جمعیت کثیری از جهان در مناطق زلزله خیز دنیا از جمله ایران زندگی می کنند که در آن نواحی خطر وقوع زلزله با شدت و فراوانی های مختلف وجود دارد. هر ساله وقوع زلزله ها موجب تلفات جانی وخسارات مالی فراوان می شود. در سالهای اخیر استفاده از مفاهیم انرژی در طراحی سازه های مقاوم لرزه ای رایج شده است و دانشمندان مقدار انرژی ورودی را به عنوان یک پارامتر قابل اعتماد برای تعریف پتانسیل خسارت یکسان زمین لرزه بیان کرده اند. برای آنکه تمام انرژی موجهای حاصل از زلزله به سازه انتقال نیابد از روشهای متعددی می توان استفاده کرد. در طول سال های مختلف تکنولوژی ساخت و طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله ، در جهت کاهش اثر زلزله بر ساختمان ها ، پل ها و نیز ملحقات مستعد آسیب پذیر آنها پیشرفت زیادی کرده است. وقوع  خسارت های بسیار زیاد در اثر رخداد زلزله نشان میدهد که سازه های مختلف برای مقاومت در برابر زلزله باید به دقت بررسی و طراحی شوند. استفاده از روش کنترل لرزه ای و تجهیزات محافظت لرزه ای در طراحی و اجرای انواع سازه ها در سال های اخیر برای مقابله با آثار مخرب انواع زلزله ها بسیار مفید واقع شده است. استفاده از تجهیزات محافظت لرزه ای (Seismic and Vibration Protection Devices) روشی نسبتا جدید و نو در این زمینه به شمار می آید. این تجهیزات در واقع با کم کردن خسارات ناشی از زلزله از ساختمان محافظت می کنند. وظیفه تجهیزات محافظت لرزه‌ای افزایش دادن زمان تناوب سازه و هم چنین جداکردن سازه از زمین است به طوریکه در هنگام وقوع ارتعاشات و تحریکات از طرف زمین کمترین میزان انتقال و تغییر مکان جانبی در سازه پدیدار آید.

انواع تکنیک های کنترل لرزه ای

در سال های اخیر توجه ویژه ای به تحقیق و توسعه تکنیک های کنترل سازه ای شده است که اهمیت ویژه ای در بهبود پاسخ ساختمان ها و پل ها در برابر باد و زلزله دارد. انواع تکنیک های کنترل سازه ای به سه دسته زیر تقسیم بندی میشوند:

  • سیستم کنترل فعال
  • سیستم کنترل نیمه فعال
  • سیستم کنترل غیر فعال

در ادامه به شرح و توصیف هرکدام از تکنیک ها و تجهیزات محافظت لرزه‌ای می پردازیم.

سیستم کنترل فعال

در این سیستم پاسخ های سازه توسط انرژی و نیروی خارجی که بر سازه وارد می شود کاهش پیدا میکند. این سیستم ها دارای ابزار قابل کنترلی هستند که همواره در خلاف جهت نیورهای برشی زلزله به سازه نیرو وارد می کنند. سیستم های فعال از بقیه سیستم ها موثرتر بوده ولی در عین حال مشکل بزرگ هزینه های اجرایی و نگهداری را پیش روی خود میبینند.

از جمله سیستم های کنترل فعال می توان به میراگرهای جرم فعال اشاره کرد.

سیستم کنترل نیمه فعال

سیستم های نیمه فعال سیستم هایی هستند که نسبت به سیستم های فعال نیازمند انرژی به مراتب بسیار کمتری هستند و در این سیستم ها انرژی به طور مرتب به داخل سیستم تزریق نمیشود. در این سیستم ها یک رایانه به اندازه گیری بازخوردها میپردازد و بر اساس ساز و کار از قبل پیش بینی شده سیگنال مناسب جهت عملکرد سیستم نیمه فعال ارسال میکند.اگرچه تاثیر سیستم های کنترل نیمه فعال از سیستم های فعال کمتر است اما هزینه بسیار پایین تامین و نگه داری این سیستم ها، تعبیه آن ها را بسیار قابل توجیه کرده است.

از جمله سیستم های کنترل نیمه فعال میتوان به میراگر با مجرای متغیر برای ایجاد سختی متغیر اشاره کرد.

سیستم کنترل غیرفعال

سیستم های کنترل غیر فعال لرزه ای به منظور کاهش و از بین بردن بخش غظیمی از انرژی ورودی زلزله طراحی شده اند و شامل ابزارها و اجزایی هستند که در طول زمان زلزله تغییر شکل یافته و یا تسلیم می شوند. در نتیجه از آن جایی که تغییر شکل در یک بخش یا اتصال متمرکز شده است،از خسارات و تغییر شکل های سایر نقاط کاسته می شود. این سیستم ها همانطور که از نام آن ها نیز مشخص است به صورت غیر فعال بوده و هیچ نیرو و انرژی اضافه ای برای به کار انداختن آن ها استفاده نمیشود.

انواع تجهیزات محافظت لرزه‌ای و ارتعاشی

یکی از انواع تجهیزات محافظت لرزه‌ای و ارتعاشی جداگرهای لرزه ای  می باشند. این جداگرها با کاهش تغییرات در جابه جایی سازه از ساختمان محافظت می کنند نه افزایش مقاومت سازه.

یکی دیگر از انواع تجهیزات محافظت لرزه‌ای و ارتعاشی، میراگرها می باشند. مهم ترین ویژگی این تجهیزات محافظت لرزه‌ای، ایجاد انعطاف پذیری است که باعث افزایش زمان تناوب طبیعی سازه می شود.

