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. این سیستم با کاهش بارهای جانبی و حرکات لرزشی انتقال یافته به سازه، میتواند از سازه و محتویات آن در برابر زلزله های شدید محافظت کند، خصوصا کاربرد آن قابلیت استفاده در برابر لرزه های حوزه نزدیک به گسل و در نواحی با خاک متوسط را دارا میباشد.
جداسازهای اصطکاکی آونگی از خصوصیات آونگ برای افزایش دوره تناوب سازه و جلوگیری از تشدید نیروهای زلزله استفاده میکنند. دوره تناوب این جداساز به سادگی با انتخاب شعاع انحنای سطح مقعر بدست می
آید و مستقل از جرم سازه میباشد. در این جداساز حرکات پیچشی سازه به حداقل ممکن میرسد، زیرا مرکز سختی جداسازها بطور اتوماتیک در محل مرکز جرم سازه قرار میگیرد. این جداسازها دارای خواص تطبیقپذیری هستند که میتواند پاسخگوی نیازهای متفاوت ساختمانها، پلها و تجهیزات صنعتی باشد. دوره تناوب، ظرفیت بار قائم، میرائی، ظرفیت تغییرمکان، و ظرفیت کششی جداساز می توانند بصورت مستقل انتخاب شوند. در این جداسازها دوره تناوب دینامیکی از 1 تا 5 ثانیه، و ظرفیت تغییر مکان تا 150 سانتیمتر میتواند فراهم شود. همچنین تأمین نیروی اصطکاک دینامیکی از 3 تا 20 درصد وزن سازه امکان پذیر است. میرائی موثر در محدوده 10 تا 40 درصد میباشد. هر جداساز میتواند بار قائمی تا حدود 15000 تن و بار کششی تا حدود 10000 تن را به شرط استفاده از جزئیات خاص تحمل کند. خواص چندگانه جداسازهای اصطکاکی آونگی اجازه میدهد تا طراحی جداسازی لرزهای برای بهترین عملکرد و کمترین هزینه ساخت بهینه شود.
مشخصات مقاومتی جداگرهای آونگی اصطکاکی
خصوصیات آونگی این جداسازها باعث میشود در حداقل کردن اثرات مخرب حرکات پیچشی که باعث خروج از مرکزیت های اتفاقی جرم میشود، بسیار موثر باشند. سختی دینامیکی جداسازها به طور مستقیم با وزن سازه متناسب است، بنابراین همواره مرکز سختی جداسازها در محل مرکز جرم قرار دارد. از آنجا که نیروی اصطکاک نیز با وزن سازه متناسب است، مرکز نیروهای اصطکاکی هم در مرکز جرم سازه قرار دارد. بنابراین نیروهای سختی و اصطکاکی بصورت اتوماتیک برای خروج از مرکزیت های اتفاقی جرم تنظیم میشوند.
آزمایش های میز لرزان نشان داده است که این خصوصیات پیچشی جداساز، بطور مشخصی حرکات پیچشی
و تنش ناشی از آن در سازه را کاهش میدهد، ایمنی سازه را بالا برده و تغییرمکان جداسازها را کاهش میدهد. تغییرمکان کمتر جداساز ابعاد درز لرزه ای مورد نیاز و مخارج آن را کاهش میدهد.
سختی فشاری جداگرهای آونگی اصطکاکی
سختی فشاری جداسازهای اصطکاکی آونگی بطور معمول در حدود 7 تا 10 برابر بزرگتر از جداسازهای الاستومری است. جداسازهای اصطکاکی آونگی سختی قائم خود را در تغییرشکل جانبی طرح حفظ میکنند. در جداسازهای الاستومری معمولی سختی قائم در تغییرمکان طرح در مقایسه با حالت تغییرشکل نداده، به حدود نصف میرسد. بنابراین، سختی قائم که در مقابل لنگر واژگونی مقاومت میکند در جداسازهای اصطکاکی 14 تا 20 برابر بزرگتر از جداسازهای الاستومری میباشد. این سختی قائم نزول سختی دیوار برشی سازه بعلت حرکت گهواره ای حول پایه را به حداقل میرساند، و نیاز به تحمل نیروی واکنش در جداساز را کاهش میدهد و همچنین نیاز به دیوار و خرپای توزیع را در پایه ساختمان به منظور افزایش بازوی لنگر مقاوم در برابر لنگر واژگونی را کاهش میدهد. این عوامل بطور مشخصی هزینه استفاده از جداساز را کاهش میدهند.
همچنین سختی قائم بیشتر این نوع جداسازها منجر به دوره تناوب قائم کمتر میشود، تا در مقابل دامنه حرکات قائم دینامیکی در معرض خطر کمتری باشد. دوره تناوب قائم یک جداساز اصطکاکی آونگی معمولی تقریباً برابر 0/03 ثانیه می باشد. که طبق طیف طرح استاندارد ضریب بزرگنمایی دینامیکی آن در حدود 1/3 است. در صورتی که دوره تناوب قائم یک جداساز الاستومری معمولی در تغییرشکل جانبی طراحی تقریباً برابر 0/1 ثانیه و ضریب بزرگنمایی دینامیکی آن در حدود 2 می باشد. ضریب بزرگنمایی دینامیکی کمتر برای جداساز اصطکاکیآونگی بارهای قائم ناشی از حرکات قائم زمین لرزه را کاهش داده و باعث بهبود پایداری بارهای قائم در مقایسه با جداسازهای الاستومری میشود.
