ورود/ثبت نام(current)

مقالات

بیشتر

میراگر و جداگر لرزه‌ای ؛ راهکارهای کنترل غیرفعال ارتعاشات سازه

1400/3/30

استفاده از میراگر و جداساز لرزه‌ای ، از راهکار‌های مهم و مؤثر کنترل ارتعاش سازه‌ها و خنثی کردن بارهای وارده بر ساختمان می‌باشند . در طول عمر سازه نیروهای زیادی از جهات گوناگون به آن وارد می‌شود که یکی از مهم ترین آن‌ها نیروهای جانبی ناشی از باد و زلزله است . این نیرو‌ها باعث ارتعاش از قسمت پایه شده و تمایل به جابجا کردن ساختمان دارند ؛ زیرا جهت وارد شدن آن ها متفاوت از جهت طبیعی ایستایی سازه است . از این رو مقاوم‌سازی ، بهسازی سازه‌ها و طراحی سازه با توجه به کاهش هر چه بیشتر خسارات جانی و مالی ناشی از این قبیل اتفاقات از نکات مهم ساختمان سازی به شمار می‌رود . همچنین کاهش هزینه‌های تعمیر و بازسازی مجدد پس از سوانح نیز هدف مهمی است .

در دهه‌های اخیر در کشور‌های زلزله خیز طراحی و استفاده از میراگر‌ها در قسمت‌های محدودی از سازه مورد اقبال بوده است . جداگر‌های لرزه‌ای بخصوص در قسمت پایه ساختمان‌ها در ترکیب با میراگر‌ها عملکرد بسیار خوبی دارند .

تاثیر-جداساز

انواع روش‌های کنترل ارتعاشات در سازه

الف) کنترل فعال

در سیستم کنترل فعال ارتعاشات ، حین بارگذاری بر روی سازه ، اطلاعاتی از شتاب زمین و وضعیت سازه شامل جابجایی قسمت‌های مختلف سازه ، سرعت و شتاب در آن و ... توسط سیستمی هوشمند از گیرنده‌ها به هسته پردازشگر ارسال می‌شود . در قسمت پردازشگر اطلاعات به دست آمده تحلیل و بررسی شده و میزان و نوع پاسخ مناسب از سمت سازه تعیین و اعمال می‌شود . به این ترتیب تغییراتی در جرم ، سختی و مشخصات دینامیکی سازه به صورت بهینه ایجاد می‌شود .

ب) کنترل غیر فعال

در این سیستم از تجهیزات هوشمند و پردازشگر‌های نیرو خبری نبوده و در راستای اینکه نیروی کمتری به سازه وارد شود ، از میراگر‌ها و جداگر‌های لرزه‌ای و انواع اتصالات و ... بهره می برند . از این رو تمام لوازمی که در مستهلک کردن نیروی وارده به سازه مؤثر باشند ، در دسته کنترل غیر فعال ارتعاشات قرار می‌گیرند . هزینه ساخت ، نگهداری و استفاده از سیستم کنترل غیرفعال بسیار کمتر از سیستم فعال بوده و در میزان استقبال از این روش تأثیر قابل توجهی داشته است .

ج) کنترل نیمه فعال

این سیستم ترکیبی از دو روش بالا را ارائه می دهد . در واقع به صورت محدود از انرژی خارجی و سیستم کنترلی با استفاده از باتری برای تغییر در مشخصات سازه حین زلزله استفاده می‌شود . پس انرژی زیادی به سیستم اضافه نشده و تنها مواقع حساس اصلاح حرکت سازه توسط سیستم هوشمند صورت می‌گیرد.

سیستم-فعال-غیرفعال

ساختمان‌های معمولی با میرایی کم اغلب می‌توانند بدون فروپاشی کامل تا حدی ایمنی ساکنان را فراهم کنند اما هزینه تعمیر و مقاوم‌سازی بسیار زیادی را پس از سانحه به مالکین وارد می‌کنند و استفاده از تجهیزات غیر فعال و اضافه کردن آن ها به سازه ساختمان ، از آسیب قسمت های اصلی سازه و پیامد‌های ناگوار آن جلوگیری می‌کنند .

با توجه به تعریف انجام شده از انواع سیستم‌ها ، میراگر‌ها و جداگر‌ها جزء سیستم‌های کنترل غیرفعال هستند اما نحوه عملکردشان کمی متفاوت از یکدیگر است . جداسازها انرژی وارد به سازه را هنگام زلزله با استفاده از جدا کردن آن از مؤلفه افقی زمین کاهش می‌دهند . جداساز‌ها لایه ای از المان‌های با سختی جانبی کم را تشکیل می‌دهند که فرکانس تحریک این لایه خیلی کم تر از فرکانس طبیعی سازه و فرکانس غالب زلزله است . به این صورت ، عمده تغییر شکلِ انتقال یافته از زمین به جداساز‌ها رسیده و توسط آن‌ها مستهلک شده و میزان جابجایی کل سازه خیلی کم تر می‌شود.

