آشنایی با لرزه گیر و کاربرد آن در صنعت
سازه‌ها چگونه می‌توانند ساکنان را در هنگام زلزله ایمن نگه دارند؟ یک کد ساختمانی سالم اولین قدم مهم است. اما فناوری نیز بسیار مهم است. در مقاله لرزه گیر چیست، ما بر جداسازی پایه، یکی از رایج‌ترین استراتژی‌ها برای محافظت از سازه‌ها در برابر آسیب‌های زلزله تمرکز کردیم. با تشریح جزئیات سیستم‌های حفاظتی پیشرفته و اینکه چگونه این فناوری‌ها به ساختمان‌ها در مقاومت در برابر زلزله کمک می‌کنند، در این پست استراتژی‌های بیشتری را برای ایمن نگه‌داشتن سازه‌ها در هنگام زلزله نشان خواهیم داد.
آیا تا به حال شنیده‌اید که از فناوری زلزله ساختمانی بعنوان “شنل نامرئی لرزه‌ای” یاد شود؟ در مورد دیوارهای هسته که سنگ می‌شوند یا لرزه‌گیرهایی که ضربه را جذب می‌کنند چطور؟ این مکانیسم‌های مختلف دفاعی ساختاری همگی نمونه هستند. این فناوری‌ها چیست و چقدر خوب عمل می‌کنند؟
توجه: گروه صنعتی سپیانی در زمینه ساخت و تولید لرزه گیر فعالیتی ندارد.
لرزه گیر چیست؟
لرزه گیر ها با جذب انرژی لرزه‌ای و به حداقل رساندن تغییر شکل‌های سازه، سیستم‌های لرزه گیر برای محافظت از یکپارچگی سازه، محدود کردن آسیب‌های سازه و جلوگیری از صدمات به ساکنان ایجاد و توسعه می‌یابند. با استفاده از لرزه‌گیرها یک سازه قادر به مقاومت در برابر انرژی ورودی بالا و کاهش انحرافات، تنش‌ها و شتاب‌های مخرب برای ساکنان خود و سایر سازه‌ها است. انواع مختلفی از لرزه‌گیرها وجود دارد. از جمله لرزه‌گیرهای جرمی تنظیم شده، دمپرهای تسلیم کننده، دمپرهای مغناطیسی و دمپرهای چسبناک.
حتما بخوانید:
صفر تا 100 خط تولید ساندویچ پانل
لرزه گیرهای اصطکاکی چیست؟
برای کاهش ارتعاشات ساختمان در هنگام زلزله از دمپرهای لرزه‌ای استفاده می‌شود. انواع مختلفی از لرزه‌گیرها برای ساختمان‌ها وجود دارد و میرایی اصطکاکی معمولاً یکی از بهترین راه‌ها برای اتلاف انرژی لرزه‌ای است. اصطکاک انرژی جنبشی را هدر می‌دهد که چگونه دمپر اصطکاکی کار می‌کند.
دمپرها حرکت الاستیک و اتلاف انرژی را در داخل ساختمان فراهم می‌کنند. در نتیجه، امکان بهینه سازی اجزای سازهای برای کاهش هزینه‌ها وجود دارد که منجربه صرفه جویی قابل توجهی می‌شود. لرزه‌گیرهای اصطکاکی فیوزهای قابل استفاده مجدد مقاوم در برابر زلزله هستند که برای فعال شدن قبل از تسلیم شدن اعضای سازه و همزمان اتلاف انرژی ساخته شده‌اند. با انجام این کار، ساختمان می‌تواند زلزله را بدون آسیب جدی سازهای تحمل کند.
انواع لرزه گیرها
دمپرهای ویسکوز سیال
نیروی حاصل از لرزه گیر چسبناک سیال متناسب با سرعت نسبی سیال (FVD خطی) یا مقداری توان سرعت است. روش کار FVDها با چرخش مکرر انرژی جنبشی به گرما است. این روش عملکرد میرایی ویسکوز سیال خطی (= 1.0) و غیر خطی (1.0) را ایجاد می‌کند. از مایع سیلیکونی و شکل دهانه منحصر به فرد استفاده می‌کند. قانون اساسی نحوه عملکرد FVD را تعریف می‌کند. از آنجایی که بزرگی زلزله از نظر طبیعت غیرقابل پیش بینی است. مهندسان ممکن است بخواهند شار سرعت کمتری (0.5) را در نظر بگیرند. با کاهش آلفای میرایی، راندمان میرایی افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، یک FVD با a = 1.0، دارای راندمان میرایی 78.5٪ است، در حالی که a = 0.1 FVD دارای راندمان میرایی 97.1٪ است.
