آسیا عمران خاک لوگو
Asia Omran Khak logo
تگرام آسیا عمران خاک اینستگرام آسیا عمران خاک اینستگرام آسیا عمران خاک آسیا عمران خاک در آپارات
فیلم ها

پروژه واقع در خیابان مطهری

بخشی از عملیات حفاری جهت نیل گذاری

مقالات

شرحی مختصر بر جداساز لرزه ای و انواع آن

از مهمترین مسائلی که در طراحی سازه ها همواره ذهن مهندسان سازه را به خود مشغول ساخته، طراحی سازه ها به گونه ای است که در مقابل بارهای جانبی مقاومت بیشتری را از خود نشان دهند. برای رسیدن به این هدف، تا کنون روشهای بسیاری برای مقاوم ساختن سازه ها دربرابر زلزله ابداع شده است. نصب اعضای مهاربندی در قابها، قاب های خمشی، دیوارهای برشی و یا ترکیبی از آنها، به دلیل سهولت و سادگی اجرا، رواج بیشتری داشته است. اکثر این روش ها براین فرض استوار هستند که نیروی ناشی از زلزله میان عناصر باربر نیروهای جانبی که برای این منظور در سازه تعبیه شده است، توزیع و توسط آنها تحمل میگردد. در اینگونه روشها سازه به طور کامل تحت تأثیر نیروی زلزله قرار میگیرد و کلیه عناصر در تحمل نیروی وارده سهیم میباشند.

روش دیگری که از اوایل قرن گذشته مطرح شد، روش جداسازی پایه (Base Isolation) سازه ها میباشد که به عنوان یک روش غیر فعال (Passive Control) پاسخ سازه ها در برابر زمین لرزه مطرح می باشد. امروزه جداسازی پایه فناوری توسعه یافته ای است که در بسیاری از کشورها برای کاهش خسارت ناشی از زلزله های بزرگ در سازه ها، به کار میرود. روشهای ساخت و ساز متداول میتوانند باعث بوجود آمدن شتاب های کف بسیار بالایی در ساختمان های سخت و جابجایی های بین طبقه ای بزرگ در ساختمان های انعطاف پذیر شوند. این دو عامل موجب عدم اطمینان از امنیت اجزای سازه و محتویات آن میشوند (شکل1).

با قراردادن ساختمان برروی یک سیستم جداساز، از انتقال یافتن میزان زیادی از حرکات افقی زمین به سازه جلوگیری میشود. این عمل باعث کاهش قابل ملاحظه ای در شتاب های کف و جابجایی های بین طبقات میشود و بدین وسیله از محتویات ساختمان و اجزای آن محافظت خواهد شد(شکل 2).

جداساز لرزه ای و انواع آن

مزیت دیگر جداسازی لرزه ای افزایش پریود اصلی ارتعاش سازه و انتقال آن به نواحی کم انرژی تر زلزله درطیف پاسخ میباشد. در اثر این عمل، نیروهای ارتجاعی کاهش قابل ملاحظه ای پیدا میکنند.


تاریخچه جداسازی پایه

ایده جداسازی پایه به عنوان یک روش برای مقابله با خسارات ناشی از زلزله نظریه جدیدی نیست و در قرن گذشته بارها توسط افراد مختلف بیان شده است. شاید اولین تحقیقات در زمینه جداسازی لرزهای را بتوان به جان میلن انگلیسی نسبت داد. وی در دانشگاه توکیو یک نمونه آزمایشگاهی از یک ساختمان جداشده را با قراردادن آن برروی گوی های چدنی و شمع هایی با لبه گرد، ساخت. در سی سال اخیر با گسترش نشیمن های (Skopje) چند لایه الاستومری، جداسازی لرزه ای به یک واقعیت عملی تبدیل شده است.

نخستین مورد استفاده از یک سیستم جداساز لاستیکی برای محافظت ساختمان ها در برابر زمین لرزه، در سال 1969 در ساختمان یک مدرسه ابتدایی در اسکوپیه یوگسلاوی سابق می باشد. مدرسه پستالوزی یک ساختمان سه طبقه بتنی است که به وسیله مهندسین سوئیسی طراحی و ساخته شده و با سیستمی معروف به جداسازی پایه کامل سه بعدی سوئیسی (Swiss Full Base Isolation-3D or FBI-3D) جداسازی شده است. بلوک های لاستیکی مورد استفاده در این مدرسه بر خلاف نمونه های جدید امروزی، بدون هرگونه تقویت بوده و در نتیجه به دلیل وزن ساختمان، دارای انبساط جانبی (Bulge) زیادی می باشند.