میراگر‌ها در نقاط محدودی از سازه مثل اتصالات و به عنوان عضوی واسط بین تیر و ستون‌ها نیروی ارتعاشی را جذب خود کرده و آن را تلف می‌کند . در واقع هدایت نیرو به سمت این اعضاء راهکار اصلی برای کمتر آسیب دیدن اجزای اصلی است . میراگر‌های فلزی ظرفیت قابل توجهی برای میرا کرن نیروهای وارده دارند .

پژوهش‌های فراوانی در راستای عملکرد میراگر و جداگر‌ها در کشور‌های زلزله خیز مانند آمریکا ،ژاپن و نیوزلند انجام شده و به شدت مورد استفاده هستند . بهتر است در طراحی سازه در ایران نیز صنعت ساختمان‌سازی به این مسائل توجه بیشتری نماید .

میراگر‌ها (Dampers)

عناصری که در قسمت‌های مختلف سازه مانند اتصالات و ... برای جذب ارتعاشات به خود و سپس اتلاف آن به کار می‌روند ، میراگر نام دارند . افزایش سختی الاستیک با به کار بردن میراگر‌ها انجام می‌شود و تغییر شکل سازه در مناطق تقویت شده بهتر کنترل می‌شود .

در فلزات خاصیت میرا کردن انرژی بسیار خوب است و چنانچه از میراگر‌های جاری شونده استفاده شود ، عملکرد بهتر می‌شود و به میزان قابل توجهی از آسیب دیدگی و تأثیر بر سایر قسمت‌های سازه جلوگیری می‌شود . در میراگر‌های جای شونده تسلیم مصالح تحت نیروهای مختلف محوری ، خمشی ، برشی ، پیچشی یا ترکیبی از این نیرو‌ها رخ می‌دهد و توسط تغییر مکان تحریک می‌شوند .

انواع میراگر‌ها

- میراگر‌های ویسکوز

میراگر‌‌های ویسکوز از ابتدا مصارف نظامی داشته‌اند و از اوایل دهه هشتاد میلادی در موارد غیرنظامی نیز به کار رفتند . مکانیزم آن به این صورت است که مایع داخل پیستون (روغن ، سیلیکون و ...) نیروی مقاوم در برابر حرکت برای پیستون ایجاد کرده و انرژی اعمال شده مستهلک می‌گردد .

ویسکوز

- میراگر‌های ویسکو الاستیک

این میراگر‌ها از مواد ویسکوالاستیک بین صفحات فلزی تشکیل شده است . هنگامی که جابه‌جایی برشی در صفحات فلزی ایجاد می‌شود ، مواد ویسکوالاستیک تحت تغییر‌شکل‌های برشی قرار می‌گیرند .

ویسکوالاستیک

- میراگر‌های جرمی تنظیم شده

با استفاده از اجرام متمرکز که توسط فنر از بالای سازه آویزان می‌شوند ، جذب و کنترل ارتعاش انجام می‌شود ؛ به این صورت که فرکانس میراگر جرمی را با فرکانس مود اول نوسان سازه و با تحریک در سازه اصلی ، حرکت میراگر در فازی خارج از حرکت سازه متصل به آن تشدید می‌شود . در نتیجه با ایجاد نیروی اینرسی در جرم میراگر انرژی وارده به سازه مستهلک می‌گردد .

بدون-میراگز-جرمی

با-میراگر-جرمی

جرم-متمرکز

جرم-پاندولی

- میراگر‌های مایع تنظیم شده

عملکرد این میراگر‌‌ها  مشابه مورد بالا است . مخازن مایع کم عمق در بالای سازه نصب شده و با ایجاد نوسان در آن‌ها ارتعاشات وارد بر سازه جذب و مستهلک می‌شوند . فرکانس طبیعی تلاطم مایع با فرکانس ارتعاش غالب سازه هماهنگ می‌شود .

اندازه و شکل مخزن ، عمق و لزج بودن مایع ، نسبت جرم مایع به جرم سازه و زبری جداره مخزن از عوامل مؤثر بر رفتار میراگر مایع هستند . کاربرد این میراگر‌ها غالبا در ساختمان‌های بلند می‌باشد .

