تعریف جداگرهای لرزه‌ای
یکی از عواملی که به ساختمان‌ها آسیب زیادی وارد می‌سازد، زلزله است. همین امر باعث شده است تا مهندسان به‌منظور مقاوم‌سازی ساختمان‌های فولادی و بتنی در برابر زلزله به دنبال راه‌حل‌های مؤثر باشند. به‌منظور دستیابی به این هدف از انواع مختلف روش‌های بهسازی لرزه‌ای استفاده می‌شود. استفاده از جداگرهای لرزه‌ای یکی از این روش‌ها است. جداگرهای لرزه‌ای یکی از محبوب‌ترین ابزارها برای محافظت از سازه در برابر نیروهای زلزله هستند. این جداگرها مجموعه‌ای از عناصر سازه‌ای هستند که در هنگام زمین‌لرزه به‌طور قابل‌توجهی سازه را از ارتعاشات زمین جدا می‌سازند و به این ترتیب از آسیب دیدن ساختمان محافظت می‌کنند.
استفاده از جداگرهای لرزه‌ای یکی از قدرتمندترین ابزارهای مهندسی زلزله است که مربوط به فناوری‌های کنترل لرزش سازه هست. این نوع جداسازی را می‌توان با استفاده از تکنیک‌های مختلفی مانند جداسازهای لاستیکی با ورقه‌های فولادی، جداسازهای لاستیکی با میرایی زیاد و جداسازهای لاستیکی با هسته سربی به دست آورد. هدف از استفاده از جداگرهای لرزه‌ای، انجام یک طراحی اولیه مناسب برای یک ساختمان یا هر نوع سازه غیر بنایی است تا بتواند در برابر اثرات لرزه‌ای ناشی از زمین‌لرزه مقاومت کند. علاوه بر این، استفاده از جداگرهای لرزه‌ای می‌تواند عملکرد لرزه‌ای سازه و پایداری لرزه‌ای آن را به میزان قابل‌توجهی افزایش دهد.
نکات اساسی در هنگام استفاده از جداگرهای لرزه‌ای
یک ساختمان که به‌طور مستقیم بر روی زمین ساخته شده است با حرکت زمین حرکت می‌کند و در نتیجه می‌تواند خسارت‌های زیادی ببیند. وقتی ساختمانی با استفاده از جداگرهای لرزه‌ای جدا از زمین ساخته می‌شود، در هنگام زلزله فقط کمی حرکت می‌کند. می‌توان گفت جداسازها به روشی مشابه با سیستم تعلیق اتومبیل کار می‌کنند که به ماشین این اجازه را می‌دهد تا از زمین‌های ناهموار عبور کند بدون اینکه سرنشینان ماشین به اطراف پرتاب شوند. فناوری جداگرهای لرزه‌ای می‌تواند سازههای بنایی ساخته شده از سنگ یا آجر و یا سازههای غیر بنایی را قادر به مقاومت در برابر زلزله سازد و از آن‌ها و ساکنین آن‌ها در برابر صدمات یا آسیب‌های اساسی محافظت کند.
همچنین استفاده از این روش برای برخی سازه‌ها مانند ساختمان‌های بسیار بلند مناسب نیست زیرا جداگرهای لرزه‌ای باعث افزایش دوره تناوب ارتعاشات میشوند و در سازههای بلند چون فرکانس طبیعی سازه پایین هست ممکن است باعث ایجاد پدیده رزونانس شوند، به این معنی که تغییر مکان ساختمان‌های بلندتر ممکن است در هنگام وقوع زلزله تشدید و کل یا بخشی از سازه واژگون شوند. موقعیت محل احداث ساختمان نیز در هنگام استفاده از این جداگرها باید موردتوجه قرار بگیرد. به‌عنوان‌مثال ممکن است دوره تناوب (پریود) طبیعی ارتعاش خاک زیر سازه زیاد باشد و این امر باعث تشدید حرکت زمین شود. به همین دلیل کارایی این جداگرها در خاک‌های نرم، کم است.
جداگرهای لرزه‌ای لاستیکی با هسته سربی چگونه ساخته میشوند؟
جداسازهای لاستیکی با هسته سربی به‌عنوان سیستم جداگر لرزه‌ای برای اولین بار در دهه 1970 ساخته شدند. آن‌ها شامل سه مؤلفه اساسی از قبیل یک هسته سربی، لایه لاستیکی و فولاد بودند.
لایه لاستیکی:
لاستیک از طریق توانایی حرکت خود و بازگشت به حالت اولیه، انعطاف‌پذیری لازم را در جداگر ایجاد می‌کند. در پایان یک زلزله، اگر ساختمانی به موقعیت اولیه خود بازنگشته باشد، یاتاقان‌های لاستیکی آن را به‌آرامی برمی‌گردانند. این امر ممکن است ماه‌ها طول بکشد اما در نهایت سازه به موقعیت اولیه خود بازمی‌گردد.