انواع جداسازها

انواع مختلفی جداساز با عملکردهای متفاوتی تا کنون ابداع و ساخته شده است که تنوع آنها بسیار زیاد میباشد. با توجه به کاربرد وسیع انواع خاصی از جداسازهای پایه ساخته شده توسط مهندسین و کارخانجات تولید کننده جداساز، در این بخش به بررسی مختصری از چند نوع عمده جداساز بسنده میشود.


سیستمهای بر مبنای الاستومر

همانطور که ذکر شد نشیمن های لاستیک طبیعی، نخستین بار در سال 1979 برای حفاظت لرزهای ساختمان مدرسه پستالوزی در شهر اسکوپیه یوگوسلاوی سابق به کار رفتند. این نشیمن ها، بلوک های لاستیکی بزرگی بودند که بر خلاف نمونه های امروزی، سختی قائم نشیمن ها فقط چند برابر سختی افقی بوده و لاستیک مورد استفاده نسبتاً فاقد میرایی است. ویژگی این نوع از سیستم های جداساز این است که حرکت افقی به یک حرکت گهواره ای می پیوندد و بنابراین یک حرکت کاملاً افقی زمین سبب بوجود آمدن شتاب های قائم در مود گهواره ای میگردد. این سیستمها شامل بلوک هایی از جنس شیشه اسفنجی در هر دو قسمت نشیمن های لاستیکی بوده که به عنوان فیوزهایی برای جلوگیری از حرکت ساختمان در اثر باد، ترددهای داخلی ساختمان یا زمین لرزه های با شدت کم به کار میروند.


نشیمن های لاستیکی طبیعی و مصنوعی با میرایی کم

در ژاپن، نشیمن های لاستیک طبیعی و مصنوعی با میرایی کم به صورت گستردهای به همراه ابزارهای میراگر اضافی مانند میراگرهای لزج، میله های فولادی، میله های سربی، وسایل اصطکاکی و غیره به کار میروند. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، این جداسازها شامل دو صفحه ضخیم فولادی در بالا و پائین و صفحات نازک فولادی متعددی می باشند. صفحات فولادی از انبساط جانبی لاستیک جلوگیری کرده و سختی قائم را به مقدار زیادی افزایش میدهند، اما هیچ تأثیری بر سختی افقی سیستم که به وسیله مدول برشی پائین الاستومر کنترل میشود، نخواهند داشت. رفتار ماده در برش تا کرنش هایی بیش از 100% کاملاً خطی بوده و میرایی آن در حدود 2 تا3 درصد مقدار بحرانی می باشد.


نشیمن لاستیکی با میرایی طبیعی

شکل3- نشیمن لاستیکی با میرایی طبیعی


از مزایای این نوع نشیمن های لایه ای الاستومری با میرایی پایین میتوان به ساخت آسان و سادگی مدلسازی آنها اشاره نمود. شایان ذکر است پاسخ مکانیکی این نوع نشیمن ها به اثر دما، تاریخچه و پیرشدگی بستگی ندارد. تنها عیب این نشیمن ها آن است که معمولاً به یک سیستم میراگر مکمل (اضافی) نیاز دارند.


نشیمن های با هسته سربی

نشیمن های با هسته سربی در سال 1975 درنیوزلند اختراع شده و به طورگستردهای در نیوزلند، ژاپن و ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفته اند. این نشیمن ها، نشیمن های لاستیکی لایه لایه ای مشابه نشیمن های لاستیکی با میرایی پائین بوده اما دارای یک یا چند هسته سربی هستند که مطابق شکل 4 در سوراخ هایی قرار گرفته اند. صفحات فولادی به کار رفته در این سیستم سبب تغییر شکل هسته سربی در برش می شوند. این هسته های سربی تا تنش جاری شدن در حدود MPa 10( psi 1500) تغییر شکل فیزیکی داده و سبب ایجاد یک پاسخ دو خطی در نشیمن میشوند


سیستم های لاستیک طبیعی با میرایی بالا ( HDNR )

درسال 1982، شرکت انگلیسی مؤسسه تحقیقات سازندگان مالزیایی لاستیک، یک ترکیب لاستیک طبیعی ابداع کرد که میرایی ذاتی آن به حدی بود که نیاز به استفاده از اجزای میراگر اضافی را از بین برد. میرایی این ترکیب لاستیکی از افزودن بلوک های کربنی بسیار ریز، روغن ها یا رزین ها و سایر پرکننده های ویژه حاصل می شود. میرایی را میتوان در کرنش برشی معادل100% به 10% تا 20% رساند که حد پائین آن (10%) مربوط به میرایی با سختی پائین با مدول برشی در حدود MPa34/0 (psi50) و حد بالایی در حدود MPa40/1(psi200) میباشد


