آنچه در این مقاله می خوانید:
به سازه در طول مدت عمرش نیروی های بسیاری وارد می شود که یکی از مهم ترین و تاثیر گذارترین نیرو، نیروی ناشی از حرکت پایه ها است. در واقع همان نیروی زلزله که می تواند ایمنی ساختمان را تحت تاثیر قرار دهد. در حالت کلی یک سازه را می توان با اهدافی چون افزایش ایمنی، کاهش هزینه ها، افزایش سرعت ساخت، بهره وری و غیره ساخت. اما مهم ترین هدفی که در ساخت خانه ها به آن اهمیت داده می شود، افزایش ایمنی آن و کاهش خسارت های جانی است. امروزه علاوه بر این هدف مهم، هدف دیگری هم در نظر گرفته می شود که آن هم کاهش هزینه تعمیر و بازسازی است. اما روش های دستیابی افراد به این اهداف در طول سال ها دستخوش تغییراتی بوده است. یکی از این روش ها با عنوان میراگر شناخته می شود.
در واقع در روش میراگر، نیروهای وارد بر سازه را کاهش می دهند که آن هم از طریق جداسازی پایه ها و میرا سازی نیروی زلزله در بخش های مختلف سازه انجام می شود. این روش در طی چندین سال اخیر مورد استقبال بسیاری از طراحان و معماران قرار گرفته است.
میراگرها از انواع مختلفی برخوردار هستند که هر کدام از آن ها از مزایا و معایب ویژه تشکیل شده اند. میراگرها را که با عنوان سیستم کنترل ارتعاشات هم می شناسند در کاهش نیروی زلزله موثر است. در ادامه به بررسی تمامی موضوعات مربوط به میراگر، روش های انجام آن وغیره خواهیم پرداخت.
در حالت کلی سیستم های کنترل ارتعاشات ایجاد شده در سازه، تحت تاثیر نیروهای مختلف مثل زلزله است. روش های کنترل ارتعاشات در حالت کلی در سه بخش فعال، نیمه فعال و غیر فعال قرار می گیرند. هر یک از این دسته ها نسبت به دیگر متفاوت تر است. در ادامه به بررسی کامل آن خواهیم پرداخت.
سیستم کنترل فعال به این صورت است که در هنگام ایجاد ارتعاش اطلاعاتی در مورد تحریک خارجی، شتاب زمین، وضعیت سازه مثل جا به جایی، سرعت، شتاب بخش های مختلف ارسال می گردد. هسته پردازش سیستم کنترلی با تحلیل و بررسی اطلاعات بالا، بهترین روش برای کاهش نیرو و تغییر شکل ناشی از ایجاد تحریک در سازه است. بنابراین در این روش از طریق راه ها و ابزارهایی چون جرم و سختی متغیر فعال و نیروی کنترل کافی به سازه تغییرات لازم در دینامیک را ایجاد می کنند تا ارتعاشات را کاهش دهند.
روشی دیگر برای کنترل سازه که حالتی بین روش فعال و غیر فعال است را سیستم نیمه فعال می گویند. در سیستم نیمه فعال از بخش بسیاری از انرژی خارجی و سیستم کنترلی استفاده می کنند. به همین دلیل است که در موارد متعددی سیستم کنترلی با استفاده از انرژی باتری، تغییری در مشخصات سازه همچون حرکت آن در زمان زلزله به وجود می آورد. در نتیجه سیستم کنترلی نیمه فعال بر خلاف سیستم فعال انرژی زیادی را صرف نمی کند.
در این روش بر خلاف سیستم فعال از منبع انرژی خارجی و سیستم پردازش و اعمال نیرو به منظور تغییر در مشخصات دینامیک و مستهلک ساختن انرژی ورودی سازه استفاده نمی شود. همین امر باعث شده که هزینه های نگهداری و استفاده از سیستم کنترل غیر فعال خیلی کمتر از فعال باشد تا بدین ترتیب بیشتر افراد این روش را ترجیح دهند.
این روش به این صورت است که انرژی ورودی به سازه کم می شود و یا به سمت بخش های مستهلک پیش می رود. اما در این روش به علت محدود بودن ناحیه، در صورت ایجاد خسارت جدی به قسمت های مهم سازه در زمان زلزله این اجزاء با سهولت بیشتر قابل تعمیر خواهند بود.
