روش های کنترل ارتعاش سازه

در طول مدت عمر سازه ها نیروهای مختلفی به سازه وارد می شوند که یکی از مهم ترین این نیروها نیروی ناشی از حرکت پایه سازه یا زلزله است.

در طراحی سازه ها اهداف مختلفی از جمله افزایش ایمنی سازه، کاهش هزینه و افزایش سرعت ساخت، افزایش بهره وری سازه و … در نظر گرفته می شود.

یکی از مهم ترین این اهداف، حذف خسارت های جانی احتمالی در حین و بعد از وقوع زلزله است.

امروزه در کنار این هدف اصلی، کاهش آسیب ها و خسارت های مالی وارد بر سازه و کاهش هزینه های تعمیر یا بازسازی پس از زلزله هدفی مهم به شمار می رود.

برای دستیابی به این اهداف روش های مختلفی در طول دهه های گذشته توسعه پیدا کرده است.

کاهش نیروهای وارد بر سازه با استفاده از جداسازهای پایه و میرا نمودن نیروی زلزله در قسمت های محدودی از سازه که به عنوان میراگر شناخته می شوند، در طول دهه های اخیر با استقبال زیادی مواجه شده است.

با توجه به این موضوع انواع مختلفی از جداسازهای پایه و میراگرها توسط محققین مختلف پیشنهاد و مورد آزمایش قرار گرفته است.

میراگرها و جداسازهای پیشنهاد شده دارای تنوع بسیار زیادی بوده و هرکدام از این ابزارها و روش استفاده از آن دارای مزایا و معایب خاص خود هستند.

در حالت کلی استفاده از میراگرها و جداسازها و سایر ابزارهایی که برای کاهش و مستهلک نمودن نیروی زلزله مورد استفاده قرار می گیرند به عنوان سیستم کنترل ارتعاشات در سازه شناخته می شوند.

انواع روش های کنترل ارتعاشات در سازه:
سیستم های کنترل ارتعاشات ایجاد شده در سازه تحت اثر نیروهای مختلف از جمله زلزله را در حالت کلی می توان به سه دسته کنترل فعال، کنترل غیر فعال، و کنترل نیمه فعال تقسیم بندی کرد.

در ادامه به تفاوت های هر یک از این دسته ها اشاره شده است.

کنترل فعال:
در سیستم کنترل فعال در حین ایجاد ارتعاش در سازه اطلاعاتی از تحریک خارجی شامل شتاب زمین و وضعیت سازه شامل جابه جایی، سرعت، و شتاب بخش های مختلف، توسط گیرنده ها به هسته پردازش اصلی ارسال می شود.

هسته پردازش سیستم کنترلی با تحلیل اطلاعات فوق بهترین پاسخ برای کاهش نیروها و تغییر شکل های ناشی از تحریک ایجاد شده در سازه را تعیین می کند.

در این حالت با استفاده از روش ها و ابزارهای مختلف مانند جرم و سختی متغیر فعال، نیروی کنترلی مناسب به سازه اعمال می شود.

به این صورت سیستم کنترل فعال با استفاده از انرژی خارجی در حین زلزله تغییرات لازم در مشخصات دینامیکی سازه را ایجاد می نماید.

کنترل غیر فعال:
در سیستم کنترل غیر فعال برخلاف سیستم کنترل فعال، از منبع انرژی خارجی و سیستم های پردازش و اعمال نیرو برای تغییر مشخصات دینامیکی و مستهلک نمودن انرژی ورودی به سازه استفاده نمی شود.

به همین دلیل هزینه ساخت، نگهداری و استفاده از سیستم کنترل غیر فعال بسیار کم تر از سیستم کنترل فعال است و با استقبال گسترده تری مواجه هستند.

در این سیستم کنترلی طراحی سازه به گونه ای صورت می گیرد که انرژی وارده به سازه کاهش یافته یا به سمت وسایل مستهلک کننده نیرو (میراگرها) هدایت شود.

با توجه به محدود بودن ناحیه تأثیر نیروی وارده، جداسازهای پایه و میراگرها، در صورت ایجاد خسارت جدی به این قسمت ها در حین زلزله، این اجزا با سهولت بیشتری قابل تعمیر یا تعویض هستند.

با توجه به تعریف انجام شده طیف گسترده ای از روش های کاهش و مستهلک کردن انرژی وارده در دسته کنترل غیر فعال قرار می گیرند.

کنترل نیمه فعال:
دسته ای دیگر از سیستم های کنترلی حالتی ما بین دو دسته قبل را دارا هستند.

در واقع در سیستم کنترل نیمه فعال به صورت بسیار محدودی از منبع انرژی خارجی و سیستم کنترلی استفاده می شود.

برای این منظور در بیشتر موارد سیستم کنترلی با استفاده از انرژی باتری ها و تغییر در مشخصات سازه مانند سختی، حرکت سازه در حین زلزله را اصلاح می کند.

به این ترتیب در سیستم های کنترل نیمه فعال برخلاف سیستم های فعال، انرژی زیادی به سیستم اضافه نمی شود.