کاربردهای دمپرهای ویسکوز سیال
درک مزایای استفاده از دستگاه‌های FVD نسبت به انواع دیگر اتلاف کننده‌های انرژی هنگام انتخاب جایگزین‌های پشتیبانی لرزه‌ای برای یک سازه یا پل بسیار مهم است. FVDها در درجه اول برای ایجاد میرایی به یک سازه استفاده می‌شوند که واکنش سازه را در طول تحریک لرزه ای کاهش می‌دهد. در اصل FVDها می‌توانند جابجایی و رانش داستانی را از منظر جانبی کاهش دهند، که تنش وارده بر عناصر ساختاری را کاهش می‌دهد. FVDها این ظرفیت را دارند که با کاهش شتاب‌های کف، لنگر برشی/واژگونی پایه و برش بین طبقه را کاهش دهند.
نصب، استفاده و نظارت بر FVDها نیز نسبت به سایر دستگاه‌ها اغلب ساده تر است. عناصر طراحی مانند مخازن داخلی سیال و تکنیک‌های پیشرفته آب بندی، عمر طرح‌های دمپر را افزایش می‌دهند. یک برنامه ارزیابی کامل سلامت شامل ابزارهای نظارتی میباشد. مانند نشانگرهای سیال و شمارش چرخه برای کمک به افزایش عمر دمپر. همچنین کاهش احتمال در معرض قرار گرفتن سازه بدون رطوبت لازم در صورت وقوع یک رویداد لرزه‌ای است.
و در نهایت، یک استراتژی نگهداری پیشگیرانه بلند مدت که شامل FVDها می‌شود اغلب می‌تواند مقرون‌به‌صرفه باشد. قیمت خرید اصلی تنها درصد کمی از ارزش کل لرزه گیر است که هزینه‌های آسیب ساختاری در نظر گرفته می‌شود و هزینه‌های نصب کلی مشتری را کاهش می‌دهد.
دمپرهای ویسکوالاستیک
دمپرهای ویسکوالاستیک نوع متفاوتی از دمپر هستند که الاستومر را در ارتباط با اجزای فلزی کش می‌دهند. این نوع دمپر انرژی مکانیکی ساختمان را به گرما تبدیل می‌کند تا آن را دفع کند. عملکرد و در نتیجه کارایی سیستم دمپر تحت تأثیر تعدادی از متغیرها از جمله دمای محیط و فرکانس بارگذاری است.
بسیاری از ساختمان‌های بلند به طور موثری از دمپرهای ویسکوالاستیک (VE) به عنوان مکانیزم اتلاف انرژی برای کاهش حرکت سازه‌های ساختمانی ناشی از باد و زلزله استفاده کرده‌اند. این نوع دمپر انرژی مکانیکی ساختمان را به گرما تبدیل می‌کند تا آن را دفع کند. عملکرد و در نتیجه کارایی سیستم دمپر تحت تأثیر تعدادی متغیر از جمله دمای محیط و فرکانس بارگذاری خواهد بود.
عملکرد سازه‌های حساس دینامیکی به لطف استفاده از لرزه‌گیرهای VE که توانسته‌اند رطوبت کلی سازه را تا حد زیادی افزایش دهند، بطور کلی بهبود یافته است. در طول 25 سال گذشته، محققان متعددی شواهد تجربی و تحلیلی از کارایی دمپرهای VE ارائه کرده‌اند. از جمله اولین سازه‌هایی که از نصب دمپرهای VE سود بردند، برج‌های دوقلوی ساختمان‌های مرکز تجارت جهانی در شهر نیویورک و ساختمان کلمبیا در سیاتل، واشنگتن بودند. تطبیق پذیری دمپرهای VE با این واقعیت افزایش می‌یابد که می‌توانند در کاربردهای لرزه‌ای هم در ساخت و سازهای جدید و هم بعنوان گزینه ای امکان‌پذیر برای مقاوم سازی ساختمان‌های موجود استفاده شوند.