با توجه به تعریف های گفته شده روش کنترل سازه، جداسازی و میراگرها قطعا در دسته ابزارها و سیستم غیر فعال قرار دارند. البته لازم به ذکر است که نحوه عملکرد میلگرد و جداسازی تقریبا متفاوت از هم هستند. به طوری که در جداسازی تلاش می شود سازه تا حد زیادی از مولفه حرکت افقی زمین جدا شود.
چون جدا شدن سازه از حرکت افقی زمین، منجر به ورود انرژی به سازه در هنگام زلزله می شود. در بیان دیگر جداسازی منجر به تشکیل لایه ای دیگر المان ها با سختی جانبی کم می شود. به طوری که عملکرد آن کاملا با سیستم تعلیق خودرو مشابه است. فرکانس تحریک این لایه خیلی کمتر از فرکانس طبیعی سازه و فرکانس غالب زلزله است.
این حالت باعث تغییر شکل عمده آن ها در سازه تحت تحریک زلزله شده و جا به جایی نسبی در طبقات سازه را محدود می سازد. در نتیجه با استفاده از روش جداسازی پایه انرژی ایجاد شده به سازه به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد.
جالب است بدانید که طی چندین سال اخیر، تحقیقات و بررسی های بسیاری بر روی جداسازها و میراگرها انجام شده است. کشورهایی چون آمریکا، ژاپن، نیوزلند و غیره در زمینه تحقیق و بررسی این دو روش بسیار فعال هستند.
در سازه های مرسوم و مقاوم در برابر نیروی شدید و قوی زلزله، آسیب های جدی و بخش اعظم نیروی زلزله به اعضای اصلی مثل ستون و تیرها وارد می شود. اما این باعث می شود که هزینه تعمیر و بازسازی سازه بعد از زلزله چندین برابر شود. چون به بخش های اصلی سازه صدمه وارد شده حتی در بعضی موارد بازسازی و تعمیر سازه اصلا اقتصادی و مقرون به صرفه نخواهد بود.
بنابراین با استفاده از روش های مستهلک سازی می توان بخش عمده ای از انرژی و نیروی زمین لرزه به طرف این قسمت ها منتقل کرد. اینگونه از ایجاد خسارت به بخش های اعظم سازه جلوگیری می شود. استهلاک انرژی از طریق مصالح یک روش مرسوم کنترل غیر فعال در سازه است.
میراگرهای فلزی از ظرفیت بخش قابل توجهی از مصالح فلزی برای میرا کردن انرژی وارد بر سازه بهره می برند. در هر مرحله از انجام این فرآیند با ایجاد تغییر شکل غیر الاستیک حجم بسیاری از انرژی مستهلک می شود. در نتیجه با استفاده از میراگرهای جاری شونده فلزی می توان از ایجاد خسارت های ناشی از زلزله جلوگیری کرد.
توجه داشته باشید که مقاومت و ظرفیت جذب انرژی توسط میراگرهای فلزی بستگی به حجم زیاد تنش - کرنش مصالح فلزی در محل خطی دارد. قدرت میراگرهای جاری شونده فلزی به نیروهای مختلفی چون محوری، خمشی، برشی، پیچشی و یا ترکیبی از این نیروها بستگی دارد.
میراگرهای جاری شوندی نسبت به تغییر مکان حساس هستند و واکنش نشان می دهند. اما در هر صورت اضافه کردن این اجزاء به سازه باعث افزایش سختی الاستیک می شود. با اضافه کردن سختی، تغییر شکل های سازه در بخش های الاستیک راحت تر کنترل خواهد شد. بد نیست اگر بدانید که اولین بار در دهه ۷۰ میلادی بود که ایده استفاده از میراگرهای جاری شونده مطرح شد.
