معرفی روش جداسازی لرزه ای

هدف از جداسازی لرزه ‌ای

مفهوم جداسازی لرزه‌ ای بسیار ساده است. جداگر لرزه ای معمولاً در ترازی بین سازه و پی (یا در مورد پل‌ها بین عرشه و پایه) نصب می‌شود و چون سختی افقی نسبتاً کمی دارد، سازه را از مولفه‌های افقی زمین‌ لرزه جدا می‌کند. این امر فرکانس طبیعی سازه را نسبت به فرکانس حالت جداسازی لرزه ای ‌نشده به میزان قابل‌ توجهی کاهش داده و آن را از محدوده تشدید، که معمولاً در فرکانس‌ های بالا رخ می‌دهد، دور می‌سازد.

به این طریق اولین مد ارتعاشی سازه‌ ی جداسازی شده تنها شامل تغییر شکل سامانه‌ ی جداگر لرزه ای می ‌شود و روسازه تقریباً به صورت صلب تغییر مکان می‌دهد. مدهای بالاتری که باعث ایجاد تغییر شکل در سازه می‌شود، بر مد اول ارتعاشی و حرکت زمین عمود می‌باشد. این مودهای بالاتر در حرکت مشارکت نمی‌کند، بنابراین انرژی بالای لرزه‌ ای در این فرکانس‌های بالا، به سازه منتقل نخواهد شد. در واقع هدف از جداسازی لرزه ‌ای جذب انرژی زلزله نیست (برخلاف میراگر ها یا مفاصل پلاستیک در سازه)، بلکه هدف تغییر مدهای ارتعاشی سازه و انحراف انرژی زلزله است.

در واقع مهمترین اثر جداسازی لرزه ای، افزایش دوره تناوب سازه ها از مقدار ۰/۱ تا ۱ ثانیه، که در آن امکان اعمال شتاب های بالا به سیستم وجود دارد، به بازه ۲ تا ۳ ثانیه است. علاوه بر این، به دلیل وجود مکانیزمی جهت افزایش میرایی در جداساز لرزه ای، مقادیر استهلاک انرژی بالاتری نیز حاصل می گردد. تقاضای تغییرمکانی افزایش یافته که ناشی از انتقال دوره ی تناوب می باشد نیز توسط تجهیزات جداساز لرزه ای تحمل شده که اجازه می دهد روسازه به صورت یک جسم صلب حرکت کند.

می توان گفت که مهمترین چالش در مهندسی سازه در موضوع زلزله، کنترل همزمان دریفت (جابجایی نسبی) و شتاب طبقات است. در طرح های متعارف برای کاهش شتاب باید سازه را شکل پذیر و نرم کرد که این معنی افزایش دریفت و تحمل مقداری خسارت سازه ای و تغییر شکل های غیرخطی است. برای کنترل و کاهش دریفت نیز باید سازه را سخت کرد که این به معنی بزرگتر شدن ابعاد و یا تعداد المان های باربر جانبی است و خود منجر به افزایش جذب انرژی زلزله در قالب نیرو و افزایش شتاب وارده بر طبقات است. بنا به آنچه در ادبیات فنی آمده است، تا به امروز عملی ترین راه حل برای کنترل همزمان دریفت و شتاب (بدون آنکه بر یکدیگر تأثیر منفی بگذارند)، استفاده از روش جداسازی لرزه ای است. در این فیلم به وضوح این مزیت مشاهده می شود.

سابقه کاربرد روش جداسازی لرزه ای

جداسازی لرزه ‌ای  ایده‌ ای با سابقه ‌ی بیش از صد سال است. اولین گزارش استفاده از جداسازی لرزه‌ ای به سال ۱۸۸۵ میلادی بر می‌گردد که مایلن  معروف به پدر زلزله‌شناسی نوین، ساختمانی را به کمک نوعی غلتک جداسازی نمود. همچنین در آگوست سال ۱۹۰۹ میلادی، کَلانترییانتس  پزشکی از اهالی شمال انگلستان، در نامه‌ای به مسؤل خدمات لرزه‌شناسی شیلی  در سن تیاگو ، روش ابداعی خویش را در ساخت سازه‌ها این گونه معرفی می‌کند: ((ساختمان‌های مهم در کشورهای لرزهخیز را می‌توان به کمک این اصل و روش، به صورت ایمن از زمین جدا نمود و در نتیجه به واسطه‌ی مفاصل روغن‌کاری شده‌ی آزاد ، زلزله شدت خود را در مواجهه با این سازه‌ ها از دست می‌ دهد.))
جدا نمودن کامل سازه‌ها از زمین در این روش، با هدف رهایی کامل سازه از تأثیرات زمین‌لرزه، به صورت یک ایده‌ آل در نظر گرفته شده و در طی سالیان گذشته تلاش شده است تا با ابداع و توسعه‌ ی روش‌ ها و تجهیزات گوناگون به این مهم نزدیک شد.

جداسازی لرزه ای در مقایسه با روش های سنتی

با استفاده از روش های طراحی متعارف، امنیت محدودی را می توان در برابر زلزله به دست آورد. از رهگذر روش های سنتی، در صورت طراحی صحیح و اجرای مناسب، سازه ها فرو نریخته و می توان امنیت جانی را برای ساکنین تأمین نمود، اما این سطح عملکرد برای سازه هایی با اهمیت استراتژیک کافی نیست. سازه هایی مانند بیمارستان ها، ترمینال های فرودگاهی، پل های راه و راه آهن (به ویژه در شریان های ارتباطی)، کارخانه ها و مخازن مهم، می بایست حتی پس از زمین لرزه هایی قوی نیز عملکرد و سرویس دهی شان حفظ شود. در حال حاضر جداسازی لرزه ای موثرترین راه برای تحقق این مهم می باشد. این روش تنها راه مؤثر جهت کاهش توأمان شتاب و تغییرمکان نسبی طبقات است.

