تعریف میراگر لرزهای
چگونه ساختمان‌ها ساکنان خود را در هنگام وقوع زلزله ایمن نگه می‌دارند؟ اجرای درست ساختمان، اولین قدم مهم است اما فناوری نیز در این بین نقش مهمی دارد. یکی از انواع روش‌ها برای مقاوم‌سازی ساختمان، استفاده از میراگر است. با توجه به وقوع زلزله‌های اخیر در کشور، عدم مقاومت ساختمان‌ها و اهمیت مقاوم‌سازی و بهسازی لرزهای در ساختمان‌ها، همه این موارد بر اهمیت استفاده از تجهیزات لرزهای مناسب در ساختمان‌ها تأکید دارد.
میتوان گفت میراگر یک سیستم لرزهای در ساختمان‌ها است که در زمان وقوع زلزله کمک به کاهش ارتعاشات در سازه می‌کند. مهم‌ترین اثر میرایی، کاهش پاسخ ساختمان و کاهش دامنه نوسان آن است. به‌طورکلی یک میراگر را میتوان این‌گونه تعریف نمود؛ هر ماده و یا وسیله‌ای که ارتعاشات را جذب می‌کند، میراگر می‌گویند. میراگرهای لرزهای انرژی امواج لرزهای را که از طریق یک سازه در حال حرکت انتقال می‌یابد، پراکنده می‌کنند.
میراگرها در جذب انرژی بسیار مؤثر هستند و نصب یا تعویض آن‌ها آسان است. مهندسین عموماً یک ساختمان را طوری طراحی می‌کنند که یک المان سازهای نقش جاذب انرژی لرزهای یا میراگر را ایفا کند. بهعنوان مثال بادبند در سیستم مهاریندی و تیرها در سیستم قاب خمشی.
تا اینجا درمورد میراگر صحبت شد اما یک جداگر لرزهای چیست؟ جداسازی لرزهای به معنای جدا ساختن کل و یا بخشی از سازه از زمین و یا از قسمت‌های دیگر سازه است. این امر به‌منظور کاهش پاسخ لرزهای بخشی از سازه و یا تمام سازه در هنگام وقوع زلزله صورت می‌پذیرد. معمولاً استفاده از این نوع تجهیزات در مناطق نزدیک گسلهای فعال و لرزهخیزلازم است.
انواع میراگرهای لرزهای
- میراگر ویسکوز
این نوع دمپر (میراگر) بیشترین شباهت را به کمک‌فنر در اتومبیل‌ها دارد. آن‌ها از طریق حرکت پیستونی که به مایع چسبناک درون سیلندر فشار می‌آورد، انرژی ناشی از زلزله را پراکنده می‌کنند. میراگرهای ویسکوز به‌راحتی قابل‌نصب و سازگار با سازه ساختمان هستند. همچنین این دمپرها دارای اندازه و مقاومت‌های متنوعی هستند که آن‌ها را نه‌تنها برای ساختمان‌های جدید بلکه برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود نیز مناسب می‌کند.
- میراگر اصطکاکی
دمپرهای اصطکاکی به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که قبل از اینکه ساختمان یکپارچگی سازهای خود را از دست بدهد یا آسیب قابل‌توجهی ببیند، بلغزند. آن‌ها اولین خط دفاعی برای مقاومت در برابر نیروهای زلزله هستند. در این دمپرها انرژی لرزهای تا زمانی که بر مقاومت اصطکاکی سطوح چسبیده به هم غلبه کند، جمع می‌شود. سپس سطوح به‌صورت لغزنده و خراشیده شده در برابر یکدیگر قرار می‌گیرند و گرما را آزاد می‌کنند تا انرژی اتلاف شود. میراگرهای اصطکاکی پس از زلزله نیازی به تعویض ندارند.
- میراگرهای فلزی
دمپرهای فلزی معمولاً از فولاد یا سرب ساخته می‌شوند و برای تغییر شکل در هنگام زلزله طراحی می‌شوند. به این دمپرها فیوزهای قربانی نیز می‌گویند زیرا با ایجاد شرایط آسیب در هنگام وقوع زلزله به خودشان، انرژی ناشی از زلزله را جذب می‌کنند. این امر مانند اتومبیل است که با تمرکز خسارت در جای دیگر از سرنشینان محافظت می‌کند. با تغییر شکل میراگرهای فلزی همراه با کاهش میزان نیرو بر مابقی سازه ساختمان، میتوان از ساختمان محافظت کرد. میراگرهای فلزی در اثر زلزله دچار تغییر شکل دائمی می‌شوند، بنابراین باید تعویض شوند.
- میراگر جرمی تنظیم‌شده
دمپرهای جرمی تنظیم‌شده که به آن میراگرهای جرمی فعال نیز گفته می‌شود، توده‌های بزرگی هستند که به کمک اتصالات انعطاف‌پذیر نصب‌شده‌اند و اغلب در سازه‌های بلند استفاده می‌شوند. وقتی در هنگام زلزله یک ساختمان در یک جهت تاب می‌خورد، میراگر در خلاف جهت ساختمان حرکت می‌کند. این امر باعث می‌شود تا نوسان کلی کاهش یابد.