هسته سربی:
جرم زیادی در یک ساختمان وجود دارد و پس از یک زمین‌لرزه شدید، یک ساختمان می‌تواند به نوسانات خود به سمت جلو و عقب بر روی جداسازها ادامه دهد. در نتیجه هسته‌های سربی، به‌عنوان مکانیزم اتلاف انرژی، به جداگرهای لرزه‌ای اضافه‌شده‌اند. سرب به دلیل خاصیت پلاستیکی آن انتخاب شده است اگرچه ممکن است با حرکت زمین‌لرزه تغییر شکل دهد و به شکل اصلی خود بازنگردد. همچنین سرب قادر است چندین بار بدون از دست دادن مقاومت خود، تغییر شکل دهد. در هنگام زلزله، با تغییر شکل سرب، انرژی جنبشی زلزله به شکل انرژی گرمایی جذب می‌شود.
فولاد:
استفاده از لایه‌های فولادی به همراه لاستیک به این معنی است که یاتاقان می‌تواند در یک جهت افقی حرکت کند اما در جهت عمودی سخت باشد.
میراگرهای لرزه‌ای:
روش دیگر برای کنترل آسیب‌های لرزه‌ای در ساختمان‌ها، نصب میراگر لرزه‌ای است. در این حالت، میرایی توسط یک دستگاه مبتنی بر سرب تأمین می‌شود که شباهت زیادی به کمک‌فنر ماشین دارد. حرکت زمین منجر به عبور سرب از یک شکاف باریک می‌شود. با تغییر جهت حرکت، جهت حرکت سرب معکوس می‌شود. در اینجا عملکرد اصلی مشابه یاتاقان‌های لاستیکی سربی است که انرژی جنبشی در آن‌ها به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. در نتیجه از جذب انرژی جنبشی توسط ساختمان جلوگیری می‌شود.
تفاوت بین جداگرهای لرزه‌ای با میراگرهای لرزه‌ای
یک جداگر لرزه‌ای عمدتاً راهی برای جلوگیری از حرکت سازه در هنگام زلزله فراهم می‌کند. این در حالی است که یک میراگر لرزه‌ای هنگام حرکت سازه انرژی را جذب می‌کند. گاهی اوقات جداگرهای لرزه‌ای با میراگرهای لرزه‌ای ترکیب میشوند و به این ترتیب یک فرم اضافی اتلاف انرژی را برای جلوگیری از حرکت بیش‌ازحد سازه نسبت به زمین فراهم می‌کنند. با افزودن یک میراگر به سازه همراه با جداگرهای لرزه‌ای می‌توان انرژی زمین‌لرزه را در حین حرکت ساختمان بیشتر جذب نمود. این امر به شما کمک می‌کند تا میزان نوسان ساختمان را کاهش داده و به محافظت بهتر از ساختمان در برابر آسیب نیز کمک می‌کند.
ساختمان‌های معمولی همراه با زلزله تکان می‌خورند. آن‌ها ممکن است آسیب‌های سازه‌ای را تحمل کنند اما طوری طراحی‌شده‌اند تا بتوانند ایمنی جانی را فراهم کنند. اگر ساختمان بیش‌ازحد بلرزد، عناصر سازه‌ای، ازجمله تیرها، ستون‌ها، دیوارها و مهاربندها ممکن است آسیب ببینند و بهره‌برداری از ساختمان را مختل کنند. جداگرهای لرزه‌ای همانند یک کمک‌فنر بین ساختمان و زمین، به ساختمان این اجازه را می‌دهند تا در هنگام زلزله در حالت ایستاده و ثابت به سمت جلو و عقب حرکت کند. به عبارت ساده اگر سازه روی تکیه‌گاه خود شناور باشد، حرکت زمین تأثیری روی آن نخواهد داشت.
جابه‌جایی نسبی زمین و سازه برای یک سازه کاملاً صلب با پریود صفر، صفر است زیرا شتاب ناشی از سازه همان شتاب حرکت زمین است. هیچ سازه‌ای کاملاً صلب یا انعطاف‌پذیر نیست و حداکثر شتاب و جابه‌جایی تابعی از زلزله با پریودهای مختلف بین صفر تا بی‌نهایت است. در طول زلزله طیف وسیعی از پریودها وجود دارد که در آن، شتاب در ساختمان، فراتر از حداکثر شتاب زمین است. در نتیجه جداسازی لرزه‌ای می‌تواند یک روش ایده آل برای حل این مسئله باشد که با کاهش انتقال حرکت، جابه‌جایی ساختمان نیز کنترل می‌شود.
