عملکرد لرزه ای سازه بتنی با میراگر پال

با توجه به لرزه خیز بودن بیشتر مناطق ایران، مقابله با این پدیده طبیعی به دلیل خسارت عمده ی مالی و جانی ناشی از آن امری غیر قابل اجتناب است. پس پژوهشگران تلاش های گسترده ای برای طراحی و مقاوم سازی سازه ها در برابر زلزله به کار گرفته اند. به منظور افزایش مقاومت لرزه ای سازه های قابی، بیشتر بادبندهای فولادی یا دیوارهای برشی مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از دیوارهای برشی در سازه های قابی بتن مسلح و بادبندهای فولادی در سازه های قابی فولادی متداولتر است.

عملکرد لرزه ای سازه بتنی با میراگر پال

با افزودن بادبند فولادی به قاب بتن مسلح، بسته به جزییات استفاده شده، سختی معادل قاب افزایش قابل ملاحظه ای یافته و در رفتار آن تغییر چشمگیری حاصل خواهد شد.در سال اوایل دهه 1980، اوتار اس.پال وسیله ای برای مستهلک کردن انرژی ورودی لرزه ای به سازه از طریق اصطکاک نوآوری کرد. او این ایده را از مکانیزم ترمز اتومبیل ها الهام گرفت و معتقد بود که عمل ترمز مشابه توقف حرکت ساختمان ها در حین زمین لرزه است. همان گونه که ترمز اصطکاکی وسیله ی نقلیه، انرژی جنبشی ناشی از حرکت آنها را تلف می کند، حرکت ساختمان نیز می تواند سبب استهلاک انرژی ناشی از زلزله به وسیله ی یک مکانیزم اصطکاکی باشد. این نظریه در سال 1982 منجر به نوآوری در میراگر اصطکاکی پال شد.

پژوهش های صورت پذیرفته پیرامون بهسازی سازه های بتن آرمه با انواع بادبند های فولادی و مطالعه ی تحلیلی و آزمایشگاهی گسترده ای که تاکنون در خصوص مقابله با آثار مخرب زلزله بر سازه ها انجام شده است، دلالت بر کارآیی مناسب مکانیزم های مختلف کنترل لرزه ای غیر فعال سازه ها به عنوان گزینه ای کارآمد برای مقابله با نیروهای زلزله دارد. از میان روش های مختلف کنترل، به کارگیری میراگر اصطکاکی به علت داشتن مکانیزمی ساده و عدم نیاز به مصالح و تکنولوژی خاص، می تواند یکی از بهترین روش ها برای ارتقای رفتار لرزه ای سازه های موجود به حساب آید.

با استفاده از میراگرهای اصطکاکی ضمن افزایش سختی، قابلیت اتلاف انرژی هیسترزیس سازه نیز بیشتر خواهد شد. رفتار غیر ارتجاعی میراگرها و قرار گیری آنها در نقاط مختلف یک سازه، سبب اتلاف انرژی ورودی ناشی از تحریک زمین لرزه می شوند. همچنین در سازه های با اهمیت زیاد می توان با انتخاب مناسب پارامترهای طراحی، از ورود اعضای اصلی سازه ای به محدوده ی رفتار غیر ارتجاعی که سبب خرابی های موضعی در نقاطی از آنها می شود جلوگیری کرد و یا آن را به کمترین رسانید.

تاکنون سازه های بسیاری با استفاده از میراگر های اصطکاکی مقاوم سازی شده اند که از آن جمله می توان به ساختمان ایتون در مونترال، اداره کل دادگستری اوتاوا، ساختمان های لا گاردنیا در هندوستان، منبع ذخیره آب در ساکرامنتو کالیفرنیا، کارخانه ی هواپیماسازی بوئینگ در واشنگتون و بسیاری سازه های دیگر اشاره کرد.عملکرد لرزه ای قاب های مجهز به میراگر اصطکاکی در نیروی لغزش بهینه نسبت به قاب خمشی و نیز قاب مهاربندی شده بهتر است.

ساز و کار میراگرهای اصطکاکی پال، ایجاد سطوح اصطکاک لغزشی در محل تقاطع بادبندهاست. برای قاب های ساختمانی، این میراگر ها را می توان در بادبند های کششی ضربدری، قطری تک و چورن به کار برد. این میراگر از چند سری ورقه های فولادی به گونه ای ساخته شده است که دارای بیشترین سطح اصطکاک بوده و بهوسیله ی بولت های فولادی پر مقاومت به یکدیگر بسته شده اند. این میراگر ها در برابر بار باد، لغزش نمی کنند اما در تحریکات جدی لرزه ای، برای بار بهینه ای که پیش از آن برای آن طراحی شده اند، پیش از آنکه اعضای سازه ای تسلیم شوند وارد عمل شده و سهم زیادی از انرژی زلزله را از بین می برند.

این کار به سازه این امکان را می دهد که به صورت الاستیک باقی مانده و تسلیم آن تا وقوع زلزله ی شدید تری به عقب بیافتد. خصوصیت دیگر سازه ی مجهز به میراگر اصطکاکی آن است که پریود طبیعی آن با دامنه ارتعاش تغییر می کند. لذا از پدیده ی رزونانس جلوگیری به عمل می آید. اولین مدل میراگر اصطکاکی پال در مهاربند چورون در جهت مقاوم سازی لرزه ای ساختمان ایتون کانادا آزمایششد. مدل سازی به صورت ترکیب مهاربند و میراگر انجام شد و نیروی متناظر تسلیم غیرخطی همان نیروی لغزش لحاظ شده است.