برخی مصالح خاص مورد استفاده در مقاوم سازی
- FRP
کامپوزیت FRP، الیاف تقویت شده با پلیمر های رزین اپوکسی یکی از مصالح مدرن برای مقاوم سازی و تقویت سازه های بتنی می باشد.
این نوع کامپوزیت متشکل از دو بخش الیاف تقویتی FRP است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس رزین اپوکسی احاطه شده است. فیبرهای FRP به روش پلی اکریلونیتریل (PAN) ساخته می شوند و میلگردها و پروفیل ها به روش پالتروژن (Pultrusion) تولید می گردند.
محصولات پلیمری مورد استفاده در سازه ها به شکل ورق های پلیمری FRP، میلگردها یا آرماتور FRP، مش های FRP و پروفیل FRP مشابه تیرآهن FRP و نبشی FRP وجود دارند. از این مصالح پلیمری FRP برای ساخت و تقویت سازه ها استفاده می شود.
مصالح FRP موادی غیر فلزی با مقاومت بالا در برابر خوردگی است که در کنار خواص مهم دیگری همانند مقاومت کششی زیاد، آنها را برای استفاده به عنوان جایگزین آرماتور کششی مناسب می کند.
از آنجایی که FRP ها مصالحی با فن آوری بالا هستند نوع و مقدار فیبر و رزین مورد استفاده، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.
- میراگر یا دمپر (سیستم های جاذب یا مستهلک کننده انرژی (Dampers) )
روش کنترل ارتعاشات مقوله جدیدی در روند بهسازی‌سازه‌ها و طراحی ساختمان های مقاوم در برابر بارهای دینامیکی است. این تفکر باعث کنترل پاسخ سازه تحت بارهای دینامیکی شده و بدون اینکه نیاز به مقاوم سازی تک‌تک عناصر مقاوم سازه‌ای باشد با تعبیه وسایل وتجهیزات مناسبی در ساختمان باعث کاهش تغییرمکان و بهبود پاسخ دینامیکی سازه می‌شوند.
یکی از روشهای کنترل ارتعاشات سازهها تحت تاثیر بارهای لرزه‌ای، استفاده از وسایل اتلاف انرژی یا میراگرها است. کاربرد این وسایل هم در، طراحی ساختمانهای جدید ویا در مقاوم‌سازی ساختمانهای موجود به‌سادگی امکان پذیر است.
این سیستمها با جذب و استهلاک درصد بالایی از انرژی ورودی به سازه، شرایط ایمن و پایداری را نسبت به ساختمانهای مشابه فراهم می کنند، میراگرها بجای افزایش شکل پذیری عناصر سازه ای تکیه بر مستهلک نمودن انرژی لرزه ای دارند . امروزه استفاده از میراگرها بعنوان روشی اقتصادی و عملی برای افزایش مقاومت دینامیکی سازه ها قابل ذکر است، بنابراین استفاده از آن جهت مقاوم سازی ساختمانها وبناهای متعارف نیز امکان پذیر است.
- انواع وسایل اتلاف انرژی (میراگرها) در ساختمانها :
- میراگرهای اصطکاکی
این میراگرها یکی از انواع وسایل اتلاف انرژی محسوب میگردند که عملکرد خوبی درکاهش نیروهای دینامیکی به سازه داشته و ازجمله ارزانترین آنها نیز بهشمار میآیند. بنابراین به کمک آنها می‌توان ساختمانهای متعارف را بهسازی و یا از ابتدا طراحی ومقاوم سازی نمود.
این میراگرها نوعی اتصال پیچی اصطکاکی با سورخهای لوبیایی شکل میباشند که اصطکاک موجود مابین سطوح تماس، مانع از حرکت آن میشود. با لغزش ناگهانی اتصال درصدی از انرژی اعمال شده صرف مقابله با نیروی اصطکاک و تولید حرارت و انرژی گرمایی میشود.
هنگامیکه یک اتصال اصطکاکی با سوراخهای لوبیایی شکل تحت نیرو قرار میگیرد، اگر نیروی موجود از بار لغزش اتصال بزرگتر شود، سطوح نسبت یکدیگر شروع به حرکت می‌کنند. حرکت سطوح اتصال از یک سو و نیروی اصطکاک از سوی دیگر باعث تولید انرژی حرارتی نسبتاً بزرگی مابین سطوح میشود. چنانچه سطوح تماس تحت تاثیر یک حرکت رفت و برگشتی قرارگیرد، اصطکاک مابین سطوح متحرک، حرارت وگرمای زیادی را در هرحرکت رفت وبرگشتی تولید میکند. این انرژی گرمایی همان استهلاک انرژی است که دریک میراگراصطکاکی می‌تواند ایجاد شود.
