وبلاگ

تامین ایمنی سازه­ها در برابر بلایای طبیعی و بوی‍ژه زلزله سالهاست كه مورد توجه مهندسان سازه و زلزله قرار دارد. زلزله بصورت مستقیم بر المان­های سازه­ای و بصورت غیر مستقیم بر المان­های غیر سازه­ای تاثیر گذار می­باشد. مطابق با مطالعات صورت گرفته بر سازه­های تحت تاثیر شتاب زلزله، بیش از 60 درصد خسارات ناشی از زلزله بر اثر تخریب و انهدام المان­های غیر سازه­ای می­باشد. تجربه نشان داده است كه حتی در سازه ­هایی كه ضوابط لحاظ شده برای طراحی و ساخت سخت گیرانه­تر از سطح آیین نامه­ها بوده است. المان­های غیر سازه­ای نتوانسته ­اند آثار نیروهای وارد شده بر جرم سازه را تحمل كنند. این امر برای حفظ سازه ­هایی كه ملزم به حفظ سطح عملكرد خدمت رسانی بی­وقفه می­باشند از اهمیت بالایی برخوردار می­باشد؛ زیرا در چنین سازه ­هایی بعضاً ارزش وسائل و تجهیزات و یا دكوراسیون و نمای سازه به مراتب بیش از ارزش ریالی سازه می­باشد. بنابراین اتكاء به سیستم­های باربر جانبی سنتی همچون دیوار­های برشی و بادبند­ها نمی ­تواند به تنهایی جوابگویی انتظارات در سطح بهره برداری بی­وقفه باشد. از این رو مهندسی زلزله نیازمند سیستمی است تا بتواند بر عواملی كه موجب خسارات سازه­ای و غیر سازه­ای می­ شود غلبه و سطح عملكردی مورد نظر را تامین نماید. جداسازهای لرزه­ای نسل جدیدی از سیستم­های مقاوم در برابر زلزله می­باشند كه تجارب بدست آمده از زلزله نشان داده است، عملكرد بسیار مناسبی در كاهش و حتی حذف خسارات جدی به سازه از خود نشان داده­اند ]1[.
سامانه جداساز بر پایه افزایش تغییر مكان سازه و در نتیجه افزایش پریود سازه پایه گذاری شده است. در این سیستم ایجاد تغییر مكان­هایی در حد چند ده سانتیمتر موجب كاهش شتاب وارد به ساختمان تا بیش از نصف شتاب زمین می­ شود. شتاب پارامتری است كه می­توان به عنوان اولین و مهمترین پارامتر موثر در خسارات وارده به سازه از آن یاد كرد. میزان شتاب وارده به سازه بسته به فاصله كانون زلزله تا سازه مورد نظر متغیرمی­باشد. چنانچه مطابق با مراجع معتبر ایجاد شتاب در مناطق حوزه نزدیک از گسل موجب امواجی پیچیده­تر از یک زلزله معمولی می­ شود. در این مناطق امواج ناشی از زلزله بسیار به امواج ناشی از انفجار شبیه می­باشند. اهمیت این مطلب در آن حد است كه آیین نامه UBC برای مناطق حوزه نزدیک ضریب تشدید كننده 5/1 را در نظر گرفته است. لذا آیین نامه­های اخیر بویژه برای سازه­های با اهمیت و مستقر در مناطق حوزه نزدیک استفاده از سامانه­های جداساز لرزه­ای را اكیداً پیشنهاد می­نمایند]2[.
همانطور كه می­دانیم در محاسبه سازه­های سنتی، میزان میرایی سازه برابر 5 درصد در نظر گرفته می­ شود. میرایی پارامتری است كه بویژه در لحظه­های نخست زلزله از اهمیت ویژه­ای برخورد است. در سامانه­های جداساز استفاده از موادی همچون لاستیک طبیعی با میرایی بالا و همچنین هسته سربی باعث شده تا بتوان میزان میرایی مورد انتظار از این سیستم تا بیش از 20 درصد افزایش یابد. استفاده از سرب در جداسازهای لرزه­ای باعث می­ شود تا در لحظات نخست زلزله نیروی قابل توجهی میرا شود. استفاده از سرب در حقیقت باعث افزایش سختی

 اولیه و در نتیجه افزایش سطح زیر نمودار هیسترزیس و متعاقباً افزایش انرژی میرا شده می­ شود.

از دیگر پارامترهای موثر در زمان زلزله شكل­پذیری اعضاء می­باشد. در سازه­های سنتی شكل­پذیری بیشتر از المان­های مقاوم جانبی همچون دیوارهای برشی و بادبندها و یا در سازه­های قاب خمشی از تیرها انتظار می­رود. شكل پذیری با رفتار­های پلاستیسیته از سوی المان­های شكل پذیر همراه خواهد بود. این امر اگرچه در صورت صحت عملكرد تا پایان زمان زلزله، موجب اتلاف و كاهش انرژی می­ شود؛ ولی علاوه بر آنكه می ­تواند مستقیماً بر المان­های غیر سازه­ای خسارات جدی وارد كند، مستلزم تعویض و یا ترمیم پس از اتمام زمان زلزله می­باشد. انجام چنین عملیاتی بویژه در مناطقی كه دارای پس لرزه­های با بزرگای بالا می­باشند تقریباً غیر عملی به نظر می­رسد. در سازه­های مجهز به جداساز لرزه­ای شكل پذیری تنها به عهده سامانه جداساز گذاشته می­ شود و سایر المانها الزامی به تغییر شكل­های بزرگ و وارد شدن به ناحیه پلاستیسیته نخواهند داشت.
 
