Tuesday ,17 October 2017 / سه شنبه ,۲۵ مهر ۱۳۹۶
خانه / کارشناسی / تعریف، عملکرد و انواع جداساز لرزه ای
نسخه چاپی    کد مطلب : 3146

تعریف، عملکرد و انواع جداساز لرزه ای

در این پست ابتدا به تعریف جداساز لرزه ای می پردازیم، سپس انواع آن را بر می شماریم و به بررسی عملکرد آنها می پردازیم.

تعریف جداساز لرزه ای

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 سازه 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 می شود.

جداساز لرزه ای

شکل ۱ : رفتار سازه الف) بدون سامانه جداساز لرزه ای و استفاده از شکل پذیری ب) به همراه سامانه جداساز لرزه ای

برای ساختمان های زیر، مطالعه برای انتخاب گزینه ی جداسازی لرزه ای به طور خاص بر اساس عملکرد و اهمیت توصیه میگردد:

  • ساختمانهای با اهمیت بالا: ساختمانهایی که عملکرد آ نها در وضعیت بحرانی پس از زلزله مهم است، مانند ساختمان های امدادرسانی و بیمارستانی
  • ساختمان های دارای ارزش تاریخی و هنری (به عنوان یک گزینه در بهسازی لرزه ای)
  • بخش های اصلی از شریان های حیاتی همچون پل های مهم یا نیروگاه ها
  • واحدهای تولیدی دارای تجهیزات یا محصولات گران قیمت یا راهبردی
  • ساختمان هایی که آسیب احتمالی در آنها، تهدیدی جدی برای محیط زیست تلقی گردد.

عملکرد جداساز لرزه ای

در جداسازی لرزه ای کل یا بخشی از سازه برای کاهش پاسخ لرزه ای آن بخش در زمان زلزله از زمین یا قسمت های دیگر سازه جدا می شود.

این کار با استفاده از جداساز هایی که بر اساس مشخصات دینامیکی سازه، اهداف عملکردی مورد نظر طراح و شرایط خطر لرزه ای ساختگاه، طراحی و ساخته شده اند صورت می گیرد.

وظیفه ی اصلی این جداساز ها ایجاد فاصله بین دوره ی تناوب طبیعی سازه و محدوده ی دوره ی تناوب حاکم در ارتعاش زمین لرزه احتمالی در محل سازه ی مورد نظر است.

علاوه بر این، انرژی ارتعاشی ناشی از زلزله نیز با کمک ساز و کارهای مختلفی جذب شده و از انتقال آن به سازه جلوگیری می گردد.

جداساز لرزه ای سامانه ای است که سازه روی خود را از بخش زیرین خود جدا می کند.

برای اینکه در زمان بروز زلزله هیچ نیرویی به سازه منتقل نشود، لازم است این سامانه، سازه را به حالت شناور درآورد.

این امر با توجه به نیاز به کنترل تغییر مکان های نسبی جانبی در زمان تحریک زلزله از نظر اجرایی درست و امکان پذیر نیست.

در جداسازی لرزه ای دوره ی تناوب اصلی سازه به کمک تجهیزاتی که مطابق شکل زیر بین روسازه و بخش پایین دست آن قرار می گیرد افزایش می یابد.

جداساز لرزه ای

شکل ۲ : تراز جداسازی و اجزای آن

انواع جداساز لرزه ای

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

جداسازهای زیر از جداسازهای لاستیکی به شمار می روند:

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

از جداسازهای اصطکاکی به طور عمده جداسازهای زیر در صنعت تولید می شوند:

  • جداسازهای اصطکاکی
  • جداساز های الاستیک اصطکاکی
  • جداساز های اصطکاکی پاندولی

برای استفاده همزمان از قابلیت های جداساز های لاستیکی و اصطکاکی، این دو سامانه در موارد زیر با هم ترکیب شده اند:

  • ترکیب سری جداسازهای اصطکاکی و لاستیکی
  • ترکیب موازی جداسازهای اصطکاکی و لاستیکی

جداساز های لاستیکی با ورقه های فولادی

جداسازهای لاستیکی با ورقه های فولادی، یکی از جداسازهایی هستند که نیاز به انتقال دوره ی تناوب طبیعی سازه و وظیفه ی جدا نمودن ارتعاش روسازه از بستر خود را برای مهندسان و طراحان برآورده می کنند.

