بخشی از مقاله
انواع ميراگرها و عملکردلرزه ايي آنها در هنگام وقوع زلزله
خلاصه
اين مقاله انواع ميراگرهاي موجود را معرفي و عملکرد آنها در هنگام وقوع زلزله را مورد بحث و بررسي قرار مي دهد هم چنين در ادامه ساختمانهاي بلند موجود در جهان را مورد بررسي قرار داده و ميزان رضايت بخشي از عملکرد ميراگرها مطالعه گرديده شده است که نتايج آن حاکي از آنست که نه تنها ميراگر ها رفتار لرزه ايي قابل قبولي در برابر نيروهاي جانبي از جمله وزش باد و نيروي زلزله داشته اند بلکه محدوديتهاي ساخت ساختمانهاي بلند مرتبه را تا حدي کاسته است .
کلمات کليدي : ميراگر ها ، جداگرهاي لرزه ايي ، ساختمانهاي بلند
مقدمه [١]
در بهسازي لرزه ايي سازه ها يکي از روش هاي کاهش نيروي جانبي ناشي از زلزله استفاده از ميراگرها مي باشد. در طي زلزله ، انرژي زيادي به سازه اعمال ميگردد. اين انرژي به دو صورت جنبشي و پتانسيل (کرنشي ) برسازه اعمال ميگردد که به طريقي جذب يا مستهلک مي گردد. اگر سازه فاقد ميرايي باشد ارتعاش ان پيوسته خواهد بود اما بدليل وجود ميرايي در مصالح ، ارتعاش کاهش مي يابد . انرژي ورودي ناشي از زلزله به سازه بصورتهاي معرفي شده در رابطه زير تبديل مي شود :
در رابطه فوق E انرژي ورودي زلزله ، EK انرژي جنبشي ، ES انرزي کرنشي قابل بازگشت در محدوده الاستيک ، Eh مقدار انرژي اتلاف شده به واسطه تغيير شکل غير الاستيک و Ed مقدار انرژي مستهلک شده به وسيله ميراگر الحاقي مي باشد . در سيستم هاي جداسازي لرزه ايي ، استفاده از سيستمهاي مستهلک کننده انرژي ، جايگاه ويژه ايي را به خود اختصاص داده اند . افزايش ميرايي با استفاده از روشهاي مختلفي نظير جاري شدن يک فلز نرم ، اصطکاک دوفلز بر روي هم ، حرکت يک پيستون درون يک ماده لزج و يا رفتار ويسکوالاستيک در موادي از جنس شبيه لاستيک امکان پذير مي باشد .
١- اثرميرايي بر پاسخ سازه [٢]
افزايش ميرايي باعث کاهش پاسخ سازه (شتاب و تغيير مکان ) مي شود. افزايش ميرايي در زمان تناوب هاي پايين ( نزديک به صفر ) بر روي مقدار طيف اثري ندارد و در زمان تناوب هاي بالا نيز اثر کمي بر روي شتاب پاسخ دارد . شکل ٢-١ و شکل ٢-٢ بيشترين اثر افزايش ميرايي در زمان تناوب هاي ٠,٣ تا ٢,٥ ثانيه را نشان ميدهد .
٢- انواع ميراگرها
ميراگرها را براساس عملکرد انها به انواع اصطکاکي ، فلزي (جاري شونده ) ، ويسکوز ، ويسکوالاستيک ، آلياژهاي حافظه دار شکلي (SMA) و ميراگرهاي جرمي دسته بندي مي گردند .
از مزاياي استفاده از ميراگرها ميتوان به جذب انرژي بالا ، سادگي در نصب و تعويض آنها و همچنين هماهنگي يا ساير اعضاي سازه اشاره نمود .
٢-١ ميراگرهاي اصطکاکي
در اين نوع ميراگر، انرژي زلزله صرف غلبه بر اصطکاک موجود در سطح تماس قطعات مي شود .از ويژگي هاي ديگر اين ميراگرها مي توان به عدم ايجاد خستگي در بارهاي خدمت (به دليل فعال نشدنِ ميراگرها تحت اين بارها)و وابسته نبودن عملکردآنها به سرعت بارگذاري و دماي محيط مي توان اشاره نمود .اين ميراگرها به موازات مهاربندها نصب مي شوند.
در شکل ٢-١-٢ ميراگرهاي اصطکاکي چرخشي نشان داده شده است .به علت رفتار بسيار ساده و سهولت در نصب و ساخت ، اين نوع ميراگر به يکي از انواع متداول در ميراگرهاي اصطکاکي تبديل شده است .
٢-١-١ ميراگر PVD
نوع ديگري از ميراگر اصطکاکي ميباشد که بدليل سادگي در نصب يکي از پر کاربرد ترين ميرگر در سازه ها ميباشند . ميراگر PVD را مي توان براي بوجود آوردن ميرايي لازم براي سازه هاي قابل انعطاف مثل قاب هاي فولادي خمشي يا براي فراهم کردن ميرايي موثر براي سختي نسبي سازه ها استفاده کرد. ميراگر PVD اساسا براي نصب در جايي که جابجاي بتواند ميرايي لازم را توليد کند طراحي شده است مثل نصب در باد بند اسکلت فلزي و يا قاب خمشي بتني .
