جداسازی لرزه ای با استفاده از ضربه گیر های زیرسری پل(نئوپرن)

پیشگفتار

نیروهای مکانیکی شامل بارهای افقی، عمودی و چرخش حول محور های مختلف(گشتاور) و همچنین تغییر شکل هم زمان وارده بر یک سازه در ترکیب با تنش های ناشی از انقباض و انبساط مصالح به کار رفته در سازه،  باعث ایجاد درجه حرارت، خزش و حرکات پیچیده در ساختار سازه می شود که به منظور جلوگیری و کنترل این حرکات به گونه ای که منجر به تغییر شکل و تنش های ناخواسته نشوند از این گونه بالشتک های الاستومری استفاده می گردد

جداسازی ارتعاشی سازه ها یکی از روشهای مناسب برای جلوگیری از خسارات زلزله است. در سازه ای مانند پل جداسازی سازه به صورت جدا کردن سازه از پایه و از بین بردن اثرات حرکات افقی ایجاد شده به وسیله زلزله در سازه صورت می گیرد.
بالشتک های نئوپرن رایج ترین ابزار جدا ساز در سازه های پل می باشد بالشتک های الاستومریک  (elastomeric pads) یا نئوپرن وظیفه کنترل نیروهای وارده و خنثی کردن حرکات و ارتعاشات به فونداسیون را در انواع سازه های بتنی و فولادی بر عهده دارد.

انواع نئوپرن ها

نئوپرن ها را از دو نوع الاستومر طبیعی و مصنوعی تولید می نمایند. نئوپرن هایی که با الاستومر طبیعی تولید می شوند را Natural Elastomer   ویا NA می گویند. 
این نئوپرن ها به دلیل استفاده از الاستومر طبیعی مقاومت کمتری نسبت به نوع مصنوعی ان دارد که به دلیل قیمت کمتر و توجیه اقتصادی مورد استفاده قرار می گیرد. نئوپرن هایی را که با الاستومر مصنوعی (کلوپرٹن)  CR  یا   Chloroprene می نامند.
تولید این نئوپرن ها به دلیل ساخته شدن از کائوچویی مصنوعی دارای مقاومت و مانایی بالاتری نسبت به نئوپرن های طبیعی می باشند. در تقسیم بندی دیگری ضربه گیرهای پل (نئوپرن) در ۲ نوع مسلح و ساده و در چندین تیپ تولید می شود و از ترکیب عنصرهای فلزی (Steel)، الاستومر (NR:Natural Rubber) یا (ch: Chloroprene) تشکیل می شوند. انواع نئوپرن ها به شرح زیر می باشند:
 

نئوپرنهای کلاسیک 

 با طبقه بندی تیپ های 1/2/3/4/5 که مصرف آن ها در کشورهای صنعتی تقریباً منسوخ شده و جای آنها را نئوپرن های مدرن گرفته است.
 

نئوپرنهای تفلونی :

که دارای تکنولوژی جدید بوده مصرف روز کشورهای صنعتی می باشند. هزینه این نوع نئوپرن ها به دلیل پیچیدگی فنی و مصرف مواد گران قیمت چند برابر نئوپرن های کلاسیک می باشد. این نئوپرن ها قادر به انتقال نیروهای وارده به تمام جهات تکیه گاه پل می باشند.
 نئوپرنهای لغزنده : 
یک قطعه کاملاً ویژه و تخصصی است که در ساختمان آن ابزار کنترلی عمر نئوپرن نیز نصب می گردد که باطری های مخصوص با طول عمر زیاد سلامت بسته کاربری قطعه را نشان می دهد. این نئوپرن ها طوری طراحی شده اند که نیروهای وارده را در جهت محورهای Y و X به پایه های پل منتقل می نمایند. 

نئوپرنهای هسته سربی :

عمدتا شبیه نئوپرن های تیپ 5/4/2 کلاسیک می باشند که علاوه بر سرب مرکزی با لایه های فلزی هم تقویت می گردند. بیشترین مصرف آن ها در ساختمان های بلند و ضد زلزله توصیه می گردد.

