معرفی جداسازها و میراگرها

با توجه به تعریف انجام شده از روش های کنترل سازه، جداسازها و میراگرها عموما جزء سیستم های کنترل غیر فعال محسوب می شوند.

نحوه عملکرد جداسازها و میراگرها تا حدودی متفاوت از یکدیگر است. در جداسازها تلاش می شود که سازه تا حد زیادی از مولفه حرکت افقی زمین جدا شود.

جدا شدن سازه از حرکت افقی زمین باعث می شود که انرژی وارد شده به سازه در حین زلزله به میزان قابل ملاحظه ای کاهش یابد.

در واقع جداسازها لایه ای از المان های با سختی جانبی کم را تشکیل می دهند که عملکری مشابه سیستم های تعلیق خودرو در سازه ایجاد می کند.

فرکانس تحریک این لایه خیلی کمتر از فرکانس طبیعی سازه و فرکانس غالب زلزله است.

در این حالت عمده تغییر شکل ایجاد شده در سازه تحت تحریک زلزله در جداساز ایجاد می شود و جابه جایی نسبی ایجاد شده در طبقات سازه را به مقدار زیادی محدود می کند.

به این ترتیب با استفاده از جداساز پایه انرژی وارد شده به سازه کاهش قابل ملاحظه ای خواهد یافت.

مقایسه نحوه پاسخ لرزه ای سازه در حالت استفاده و عدم استفاده از جداساز لرزه ای در شکل زیر نشان داده شده است.

تحقیقات متعددی در چند دهه گذشته به خصوص در کشورهای زلزله خیر از جمله آمریکا، ژاپن و نیوزلند در زمینه جداسازها و میراگر انجام شده است.

در سازه های مرسوم مقاوم در برابر زلزله های شدید و نسبتا شدید، آسیب های سازه ای قابل توجهی به اعضای اصلی سازه مانند تیرها و ستون ها وارد می شود.

میراگرهای جاری شونده فلزی:
در این حالت هزینه تعمیر و بازسازی این سازه ها پس از وقوع زلزله قابل ملاحظه بوده و در بعضی از موارد تعمیر سازه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

با استفاده از سیستم های مستهلک کننده انرژی و هدایت نیروهای وارد به سازه به طرف این قسمت ها، می توان از ایجاد خسارت در اعضای اصلی سازه جلوگیری نمود.

استهلاک انرژی توسط مصالح یکی از روش های مرسوم کنترل غیر فعال در سازه ها است. میراگرهای فلزی از ظرفیت قابل توجه مصالح فلزی در میرا کردن انرژی وارد به سازه استفاده می کنند.

در هر چرخه از بارگذاری اعمال شده به این میراگرها، با ایجاد تغییر شکل های غیر الاستیک حجم قابل توجهی از انرژی مستهلک می شود.

به این ترتیب استفاده از میراگرهای جاری شونده از ایجاد خسارت در اعضای دیگر سازه به میزان زیادی جلوگیری می کنند.

مقاومت و ظرفیت جذب انرژی میراگرهای جاری شونده به میزان زیادی به مشخصات تنش - کرنش مصالح فلزی در ناحیه غیر خطی وابسته است.

در میراگرهای جاری شونده، تسلیم مصالح تحت نیروهای مختلف محوری، خمشی، برشی؛ پیچشی و یا ترکیبی از این نیروها رخ می دهد.

میراگرهای جاری شونده توسط تغییر مکان تحریک می شوند. با توجه به این موضوع اضافه کردن این اجزا به سازه باعث افزایش سختی الاستیک سازه می شود.

با اضافه شدن سختی، تغییر شکل های سازه در ناحیه الاستیک بهتر کنترل می شود.

اولین ایده های استفاده از میراگرهای فلزی جاری شونده در دهه 70 میلادی مطرح شد. در طول دهه های گذشته تحقیقات زیادی بر روی روش ها و اشکال مختلف استفاده از میراگرهای فلزی انجام شده است.

از معروف ترین میراگرهای جاری شونده فلزی می توان به میراگرهای X شکل، میراگرهای با ورق های مثلثی، میراگرهای شکاف دار، میراگرهای سربی تزریقی و میراگرهای آلیاژ حافظه دار شکلی و … اشاره کرد.

مزایای میراگرهای جاری شونده فلزی:
میراگرهای جاری شونده از مزایای زیادی برخوردار می باشند، که همین موضوع موجب افزایش استفاده این نوع میراگرها در گذر زمان شده است.

از جمله مزایای قابل توجه میراگرهای جاری شونده می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• مستهلک نمودن حجم قابل توجهی از انرژی ورودی به سازه با استفاده از ظرفیت بالای جذب انرژی در فلزات به خصوص فولاد.
• رفتار چرخه ای پایدار با توجه به رفتار غیر خطی چرخه ای مناسب مصالح فلزی به ویژه فولاد.
• غیر وابسته بودن رفتار چرخه ای به تغییرات دما در دماهای معمول محیط.
• در دسترس بودن مصالح و تکنولوژی ساخت مورد نیاز.
• هزینه ساخت کم و هزینه نگهداری ناچیز در مدت عمر مفید سازه.
• کاهش قابل توجه هزینه های تعمیر و بازسازی سازه پس از زلزله های نسبتا شدید و شدید.
• تعویض نسبتا ساده قطعه آسیب دیده در بیشتر میراگرهای جاری شونده و عدم ایجاد اختلال قابل توجه در کاربری سازه در هنگام تعمیر یا تعویض میراگر.
• کنترل ارتعاشات خفیف در سازه در ناحیه خطی مصالح میراگر و افزایش سختی جانبی سازه در ناحیه خطی.

انواع جداسازها و میراگرها:
در سازه های معمول عموما میرایی سازه به اندازه ای نیست که پاسخ سازه در برابر تحریکات قوی را به شکل محسوسی کاهش دهد.

در این سازه های بدون تجهیزات میراکننده خسارات قابل توجهی در اعضای سازه ای و غیر سازه ای ایجاد می شود.

البته اغلب این سازه ها می توانند بدون فروپاشی کامل تا حد زیادی ایمنی ساکنان این سازه ها را تامین نمایند، ولی از نظر اقتصادی هزینه تعمیر و مقاوم سازی قابل توجهی را به مالکین خود تحمیل می کنند.

افزودن سیستم های کنترل ارتعاشات به سازه های معمول با میرایی کم، باعث افزایش میرایی و کاهش خسارت ایجاد شده در اعضای اصلی این سازه ها می شود.

وسایل و روش های بسیار متنوعی برای بهبود رفتار این سازه ها در حین زلزله وجود دارد.

در بیشتر این روش ها تغییر شکل های ایجاد شده در اعضای اصلی با استفاده از کنترل و محدود کردن تغییر شکل به اعضای مخصوص تعبیه شده در سازه، کاهش داده می شود.

سیستم های کنترل غیر فعال را در حالت کلی می توان به دو دسته جداسازهای پایه، و میراگرها دسته بندی نمود. در ادامه به تعدادی از این سیستم ها اشاره شده است.