میراگرها در سازه

Dampers on Structures

شرکت بهساز پل

در بهسازي لرزه اي سازه ها یکی از روشهاي کاهش نیروي جانبی ناشی از زلزله استفاده از میراگرها میباشد.
انرژي وارد بر سازه در اثر زلزله مطابق رابطه زیر محاسبه می شود:
E = Ek + Es + Eh + Ed
E   انرژی ورودی زلزله
Ek     انرژی جنبشی
Eh  انرژی اتلاف شده به واسطه تغییر شکل غیرالاستیک.
Es     انرژي کرنشی قابل بازگشت در محدوده الاستیک.
Ed   انرژي مستهلک شده به وسیله میراگر
از دیدگاه تحلیلی، میراگرها به دو نوع وابسته به تغییرمکان و وابسته به سرعت تقسیم میشوند.

انواع میراگرها

میراگر چیست؟

اجزا داراي ميرايي معلوم که به عنوان عامل اتلاف انرژي وارده در سازه ها عمل می کند ميراگر ناميده مي شود.

هدف: مقاوم و پاسخگو بودن سازه ها در مقابل زلزله‌های مهیب و باد

 – مقادیر هنگفتی مصالح

-امکانات فنی و مالی اضافی

-شاید در عمل هرگز استفاده نشود.

راه کار:

عامل اتلاف انرژي لرزه اي وارد به ساختمان

تعريف اعضا جديدي با نام  —–>> ميراگر

بهينه سازي سازه در برابر بارهای وارده

رفتاري لرزه ای مناسب در مقابل انواع بار هاي ديناميکي

انتخاب میراگرها

 – پریود سازه                                                 – نوع ساختگاه

 – جنس سازه                                                – نوع سیستم مهاربندی

 – نیروی جانبی سازه                                 – موقعیت مکانی و جغرافیایی سازه

 – فاصله ی آن از گسل زلزله                         – سایر عوامل تأثیرگذار

انواع میراگرها

• ميراگر تسليمی
• میراگرهاي ویسکوالاستیک
• ميراگرهاي اصطکاکي
• ميراگرهای جرمی تنظیم شده
• ميراگرهاي ویسکوز

میراگرهای تسلیمی

میراگرهاي تسلیمی وسایل فلزي هستندکه می توانند انرژي را در یک زلزله در اثرات تغییرات غیر الاستیک فلزات تلف کنند.

میراگر تسلیمی سه دسته می باشند.:

• qADAS (مثلثی شکل)
• qTADAS (x شکل)
• سربی تزریقی

– این میراگر که از لحاظ تحلیلی، وابسته به تغییرمکان است، انرژي منتقل شده به سازه صرف تسلیم و رفتار غیر خطی درقطعات بکار رفته میشود. در این میراگرها از تغییرشکل غیرالاستیک فلزات شکل پذیري مانند فولاد و سرب به منظور اتلاف انرژي استفاده میشود.

مزایا و معایب میراگرهاي تسلیمی

-تمرکز خرابی به نقطه مشخصی ازسازه.

-بعداز زلزله به راحتی تعویض می شود.

-تغییر شکل دائمی بعد زلزله از معایب این میراگر است.

میراگرهای اصطکاکی

-در اثر اصطکاک بین سطوح انرژی وارده میرا می شود.

-وابسته به تغییرمکان می باشند.

-مستقل از سرعت بارگذاری می باشند.

-مستقل از تعداد سیکل های بارگذاری بوده و دچار خستگی نمی شوند.

-این میراگرها به موازات مهاربندها نصب میشوند.

مزایا

– مدل سازي نسبتاً ساده

–  ارزانتر بودن میراگرهاي اصطکاکی  

معایب

– تغییر خواص لغزشی در شرایط محیطی

میراگرهای اصطکاکی پال و میراگرهای اصطکاکی دورانی

نصب میراگر اصطکاکی چرخشی در بادبند

میراگرهای ویسکوالاستیک

میراگرهاي ویسکو الاستیک عموما از صفحه لاستیک مانند بین دوصفحه فولادي، تشکیل شده اند. با تحریک سازه، صفحات در جهات مختلف حرکت کرده و لایه هاي لاستیکی تحت تغییر شکل برشی قرار می گیرند.

مصالح ویسکو الاستیک از مواد با پایه الاستومري و پلیمري میباشند که درهنگام زلزله با انجام تغییرشکلهاي برشی، انرژي را مستهلک میکنند.

میراگر ویسکو الاستیک از یک یا چند لایه از مواد ویسکوالاستیک محصور شده در میان ورقهاي فولادي تشکیل میشود.

این میراگرها به نحوي در سازه قرار میگیرند که تغییرمکان نسبی طبقات باعث تغییرشکل برشی آنها شود.

مزایا

– نیاز به جایگزینی بعد از زلزله نیست.

معایب

– ناپایداري این میراگر بخاطر خاصیت ذاتی پلیمر.

کاربرد میراگرهاي ویسکوالاستیک

– براي کم کردن حرکات نوسانات باد در ساختمانهای بلند.

– در پلهاي بلند برای کاهش نیروهای زلزله و جلوگیری از تخریب.