مخزن-مایع-بام

جزئیات-میراگر-مایع

- میراگر‌های فلزی جاری شونده

در این نوع با استفاده از ظرفیت جذب انرژی مصالح اتلاف بار وارده انجام می شود . این میراگر‌ها مزایای بسیاری داشته و به همین دلیل استفاده از آن‌ها روز‌به‌روز رو به افزایش است . فلزات به ویژه فولاد خاصیت میرایی بالایی در برخورد با نیرو دارند و هنگامی که به گونه‌ای طراحی شوند تا برای مقابله با نیرو جاری شوند ( به حد جاری شدن برسند ) قدرت بیشتری برای هدایت نیرو‌ها به سمت خود و اتلاف آن‌ها می‌یابند . این میراگر‌ها بسیار مقرون به صرفه بوده و در هر منطقه‌ای به دلیل در دسترس بودن مصالح و تکونولوژی ساخت ، با هزینه مناسبی قابل اجرا هستند .

انواع میراگر فلزی جاری شونده عبارت اند از : میراگر شکافدار ، میراگر مثلثی ، مهاربند کمانش‌تاب .

جاری-شونده

میراگر تسلیمی

میراگر-شکافدار

میراگر شکافدار

کمانش-تاب

مهاربند کمانش تاب

 

- میراگر‌های اصطکاکی

لغزش دو عنصر فلزی روی یکدیگر و اصطکاک بین سطوح آنها قسمتی از انرژی وارد شده را مستهلک می‌گرداند . انواع مختلفی از میراگر‌ها مورد‌استفاده هستند و سه نوع مرسوم آن میراگر اصطکاکی پال ، میراگر اتصال اصطکاکی و میراگر اصطکاکی دورانی می‌باشد .

میراگر-پال

میراگر اصطکاکی پال

دورانی

میراگر اصطکاکی دورانی

جداگر‌های لرزه‌ای

تکیه‌گاه‌های ویژه‌ای برای جدا کردن سازه ساختمان از زمین وجود دارد . این عناصر اصطلاحا جداگر لرزه‌ای نامیده می‌شوند ؛ از آن جهت که وظیفه اصلی آن‌ها کنترل لرزش ناشی بار‌های جانبی زلزله و باد و ... است . بهترین مکان برای تعبیه آن‌ها حد فاصل زمین و سازه است . این المان‌ها پیشینه تاریخی نیز دارند . افراد براساس تجربه زیست در خانه‌های قدیمی چوبی از تنه‌های درختان روی کرسی‌چینی استفاده می کردن و به این ترتیب با وارد شدن نیرو به سازه خانه‌شان ، چوب‌های گرد شروع به حرکتی آرام می‌کرده و کل خانه روی آن با حداقل آسیب جابجا می‌شده تا تکان‌ها تمام شوند .

تاریخچه

جداساز‌ها سختی قائم زیاد و سختی جانبی کمی دارند . نیرو‌های ثقلی وارده با استفاده از سختی قائم آن به زمین منتقل شده و بار‌های جانبی که از زمین به جداگر وارد می‌شود ، طی فرآیند طولانی شدن دوره تناوب نوسانی سازه ، اثر تخریبی خود را از دست داده و بخشی از این مؤلفه‌های افقی از بین رفته و سپس از جداگر وارد سازه اصلی می‌شود .

انواع جداگر‌‌های لرزه‌ای

- جداساز‌های الاستومری طبیعی با میرایی کم

در این نوع میراگر ، لایه‌های فولادی بالا و پایین لایه لاستیکی قرار می‌گیرند.

جداساز-الاستومری-1

- جداساز‌های الاستومری طبیعی با میرایی بالا

در این نوع میراگر ، از انواع الاستومر با میرایی بالاتری در ترکیب با ورقه فولادی استفاده شده است .

جداساز-الاستومری-2

- جداساز‌های با هسته سربی

در این نوع میراگر ، در میان لایه‌های لاستیکی و فولادی هسته‌ای سربی قرار گرفته که در اثر نیرو‌های جانبی به حد جاری شدن می رسد . اولین بار در 1975 به کار گرفته شد .

جداگر-هسته‌ای

- جداساز‌های اصطکاکی پاندولی

این جداساز شامل دو قطعه خارجی که از بیرون مسطح و از داخل مقعر و محدب هستند ، تشکیل شده است . بین این دو لایه یک مفصل لغزنده وجود داشته که هنگام وارد شدن نیروی زلزله بین دو صفحه در محدوده معین حرکت کرده و انرژی را مستهلک می‌کند .

جداساز-پاندولی-1

جداساز-پاندولی-2