جداسازهای لاستیکی با ورقه های فولادی همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است از ورقه های نازک لاستیکی و فولادی که به ترتیب بر روی هم چیده شده و تحت فشار و حرارت به شکل مجموع های متورق و یکپارچه در می آیند تشکیل شده اند.

این جداسازها که در ابتدا برای ایجاد انعطاف پذیری در پایه ی پل ها در زمان انبساط و انقباض آنها استفاده شد، بعدها به منظور رفع مشکل ارتعاش ناشی از حرکت قطارهای زیرزمینی کارکرد مناسبی از خود نشان دادند.

جداساز لرزه ای لاستیکی

شکل ۳ : جداساز لرزه ای لاستیکی با ورقه های فولادی

جداساز های لاستیکی با هسته ی سربی

این جداساز شامل یک هسته ی سربی است که در داخل جداساز لاستیکی محصور شده است.

جداسازهای لاستیکی قادر به تامین میرایی زیاد و جذب انرژی مناسب نیستند.

هسته ی سربی در جداسازهای لاستیکی با تسلیم شدن در زمان ارتعاش، میزان میرایی را از حدود ۳ درصد میرایی بحرانی در جداساز های لاستیکی به چیزی در حدود بیش از ۱۰ درصد می افزاید.

همچنین هسته ی سربی با تامین سختی اولیه ی کافی، سازه ی جداسازی شده را در برابر بارهای جانبی ضعیف مانند باد یا زلزله های خفیف مقاوم می کند.

دلیل انتخاب سرب برای این جداساز این است که فلز سرب دارای ساختمانی کریستالی است.

ساختار کریستالی سرب با تغییر مکان تغییر می کند اما بلافاصله با برگشت تغییر مکان به حالت اولیه بازگشته و به این ترتیب تسلیم های متوالی تحت بارهای ارتعاشی دینامیکی جانبی باعث به وجود آمدن پدیده ی خستگی در آن نمی شود.

سرب تحت نیروی برشی در تنش های نسبتا پایین در حدود ۸ تا ۱۰ نیوتن بر میلیمتر مربع به حد تسلیم می رسد و بنابراین رفتار هیسترزیس پایداری نشان داده و میزان قابل توجهی از انرژی را در زمان رخداد زلزله های نسبتا بزرگ از بین می برد.

رفتار هیسترزیس این جداساز ها را می توان به صورت دوخطی با سختی اولیه ای در حدود ۹ تا ۱۶ برابر سختی پس از تسلیم آن ها در نظر گرفت.

بخش لاستیکی این تجهیزات مشابه جداسازهای لاستیکی با ورقه های فولادی است و وظیفه ی تامین نیروی بازگرداننده به مبدا را پس از پایان ارتعاش سازه به عهده دارد.

جداساز لرزه ای لاستیکی

شکل ۴ : جداساز لرزه ای لاستیکی با هسته سربی

جداساز های اصطکاکی

در این نوع از جداسازی، روسازه اجازه می یابد تا در زمان رخداد زلزله های نسبتا بزرگ بر روی جداساز بلغزد.

سازه به محض تجاوز نیروی برشی در طبقه ی جداسازی شده از میزان نیروی اصطکاکی در نظر گرفته شده برای جداساز ها بر روی آن ها شروع به لغزش می کند و به این ترتیب از ارسال نیروهای لرزه ای بزرگ به سازه جلوگیری می شود.

در این حال نیروی اصطکاکی به وجود آمده در جداساز ها در مقابل نیروی محرک زلزله عمل کرده و انرژی جنبشی را مستهلک می کند.

در مواردی که از این نوع جداساز ها به تنهایی استفاده می شوند، سامانه ی جداسازی به محتوای فرکانس موجود در ارتعاش تحریک حساس نبوده و موجب تشدید مولفه های خاصی از آن نیز نمی گردد.

در این حالت شتاب موجود در طبقه ی جداسازی متناسب با ضریب اصطکاک در نظر گرفته برای جداساز ها خواهد بود.

از این رو با کاهش ضریب اصطکاک می توان شتاب اعمال شده به سازه در طی ارتعاش را کاهش داد.

برای کاهش میزان اصطکاک موادی مانند تفلون و فولاد استیل کارایی قابل توجهی در این گونه جداساز ها از خود نشان داده اند.