۲٫ میراگر فلزی تسلیم (Metallic yield damper):
با دانستن ساختمان کریستالی فلزات مختلف می توانیم رفتار میرایی این فلزات را در شرایط بارگذاری تناوبی بررسی نموده و خواص میرایی مطلوب در محدوده قبل از نقطه تنش تسلیم
(yield point) مشاهده کنیم. می توانیم با فرم دادن یک قطعه فلز به حالتی که در بارگذاری دینامیکی سازه رفتار میرای از خود نشان دهد (عموماً به شکل مثلث متساوی الساقین) و قرار دادن آن در محل اتصال اعضاء سازه به یکدیگر از این خاصیت به نحو مطلوب در اتلاف و پراکنده سازی انرژی زلزله استفاده نماییم.
فلزی که برای ساخت اینگونه میراگرها به کار می رود، عموماً بایستی دارای رفتار مناسب تغییر هیسترزیس، دامنه خستگی بالا، استحکام نسبی بالا و عدم حساسسیت زیاد نسبت به تغییرات درجه حرارت باشد. اصولا میراگرهای فلزی، با تکیه بر تغییر شکلهای الاستیک فلز و میرایی ناشی از اتلاف انرژی به صورت اصطکاک داخلی کریستال ها می شود. استفاده از اینگونه میراگرها در سازه به عنوان تنها سیستم مهاربندی دارای ریسک زیادی می باشد اما به عنوان یک سیستم تکمیلی در تعامل با سیستم های مهاربندی معمول می تواند مفید واقع شود.
۳٫ میراگرهای ویسکوالاستیک (Viscoelastic Dampers):
این گونه میراگرها از نظر عاملیت میرایی دقیقا مانند میراگرهای فلزی عمل می کنند با این تفاوت که به دلیل ساختمان کوپولیمری یا کریستالی خود و خواص ایزوتروپیکی که دارند در بارگذاری های مختلف، از طریق تغییر شکلهای برشی باعث اتلاف انرژی می شوند. اینگونه میراگرها را عموما طوری در سیستم نصب می کنند که تنشهای وارد به آن ها نوع برشی باشد تا خاصیت میرایی خود را نشان بدهند. کاربرد عمومی این گونه میراگرها در سازه پل های بلند می باشد. این میراگرها باعث جلوگیری از ایجاد پدیده مخرب تشدید در ساختمان پل شده و مانع از تخریب پل در اثر بارهای باد می شود. این گونه میراگرها مانند اکثر میراگرهای دیگر به دلیل تاثیر گذاری عوامل مختلف روی میزان میرایی از تاریخ مصرف برخوردارند و در پایان تاریخ مصرفشان بایستی تعویض شوند. ممکن است در طول عمر یک سازه، چندین بار تعویض میراگرها صورت گیرد که بزرگترین نقطه ضعف اینگونه میراگرها همین امر می باشد.
۴٫ میراگرهای مایع لزج (Viscous fluid Damper):
ایده این دسته از میراگرها نیز همان طور که ایده میراگرهای اصطکاکی از ترمز اتومبیل گرفته شده است از اتومبیل سرچشمه می گیرد. سیستم تعلیق اتومبیل از یک فنر و یک کمک فنر (میراگر) استفاده می کند که در تعامل با یکدیگر، ضربان وارده به اتومبیل از سوی زمین را جذب و انرژی استفاده می کند که در تعامل با یکدیگر، ضربات وارده به اتومبیل از سوی زمین را جذب و انرژی آنها را اتلاف می کنند. اگر ستونهای یک سازه را به عنوان فنر در نظر بگیریم، در واقع با ایجاد کمک فنر (میراگر) در کنار آنها می تونیم انرژی وارده به سازه در اثر زلزله را اتلاف کنیم.
ساختمان میراگرهای مایع لزج عموماً از یک پیستون و یک سیلندر تشکیل شده است مایع لزج داخل سیلندر توسط پیستون فشرده می شود، با توجه به اینکه درون پیستون، سیلندر دیگری وجود دارد. که به وسیله سوراخهای ریزی می تواند مایع را به درون پمپ کند، با اعمال فشار به سیستم مایع لزج با سرعت کمی بین دوسیلندر مبادله می شود و مقدار زیادی انرژی را اتلاف می کند. ساختمان کلی این میراگرها در شکل (V) نشان داده شده است . استفاده از این نوع میراگر مدتی است که در کشورهای آمریکا و نیوزلند و ژاپن در ساختمانهای مختلف رایج شده است.
