تأمین کننده کلیه مقاطع فولادی

خط ویژه 56-03135155

میراگر ساختمان چیست و انواع آن کدامند

میراگر چیست

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. در ادامه به صورت مختصر روش های مختلف کنترل انرژی زلزله و اثرات آن بر سازه را بررسی خواهیم کرد.

میراگر ساختمان چیست

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 جابجایی، 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 تاثیر 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.

میراگر سازه چیست

الف ) سیستم کنترل فعال ، ب) سیستم کنترل غیر فعال

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 جابجایی 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.

حتما بخوانید :  معرفی دستگاه خمکاری لوله فولادی

جداساز سازه ای

مقایسه پاسخ جابجایی در سازه دارای جداساز و بدون جداساز

میراگرهای جاری شونده فلزی

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. 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 ۷۰ 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.

حتما بخوانید :  میلگرد بستر چیست ؟

انواع جداسازهای لرزه ای

برای جدا کردن سازه از پایه از تکیه گاه های ویژه استفاده می شود. این تکیه گاه ها دارای سختی قائم مناسب و سختی جانبی کم هستند. نیروهای قائم ناشی از بارهای ثقلی توسط سختی قائم مناسب تکیه گاه به زمین منتقل می شود. سختی جانبی کم جداساز باعث افزایش دوره تناوب نوسانی سازه شده که این موضوع در هنگام زلزله از انتقال بخش عمده ای از مولفه حرکت افقی زمین به سازه جلوگیری می کند. به این ترتیب بخش قابل توجهی از انرژی زلزله به سازه وارد نمی شود.

برای ساخت جداسازهای پایه عمدتا سامانه های الاستومری شامل الاستومرهای طبیعی و مصنوعی، یا سامانه های لغزشی با پوشش تفلونی یا فولاد ضد زنگ یا ترکیب هر دو، مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه به تعدادی از جداسازهای مورد استفاده اشاره شده است.

جداسازهای الاستومری طبیعی با میرایی کم

در جداسازهای الاستومری طبیعی با میرایی کم عمدتا از لایه های ورق فولادی مابین یک لایه ضخیم ماده الاستومری استفاده می شود. انتقال نیروهای محوری و برشی از طریق صفحات فولادی فوقانی و تحتانی انجام می گیرد. از این سامانه ها به صورت گسترده در کشور ژاپن استفاده می شود. در شکل زیر نمونه ای از جداساز الاستومر طبیعی با میرایی کم مشاهده می شود.

جداساز الاستومری

جداساز الاستومر طبیعی با میرایی کم

جداسازهای الاستومری طبیعی با میرایی بالا

در این دسته از جداسازها که اولین بار در سال ۱۹۸۲ مورد استفاده قرار گرفتند، از انواع الاستومر با میرایی بالا استفاده شده است. شکل زیر یک نمونه از این نوع جداساز را نشان می دهد.

جداساز الاستومر طبیعی

جداساز الاستومر طبیعی با میرایی بالا

جداسازهای با هسته سربی

در این نوع جداساز از ترکیبی از لایه ضخیمی از لاستیک با صفحات فولادی و هسته سربی تشکیل شده است. هسته سربی جداساز تحت نیروهای جانبی ناشی از زلزله جاری می شود. از این نوع جداساز اولین بار در سال ۱۹۷۵ استفاده شد و به طور گسترده ای در کشورهای آمریکا، ژاپن و نیوزلند مورد استفاده قرار می گیرد. نمونه ای از این نوع جداساز در شکل زیر نشان داده شده است.

جداساز با هسته سربی

جداساز با هسته سربی

جداسازهای اصطکاکی پاندولی

شکل اولیه جداسازهای اصطکاکی از دو صفحه مسطح و تکیه گاه مفصلی لغزنده تشکیل شده بود. در این حالت پس از ایجاد تحریک زلزله تغییر شکل افقی در سازه ایجاد می شد. در این حالت برای جلوگیری از ایجاد تغییر شکل افقی ماندگار در سازه، جداسازهای اصطکاکی پاندولی با هندسه به صورت شکل زیر توسعه داده شدند.