دمپرهای اصطکاکی
یک دستگاه دمپر اصطکاکی معمولاً از صفحات فولادی زیادی تشکیل شده است که در تقابل با یکدیگر حرکت می‌کنند. برای جداسازی صفحات فولادی از شیم‌های ساخته شده از مواد پد اصطکاکی استفاده می‌شود. اصطکاک بین سطوحی که به یکدیگر ساییده می‌شوند به این صورت است که دمپر انرژی را آزاد می‌کند. سطوح ساخته شده از موادی غیر از فولاد نیز یک گزینه هستند.
دمپرهای جرمی تنظیم شده
لرزه گیر جرمی تنظیم شده یا به اختصار TMD، جرم ارتعاشی است که با نیرویی که ساختاری را که روی آن نصب شده است، از فاز خارج می‌کند. نیروی اینرسی جرم TMD انرژی ارتعاش تشدید سازه را از طریق حرکت خارج از فاز آن تلف می‌کند. با تنظیم TMD بر فرکانس طبیعی حالت سازهای معین برای میرایی، درجه کامل اختلاف فاز بین حرکت جرم TMD و سازه، یعنی 90 درجه، به دست می‌آید.
یک TMD اغلب بر روی اولین فرکانس طبیعی سازه تنظیم می‌شود، با این حال همیشه اینطور نیست زیرا حالت ارتعاش اولیه یک سازه بر پاسخ دینامیکی آن غالب است. دقت تنظیم یک دمپر جرم تنظیم شده، اندازه جرم آن در رابطه با جرم مدال حالت هدف یا نسبت جرم آن، و میزان میرایی داخلی آن، همه عواملی هستند که بر چگونگی اتلاف انرژی تأثیر می‌گذارند. استفاده از لرزه گیرهای جرمی تنظیم شده می‌تواند شکست ساختاری، آسیب و درد را متوقف کند. آنها بطور گسترده در خودروها، ساختمان‌های بزرگ و انتقال نیرو مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دمپرهای تسلیم کننده
فلز یا آلیاژی که ممکن است براحتی تسلیم شود برای ساخت دمپرهای تسلیم، دستگاه‌های اتلاف انرژی تسلیم فلزی و دستگاه‌های اتلاف انرژی غیرفعال استفاده می‌شود. از طریق تغییر شکل پلاستیکی خود (تسلیم دستگاه فلزی)، با تبدیل انرژی ارتعاشی، انرژی آزاد می‌کند که باعث کاهش آسیب به اجزای اصلی ساختاری می‌شود. کارآمد، مقرون بصرفه، و ثابت شده که یک اتلاف کننده انرژی خوب است، لرزه‌گیرها را تولید می‌کند.
لرزه گیرهای تسلیم فلزی (MYD) در بسیاری از کاربردهای مهندسی در دنیای واقعی استفاده می‌شوند و می‌توانند عملکرد لرزه‌ای سازه‌ها را به طور قابل توجهی افزایش دهند. در این تحقیق از منحنی کاهش پاسخ الاستیک-پلاستیک برای ارائه‌یک روش طراحی الاستیک-پلاستیک ساده برای سازه با استفاده از MYD استفاده شده است. رفتار الاستیک-پلاستیک سازه‌اصلی در روش‌های طراحی مرسوم که هنوز بطور مکرر مورد استفاده قرار می‌گیرند و بر اساس منحنی کاهش پاسخ الاستیک هستند، نادیده گرفته می‌شود. با این حال، همانطور که این کار نشان می‌دهد، چنین روش‌هایی ممکن است توانایی MYD را برای کنترل ارتعاش، به‌ویژه با توجه به کاهش شتاب، چندین برابر کنند.
EPRRC بعنوان راهی برای افزایش قابلیت اطمینان یک سازه با MYDs پیشنهاد می‌شود زیرا می‌تواند به وضوح رابطه بین پارامترهای مشخصه MYD و پاسخ سازه با MYDها را در محدوده الاستیک-پلاستیک نشان دهد. سپس فرآیندهای طراحی مرتبط نشان داده‌می‌شوند. یک قاب بتن مسلح شش طبقه با استفاده از تجزیه و تحلیل تاریخچه زمانی مورد بررسی قرار می‌گیرد. تا دوام رویکرد طراحی پیشنهادی را نشان دهد و تأیید کند. در نتیجه، رویکرد طراحی پیشنهادی برای سازه MYD ممکن است بطور رضایت‌بخشی اهداف عملکرد لرزه‌ای را در سطوح مختلف لرزه‌ای برآورده کند.