انواع جداگرهای اصطکاکی آونگی
جداسازهای آونگی اصطکاکی را میتوان در سه نوع طراحی و تولید کرد:
- جداگرهای اصطکاکی آونگی ساده
- جداگرهای اصطکاکی آونگی دوگانه
- جداگرهای اصطکاکی آونگی سه گانه
جداگرهای اصطکاکی آونگی ساده
جداساز اصطکاکی آونگی ساده نوع اصلی و پایه ای جداساز اصطکاکی آونگی می باشد. لغزنده ساده بار قائم تکیه گاهی را در مرکز عضو سازه ای حساس به خروج از مرکزیت نگاه میدارد. این امر زمانی که یک سیستم سازه ای، در بالا یا پایین جداساز، حساس و دیگری غیر حساس باشد موجب کاهش چشمگیر هزینه به کارگیری جداسازها میشود. مثلا برای بکارگیری در حد فاصل ستون و پی میتوان خروج از مرکزیت را به پی منتقل ساخت و ستون را تحت بارهای محوری حفظ کرد.
جداسازهای ساده دارای ارتفاع کمتری نسبت به سایر انواع می باشند که می تواند در بعضی موارد نصب را راحتتر نماید. جداسازهای آونگی ساده را می توان به همراه جزئیاتی طراحی کرد که نیروی برکنش را تحمل نمایند.
جداگرهای اصطکاکی آونگی دوگانه
جداگرهای اصطکاکی آونگی دوگانه با تقسیم سطوح حرکت به دو سطح مشابه موجب کاهش تغییر مکان های جانبی جداساز و تقلیل آن به نصف میشوند. با استفاده از این نوع جداساز، هم سازه و هم قسمت زیرین آن تحت نیروهای خروج از مرکزیت قرار میگیرند. با تغییر ضریب اصطکاک سطوح بالا و پایین جداساز میتوان ترتیبی اتخاذ نمود که هر یک از سطوح جداساز در یک سطح زلزله متفاوت وارد عمل شوند. برای مثال سطوح با ضریب اصطکاک 2% در زلزله با دوره بازگشت 200 ساله . سطوح با ضریب اصطکاک 5% در زلزله با دوره بازگشت 500 ساله وارد عمل شوند.
جداگرهای اصطکاکی آونگی سه گانه
جداگرهای اصطکاکی آونگی سه گانه حالت تعمیم یافته جداساز آونگی دوگانه میباشد که سه آونگ را با هم بصورت سری بکار میگیرد و مشخصات هر کدام برای بهینه کردن پاسخ لرزهای سازه در زمین لرزه های با قدرت وفرکانس های متفاوت انتخاب میشود. این نوع جداساز دارای مزایای زیادی از جمله عملکرد بهتر لرزه ای، ابعاد و هزینه ساخت کمتر در قیاس با تکنولوژی عادی جداسازی لرزه ای است. خصوصیات هر یک از سه آونگ طوری انتخاب میشود که به ترتیب در زلزله های با قدرت متفاوت فعال شوند. با افزایش حرکات زمین تغییرشکل جداساز نیز افزایش مییابد. در تغییرشکل های بزرگتر طول موثر آونگ و میرائی آن افزایش یافته، که در نتیجه آن نیروهای لرزه ای و تغییرشکل های جداساز کاهش می یابد.
این جداساز از یک لغزنده تشکیل شده که در امتداد دو سطح مقعر کروی میلغزند. مشخصات داخلی جداساز بطور معمول طوری انتخاب میشود که شتاب های وارد به سازه کاهش داده شود و درصد مشارکت مدهای بالاتر به حداقل ممکن رسیده و نیروی برش سازه که در سطح زمین لرزه بهره برداری می باشد نیز کاهش پیدا کند. دو لغزنده محدب در امتداد دو سطح مقعر میلغزند که شامل دو جداساز آونگی مستقل بیشتر میباشد. مشخصات آونگ دوم نیز بطور معمول به گونه ای انتخاب میشود که نیروهای برشی سازه را که در هنگام زمین لرزه در پایه بوجود می آیند به حداقل برساند که منجر به کاهش هزینه ساخت خواهد شد. خصوصیات آونگ سوم در راستای حداقل کردن تغییرشکل های جداساز تحت حداکثر زمین لرزه محتمل انتخاب میشود. این امر موجب کاهش ابعاد و هزینه جداسازها و همچنین کاهش تغییرشکل و در نتیجه کاهش درز لرزه ای سازه خواهد شد.
سوالات متداول
جداگرهای آونگی اصطکاکی چیست؟
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.
جداگرهای اصطکاکی در برابر کدام گونه زلزله ها واکنش بهتری دارند؟
برای زلزله های نزدیک به سطح زمین و در نواحی با خاک متوسط واکنش بهتری دارند.
سازوکار جداگر آونگی اصطکاکی در برابر زلزله ها چگونه است؟
سامانه جداگرهای آونگی با کاهش بارهای جانبی و حرکات لرزشی انتقال یافته به سازه، میتواند از سازه و محتویات آن در برابر زلزله های شدید نگهداری کند.
دوره تناوب جداساز آونگی اصطکاکی چگونه بدست می آید؟
دوره تناوب این جداساز به سادگی با انتخاب شعاع انحنای سطح مقعر بدست میآید و مستقل از جرم سازه میباشد.
