نوشته‌ها

زلزله

تأثیر سطح لرزه‌خیزی و ارتفاع ساختمان روی مقاومت قاب‌های فولادی در برابر خرابی پیشرونده در هنگام وقوع حوادثی مانند زلزله

وقوع حوادث ناگواری مانند زلزله در شهرها باعث پیامدهای ناگوار اجتماعی و اقتصادی زیادی شده است. علت این امر هم معمولاً طراحی و یا اجرای نامناسب ساختمان‌ها است. از آنجایی که امروزه به دلیل افزایش جمعیت ساخت‌وساز افزایش یافته است، لزوم مقاوم‌سازی سازه‌ها در برابر زلزله بیش از پیش خودنمایی می‌کند. در تحقیقاتی که توسط محققان شرکت ارزیابی و تأمین ایمنی لرزه‌ای مأمن ایرانیان انجام شده است به این امر مهم پرداخته شده است. در مقاله‌ای که توسط محققان این شرکت نگارش شده است به تأثیر ارتفاع و سطح لرزه‌خیزی ساختمان روی مقاومت آن در برابر خرابی پیشرونده اشاره شده است. در این تحقیق مقاومت قاب‌های فولادی برای ساختمان‌های چهار، هشت و دوازده طبقه موردبررسی و ارزیابی قرار گرفته شده است.

نتایج این تحقیق نشان داده است که ساختمان‌هایی که از ارتفاع بلندتری برخوردار هستند، در برابر خرابی پیشرونده ایمن‌تر هستند. همچنین به‌منظور بررسی تأثیر سطح لرزه‌خیزی سازه‌ها، ساختمان‌های چهار طبقه در این تحقیق مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند. این ارزیابی بر اساس سطوح مختلف لرزه‌خیزی مانند سطح لرزه‌خیزی بسیار بالا، بالا، کم و متوسط صورت پذیرفته است. به‌منظور ارزیابی سازه‌ها در این تحقیق از تحلیل دینامیکی غیرخطی استفاده شده است. متن کامل این مقاله را در اینجا می­توانید ملاحظه کنید.

زلزله

تأثیر موقعیت مناسب مهاربندها به‌منظور کاهش اثر پیچش و وزن سازه‌ها در برابر زلزله

در مقاله‌ای دیگر که توسط محققان شرکت ارزیابی و تأمین ایمنی لرزه‌ای مأمن ایرانیان انجام پذیرفته است، به بررسی مکان مناسب مهاربند در ساختمان پرداخته شده است. مهاربندها از چند عضو ساخته شده‌اند و هدف از استفاده از آن‌ها در سازه‌ها، پایداری سازه در برابر بارهای جانبی مانند زلزله است. در حقیقت از بادبند در طراحی سازه به‌منظور افزایش سختی آن در برابر بارهای جانبی مانند زلزله استفاده می‌شود. از آنجایی که در سازه‌های بلند، عناصر مقاوم در برابر بارهای جانبی، نقش اساسی دارند و به‌منظور مقابله با نیروهای ناشی از زلزله، تحقیقاتی در خصوص مهاربندها با وضعیت نامتقارن در سازه‌های فولادی انجام شده است. در این تحقیق ابتدا به بررسی اثر خروج از مرکز، مرکز سختی نسبت به مرکز جرم پرداخته شده است. سپس پیچش ناشی از آن در سازه‌ها موردبررسی قرار گرفته است.

در نتیجه برای حل این مشکل، محققان آرایش مهاربندها را در سازه‌ها تغییر دادند. تغییر در این آرایش و میزان فولاد مصرفی به‌عنوان یک شاخص اقتصادی مهم در این تحقیق در نظر گرفته شده است. همچنین به‌منظور تشخیص آسیب‌های سازه‌ای پارامتر جابه‌جایی موردبررسی قرار گرفته است. سرانجام در این تحقیق تغییرات برش در پایه ساختمان با توجه به خروج از مرکزیت ذکرشده موردبررسی قرار گرفته است. متن کامل این مقاله را در اینجا می­توانید ملاحظه کنید.