با به حداقل رساندن شتاب ها و تغییر مکان های نسبی طبقات، نه تنها کاهش خسارت به اجزای غیرسازه ای ممکن می شود، بلکه می توان از محتویات و تجهیزات حساس داخل سازه ها نیز حفاظت کرد. این امر اجازه می دهد که در کنار حفاظت از المان های سازه ای باربر، ساختمان بعد از زمین لرزه به طور کامل سرویس دهی اش حفظ شود.

انواع جداگر لرزه‌ ای

انواعی از تجهیزات جداساز لرزه ‌ای، شامل تکیه‌گاه‌های الاستومری (با هسته‌ی سربی یا بدون هسته‌ی سربی)، تکیه‌گاه‌های اصطکاکی لغزشی  و تکیه‌گاه‌های غلطکی ، در طی ۳۰ سال گذشته توسعه یافته و در کشورهای لرزه‌خیزی چون ایالات متحده، نیوزیلند، ژاپن، ایتالیا، ایران و … در ساختمان‌ها و پل‌ها به کار رفته است . بررسی تفصیلی کارهای صورت گرفته در زمینه‌ی سیستم‌های جداساز لرزه‌ای و استفاده‌ی آن‌ها در انواع سازه‌ها، به صورت گسترده‌ای در کارهای محققین انعکاس یافته است.
امروزه بیشتر سیستم ‌های مورد استفاده یا شامل تکیه‌گاه‌ های الاستومری که از لاستیک طبیعی  یا نئوپرن  (لاستیک مصنوعی) ساخته شده است و یا تکیه‌گاه ‌های اصطکاکی با سطح لغزشیِ ساخته شده از PTFE  و فولاد ضد زنگ ، می باشد. سیستم‌ هایی نیز که برخی از خصوصیات نوع الاستومری و اصطکاکی را به نوعی در قالب یک سامانه تلفیق نموده، در سال ‌های گذشته معرفی شده است. البته تاکنون این تکیه‌گاه‌ ها به نسبت انواع مرسوم، در سطح محدودتری به کار رفته است. از جمله‌ی این سیستم‌های تلفیقی می ‌توان از تکیه‌گاه روگلایدر که در سال ۲۰۰۵ توسط رابینسون معرفی شده است، اشاره نمود.
در میان انواع سیستم های جداساز لرزه ای، جداساز سربی لاستیکی (LRB) و جداساز اصطکاکی پاندولی (FPS) بیشترین رواج و کاربرد را در صنعت عمران پیدا کرده اند.

برای آشنایی بیشتر با سیستم جداساز لرزه ای سربی لاستیکی به بخش جداساز سربی لاستیکی (LRB) و برای آشنایی بیشتر با سیستم جداساز اصطکاکی پاندولی به بخش جداساز اصطکاکی پاندولی (FPS)، در این سایت مراجعه نمایید.

جداسازی لرزه ای در کشور ایران

جهت آشنایی بیشتر با پروژه های جداسازی لرزه ای شده در کشور به سایت شرکت رابینسون سایزمیک مراجعه نمایید:

سایت نمایندگی شرکت رابینسون سایزمیک

مخترع و تولید کننده جداسازهای لرزه ای لاستیکی

مقالات مرتبط

استفاده از روش جداسازی لرزه ای در ساختمان موزه ملی نیوزیلند

انگیزه محافظت از محتویات ارزشمند، محافظت از معماری و کاهش هزینه‌ های ترمیم خسارات، می تواند کاربرد سیستم جداساز لرزه ای را به ساختمان های ارزشمند فرهنگی و تاریخی نیز سرایت دهد.

تلفیق هنر معماری و مهندسی زلزله در پروژه اپل پارک (جداسازی لرزه ای سه قوسی)

این ساختمان ۷ طبقه با ۲۶۰ هزار متر مربع زیربنا مجهز به ۷۰۰ عدد جداساز اصطکاکی پاندولی سه قوسی است.

جداساز سربی لاستیکی (LRB)

تکیه‌گاه سربی لاستیکی (Lead Rubber Bearing) در حال حاضر رایج‌ ترین جداساز لرزه‌ ای در دنیا است. LRB در سال ۱۹۷۴ توسط دانشمند نیوزیلندی، دکتر بیل رابینسون (بنیانگذار شرکت رابینسون سایزمیک) اختراع شد و برای اولین بار در سال ۱۹۸۱ در ساختمان ویلیام کلیتون در شهر ولینگتون نیوزیلند، مورد استفاده قرار گرفت.

جداساز اصطکاکی پاندولی (FPS)

واخر دهه هشتاد میلادی، زمانی که سطوح تخت فولاد ضدزنگ به صورت مقعر انحنا داده شدند، پیشرفتی قابل توجه در استفاده از تکیه گاه های لغزنده اصطکاکی برای جداسازی لرزه ­ای رخ داد. در واقع جداگر اصطکاکی پاندولی نسل جدید و توسعه یافته جداگر اصطکاکی لغزنده یا همان Slider Bearing ها است که با بهره گیری از مشخصات یک پاندول ساده، به آن قابلیت مرکزگرایی افزوده شد. هم زمان با حرکت لغزنده­ های حامل ساختمان بر روی سطوح مقعر، ساختمان به بالا حرکت می ­کند.