جداساز با هسته سربی

شکل 4- جداساز با هسته سربی


ماده حاصله در کرنش های برشی کمتراز 20% غیرخطی بوده (شکل 5) و با سختی و میرایی بالاتر مشخص میشود که موجب به حدقل رسیدن پاسخ، تحت بار باد و بارگذاری های لرزهای با شدت پایین می شود. در محدوده کرنش های برشی بین 20% تا 120%، مقدار مدول برشی پائین و ثابت است. در کرنش های بالا، به دلیل فرآیند کریستالیزه شدن کرنش در لاستیک مقدار این مدول افزایش مییابد که به همراه آن استهلاک انرژی نیز افزایش می یابد. از این افزایش سختی و میرایی درکرنش های بالا می توان برای تولید سیستمی استفاده کرد که برای بارهای ورودی کوچک، سخت و برای ورودی هایی در محدوده طرح، نسبتاً خطی و انعطاف پذیر باشد و تحت سطوح پیش بینی نشده ورودی که بیشتراز مقادیر طرح هستند، تغییر مکان را محدود کند.


جداسازهای الاستومری تقویت شده با الیاف (F-REI)

ایده اساسی کاربرد الیاف به جای صفحات فولادی برای تقویت جداسازهای الاستومری از آنجا آغاز شد که کاربرد جداکننده های تقویت شده با صفحات فولادی برای ساختمان های مسکونی بسیار سنگین و گران تمام می شود، بطوریکه یک جداساز به تنهایی میتواند وزنی معادل 1 تن یا بیشتر داشته باشد.


مشخصات تنش-کرنش جداسازهای لاستیک طبیعی با میرایی بالا

شکل 5 – مشخصات تنش-کرنش جداسازهای لاستیک طبیعی با میرایی بالا


دریک جداساز لاستیکی عمده وزن آن ناشی از صفحات تقویت کننده فولادی است که به منظور افزایش سختی قائم جداساز در آن بهکار می رود. راه حلی که هم وزن و هم قیمت جداکننده ها را کاهش دهد، جایگزین کردن الیاف پلیمری به جای صفحات فولادی میباشد. در این روش پیشرفته و جدید از الیاف با سختی زیاد و مقاومت بالا استفاده می شود. از مزایای مهم این سیستم چسبندگی و پیوستگی الیاف با الاستومر است. کاهش وزن جداکننده با کاربرد الیاف به جای صفحات فولادی، هیچ تأثیری در میزان سختی الاستیک جداساز ندارد.

کِلی مطالعاتی برروی جداسازهای الاستومری تقویت شده با الیاف انجام داده است. او به کمک روش های تحلیلی خواص مکانیکی جداسازهای الاستومری چند لایه را که به جای صفحات فولادی با الیاف مسلح شده بودند، مورد مطالعه قرار داده است. در ایران نیز کوکبی و بهرامیان به منظور بررسی خواص و ویژگی های جداسازهای الاستومری تقویت شده با الیاف مطالعاتی در این زمینه انجام دادهاند.


سیستم های جداساز بر مبنای لغزش

نخستین و ساده ترین جداساز پیشنهاد شده، یک سیستم لغزنده خالص بوده است. این سیستم در سال 1909 به وسیله یک پزشک انگلیسی به نام کالانتارینتز پیشنهاد شده است. او پیشنهاد کرد که ساختمان به وسیله یک لایه تالک، که با رنگ تیره در شکل 6 نشان داده شده است، از پی جدا شود. همان طور که در این شکل معلوم است، کالانتارینتز به خوبی دریافته بود که سیستم جداساز، شتاب های وارده به ساختمان جداسازی شده را به ازای تغییر مکانهای نسبی بین ساختمان و پی کاهش میدهد.

متداولترین مصالحی که برای نشیمن های لغزنده به کار میروند، پلی تترافلوئواتیلن (PTFE یا تفلون) توخالی یا توپر بر روی فولاد ضد زنگ میباشد. ویژگی های اصطکاکی این سیستم به دما، سرعت حرکت سطح مشترک، میزان سائیدگی و تمیزی سطح بستگی دارد. کارهای آزمایشی زیادی برروی این جنبه های رفتار مکانیکی اجزای لغزنده انجام شده که مرور کامل این آزمایش ها در مقاله کمپل و کانگ موجود است.