دمپرهای مغناطیسی
هنگامی که یک میدان مغناطیسی، مانند میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک آهنربا، از یک هادی الکتریکی عبور می‌کند یا از کنار آن عبور می‌کند و مقداری میرایی ایجاد می‌کند، به آن میرایی مغناطیسی می‌گویند. جریان‌های گردابی در هادی‌ها با عبور میدان مغناطیسی از آنها ایجاد می‌شود. هنگامی که الکترون‌ها از طریق یک هادی جریان می‌یابند، بلافاصله یک میدان مغناطیسی مخالف تشکیل می‌دهند که آهنربا را خنثی می‌کند و رسانا را گرم می‌کند.
دقیقاً مانند چگونگی ایجاد گرما در داخل کابل برق هنگام استفاده از آن. تغییر در انرژی جنبشی از دست رفته‌توسط آهنربا چیزی است که تعیین می‌کند چه مقدار انرژی بصورت گرما به هادی منتقل می‌شود. هرچه از دست‌دادن انرژی جنبشی آهنربا (که تابعی از جرم و سرعت آن است) بیشتر باشد. تجمع گرما در هادی بیشتر است و اثر میرایی قوی‌تر است. با نزدیک‌تر شدن دما به سطوح برودتی، جریان‌های گردابی که در هادی‌ها ایجاد می‌شوند بطور قابل‌توجهی قوی‌تر می‌شوند. این امر میرایی حیاتی را برای آزمایش و کاربردهای برودتی در بخش هوافضا امکان پذیر می‌کند.
حتما بخوانید: آشنایی با تاسیسات صنعتی
کاربرد لرزه گیرهای زلزله
برای تنظیم تمام آسیب‌های لرزه‌ای سازه، این لرزه گیرها معمولاً به جای ویژگی‌های سازه ای مانند کولیس‌های مورب استفاده می‌شوند. حرکت ساختمان در نتیجه جذب جزئی انرژی لرزه ای کاهش می‌یابد.
ساختمان‌های بلند معمولاً از دمپرهای چسبناک به عنوان لرزه گیرهای لرزه‌ای استفاده می‌کنند. انرژی مکانیکی ساختمان توسط دمپرهای ویسکوالاستیک با تبدیل آن به گرما از بین می‌رود. یک دمپر اصطکاکی با داشتن صفحات متعددی که در تقابل با یکدیگر حرکت می‌کنند، عمل می‌کند. یک مکانیسم کنترل غیرفعال که بعنوان لرزه گیر جرمی تنظیم شده‌شناخته می‌شود. اغلب بر روی یک سازه‌خاص نصب می‌شود. فلز یا آلیاژ تسلیم برای ساخت دمپرهای تسلیم استفاده می‌شود.
چندین مزیت لرزه گیرهای زلزله عبارتند از:
1. حفاظت و ایمنی در هنگام زلزله ارائه می‌دهد.
2. آسیب‌های ساختاری را کاهش می‌دهد.
3. دوام و استحکام سازه را افزایش می‌دهد.
برخی از معایب لرزه گیرهای لرزه به شرح زیر است:
1. هزینه بیشتر است.
2. نیاز به نگهداری دوره ای دارد.
حتما بخوانید:
جمع بندی
اخیراً استفاده از سیستم‌های کنترل لرزه‌ای افزایش یافته‌است. اما انتخاب بهترین لرزه گیر و نصب آن در ساختمان برای کاهش ارتعاش سازه‌ها در اثر بارگذاری لرزه‌ای بسیار مهم است. دستگاه‌های کنترل کننده با افزایش ایمنی سازه، قابلیت سرویس دهی و جلوگیری از ریزش ساختمان در هنگام زلزله آسیب را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند.
بنابراین تحقیقات زیادی برای پیدا کردن بهترین راهکار در حال انجام است. این مقاله سعی دارد مروری بر انواع مختلف دستگاه‌های کنترل پاسخ لرزه‌ای ارائه کند و برخی از پیشرفت‌های اخیر را برجسته کند. بررسی‌های تجربی و تحلیلی انجام شده‌توسط محققان مختلف به وضوح نشان می‌دهد که روش کنترل لرزه‌ای پتانسیل بهبود عملکرد لرزه‌ای سازه‌ها را دارد.
توجه: گروه صنعتی سپیانی در زمینه ساخت و تولید لرزه گیر فعالیتی ندارد.