1-2 بیان مشکل و هدف از پژوهش
اگرچه استفاده از جداسازهای لرزه­ای هم اكنون بیشتر برای كاربردهای ساختمانی شناخته شده است، اما این سیستم علاوه بر صنعت ساختمان سازی برای صنایعی همچون پلها و نیروگاه ها نیز كاربردهای فراوانی دارد. لذا با در نظر گرفتن دامنه وسیع كاربرد این سیستم توجه به وجه دیگر این گونه المانها كه همان تكنولوژی تولید، ساخت و اجرای آنهاست، نیز دارای اهمیت می­باشد. طی مطالعات و تحقیقات صورت گرفته، در حال حاضر تنها سه كشور در دنیا (نیوزیلند، ایالات متحده آمریكا و ژاپن) دارای كارخانه های مجهز تولید، ساخت و تست جداسازها بخصوص جداساز­های با هسته سربی می­باشند. سایركشورها نیز همچون ایتالیا، ارمنستان و امارات دارای كارخانه­هایی با امكانات بسیار محدود تر می­باشند.
نكته قابل توجه در استفاده از این سیستم آنكه، مطابق با آیین نامه های معتبر مربوط به این سیستم، آزمایش و تست این محصولات قبل از اجرا از موارد اساسی این سیستم می باشد و بدون شك لزوم همین پارامتر یكی از مهمترین محاسن این سیستم به شمار می­رود. در كشور ما، بخصوص در سال­های اخیر بدلیل تحریم­های اعمال شده، و همچنین جایگاه ویژه جداسازهای لرزه­ای در تاسیسات هسته­ای، وارد كردن تجهیزات مورد نیاز جهت ساخت جداسازها و بخصوص جك­های مناسب تست آنها از مشكلات عدیده­ای برخوردار می­باشد. از سوی دیگر هزینه واردات این محصولات در حدی است كه غالباً كارفرمایان خصوصی یا دولتی فعال در عرصه ساخت و ساز پس از اطلاع از آن در استفاده از این تكنولوژی دچار شك و تردید بسیار می­شوند. لذا هدف از این پژوهش آنست تا با آگاهی از نحوه عملكرد این سیستم­ها حین بارگذاری، نسل جدیدی از آنها كه قابلیت تولید و بهره برداری داشته و از لحاظ قیمت تمام شده به مراتب مناسب­تر از نمونه های مشابه باشد را با رویكرد بومی سازی معرفی و نحوه عملكرد آن بررسی شود ]3[.
 
1-3 روش بررسی و مطالعه
اصول پایه­ای جداسازهای لرزه­ای بر اصول مقاومت مصالح پایه گذاری شده است. برای آنكه بتوان دید مناسبی نسبت به عملكرد این سیستم­ها داشت، ابتدا با روابط و تئوریات حاكم بر این سیستم­ها آشنا گردید.
روند طراحی سیستم­های جداساز لرزه­ای بطور کلی با پارامترهایی که از محاسبات قبلی بدست آمده و یا اطلاعاتی که توسط تولید کننده بدست آمده است شروع می­ شود. در این روند مواردی همچون بیشینه تغییر مکان افقی و پارامترهایی مانند: سختی قائم و افقی، کرنش برشی و پایداری جداسازها مورد بررسی قرار می گیرد. پس از اتمام طراحی اولیه نمونه هایی از جداسازهای طراحی شده بایستی انتخاب و تست گردد. بسته به نتایج تست ها طراحی اولیه ممکن است دستخوش تغییراتی گردد. به منظور کاهش تعداد سعی و خطاها لازم است تا اطلاعات دقیقی در فاز طراحی اولیه در دست باشد. بدین لحاظ در بررسی انجام شده، در فصل دوم ابتدا اصول پایه­ای و تئوریات جداسازهای لرزه­ای مورد توجه قرار گرفته است. این امر باعث می­ شود تا با آگاهی از این اصول كه منطبق با اصول مقاومت مصالح می­باشد بتوان دید مناسبی از عملكردهای مورد انتظار و همچنین كنترل­های لازم بدست آورد. پس از آن در فصول چهارم و پنجم نتایج حاصل از تست یک نمونه واقعی از جداسازهای ­لرزه­ای بررسی و توسط نرم افزار ABAQUS آنالیز و تحلیل و نتایج با تست­های آزمایشگاهی مقایسه گردید. پس از حصول اطمینان از نتایج بدست آمده، مدل­های دیگری با تنوع در نحوه مدلسازی، نحوه مقید كردن المان­ها و همچنین نحوه آنالیز و تحلیل ساخته شد. با بررسی نتایج حاصل از هریک مدل دیگری تحت عنوان مدل تكمیلی ارائه گردید. در این مدل سعی شد تا موارد نقص سایر گزینه­ ها حذف و عملكرد مورد انتظار كسب شود. در این حین از نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS بعنوان یک برنامه مدلسازی بسیار توانمند استفاده گردید. این نرم افزار قابلیت مدلسازی انواع مواد با خواص و رفتارهای گوناگون نظیر فلزات، لاستیک ها، پلیمرها، كامپوزیت ها، بتن تقویت شده، همچنین مواد موجود در زمین نظیر خاك و سنگ، قابلیت بالایی را ممكن می سازد. استفاده از این نرم افزار تنها محدود به تحلیل های مكانیک جامدات و سازه (تنش – تغییر مكان) نمی­ شود بلكه با بهره گرفتن از این نرم افزار می توان مسایل مختلفی نظیر انتقال حرارت، نفوذ جرم، تحلیل حرارتی اجزاء الكتریكی، اكوستیك، مكانیک خاك و حتی انفجار را مورد مطالعه قرار داد ]4 و 5[.