جداساز اصطکاکی

جداساز اصطکاکی پاندولی

میراگرهای ویسکوز

در قرن نوزدهم از میراگرهای ویسکوز برای مهار کردن اثرات ضربه توپ کشتی ها استفاده می شد. در اوایل قرن بیستم شرکت های اتومبیل سازی از میراگرهای ویسکوز به صورت گسترده در سیستم تعلیق وسایل نقلیه استفاده می کردند. از این نوع میراگرها در طی جنگ سرد به عنوان جداساز در سیلوها و سنگرهای پرتاب موشک استفاده می شد. از اوایل دهه هشتاد میلادی، میراگرهای ویسکوز به صورت گسترده برای کاربری های غیر نظامی مورد استفاده قرار گرفت. جزئیات یک میراگر ویسکوز و نحوه قرارگیری آن در سازه در شکل نشان داده شده است. در این نوع میراگر یک پیستون درون یک سیلندر پر شده از روغن یا سیلیکون یا مواد مشابه، حرکت می کند. در انتهای پیستون تعدادی روزنه کوچک وجود دارد که در هنگام حرکت آن داخل سیلندر، مایع درون سیلندر از طریق این روزنه ها به سمت دیگر پیستون منتقل می شود. در این حالت با ایجاد نیروی مقاوم در برابر حرکت پیستون، انرژی اعمال شده مستهلک می شود.

میراگر ویسکوز

جزئیات میراگر ویسکوز و محل قرارگیری آن در سازه

میراگرهای ویسکو الاستیک

مصالح ویسکوالاستیک در اوایل دهه پنجاه میلادی برای اولین بار در کنترل ارتعاشات ایجاد کننده خستگی در فضاپیماها مورد استفاده قرار گرفت. میراگرهای ویسکوالاستیک به صورت کلی با استفاده از یک لایه از مواد ویسکوالاستیک بین صفحات فلزی ساخته می شود. با ایجاد جابجایی برشی صفحات فلزی لایه مواد ویسکوالاستیک تحت تغییر شکل های برشی قرار می گیرد. با توجه به خصوصیات مواد ویسکوالاستیک معمول و وابستگی آن ها به دمای محیط و نرخ تغییرات کرنش، رفتار چرخه ای میراگرهای ویسکوالاستیک علاوه بر کرنش برشی ایجاد شده به فرکانس بارگذاری و دمای محیط نیز وابسته است. در اواخر دهه شصت میلادی در برج های دوقلوی مراکز تجارت جهانی در نیویورک به صورت گسترده از میراگرهای ویسکوالاستیک برای کنترل ارتعاشات ناشی از باد استفاده شد. بازدهی بالای این نوع میراگر در این برج ها باعث گسترش استفاده از این نوع میراگر شد. در سازه های ساختمانی به صورت معمول از میراگرهای ویسکوالاستیک در مهاربندهای قطری استفاده می شود. شکل زیر یک نمونه از میراگر ویسکوالاستیک و محل قرارگیری آن در مهاربندی قطری نشان داده شده است.

حتما بخوانید :  فولاد ضد زنگ (زنگ نزن) چیست ؟

میراگر چیست

نمونه ای از میراگرهای ویسکو الاستیک

میراگرهای جرمی تنظیم شده

در میراگرهای جرمی تنظیم شده، ایجاد میرایی و کاهش پاسخ دینامیکی سازه با استفاده از یک جرم متمرکز که به وسیله یک فنر به بالای سازه متصل شده است، انجام می شود. با تنظیم فرکانس میراگر جرمی با فرکانس مود غالب سازه ای (معمولا مود اول نوسان) ، با ایجاد تحریک در سازه اصلی با فرکانس میراگر جرمی تنظیم شده، حرکت میراگر در فازی خارج از حرکت سازه متصل به آن تشدید می شود. این موضوع با ایجاد نیروی اینرسی در جرم میراگر، انرژی وارد شده به سازه را مستهلک می نماید. با افزایش ارتفاع سازه و تعداد طبقات آن، اثرات مودهای بالاتر افزایش می یابد. در این حالت با توجه به کاهش جرم موثر مود اول ارتعاش سازه، از کارایی میراگر کاسته می شود.