اولين ساختماني که توسط طراح ايراني با استفاده از ميراگر PVD شرکت رابينسون طراحي شد ساختماني است با مالک خصوصي در زميني به مساحت ١٦٤.٥ مترمربع و در ٦ طبقه بنا خواهد شد. اين ساختمان در شهر ري واقع شده است . متراژ هر طبقه در حدود ١١٢ متر مربع مي ¬باشد. و اسکلت اصلي آن فولادي و پيچ و مهره اي مي باشد در اين ساختمان از تکنولوژي نوين مقاوم سازي در برابر زلزله به نام سيستم ميراگرهاي لرزه¬اي استفاده شده است . تعداد ميراگر PVD درنظر گرفته شده ١٢ عدد ١٠٠ کيلونيوتني مي باشند ،ساختمان بلند مرتبه ديگري هم در شمال تهران با ١٩ عدد ميراگر ٣٥٠ ، ٦٠٠ و ٨٥٠ کيلو نيتوني PVD شرکت رابينسون توسط طراح ديگري طراحي شده است که در مرحله سفارش دادن مي باشد .
در تجهيزات و ميراگر ها ي وابسته به سرب مثل تکيه گاه سربي لاستيکي و ميراگر هاي سربي که بعنوان بهترين و موفق ترين تجهيزات محافظ براي سازه هاي مختلف در مقابل زلزله بکار گرفته شده اند در اصل در کشور نيوزيلند توسط شرکت رابينسون در آزما يشگاه معروف فيزيک و مهندسي DSIR اختراع شده اند و بصورت گسترده در طول ٣٠ سال گذشته بعنوان بهترين ميراگر ها بکار گرفته شده اند.
ميراگر PVD براساس همان مشخصات تغير شکل سيکل هاي پلاستيکي سرب مثل تکيه گاه سربي لاستيکي طراحي گرديده اند. براي تکيه گاه سربي لاستيکي نيروي ميرايي بوجود آمده توسط سرب کمتر از نيرو قابل ارتجاعي مربوط به لاستيک مي باشد در صورتي که براي PVD نيروي ميرايي سرب بسيار بزرگ تر از نيرو ارتجاعي لاستيک مي باشد.
در حال حاضر PVD بعنوان ميراگري موثر در تعداد زيادي پل , برج وساختمانها استفاده شده است .
برتري هاي ميراگر PVD عبارتند از:
١- ميراگر PVD بصورت موثري برروي جابجاي هاي کم عمل مي کند براي مثال يک ميراگر MN PVD١ بصورت موثري براي جابجاي هاي ٠,٠٥ ميلي متر تا ٥ ميلي متر عمل مي کند.
٢- ميراگر PVD احتياج به نگه داري ندارد وهيچگونه قطعات لغزنده يا پيچنده اي ندارد.
٣- رفتار ميراگر PVD مثل رفتار يک ميراگر فلزي مي باشد .
تجهيزات ميراگري که از سرب استفاده شده است در هزاران سازه مختلف در سرتاسر دنيا نصب شد ه اند اما براي محافظت از سازه هاي بلند مرتبه با نوسانات مختلف همراه با پريود هاي بلند مثل ساختمانهاي بلند مرتبه از طريق سيستم هاي معمولي يا امکان نا پذير و يا اقتصادي نيست . شرکت رابينسون ميراگر PVD را بعنوان راه حلي اختراع کرد که حرکات کوتاه وبلند ايجاد شده سازه را کاهش مي دهد اين ميراگر را مي توان براي ميرا کردن عکس العملي نوسانات کوچک و موجود باد در سازه هاي بلند هم بکار گرفت و همچنين جابجاي بوجود آمده بوسيله زلزله را کاهش دهد.
PVD ميراگر ي است که مي تواند مقدار موثر قابل توجه اي از ميرايي هيستريستيک را در جابجاي به کوچکي ٥٠ +.- ميکرو متر را ايجاد کند . با توزيع ميراگر PVD بيشتر در سازه مي توان حجم ميراي سازه را افزايش داد.اين ميراگر براي حفاظت از نوسانات سازه با تعداد گسترده اي از پريود هاي مختلف مناسب مي باشد در نتيجه ميراي بالاي براي سازه بوجود مي آورد.
حدود طراحي عملي براي يک نمونه PVD با ظرفيت ٢٠٠ کيلو نيونن بر اساس نتايج آزمايشات بدست آمده عبارتند از ±٥٠ ميکرو متر تا ±١٠ mm
مي باشد. جابجاي بزرگتر احتياج به نوع بزرگتر دارداما حساسيت آن کاهش پيدا خواهد کرد.
٢-١-٢- ميراگر اصطکاکي Pall
نوع ديگر ميراگرهاي اصطکاکي ، ميراگر اصطکاکي Pall مي باشد . (شکل ٢-١-٢-١). اين ميراگر شامل يک باد بند و چند سري ورق فولادي به همراه پيچ هاي اصطکاکي مي باشد که در بخش مياني بادبند نصب مي شوند. ورقهاي فولادي توسط پيچ هاي پرمقاومت به يکديگر متصل شده که نسبت به يکديگر تحت نيروي مشخصي لغزش مي کنند.
٢-٢-ميراگرهاي فلزي (تسليمي )
در اين ميراگر، انرژي منتقل شده به سازه صرف تسليم و رفتار غير خطي در قطعات بکار رفته در ميراگر مي شود . در اين ميراگرها از تغيير شکل غيرالاستيک فلزات شکل پذيري مانند فولاد و سرب جهت اتلاف انرژي استفاده مي شود.
در تمام سازه هاي معمولي اتلاف انرژي بر شکل پذيريِ اعضاي فولادي پس از تسليم متکي است .
در بادبندها استفاده از ميراگرهاي فلزي تسليمي متداول تر مي باشد. اين نوع مير اگرها اغلب از چند ورق فولادي موازي تشکيل مي شوند و در ترکيب با يک سيستم بادبندي، نقش جذب و اتلاف انرژي را بر عهده ميگيرند . اين قسمت از مهاربند به عنوان يک فيوز در سازه عمل نموده و با تمرکز رفتار غير خطي در خود، مانع از بروز رفتار غير خطي و آسيب در ساير اجزا اصلي وفرعي سازه مي گردد .