جداسازی لرزه ای عبارت است از جداکردن کل یا بخشی از سازه از زمین یا قسمت های دیگر سازه بمنظور کاهش پاسخ لرزه ای آن بخش در زمان رویداد زلزله. روش مرسوم طراحی لرزه ای و مقاوم سازی ساختمان ها مبتنی بر افزایش ظرفیت سازه است. در این رویکرد طراحی لرزه ای، ایجاد ظرفیت باربری جانبی در سازه، با افزایش مقاومت و تامین شکل پذیری آن صورت میگیرد. در نتیجه اجرای این روش، ابعاد اعضای سازه ای و اتصالات افزایش یافته و در سازه، اعضای مهاربند جانبی همچون بادبند یا دیوار برشی یا سایر اعضای سخت کننده در نظر گرفته میشود.

افزایش سختی سازه که جذب نیروی بیشتر ناشی از زلزله را به دنبال داشته و سبب افزایش ابعاد اعضای سازه ای به منظور تامین مقاومت میشود، موجب کاهش ارزش اقتصادی پروژه میگردد. علاوه بر آن، در روش های مرسوم طراحی، به دلیل تغییر شکل های غیرخطی در اعضای سازه ای و غیر سازه ای امکان بروز خرابی در این اعضا و وقوع آسیب در اجزای غیر سازه ای و تجهیزات داخل طبقه به دلیل وقوع تغییر مکان و شتاب های قابل توجه در طبقه وجود دارد. کنترل بروز آسیب در اثر زلزله به خصوص در تکان های نسبتا شدید کار دشواری خواهد بود. با پیشرفت دانش فنی و تجربه ی زلزله های شدید، به مرور تغییراتی در آیین نامه های طراحی سازه ها به وجود آمده و ضمن تغییر در فلسفه ی طراحی سازه ها، فناوری هایی همچون کنترل لرزه ای غیرفعال سازه ها به کار گرفته شده است. جداسازی لرزه ای نیز، با هدف کاستن آسیب لرزه ای در طراحی و ساخت سازه های با اهمیت زیاد پیشنهاد میگردد. با استفاده از این روش، رفتار دینامیکی سازه در حد امکان، در محدوده ی از قبل پیش بینی شده قرار گرفته و میزان آسیب های لرزه ای به اجزای سازه ای و غیر سازه ای کاهش می یابد.

در جداسازی لرزه ای دوره ی تناوب اصلی سازه به کمک تجهیزاتی که بین روسازه و بخش پایین دست آن قرارمیگیرد افزایش می یابد. افزایش دوره ی تناوب طبیعی سازه موجب کاهش پاسخ لرزه ای سازه ها در زمان وقوع ارتعاشات میگردد.

انواع جداسازهای لرزه ای

به طور کلی جداسازهای لرزه ای را میتوان به دو دسته ی جداسازهای لاستیکی و جداسازهای اصطکاکی تقسیم بندی کرد.

انواع جداسازهای لاستیکی به شرح زیر طبقه بندی می شود:

  • جداسازهای لاستیکی با ورقه های فولادی (میرایی کم)
  • جداساز های لاستیکی با میرایی زیاد
  • جداسازهای لاستیکی با هسته سربی

انواع جداسازهای اصکاکاکی نیز به شرح زیر طبقه بندی می شمود:

  • جداسازهای اصطکاکی معمولی
  • جداسازهای الاستیک اصطکاکی
  • جداسازهای اصطکاکی پاندولی

 

برای استفاده همزمان از قابلیت های جداسازهای لاستیکی و اصطکاکی، این دو سامانه را می توان با هم به شکل های زیر ترکیب کرد:

  • ترکیب سری جداسازهای اصطکاکی و لاستیکی
  • ترکیب موازی جداسازهای اصطکاکی و لاستیکی
تجهیزات محافظت لرزه ای و ارتعاشی
ساختار جداساز لرزه ای

 

انواع میراگرهای لرزه ای

برای کاهش تغییرمکان سامانه جداسازی در زمان ارتعاش و محدود کردن آن به مقادیر حاصل از دستورالعمل، باید از تجهیزات محافظت لرزه‌ای با قابلیت مناسب در جذب انرژی استفاده نمود. میراگرها در سامانه ی جداسازی لرزه ای به این منظور به کار میروند. مقدار مناسب جذب انرژی در زمان بروز زمین لرزه به شدت لرزه ی ورودی بستگی دارد. با انتخاب میرایی مناسب علاوه بر کاهش دامنه تغییرمکان، امکان کاهش پاسخ شتاب نیز به وجود خواهد آمد. برای ایجاد استهلاک انرژی، از فرایند تسلیم فلزات، اصطکاک و لزجت سیالات استفاده شده است. در مواردی امکان استهلاک انرژی در جداسازها به وجود آمده و میراگر و جداساز به صورت یکپارچه در یک تجهیز ارایه شده اند. این تجهیزات باید قابلیت حمل نیروی قائم را نیز داشته باشند. اما در موارد بسیاری میراگرها به صورت مستقل و جداگانه ساخته شده اند و در این صورت الزامی برای قابلیت حمل بار قائم در آنها وجود ندارد.

انواع میراگرهای به کار رفته در سیستم های جداساز لرزه ای را میتوان به دو دسته کلی تقسیم بندی نمود:

  • میراگرهای فلزی یا هیسترزیس
  • میراگرهای روغنی یا ویسکوز

 

مقاوم سازی با روش های نوین مقاوم سازی
مقاوم سازی با میراگرهای ویسکوز

 

در میراگرهای هیسترزیس استهلاک انرژی به وسیله رفتار هیسترزیس نیرو و تغییرمکان و در میراگرهای ویسکوز استهلاک انرژی از طریق لزجت سیال موجود در آن انجام می شود.

 

محصولات مرتبط

راهکارهای مرتبط

5/5 - (7 امتیاز)