میراگر جرمی

مدل یک درجه آزادی میراگر جرمی تنظیم شده

میراگرهای مایع تنظیم شده

میراگرهای مایع تنظیم شده به صورت کلی عملکری مشابه میراگرهای جرمی تنظیم شده دارند. ایجاد نوسان در مخزن های مایع کم عمق نصب شده در بالای سازه، موجب ایجاد تلاطم در مایع درون این مخزن ها شده و به این صورت انرژی ارتعاشی وارد به سازه را مستهلک می کنند. در این حالت نیز مشابه میراگرهای جرمی تنظیم شده، فرکانس طبیعی تلاطم مایع درون مخزن با فرکانس ارتعاش غالب سازه هماهنگ می شود. از جمله عوامل موثر بر رفتار میراگر مایع تنظیم شده می توان به اندازه و شکل مخزن، نسبت جرم مایع به جرم سازه، عمق و لزجت مایع، زبری جداره مخزن، اشاره کرد. با تنظیم این پارامترهای اثرگذار می توان میزان استهلاک انرژی در سازه را بهینه نمود. از این نوع میراگر معمولا در سازه های بلند استفاده می شود. در شکل زیر یک نمونه از نحوه عملکرد میراگر مایع تنظیم شده در یک سازه بلند تحریک به صورت شماتیک نشان داده شده است.

میراگر مایع تنظیم شده

میراگر مایع تنظیم شده

میراگرهای اصطکاکی

میراگرهای اصطکاکی با استفاده از لغزش بین دو جسم فلزی و اصطکاک بین سطوح آن، حجم قابل توجهی از انرژی ورودی را مستهلک می کنند. میراگرهای اصطکاکی متنوعی برای استفاده در سازه ها در چند دهه گذشته توسعه داده شده اند. از جمله این میراگرها می توان به میراگر اصطکاکی پال، میراگر اتصال اصطکاکی و میراگر اصطکاکی دورانی اشاره نمود. ضریب اصطکاک بین دو سطح تا حد زیادی به جنس سطوح در تماس بستگی دارد. استفاده از مواد مورد استفاده در لنت ترمز اتومبیل ها در سطح تماس و تماس مستقیم فولاد با فولاد از جمله حالات مختلف مورد استفاده است.

میراگر اصطکاکی

میراگر اصطکاکی پال

میراگر اصطکاکی

میراگر اتصال اصطکاکی

میراگر اصطکاکی دورانی

میراگر اصطکاکی دورانی

میراگرهای جاری شونده فلزی

میراگرهای جاری شونده فلزی یکی از زیرمجموعه های سیستم های کنترل غیر فعال است که دارای مزایای زیادی از جمله هزینه کم و تکنولوژی نسبتا ساده است. در این نوع میراگر اتلاف انرژی عمدتا با استفاده از ظرفیت جذب انرژی مصالح خود میراگرها که غالبا فولادی هستند انجام می شود. شکل زیر تعدادی از انواع میراگرهای جاری شونده را نشان می دهد.

چند نوع میراگر جاری شونده

این مقاله چقدر برای شما مفید بود ؟

روی یک ستاره کلیک کنید تا امتیاز دهید!

میانگین ۳ / ۵٫ تعداد رای: ۶

اولین کسی باشید که این مقاله را رتبه بندی می کند

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Call Now Button