هرچند کاهش ضریب اصطکاک به هر میزان دلخواه به معنای افزایش تغییر مکان به وجود آمده در تراز جداسازی است.

خصوصیت دیگر این نوع جداسازی تناسب نیروی اعمالی از سامانه ی جداسازی با جرم سازه است. بنابراین مرکز جرم سازه با مرکز اعمال نیرو یکی خواهد بود و در نتیجه ی آن پیچش در سازه های غیرمتقارن به وجود نخواهد آمد.

یک نکته قابل توجه در این گونه سامانه های جداسازی، نبود نیروی بازگرداننده در آنها است.

این امر ممکن است موجب شود تا سازه پس از اتمام لرزه به محل اولیه ی خود باز نگردد.

علاوه بر این طراح باید در طی طراحی به موارد زیر در طول دوره ی ساخت و نگهداری سامانه نیز توجه کافی داشته باشد:

  • امکان جوش خوردن سطح تماس جداسازها در طول زمان
  • وقوع یخ زدگی
  • بروز خوردگی
  • از بین رفتن سطح کم اصطکاک این تجهیزات

به طور خلاصه شرایط این جداساز ها در طول زمان و در شرایط محیطی متغیر، باید مورد توجه قرار گیرد.

از این رو بازدیدهای منظم و دوره ای باید به منظور کنترل وضعیت این جداساز ها انجام پذیرد.

در زمان کاربرد این سامانه باید در مورد میزان دقیق ضریب اصطکاک در آن، تغییرات آن در زمان حرکت و عوامل موثر بر آن به کمک آزمایش های مورد تایید کارفرما اطمینان یافت.

نبود نیروی بازگرداننده در این روش جداسازی، امکان بروز اشکال در عملکرد مطلوب آن را به همراه دارد.

به این منظور لازم است طراح در زمان طراحی و به کمک تحلیل های دقیق به همراه آزمایش های لازم بر روی تجهیزات سامانه و با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی این نوع سامانه، از عملکرد آن اطمینان یافته و در صورت نیاز تمهیدات مناسب برای احتراز از وقوع اشکالات احتمالی پیش بینی نماید.

جداسازهای اصطکاکی پاندولی

نیروی بازگرداننده در این جداساز ها توسط جاذبه ی زمین و وزن سازه تامین می شود.

بخش داخلی این جداساز از یک سطح مقعر فولاد استیل تشکیل شده است که یک قطعه ی فولادی با مقاومت زیاد و اصطکاک کم بر روی آن حرکت می کند.

شکل ۲ : جداسازهای اصطکاکی پاندولی

شعاع انحنای این جداساز دوره ی تناوب سامانه ی جداسازی را مشخص می کند. بنابراین در صورتی که وزن سازه تغییر کند یا با میزان برآورد شده متفاوت باشد، دوره ی تناوب تغییری نخواهد کرد.

جداساز لرزه ای اصطکاکی پاندولی

شکل ۵ : جداسازی لرزه ای اصطکاکی پاندولی

جداساز لرزه ای لاستیکی با میراگرهای فولادی در محل جداسازی

برای ایجاد نیروی بازگرداننده در سامانه های مجهز به جداسازهای اصطکاکی، استفاده ی همزمان از جداسازهای لاستیکی پیشنهاد می شود.

در این حالت نیروی بازگرداننده در سامانه توسط جداساز لاستیکی و فرایند استهلاک انرژی به کمک جداساز اصطکاکی تامین می گردد.

در زمان ایجاد مدل عددی برای رفتار سامانه ی مورد نظر باید به نحوه ی ترکیب این دو رفتار توجه گردد.

جداساز لرزه ای الاستیک اصطکاکی

این جداساز ها شامل چندین لایه ی اصطکاکی پوشیده شده با تفلون است که با هم و با یک هسته ی لاستیکی در تماس هستند.

هسته ی مرکزی لاستیکی نیروی بازگرداننده را در مجموعه به وجود می آورد و اصطکاک بین صفحات باعث از بین رفتن انرژی ارتعاشی می گردد.

منبع : پرتال جامع مهندسی عمران – ucivil.ir

درباره‌ی محمد حسن دانشور

دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک دانشگاه شیراز هستم امیدوارم بتوانم آموخته های 7 سال تحصیل و پژوهش خود را در دانشگاه شیراز با شما دانشجویان و مهندسین عمران به اشتراک بگذارم

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*

*