مهاربند

روش‌های بهبود انعطاف‌پذیری میان­قاب­ها در برابر بارهای جانبی مانند زلزله

به مصالح بنایی که بین قاب­های ساختمانی قرار میگیرد، میان‌قاب می‌گویند. وجود میانقاب در سازه‌ها باعث تغییر رفتار آن‌ها در برابر بارهای جانبی مانند زلزله می‌شود؛ بنابراین افزایش سختی یا مقاومت در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله در این قاب‌ها بسیار مهم است؛ بنابراین تحقیقات زیادی در این خصوص توسط محققان صورت پذیرفته است. محققان شرکت ارزیابی و تأمین ایمنی لرزه‌ای مأمن ایرانیان نیز در این خصوص تحقیقاتی انجام داده‌اند. در این خصوص یک تحقیق تجربی در ارتباط با میانقاب در دو مرحله انجام شده است. اولین مرحله به‌منظور کشف روش‌های لازم برای بالا بردن انعطاف‌پذیری قاب‌های میان‌پر انجام شده است. این امر از طریق آزمایش شش مورد قاب فولادی یک طبقه صورت پذیرفته است.

سه روش کلی در این تحقیق موردمطالعه قرار گرفته است. این امر بدون توجه به جزئیات ساخت، صورت پذیرفته است. نتایج نشان می‌دهد که تهیه یک میراگر کشویی بسیار کارآمد در میانقاب، شکل‌پذیری آن را افزایش می‌دهد. مشکلاتی از این قبیل را می‌توان با بهبود تنظیمات میراگر برطرف ساخت. سپس مرحله دوم آزمایش با دو نمونه پیکربندی میراگر کشویی بهبودیافته انجام شده است که در آن تأثیر مقاومت کشویی روی رفتار میانقاب‌ها موردبررسی قرار گرفته است. بر اساس این نتایج، می‌توان میانقاب‌هایی را که دارای میراگرهای کشویی اصطکاکی هستند، به‌عنوان عناصر مهندسی‌شده‌ی با شکل‌پذیری بالا، دارای پایداری عرضی و قابل تنظیم در نظر گرفت. متن کامل این مقاله را در اینجا می­توانید ملاحظه کنید.

میانقاب

آیا حیوانات قادر به پیش‌بینی زلزله هستند؟

اولین بار زمانی انسان‌ها متوجه رفتارهای غیرمعمول حیوانات قبل از زلزله شدند، در سال 373 قبل از میلاد در یونان بود. طبق گزارش مورخان گفته شده است که در آن زمان موش‌ها، راسوها، مارها و هزارپاها خانه‌ی خود را درست چند روز قبل از یک زلزله ویرانگر ترک کردند. شواهد حاکی از آن است که حیوانات، ماهی‌ها، پرندگان، خزندگان و حشرات به نحو عجیبی از هفته‌ها تا ثانیه‌ها قبل از زلزله رفتارهای عجیبی از خود نشان می‌دهند. دانشمندانی که به دنبال این رمز و راز هستند در چین یا ژاپن زندگی می‌کنند.

در چندین دهه پیش، پیش‌بینی زمین‌لرزه در چین بر اساس زمین‌لرزه‌های کوچک و فعالیت غیرمعمول حیوانات انجام می‌شد. بسیاری از مردم در زمان وقوع این زمین‌لرزه‌های کوچک ترجیح دادند در خارج از خانه‌های خود بخوابند. در نتیجه هنگام وقوع زلزله اصلی خانه‌های آن‌ها از بین رفت و باعث ویرانی گسترده شد. معمولاً هیچ زلزله بزرگی از این نوع فعالیت‌های لرزه‌ای پیروی نمی‌کند. در نهایت در زلزله بعدی وقوع این رویداد بزرگ اعلام نشد و باعث کشته شدن هزاران چینی شد.