سیستم جداکننده اصطکاک خالص (P-F)

با وجود ضعف در عملکرد سازه های بنایی در زلزله های گذشته ساخت آنها به علت هزینه های کم همچنان بخصوص در روستاها متداول است. از این جهت فعالیت های زیادی با هدف اصلاح عملکرد آنها در برابر زلزله انجام گرفته که از جمله آنها ارائه سیستم P-F می باشد. از این سیستم بیشتر در سازه های بنایی و سنتی، برای بهبود عملکرد آنها در برابر زلزله استفاده میشود. در این روش با استفاده از مصالح دانه ای مانند شن و ماسه یا پودر گرافیت یا مواد دانه ای که توسط کارخانجات ساخته می شود مانند دلرین که نوعی پلیمر از جنس پلاستیک حرارتی است و دارای مقاومت باربری MPa36 است و یا ورقه هایی از جنس وینیل و یا حتی آسفالت با درصد اختلاط ویژه بصورت لایه لغزنده در زیر دیوارهای باربر و یا ستون های آجری استفاده می شود


جداسازهای الاستومری تقویت شده

شکل 6 - جداسازهای الاستومری تقویت شده با الیاف که به صورت نوارهای بلند استفاده می شوند


سیستم ترکیبی EERC

ترکیبی از دو سیستم الاستومری و لغزنده در EERC ابداع شده و بر روی میز لرزان آزمایش شده است. در این سیستم، ستون های داخلی ساختمان بر روی المان های لغزندهای از جنس فولاد ضد زنگ و ستون های خارجی بر روی نشیمن های لاستیک طبیعی با میرایی پائین قرار میگیرند. نشیمن های الاستومری سبب بازگشت سیستم به حالت اولیه و کنترل پیچش ساختمان میگردند، درحالی که اجزاء لغزنده، میرایی مورد نیاز سیستم را فراهم میآورند.


سیستم تاس (TASS )

سیستم TASS (شکل 11) به وسیله گروه تایسه ژاپن توسعه یافته است. در این سیستم، تمام بار قائم به وسیله المان های تفلون-فولاد ضد زنگ تحمل میشود. به علاوه از نشیمن های لایه ای نئوپرنی که باری به آنها وارد نمیشود به منظور ایجاد نیروهای باز گرداننده استفاده میشود. فشار سطح لغزنده تفلونی در حدود MPa 10 (psi1450) بوده و ضریب اصطکاک آن بین 05/0 برای سرعت های پائین لغزش تا حدود 15/0 برای سرعت های بالاتر متغیر است. از اشکالات این سیستم میتوان به عدم باربری قائم نشیمن های الاستومری و به کشش افتادن آنها و نیز مدلسازی بسیار دشوار این نوع جداساز به دلیل حساسیت سطح لغزنده به سرعت، اشاره نمود.


سیستم جداسازی پایهای اصطکاکی پس جهنده (R-FBI)

سیستمهای جداکننده R-FBI اولین بار توسط پروفسور مستقل از دانشگاه یوتا معرفی شد. این نوع جداکننده همانطور که در شکل های 7 و 8 نشان داده شده ترکیبی از لایه های لغزشی همراه با هسته لاستیکی است. در طراحی نشیمن های جداسازی پایه ای اصطکاکی پس جهنده سعی شده که با استفاده از سطوح مشترک لغزنده متعدد در یک نشیمن، مشکل ضریب اصطکاک بالای تفلون بر روی فولاد ضد زنگ در سرعت های بالا حل شود. بنابراین سرعت بین بالا و پایین نشیمن بر تعداد لایه ها تقسیم شده و در نتیجه سرعت هر لایه آنقدر کوچک میشود که ضریب اصطکاک پائینی حاصل شود. علاوه بر المان های لغزنده، هسته مرکزی که از جنس لاستیک است، بار قائمی را حمل نکرده اما یک نیروی بازگرداننده در سیستم ایجاد میکند. آزمایش های صورت گرفته برروی این سیستم نشان میدهند که هسته لاستیکی مانع از تمرکز تغییر مکان در یک سطح مشترک خاص نمیشود، لذا برای رفع این مشکل از یک میله فولادی مرکزی در داخل هسته لاستیکی استفاده شده تا توزیع تغییر مکان بین لایه ها را بهبود بخشد.

