معرفی سیستم های جداساز لرزه ای

3 آوریل , 2018

0 زمان تقریبی مطالعه 4 دقیقه

جداسازی لرزه

جداسازی تراز پایه و یا جداسازی لرزه ای سیستمی برای محافظت سازه در برابر نیروهای حاصل از زلزله می باشد. این سیستم مجموعه ای از المان های سازه ای است که قسمت فوقانی سازه یا رو سازه را از قسمت تحتانی سازه یا زیر سازه که بر روی زمین در حال لرزش قرار می گیرد، جدا می سازد و بنابراین یکپارچگی ساختمان یا المانهای غیر سازه ای را در برابر نیروهای ناشی از زلزله حفظ می کند.

این نظریه یا مطابق تعریف نظریه حفاظت ساختمان ها از اثرات مخرب زلزله توسط نوعی از تکیه گاه که ساختمان را از زمین در حال لرزش جدا می سازد، از محبوب ترین روش ها به شمار می رود، و مکانیزم های زیادی برای حصول این نتیجه ارائه شده است.

در حالت کلی تصور می شود که برای محافظت یک سازه در برابر آثار مخرب زلزله می توان مقاومت آن را افزایش داد به گونه ای که درهنگام زلزله تخریب نگردد. به عبارت دیگر هر چه که سختی سازه متصل شده به شالوده بیشتر باشد در هنگام زلزله خرابی کمتری خواهیم داشت (مطابق قانون افزایش مقاومت در برابر خرابی). در صورتی که شالوده و سازرزه ای ه به صورت صلب به یکدیگر متصل باشند، تمامی نیروی زلزله به صورت مستقیم و بدون تغییر فرکانس به ساختمان القا می شود. با تعبیه یک سیستم جداسازی مابین سازه و زمین می توان سطح نیروهای زلزله را که به سازه انتقال می یابد کاهش داد.

اگرچه که پیشنهاد اولیه آن به 100 سال گذشته باز می گردد، اما تنها در چند سال اخیر است که استفاده از سیستم جداساز لرزه ای یک ترفند اجرایی برای طراحی ساختمان های مقاوم در برابر زلزله شده است. در این مطلب رفتار دینامیکی ساختمان های مجهز به سیستم جداساز لرزه ای با اهدافی محدود به درک این مهم که چرا و تحت چه شرایطی جداسازی سازه در کاهش نیروهای القایی از زلزله به سازه موثر است، بررسی می شود. در حال حاضر بحث جداسازی لرزه ای سازه ها موضوعی پر مخاطب و در حال رشد است و حجم بسیاری از مقالات بر روی جنبه های مختلف این دانش تمرکز یافته است که مهم ترین آن ها عبارتند از : آزمایش و مکانیک سخت افزاری سیستم های جداساز، تحلیل دینامیکی غیر خطی، آزمایشات میز لرزه، پروژه های طراحی، نصب و کاربرد.

سیستم های جداساز

بر خلاف تغییرات بی شماری که در جزییات وجود دارد، تکنیک های جداسازی از دو روش پایه با ویژگی های مشخص یکسان پیروی می کند. در روش اول سیستم جداساز یک لایه با سختی جانبی کم بین سازه و شالوده معرفی می کند. توسط این لایه جداساز، زمان تناوب سازه بسیار بیشتر از حالتی خواهد شد که سازه بر روی تراز پایه ثابت تکیه دارد. همان طور که در طیف طراحی الاستیک در شکل 1 مشاهده می شود، این افزایش زمان تناوب قادر به کاهش شبه شتاب و در نتیجه نیروهای اعمالی از زمین لرزه به سازه خواهد بود، اما تغییر شکل افزایش خواهد یافت؛ این تغییر شکل در سیستم جداساز متمرکز می شود اگر چه که تنها با تغییر شکل های کوچکی در سازه مواجه خواهیم بود. حتی اگر سیستم خطی و نامیرا باشد، کاربرد این گونه از سیستم های جداساز بسیار موثر است، . وجود میرایی نیز به دلیل کاهش بیشتر نیروها در سازه و تغییر شکل ها در سیستم جداساز سودمند خواهد بود.

(شکل1-طیف طرح الاستیک)

متداول ترین این نوع از سیستم، از تکیه گاه های سیلندری با یک سوراخ یا بیشتر همراه با لایه های متناوب از ورق های فولادی و لاستیک استفاده می کند.(شکل2)

مقطع تکیه گاه لایه ای لاستیکی (شکل2-مقطع تکیهگاه لایه ای لاستیکی)

این تکیه‌گاه های لایه لایه بین تراز پایه سازه و شالوده قرار می گیرند، و در برابر بارهای عمودی سخت بوده اما در برابر بارهای جانبی انعطاف‌پذیر هستند (شکل 3).

(شکل3-تکیه گاه لایه ای لاستیکی تغییر شکل یافته )

به این دلیل که میرایی طبیعی لاستیک اندک است، میرایی بیشتری توسط نوعی از میراگرهای مکانیکی فراهم می شود، که شامل شمع های سربی است که در درون سوراخ هایی قرار می گیرند و همچنین شامل میراگرهای هیدرولیکی و یا میله های فولادی یا فنر های فولادی می باشد. میراگرهای فلزی توسط جاری شدن، استهلاک انرژی به وجود آورده و بنابراین رفتار غیرخطی را در سیستم به وجود می آورند.

دومین نوع متداول از سیستم های جداساز، از تعبیه المان های لغزشی(ریلی یا کشویی) بین شالوده و تراز پایه ساختمان استفاده می کند. نیروی برشی که توسط رابط جداساز به سازه القا می شود، به وسیله پایین نگه داشتن ضریب اصطکاک تا حد ممکن، محدود می شود. اگرچه که، اصطکاک می بایست به اندازه کافی زیاد باشد تا بتواند در برابر باد های قوی و زلزله های کوچک، بدون لغزش مقاومت کند.

در این نوع از سیستم جداساز، تغییر مکان های حاصل از لغزش توسط فنرهای با کشش بالا یا تیکه گاه های لایه ای لاستیکی، و یا درآوردن سطح لغزش به شکل منحنی کنترل می شوند؛ این مکانیزم ها باعث به وجود آمدن نیروی بازگردانندگی می شود، در غیر این صورت سازه قادر به بازگشت به موقعیت تعادلی خود نخواهد بود. سیستم آونگ اصطکاکی (FPS) یک سیستم جداساز است که در آن وزن سازه توسط رویه های لغزشی کروی تحمل می شود که هنگامی که جنبش زمین از یک حد مشخص بیشتر می شود، نسب به یکدیگر می لغزند.

تکیهگاه های اصطکاکی (شکل4-تکیه‌گاه های اونگ اصطکاکی لغزشی)

عملکرد بازگشتی توسط بلند کردن ساختمان به اندازه بسیار کم هنگامی که لغزش بر روی رویه کروی انجام می شود، به وجود می آید. دینامیک سازه ها بر روی سیستم های جداساز لغزشی پیچیده است زیرا که روند لغزش ذاتا ماهیتی غیرخطی دارد.

برای اجتناب از این پیچیدگی، شرح مقدماتی سیستم های جداساز محدود به فهم رفتار دینامیکی سازه ها با استفاده از سیستم جداساز با تکیه گاه های لایه ای لاستیکی می شود. این ساختمان های جداسازی شده با روش های تحلیلی تقریبی توسط روند های تحلیل مدی سازگار هستند.