پیش‌بینی زلزله توسط حیوانات

آیا اکثر زلزله‌ها در شب اتفاق می‌افتد؟

احتمال وقوع زمین‌لرزه در صبح یا عصر به یک اندازه است. بسیاری از مطالعاتی که محققان در گذشته انجام داده‌اند، نتوانستند هیچ نوع ارتباط معنی‌داری بین میزان وقوع زلزله با زمان وقوع آن در یک روز نشان بدهند. با این حال، مطالعات اخیر توانستند نوعی همبستگی بین جزر و مد زمین ناشی از موقعیت ماه نسبت به زمین و برخی از انواع زمین‌لرزه‌ها بیابند.

به‌عنوان‌مثال، در یک تحقیق این نتیجه به دست آمده است که در زمان ماه کامل یا ماه جدید، زمین‌لرزه در گسل‌های نزدیک لبه‌های قاره‌ها و در مناطق زیر آب بیشتر است. ماه‌گرفتگی یا خورشیدگرفتگی موارد خاصی از ماه کامل و ماه جدید را نشان می‌دهد اما اثرات جزر و مدی خاص یا متفاوتی نسبت به حالت ماه کامل و یا ماه جدید ایجاد نمی‌کنند.

جزر و مد اقیانوس فشار محدودکننده روی سطح را بالا و پایین می‌برد. گسل‌های نزدیک لبه‌های قاره و زیر آب هنگامی‌که فشار محدودکننده آن‌ها کاهش می‌یابد، احتمال لغزش آن‌ها بیشتر است اما لازم است به این نکته دقت داشته باشید که احتمال پیش‌بینی زمین‌لرزه در یک مکان و یا در یک سال معین بسیار کم است بنابراین افزایش این احتمال ناچیز در هنگام جزر و مد، هنوز هم نتیجه بسیار کمی دارد.

زلزله

پنج نوآوری در مهندسی عمران که به ساختمان‌ها کمک می‌کند در برابر زلزله مقاومت کنند

مهندسی زلزله زیرمجموعه‌ای از مهندسی سازه است که بر طراحی سازه‌هایی تمرکز دارد که بتوانند در برابر فشارهای عظیم ناشی از نیروهای لرزه‌ای مقاومت کنند. مهندسان عمران متخصص در این زمینه معمولاً در مناطق جغرافیایی کار می‌کنند که اغلب زمین‌لرزه‌های زیادی را تجربه می‌کنند و به آن‌ها این امکان داده می‌شود تا فناوری‌های جدید را در سناریوهای واقعی زلزله آزمایش کنند.

از آنجا که علم مهندسی زلزله به‌طور مداوم در حال پیشرفت است، متخصصان می‌توانند از بررسی چندین نوآوری معرفی‌شده در صنعت، بهره‌مند شوند.

  • جداگر‌های لاستیکی- سربی:

امواج لرزه‌ای ناشی از زلزله پایداری ساختمان‌ها را تضعیف می‌کنند. در نتیجه برای مقاومت در برابر زلزله، ساختمان‌ها خصوصاً ساختمان‌های بلندتر باید با کنترل لرزه‌ای طراحی شوند زیرا ریزش آن‌ها می‌تواند خسارت قابل‌توجهی به بار آورد.

یک روش ارزان برای دستیابی به کنترل لرزه‌ای، استفاده از جداگرهای لرزه‌ای است. این روش با استفاده از مجموعه‌ای از جداگر‌های لاستیکی- سربی در پی سازه، پایه یک سازه را از پی آن جدا می‌کند که می‌تواند به‌طور مؤثرتری لرزش‌های ناشی از امواج لرزه‌ای را منحرف یا جذب سازد.

جداگر‌های لاستیکی- سربی

جداگرهای لاستیکی سربی

جداگر‌های لاستیکی- سربی از یک هسته سربی در یک محفظه لاستیکی تشکیل‌شده‌اند که بین دو صفحه فولادی ضخیم محصورشده و بر روی پی ساختمان ثابت می‌شوند. انعطاف‌پذیری این طرح به انحراف امواج لرزه‌ای کمک می‌کند. این در حالی است که انعطاف‌پذیری اجزای لاستیکی، انرژی حاصل از ارتعاشات را جذب می‌کند و در غیر این صورت صدمات قابل‌توجهی در ساختمان ایجاد می‌شود.