سیستم جداسازی پایهای اصطکاکی پس جهنده

شکل 7- سیستم R-FBI (Mostaghel 1984)

سیستم جداسازی پایهای اصطکاکی پس جهنده

شکل 8 - اجزای یک سیستم R-FBI (Mostaghel 1984)


سیستم جداسازSR-F

در سیستم جداکننده SR-F از خصوصیات مطلوب در سیستم R-FBI وEDF استفاده شده و در واقع ترکیبی از این دو می باشد. در این جداساز لایه های الاستومری جداساز EDF با لایه های لغزشی همراه با هسته لاستیکی جداساز R-FBI جایگزین می گردد. به عبارت دیگر سطح فوقانی جداساز R-FBI با مواد اصطکاکی پوشانده میشود و در نتیجه سازه میتواند مشابه سیستم های EDF برروی فونداسیون خود بلغزد (شکل9). برای نیروهای جانبی کوچک این جداسازها همانند سیستم R-FBI عمل کرده و در اثر نیروهای جانبی بزرگ در سطح فوقانی لغزش رخ میدهد. از اینرو ایمنی مضاعفی برای حرکات شدید و ناگهانی زمین فراهم می شود.

سیستم جداسازSR-F

شکل 9- سیستم جداساز SR-F


سیستم آونگ اصطکاکی (FPS)

درسال 1986 زایاز یک جداکننده بسیار مؤثر را معرفی و به نام خود ثبت کرد. این جداکننده سیستم آونگ اصطکاکی نام گرفت. این سیستم به وسیله هندسه خاص خود، عمل لغزش و نیروی بازگرداننده را فراهم میکند. جداساز FPS که در شکل 10 نشان داده شده است، دارای یک قسمت لغزنده مفصلی است که در تماس با سطح کروی است، با موادی با اصطکاک کم پوشانده شده است. سطح دیگر این لغزنده نیز کروی بوده و با لایه ای از فولاد ضد زنگ پوشانده شده است. این سطح در یک شیار کروی که آن هم از ترکیباتی با اصطکاک کم پوشانده شده است قرار میگیرد. با حرکت قسمت لغزنده روی سطح کروی، جرم موجود از روی آن بلند شده که این امر سبب ایجاد نیروی بازگرداننده در سیستم می شود. اصطکاک بین سطح لغزنده مفصلی و سطح کروی نیز سبب ایجاد میرایی در جداسازها میشود. سختی مؤثر جداساز و دوره تناوب سازه جداسازی شده به وسیله شعاع انحنای سطح محدب کنترل میشود.


سیستم آونگ اصطکاکی

شکل 10- سیستم آونگ اصطکاکی


جداکننده الکسیسیسمون

جداکننده الکسیسیسمون توسط پروفسور ایکونونو از دانشگاه پاتروس یونان در بین سالهای 1968 تا 1972 معرفی شد و در سال 1972 برای نخستین بار در یک ساختمان چند طبقه بکار گرفته شد. در شکل 11 ، درجات آزادی جدا کننده نشان داده شدهاند. این درجات آزادی نشان دهنده جداشدگی سازه در جهت افقی و در جهت قائم می باشند.

درجات آزادی جابجایی انتقالی و دورانی دریک سیستم جداکننده

شکل 11- درجات آزادی جابجایی انتقالی و دورانی دریک سیستم جداکننده


در این سیستم از دو المان جداگانه استفاده میشود که میتوان آن را در شکل 12 مشاهده کرد. تکیه گاه لغزشی شکل 12 ضمن اینکه تمام وزن سازه را تحمل میکند امکان جابجایی افقی بین 50 تا 100 سانتیمتر را میدهد. از طرفی فنر بازگرداننده و یا میله لاستیکی نشان داده شده در این شکل بدون اینکه هیچگونه بار قائمی را تحمل نماید و امکان پدیده کمانش در آن وجود داشته باشد، با ایجاد یک نیروی بازگرداننده به هنگام زلزله، میزان جابجایی سازه را کنترل مینماید. شاید یکی از عمده ترین محاسن این سیستم معمولیتر بودن اجزای آن نسبت به سایر سیستم ها باشد.

عملکرد تکیهگاه لغزشی و المان ارتجاعی در سیستم الکسیسیسمو

شکل 12 - عملکرد تکیهگاه لغزشی و المان ارتجاعی در سیستم الکسیسیسمون











تگرام آسیا عمران خاک اینستگرام آسیا عمران خاک اینستگرام آسیا عمران خاک آسیا عمران خاک در آپارات

اهداف اصلی شرکت


رضایت و آرامش خاطر کارفرما

رضایت و آرامش خاطر کارفرما

قیمت مناسب

قیمت مناسب

ایمنی

ایمنی در طرح و اجرا


021 40882055  -  021 40882791

0912 5440131  -  0912 6149364

تهران - ابتدای خیابان مطهری - نبش کوچه سربداران - پلاک 39

Powered by IT department of AsiaOmranKhak Company