لازم به ذکر است که این میراگر حساسیتی نسبت به تغییرات حرارتی نداشته و به دلیل عدم دارا بوده و ساختمان جامد مورد اثر پدیده های خستگی و اثر باوشینگر قرار نخواهد گرفت اما طول عمر آن نسبت به طول عمر سازه کم است.
۵٫ میراگر جرم هماهنگ شده (Tuned mass damper):
در این میراگر، سازه و میراگر نقش یک سیستم دو قسمتی را باز می کنند. جرم میراگر، روی سازه قرار می گیرد ولی میراگر توسط غلتک هایی می تواند در جهت افقی حرکت آزادانه داشته باشد. در هنگام زلزله نیروی جدیدی توسط میراگر در جهت میراسازی انرژی زلزله به سیستم اعمال می شود.
۶٫ میراگر سیال هماهنگ شده (Tuned liquid dampers):
با توجه با حالت سختی و رفتار مایع سیالات، اگر یک ظرف بزرگ محتوی یک سیال سخت را روی سازه قرار دهیم با ارتعاش سازه، مقدار زیادی انرژی توسط رفتار لخت سیال و نیروهای هیدرو دینامیکی ناشی از ان اتلاف می شود.
- مهاربندهای کمانش ناپذیر یا کمانش تاب (BRB)
این مهاربندها به عنوان نسل جدید مهاربندی پیشنهاد شده است، BRB از یک هسته مرکزی و پوشش پیرامونی تشکیل یافته و دارای سختی زیاد و قابلیت جذب انرژی بالایی می باشد. برای جلوگیری از کمانش کلی هسته در فشار، هسته داخل یک تیوپ فولادی قرار داده می شود و فضای بین تیوب و هسته فولادی باملات یا بتن پر می گردد.
- جداگرهای لرزه ای
این المان ها می بایستی مانع انتقال نیرو به سازه ی اصلی شوند و سازه ی اصلی یک حرکت صلب را در حین وقوع لرزش های زمین تجربه نماید. این روش بصورت خیلی محدود و فقط برای ساختمان های دارای وزن و ارتفاع مناسب موثر بوده و به همین دلیل کمتر از سایر روش ها در جهان مورد استقبال کارشناسان قرار گرفته است.
جداسازهای پایه (base isolators) وسایلی هستند که در زیر سازهها قرار می‌گیرند و آنها را از اثرات ویرانگر ناشی از نیروی جانبی زلزله، یا نوسانات ناشی از حرکت قطارها جدا می‌کنند. جداسازی لرزه‌ای ابزاری با سابقه در طراحی سازه ها است که به وسیله آن می‌توان سازه یا بخشی از آن یا حتی اجزای داخلی قرار گرفته در سازه را از اثرات مخرب شتاب زمین جداسازی نمود. یکی از اهداف جداسازی لرزه‌ای منحرف ساختن بسامد اصلی سازه از بسامدهای غالب زلزله و بسامد اصلی روسازه گیردار است. هدف دیگر از یک سیستم جداساز فراهم نمودن وسیله ای اضافی برای میراسازی انرژی و در نتیجه کاستن از شتاب منتقل شده به روسازه است. دیدگاه اصلی در این روش جداساختن سازه از زمین(عمومآ در جهت افقی) به منظور کاهش انتقال تحریک زلزله به سازه است. گستره‌ای از جداسازها شامل تکیه گاه‌های الاستومری (با و بدون هسته سربی)، تکیه گاه‌های اصطکاکی/لغزشی و تکیه گاه‌های غلتکی در بیست سال گذشته در کشورهایی مانند ایالات متحده، ژاپن، انگلستان، ایتالیا، نیوزیلند و غیره برای طراحی ضد لرزه ای ساختمانهای جدید زیادی به کار گرفته شده است.
- انواع جداسازها :
- جداسازهای لاستیکی با ورقه های فولادی
- جداساز های لاستیکی با هسته ی سربی
- جداساز های اصطکاکی
- جداسازهای اصطکاکی پاندولی
- جداسازهای الاستیک اصطکاکی