میراگرهای جرمی

ميراگر جرمي تنظيم شده ، ابزاري است که به سازه متصل مي شود و تحت اثر حرکات جانبي سازه شروع به ارتعاش مي نمايد. فرکانس ميراگر به گونه اي تنظيم مي شود که در فاز مخالف با فرکانس ارتعاشي سازه باشد. نيروي اينرسي ميراگر باعث ازبين رفتن انرژي ارتعاشي سازه مي شود .

-ميراگر توسط غلتک هايي مي تواند در جهت افقي حرکت آزادانه داشته باشد.

مزایا

– عملکرد مناسب در برابر بارهای باد و زلزله.

معایب

– مکانيسم هاي پيچيده اي براي غلتک و اجزاي ميراگر دارند.

– داراي جرم زيادي می باشند.

– فضاي زيادي اشغال می نمایند.

– گران هستند.

John Hancock Tower

• دو میراگر به برج 60 طبقه جان هانکوک در بوستن برای کاهش پاسخ سازه به نیروی باد نصب گردید .
•  وزن هر میراگر 2700 کیلونیوتن
•  کاهش جابجائی ساختمان
• بین 40 تا 50 درصد

Citicorp

برج سیتی کورپ( مانهاتان) با ارتفاع 279 متربه میراگر جرمی تنظیم شده مجهز می باشد.

طبقه شصت و سوم در تاج سازه

کاهش دامنه حرکت سازه تا 50 درصد

با نصب میراگر جرمی با هزینه 1,5 میلیون دلار، حدود 3/5 الی 4 میلیون دلار صرفه جوئی در ساخت سازه شده است.

.

.

.

.

.

.

.

 نمونه ای از اجرای میراگر جرمی تنظیم شونده در ژاپن تا 1994

.

میراگرهای ویسکوز

-یک میراگر ویسکوز تشکیل شده از یک پیستون که روزنه هایی در قسمت انتهایی دارد. و با حرکت رفت و برگشت در داخل سیلندر ، سیال لزج وارد روزنه ها شده و تولید نیرو می کند.

-یک سیال لزج میرا ضمن تعدیل انرژی ، از طریق هل دادن سیال به درون منافذ ، یک فشار مستهلک کننده ایجاد می کند که باعث تولید نیرو می شود.

– نیروهای میرا تا 90 درصد خارج از مرحله تولید تغییر مکان به وسیله نیروهای محرک ایجاد می شوند. و این بدان معناست که نیروهای میراکننده تأثیری در افزایش نیروهای لرزه ای منجر به افزایش تغییر شکل سازه ندارند .

مزایا و معایب میراگرهای ویسکوز

مزایا

–میراگرهای ویسکوز محدود به جابه جایی نیستند.

– نیروي داخلی آنها وابسته به سرعت تحریک است.

– قرار دادن میراگر می تواند خاصیت استهلاک سازه را به چیزی بیش از 30% حد نهایی و بحرانی خود برساند.

– نیروي میرایی میراگرهاي ویسکوز، به طور ذاتی غیر هم فاز با ماکزیمم پاسخ سازه می باشند.

– میراگرهاي ویسکوز برش طبقه و برش پایه را کاهش دهند.

-کاهش شتاب افقی طبقه.

– کاهش تغییر شکلهای جانبی تا 50% و گاهی بیشتر.

– ميراگر ویسکوزحساسيتي نسبت به تغييرات حرارتي ندارد.

– پديده هاي خستگي و اثر باوشينگر در ميراگر ویسکوز تاثیری ندارد.

– هزینه کمتری اجرا و نصب میراگر ویسکوز.

– آسان بودن نصب و اجرای.

– میراگر ویسکوز قابلیت طراحی برای سازه های جدید و سازه های ساخته شده را دارند.

– داشتن اندازه کوچک.

معایب

– مدل سازي میراگرهاي ویسکوز پیچیده است.

کاربرد میراگرهای ویسکوز

روش های نصب میراگرهای ویسکوز:

• نصب به فونداسیون همراه با جداساز لرزه ای
• در بادبندهای 7 و 8 شکلی

• در بادبندهای قطری

Torre

• Mayor in Mexico City, Mexico
• Mega-Brace Dampers
• 111 Huntington located in Boston, Massachusetts
• St Francis Shangri-La Place -buildings 210m tall -8 outrigger walls are attached to the core Two dampers are attached to the end of each of these outrigger walls

Bill Emerson Memorial Bridge located in Cape Girardeau, Missouri

.

.

Xihoumen and Jingtang Bridge

 (4 sets of 1000kN dampers)

.

.

Jiangyin Yangtzi River bridge

 (4 sets of 1000kN dampers)

.

.

.

.

.

Nanjing 3rd Yangtze River bridge

 (54 sets of 1500kN dampers)

.

.

– طبق مشاهدات سازه ها بعد از زلزله 2011 توکیو، ساختمان های

شامل دمپر هیچ فروریزش و خسارتی نداشتند. (کاسای 2013)

.

.

  نمونه ای از اجرای میراگر ویسکوز در ژاپن

.

.

تعدادی از اجرای میراگر ویسکوز در دنیا