سرانجام، هسته صلب سربی انرژی باقیمانده را که قبلاً توسط لایه‌های خارجی جذب یا منحرف نشده است، از بین می‌برد. مطالعات در مورد اثربخشی سیستم‌های جداگر‌های لاستیکی- سربی نشان داده است که وجود این شکل از عایق به‌طور مؤثر پاسخ یک قاب به ارتعاشات را کاهش می‌دهد.

هم‌زمان با پیشرفت علم در حمایت از جداگر‌های لاستیکی- سربی، مهندسان عمران وظیفه دارند مصالح جدیدی را کشف کنند که با استفاده از آن‌ها بتوان عملکرد این جداگرها را افزایش داد.

سیستم دیوار برشی ورق فولادی و کمانش کنترل‌شده

سیستم‌های دیوار برشی ورق فولادی از دهه 1970 به‌منظور تقویت ساختمان‌ها به‌خصوص در ژاپن و آمریکای شمالی مورداستفاده قرار گرفتند و به‌عنوان یک گزینه امیدوارکننده و جایگزین برای سیستم‌های مقاوم در برابر زلزله که در بسیاری از مناطق لرزه‌خیز پرخطر استفاده می‌شود، در نظر گرفته شده‌اند.

این دیوارها برای محدود کردن نیروی جانبی در ساختمان‌ها از جنس فولاد طراحی‌شده‌اند که تنش را جذب کرده و خم می‌شوند اما تحت فشار کاملاً کمانش نمی‌کنند. همچنین این نوع دیوارها به‌طور قابل‌توجهی نازک‌تر از دیوارهای برشی بتنی هستند که مقاومت و پایداری مشابهی دارند.

این امر باعث کاهش هزینه‌های ساخت می‌شود و وزن کل ساختمان را نیز کاهش می‌دهد. همه این موارد بدون به خطر انداختن امنیت عمومی افراد در ساختمان است.

دیوار برشی ورق فولادی

سیستم‌های نوسانی کنترل‌شده به کمک به حداقل رساندن رانش‌هایی که در یک سازه و در هنگام زلزله ایجاد می‌شود، از آسیب آن جلوگیری می‌کنند. این سیستم‌ها با عملکرد بالای خود از قاب‌های فولادی مهاربندی‌شده که دارای خاصیت ارتجاعی هستند، استفاده می‌کنند و این اجازه را می‌دهند تا ورق فولادی ، خود را تاب دهد و کمانش کند.

همچنین این عنصر یک نیروی خودمحوری و بازیابی ایجاد می‌کند که ارتعاشات لرزه‌ای را در سرتاسر سازه از بین می‌برد و اجازه می‌دهد تا قاب سازه‌ای به شکلی کنترل‌شده در محل­هایی که عمداً از پیش درنظر گرفته است، تاب بخورد.

یکی دیگر از مؤلفه‌های اصلی و مؤثر سیستم‌های نوسانی کنترل‌شده و مهندسی‌شده، اجرای دستگاه‌های اتلاف انرژی قابل تعویض است که سختی اولیه سیستم را تولید می‌کنند. عملکرد این دستگاه‌ها مشابه فیوز الکتریکی است که تحت تنش ناشی از بارهای ناگهانی قابل‌توجه، به تسلیم می‌رسد و پس از خرابی سریعاً تعویض می‌شوند.

سیستم نوسانی کنترل‌شده

میراگر جرمی تنظیم شونده

میراگرهای جرمی مرسوم برای کنترل حرکت ساختمان‌های بلند طراحی‌شده‌اند. برای ایجاد یک میراگر جرمی، مهندسان ساختمان، پاندول‌های بزرگ فلزی متصل شده به کابل‌ها را در بالای یک ساختمان بلند آویزان می‌کنند. این پاندول‌ها به‌عنوان وزنه، برعکس اینرسی عمل می‌کنند که ساختمان را تا حد ممکن در مرکز نگه می‌دارد. همچنین این میراگرها به‌طور مؤثر سرعت نوسان ساختمان را کاهش داده و فاصله کل هر نوسان را نیز کاهش می‌دهند.