محل قرارگیری میراگرهای لرزهای
از میراگر در اتصالات، اجزای غیر سازهای، مهاربندها و مکان‌های مناسب دیگر در ساختمان‌های موجود استفاده می‌شود. از میان موارد فوق استفاده از دمپرها در مهاربند ساختمان، ساده‌تر و کاربردی‌تر است زیرا میتوان از آن در تمام طبقات ساختمان سود برد. این نوع سیستم‌های کنترل لرزهای، بر اساس طبیعت مستهلک کننده انرژی لرزهای خود دارای سه دسته هستند:
- کنترل فعال: در این سیستم میتوان در حین ارتعاش سازه، اطلاعاتی در ارتباط با تحریکات خارجی از قبیل شتاب زمین و وضعیت سازه مانند سرعت، شتاب بخش‌های مختلف سازه و جابه‌جایی به دست آورد. با استفاده از این اطلاعات میتوان سختی و مشخصات میراگرها را بهنحوی تغییر داد که سازه کمترین ارتعاش و آسیب را داشته باشد.
- کنترل غیرفعال: برخلاف سیستم کنترل فعال، در این سیستم از یک منبع انرژی خارجی و نوعی سیستم اعمال نیرو و پردازش، به‌منظور تغییر مشخصات دینامیکی و یا مستهلک کردن انرژی ورودی به سازه ساختمان استفاده نمی‌شود. کنترل طراحی در این سیستم به این صورت است که انرژی وارد به سازه به سمت مستهلک کننده‌های نیرو هدایت می‌شود.
- کنترل نیمه فعال: این سیستم حالتی بین دو سیستم فوق است. این سیستم به کمک انرژی باتری و تغییر مشخصات سازه از قبیل سختی، به اصلاح حرکت سازه در هنگام وقوع زلزله می‌پردازد.
پوشش نامرئی لرزهای چیست؟
دانشمندان از اصطلاح “پوشش نامرئی لرزهای” برای توصیفات فنی استفاده می‌کنند که مهندسان برای منحرف ساختن انرژی حاصل از زلزله یا تغییر مسیر آن، در مناطق شهری در حال آزمایش آن هستند. پوشش‌های نامرئی از فرا مواد استفاده می‌کنند که در حقیقت آرایش بزرگی از تشدیدکننده‌های کوچک هستند که نور و سایر امواج الکترومغناطیسی را کنترل می‌کنند.
روش این سیستم ایجاد یک “پوشش ” از حلقه‌های پلاستیکی متحدالمرکز است که در زیر پی یک ساختمان دفن شده‌اند. هنگام زلزله، امواج لرزهای هم‌تراز با سطح، وارد حلقه‌ها می‌شوند.
امواج در داخل پوشش به دام می‌افتند و بنابراین نمی‌توانند وارد سازه بالایی شوند. در عوض، امواج از اطراف پی ساختمان عبور کرده و از طرف دیگر بیرون می‌آیند و به‌اندازه بزرگ‌تر خود بازمی‌گردند. برای کارکرد صحیح این سیستم، سختی و کشش حلقه‌ها باید دقیقاً کنترل شود تا این اطمینان حاصل شود که هرگونه امواج سطحی به‌راحتی از داخل مصالح عبور می‌کنند، نه اینکه آن‌ها را در سطح ماده منعکس یا پخش کنند.
نمونه های پوشش نامرئی لرزه ای
نکته قابل‌توجه این است که بسیاری از سازه‌های سنگی باستانی دقیقاً مطابق با معماری فرا مادی هستند. محققان اکنون بر این باورند که سازندگان در دوران باستان ممکن است عمداً این سازه‌ها را با این روش منحصربه‌فرد ساخته‌اند تا باعث مقاومت در برابر حوادث لرزهای مانند زمین‌لرزه شوند. کولوسئوم در رم یک نمونه معمول از این سازه‌ها است.
بزرگ‌ترین تجربه از روش پوشش نامرئی لرزهای، در فرانسه و در سال 2016 با رویکرد اندکی متفاوت انجام شد. ریاضیدانان کالج امپریال لندن با همکاری هم در فرانسه، آزمایشی را با استفاده از درختان بهعنوان تشدیدکننده جهت هدایت انرژی امواج لرزهای، در اعماق خاک انجام دادند و باعث کاهش خسارت شدند.
محققان هنوز موفق به آزمایش پوشش نامرئی لرزهای در شرایط واقعی جهان به‌منظور مقاومت در برابر امواج لرزهای واقعی نشدند اما نمونه‌های اولیه شبیه‌سازی‌شده همچنان طراحی و آزمایش می‌شوند. فضای زیاد موردنیاز برای کار بر روی سیستم “پوشش نامرئی “، استفاده از این روش را برای مناطق متراکم در مرکز شهر غیرعملی می‌کند اما مهندسان بر این باورند که این “پوشش‌ها ” می‌تواند فناوری مهمی در حفاظت از زلزله ساختمان‌هایی مانند نیروگاه‌های هسته‌ای و بیمارستان‌ها باشند.