نئوپرن های فنری

از طرح های جدید نئوپرن می باشند که کاربرد آن ها عمدتا در ترابری راه آهن می باشد. در بین تمام نئوپرن ها دو نوع تفلونی و لغزنده که جایگاه ویژه ای یافته اند که به دلیل ایزوله شدن لاستیک ها در داخل محفظه ها موجب رهایی آنها از تهاجم اوزون شده و از فرسودگی فاصله چند ده ساله می گیرند بدیهی است فاصله زمانی تعویض آنها اگر خوب ساخته شوند به ۵۰ سال می رسد. یعنی منطقی ترین نگرش مدیریتی حکم می کند از گرانی آنها نترسیم و به عمر طولانی انها بیندیشیم. 
ضربه گیرهای پل با داشتن ظاهری ساده بسیار حساس و دارای خواص کاربردی ویژه می باشند، که در مراحل ساخت و با اجرای تکنولوژی مربوطه به دست می آیند. همان طور که کیفیت تصادفی به دست نمی آید، این قطعه نیز بدون داشتن تکنولوژی خاص به دست نمی آید. مثلا کسی که نداند چگونه و با چه دمایی آن Pre – Heating نموده و لایه ها را چگونه بچیند، تولید ناقص بوده و پاسخ کار را نخواهد داد. در حقیقت روش مهندسی معکوس در ساخت این قطعه کفایت نمی کند.

توضیح تعدادی از این ضربه گیرها

نئوپرن های مسلح

 در کل نئوپرن دارای مقاومت فشاری بالا می باشد اما در مقابل نیروی کششی از مقاومت کمتری برخوردار است. برای رفع این نقص نئوپرن الاستومری، در ساخت نئوپرن ها، الاستومرها را با صفحات فولادی مسلح می نمایند. به این صورت که صفحات فولادی را به صورت ورق های موازی در میان الاستومر قرار می دهند با استفاده از این روش نئوپرن ها با مقاومت کششی بالاتری تولید می گردد.

 

نئوپرن هسته سربی

در طراحی سازه هایی که در آن نیاز به استفاده از نئوپرن می باشد ممکن است که نیاز به وجود نئوپرنی با  قابلیت باربری بیشتر وجود داشته باشد در این زمان استفاده از نئوپرن های هسته سربی یکی از راهکارها می باشد. در این نئوپرن ها هسته ای از سرب تعبیه می گردد که در داخلی نئوپرن قرار می گیرد. سرب با مشخصات فیزیکی خاص خود برعملکرد نئوپرن تاثیر مثبتی گذاشته و مقاومت فشاری و انتقال نیرو در نئوپرن ها را بهبود می بخشد. 
 

 نئوپرن تفلونی 

در طراحی پل ها گاهی نیاز به داشتن تکیه گاهی با اصطکاک پائین احساس می شود که با وجود آن عرشه پل از آسیب های لرزه ای در امان بماند در چنین شرایط نیز می توان از نئوپرن های الاستومری استفاده نمود اما برای داشتن سطحی با اصطکاک کم، سطح نئوپرن را توسط لایه ای از تفلون PTFE می پوشانند. این ماده  با تشکیل سطحی با اصطکام کم اجازه حرکت عرشه را به راحتی صادر می کند.

خواص و اثرات 

1-نقش لرزه گیر و ضربه گیر در سازه جهت ارتعاشات و ضربات احتمالی وارده بر آن
2-تحمل و نگهداری بار های افقی و عمودی 
3-قابلیت انعطاف در یک زمان در دو جهت
4-پراکنده نمودن و عبور فشار های وارده بر سازه
5-تحمل هم زمان بار در سه محور مختلف 
6-چرخش حول محور های مختلف وتغییر شکل هم زمان 
7-افزایش قابل توجه عمر سازه و کاهش هزینه های تعمیر و ساخت مجدد سازه 
8-اقتصادی و در دسترس بودن

کاربردهای نئوپرن

از نئوپرن ها در مکان های مختلفی استفاده می شود.  زیر عرشه پل ها و زیر فنداسیون های ساختمان استفاده می شود. 
استفاده از نئوپرن ها فقط مربوط به به ساختمان های نوساز نمی باشد و برای بهسازی ساختمان های قدیمی نیز در شرایط خاص می توانند مورد استفاده قرار بگیرند. 
1-انواع پل ها و ساختمان ها
2-انواع سازه های بتنی و فولادی
3-ورزشگاه ها و سالن ها ورزشی 
4- زیر پایه تحتانی ماشین آلات دینامیکی
5-ژنراتور ها
6-تانکر ها و سیلوها
7-موزه ها، سالن های نمایشگاهی، کتابخانه ها

اشکال نئوپرن ها

نئوپرن الاستومری در اشکال مختلف (دایره و مربع و مستطیل) با ابعاد متنوع تهیه می شود. 

استاندارد نئوپرن ها

نئوپرن دارای استاندارد مختلفی می باشد از جمله ASTM، AASHTO ، وسایر استاندارد ها. نئوپرن مورد استفاده در ایران معمولا دارای استاندارد آیین نامه طراحی پل ها را دارا می باشد. 

 

منابع:

فصل نامه علمی تخصصی سیمان و بتن، دانشگاه علم و صنعت ایران، شماره دهم
دپارتمان سازه کارگشا، سامانه جامع صنعت ساختمان