در شرایطی که استفاده از میراگر جرمی مرسوم به دلیل مقدار زیاد نوسان آن، ناامن یا غیرمعقول تلقی شود، می‌توان از میراگرهای جرمی تنظیم‌شده استفاده نمود. میراگرهای جرمی تنظیم‌شده مانند میراگرهای جرمی مرسوم کار می‌کنند اما شامل استفاده از سیستم کنترل اضافی مانند آهنربا الکتریکی برای محدود کردن حرکت عنصر پاندول میراگر هستند.

برج شانگهای نمونه ای از میراگر تنظیم شده

نمونه‌ای از میراگرهای تنظیم‌شده را می‌توان در برج شانگهای چین دومین ساختمان بلند جهان که ارتفاع آن 632 متر است، یافت. به دلیل اندازه عظیم این ساختمان، میراگرهای مرسوم برای آن گزینه واقع‌بینانه‌ای نبود؛ بنابراین، مهندسان پاندول‌های وزنی را با یک سیستم مغناطیسی جفت کردند که دامنه حرکت آن‌ها را با خیال راحت محدود کند.

با تکان خوردن ساختمان، وزنه‌های آهنی 1000 تنی بالای آهنربا نوسان کرده و جریان الکتریکی را در صفحه مسی که در زیر میراگر نصب شده است القا می‌کنند و بلافاصله یک میدان مغناطیسی مخالف ایجاد کرده که قادر است حرکت وزنه را خنثی سازد.

این در حالی است که جاذب‌های لرزشی هیدرولیکی باعث می‌شوند وزنه در اثر زلزله یا وقایع لرزه‌ای که ممکن است باعث افزایش نوسان خیلی سریع سازه شود، وزنی نداشته باشد و اثر میرایی سیستم را به حداکثر می‌رساند.

میراگر جرمی تنظیم‌شونده

پوشش لرزه‌ای

پوشش لرزه‌ای به‌عنوان یک رویکرد کاملاً جدید برای مقاومت در برابر زلزله توصیف شده است. در حال حاضر این پوشش به‌عنوان ابزاری برای ایجاد موانع محافظتی، قادر به تغییر مسیر انرژی لرزه‌ای دور از سازه‌ها، در حال آزمایش است.

پوشش لرزه‌ای شامل اصلاح خاک و سایر مصالح اطراف ساختمان برای منحرف ساختن یا هدایت نیروی ایجادشده در اثر زلزله است. این نوآوری حول این نظریه به وجود آمده است که امواج لرزه‌ای انرژی را بین انرژی پتانسیل ذخیره‌شده در پوسته سیاره و انرژی جنبشی درون خود امواج لرزه‌ای عبور می‌دهند. مهندسان زلزله که مجهز به این دانش نظری هستند، وظیفه دارند سازه‌ی پوششی را ایجاد کنند که بتواند این امواج لرزه‌ای مخرب را کنترل سازد.

آزمایشات نشان داده است که در شرایط صحیح می‌توان نوسانات ارتعاشات لرزه‌ای را با استفاده از خاک اصلاح‌شده متوقف ساخت. کاربرد پوشش لرزه‌ای بسیار گسترده است و شرکت‌های خصوصی و دولتی در حال حاضر در حال استفاده از این فناوری برای دفاع از سازه‌های با اولویت بالا مانند راکتورهای هسته‌ای هستند.

نکته منفی در استفاده از این روش فضای قابل‌توجهی است که برای یک پوشش لرزه‌ای لازم است. این فضا تقریباً برابر با اندازه سازه محافظت شده است. همچنین در صورت انعکاس ارتعاشات لرزه‌ای به دور از سازه پوشیده شده، ممکن است به سازه‌های مجاور آسیب رسانده شود.

در نتیجه محققان در حال حاضر در حال تولید پوشش‌های لرزه‌ای هستند که بتوانند جریان امواج لرزه‌ای را کنترل کنند درحالی‌که سازه‌های مجاور را نیز تحت تأثیر قرار ندهد.