق های فولادی قرار میگیرند.

نحوه عملکرد این مراگرها به گونه است که تغییر مکان وارد شده ناشی از هرگونه نیروی خارجی مثل زلزله را به تغییر شکل های برشی تبدیل کرده و با همین تغییر شکل نیرو موجب مستهلک شدن و از بین رفتن آن میشوند. خصوصیت مکانیکی این میراگرها به درجه حرارت و فرکانس بارگزاری وابسته است و عمده ترین مشکل این میراگرهای لرزه ای طول عمر آن ها است که باید پس از مدتی تعویض شوند.

همان طور که اشاره شد  میراگرهای لرزه ای ویسکوالاستیک برای انجام وظیفه خود نیاز به تغییر مکان دارند لذا بهترین محل استفاده از این میراگرهای لرزه ای در مکانی است که بیشترین تغییر مکان نسبی در آن صورت می پذیرد. بادبندها و مهاربندها از جمله بهترین محل ها برای استفاده از میراگرهای لرزه ای ویسکوالاستیک میباشد.

میراگرهای لرزه ای ویسکوز

ایده اصلی استفاده از میراگرهای لرزه ای ویسکوز، از سیستم ترمز اتومبیل گرفته شده است. ساختمان این میراگرهای لرزه ای از یک پیستون و یک سیلندر تشکیل شده است که درون آن مایع لزجی وجود دارد که وظیفه مستهلک کردن انرژی را برعهده دارد. با توجه به تراکم ناپذیری سیالات و بروز رفتار مناسب در برابر ارتعاشات می توان گفت که این سیستم بهترین سیستم میراگرهای لرزه ای موجود است.

روش نصب میراگرهای لرزه ای ویسکوز عموما به دو صورت زیر می باشد:

• نصب در فونداسیون (عملکرد به صورت ترکیبی با جداساز لرزه ای)
• نصب در بادبندها

میراگرهای لرزه ای اصطکاکی

یکی دیگر از انواع میراگرهای لرزه ای که به خوبی توان مستهلک کردن انرژی و نیروی دینامیکی وارد شده به خود را دارد و استفاده از آن ها صرفه اقتصادی هم دارد میراگرهای لرزه ای اصطکاکی هستند. اساس کار این نوع از میراگرهای لرزه ای استهلاک انرژی از طریق به وجود آوردن نیروی اصطکاک بین دو سطح جامد است.

اساس طراحی و عملکرد این سیستم ها به گونه ای است که در مقابل بارهای سرویس و بارهای جانبی خفیف نلغزد به عبارت دیگر این میراگرهای لرزه ای برای نیروی خاصی طرح شده اند که تا آن نیرو به سازه وارد نشود، آن ها شروع به کار نمیکنند اما به محض وارد شدن این نیرو شروع به کار کرده و جذب انرژی زیادی انجام میدهند. از جمله مهم ترین ویژگی این میراگرهای لرزه ای این سات که دوره تناوب طبیعی سازه را با توجه به ارتعاش وارد شده طوری تنظیم میکند که پدیده تشدید اتفاق نیوفتد.