استفاده از میراگرهای جاری شونده فلزی مزایای بسیاری را برای یک سازه به همراه دارد. همین امر هم باعث افزایش استفاده از آن سازه شده‌است. در ادامه به معرفی و بررسی این مزایا خواهیم پرداخت:
علاوه بر وجود مزایای متعدد در این سیستم که افراد را تحریک به استفاده می کند. معایبی هم وجود دارد که توجه به آن ها بد نیست. لازم به ذکر است که این روش نسبت به روش های دیگر بهتر و با عیب کمتر است. اما عیب ها به شرح زیر هستند:
در سازه های معمول گاها قدرت میرایی آنقدر بالا نیست که بتواند پاسخ سازه نسبت به نیروی قوی زلزله کاهش دهد. بنابراین در این سازه ها خسارت های بسیاری به اعضای سازه وارد می شود. با این حال که برخی سازه ها حتی بدون فروپاشی کامل هم می توانند تا حدودی ایمنی ساکنان را تامین کنند اما روش اقتصادی نیستند. یعنی از نظر اقتصادی هزینه های تعمیر و مقاوم سازی بسیاری را به مالکان تحمیل می کند.
بنابراین اضافه کردن سیستم های کنترل ارتعاش برای سازه های معمول با میرایی کم می تواند منجر به افزایش میرایی، کاهش خسارت ها شود. ولی همانطور که می دانید روش های مختلفی برای بهبود عملکرد سازه نسبت به زلزله وجود دارد. اما چون در بیشتر این روش ها تغییر شکل در اعضای اصلی ایجاد شده، کنترل و محدود کردن تغییر شکل کاهش می یابد.
به منظور جدا کردن سازه از پایه، از تکیه گاه های ویژه ای کمک گرفته می شود. این تکیه گاه ها دارای سختی قائم کافی و سختی جانبی کم هستند. نیروهای قائم ناشی از بارهای ثقلی توسط سختی قائم مناسب تکیه گاه به زمین انتقال پیدا می کنند. با این حال که تکیه گاه سختی جانبی کمی دارد. اما همین موضوع منجر به افزایش دوره تناوب نوسانی سازه خواهد شد. همین موضوع باعث می شود که به هنگام زلزله بخش عمده ای از مولفه حرکت افقی زمین به سازی انتقال نیابد. در نتیجه بخش عمده انرژی به سازه وارد نمی شود.
به منظور ساخت جداسازهای پایه گاها از سامانه الاستومری (مثل الاستومری طبیعی و مصنوعی)، یا سامانه لغزشی با پوشش تفلونی یا فولادی و یا ترکیب هر دو استفاده می شود.
میراگرها از انواع مختلفی برخوردار هستند که به شرح زیر است:
این نوع میراگر در واقع بین دو جسم فلزی، لغزش و اصطکاک تولید می کند. این کار منجر به استهلاک حجم قابل توجه انرژی خواهد شد. در دهه های اخیر از میراگر اصطکاکی برای سازه های مختلفی استفاده می کردند که شامل میراگر اصطکاکی درونی، میراگر اتصال اصطکاکی و میراگر اصطکاکی پال است.
این میراگر از یک جسم متمرکز می شود و با استفاده از یک فنر به بالای سازه وصل می گردد. این عملکرد منجر به ایجاد میرایی در سازه می شود و خاصیت دینانیکی را هم کاهش می دهد.
این میراگر را برای سازه هایی با ارتفاع زیاد استفاده می کنند که عملکردی مشابه میراگر جرمی دارد.
این نوع از میراگر بین صفحات فلزی و با استفاده از یک لایه مواد ویسکوالاستیک ساخته می شود.
عملکرد این میراگر به شکلی است که کل یک پیستون در داخل یک سیلندر پر شده است و از مواردی مثل روغن یا سیلیکون قرار می گیرد که درون آن حرکت می کند.
تکنولوژی این میراگر ساده است که هزینه نسبتا پایینی دارد.
میراگر در واقع یک سیستم کنترل لرزه ای در سازه ها است که ارتعاشات لرزه ای را کنترل و از خسارت ها جلوگیری می کند. البته در صورت استفاده از میراگرها با المان های باربر جانبی ساختمان و اتصالات سازه ای می توان توانایی میرایی را تا ۵۰ درصد افزایش داد. میراگرها از انواع مختلف با ویژگی های گوناگون و منحصر به فرد برخوردار هستند.
ما در این مقاله تلاش کردیم که شما را با بخشی از اطلاعات میراگرها آشنا کنیم امیدوار هستیم که این مقاله برای شما مفید باشد.
.png){kind=icon}
ورود / ثبت نام
