میراگرهای لرزه ای جزو روش های نوین مقاوم سازی سازه ها در برابر زلزله می باشد

میراگرهای لرزه ای :

میراگرهای لرزه ای

با  توجه به قرارگیری کشور ایران در منطقه ی با لرزه خیزی زیاد، استفاده از روش های مقاوم سازی ساختمان ها برای مقاومت در برابر زلزله و کاهش خرابی های ناشی از آن توصیه می شود. ساخت نامناسب سازه ها، در هنگام زلزله باعث خرابی و خسارات جانی و مالی فراوان می گردد. بحث جديدي که در سال هاي اخير ميان دانشمندان علوم ژئو تکنيک و مهندسين طراح سازه ها مطرح شده است طراحي نوع جديدي از ساختمانها است که شامل يک سيستم مهاربند لرزه اي باشند که فقط در مقابل ارتعاشات مختلف ناشي از زلزله عمل نموده و در تحمل بارهاي استاتيکي هيچ نقشي نداشته باشند. این روش از جمله روش های مقاوم سازی دربرابر زلزله می باشد که  میراگرهای لرزه  ای نام دارد.

میرایی یکی از خصوصیات ذاتی مواد می باشد.میرایی خاصیتی است که باعث کاهش دامنه  نوسان در سیستم‌های نوسانی می شود. به طور کلی عضوی را که انرژی وارده را مستهلک کند دمپر یا میراگر می نامند.به طور مثال سیستم فنر و وزنه ای را در نظر بگیرید که وزنه به فنر متصل است ما وزنه را تحت کشش قرار می دهیم یا به عبارتی نیرو وارد میکنیم و فنر شروع به نوسان می کنند و بعد از طی چندین نوسان و حرکت رفت و برگشتی در نهایت متوقف می شود و عامل این توقف چیزی نیست جز میرایی،  که عوامل مختلفی همچون اصطحکاک مولکول های هوا و اصطکاک بین سطح و وزنه و… می توانند تاثیرگذار باشند.

میراگرهای لرزه‌ای برای کاهش ارتعاشات ساختمان‌ در حین زمین لرزه استفاده می‌شوند. میراگرها به ساختمان‌ کمک می‌کنند که بتواند به صورت بازگشت پذیری ارتعاش کند و انرژی زمین لرزه را مستهلک نماید. این امر منجر به صرفه جویی قابل توجهی می‌شود، چرا که المان‌های سازه‌ای می‌توانند در جهت کاهش هزینه بهینه سازی شوند.

با توجه به اينکه هر سازه يا سيستم سازه اي، به تناسب شکل و اجراي تشکيل دهنده ي آن داراي ميرايي خاص خود مي باشد ابتدا بايستي انواع ميرايي را شناخته و سپس درباره اعضايي که اين انواع ميرايي را تامين مي کنند بحث کنيم.

میرایی سازه ها تحت تحریکات زلزله به صورت ترکیبی از میرایی های زیر می باشند :

• میرایی خارجی ویسکوز (لخت)
• میرایی داخلی ویسکوز (لخت)
• میرایی اصطکاکی(میرایی کلمب)
• میرایی هیسترزیس
• میرایی تشعشعی

نوعی از میرایی است که تحت اثر هوا و آب و سایر شرایط محیطی به وجود می آید و با توجه به ناچیز بودن این نوع میرایی نسبت به انواع دیگر می توان از آن صرف نظر نمود.

این نوع میرایی از مهم ترین نوع میرایی است و تحت تاثیر خاصیت لختی یا ویسکوزیته ماده است و متناسب با سرعت است بطوریکه با افزایش فرکانس طبیعی سازه بالا می رود(خاصیت ویسکوزیته تمایل ماده برای تغییرشکل و جابجایی را نشان می دهد ماده دارای ویسکوزیته بالا ، برای رسیدن به یک جابجایی مشخص نسبت به ماده دارای ویسکوزیته پایین مدت زمان بیشتری را صرف می کند).

این نوع میرایی تحت تاثیر اصطحکاک بین اتصالات و تکیه گاه ها به وجود می آید و بسته به نوع جابجایی به دو صورت می توان با آن برخورد نمود. اگر جابجایی کوچک باشد میرایی از نوع میرایی داخلی محسوب شده و اگر بزرگ باشد میرایی هیسترزیس محسوب می شود.

این نوع میرایی بیانگر نوسان یا حرکت رفت و برگشتی ماده در محدوده الاستیک است. مساحت سیکل یا چرخه هیسترزیس بیانگر میزان انرژی تلف شده است. بطور مثال اگر منحنی زیر سیکل هیسترزیس باشد سطح ABCD بیانگر میزان انرژی تلف شده است.

عامل ایجاد این نوع میرایی انتشار ارتعاش وارده به سازه، به زمین زیر سازه است که به عوامل زیر بستگی دارد:

• مدول ارتجاعی یانگ (E)
• ضریب پواسن (ν)
• چگالی زمین
• جرم بر واحد سطح سازه
• ضریب سختی به جرم 

• میراگرهای لرزه ای فلزی تسلیم
• میراگرهای لرزه ای ویسکوالاستیک
• میراگرهای لرزه ای اصطکاکی
• میراگرهای لرزه ای مایع لزج
• میراگرهای لرزه ای جرم هماهنگ شده
• میراگرهای لرزه ای سیال هماهنگ شده

با بررسی ساختار فلزات و عناصر سازنده آنها می توانیم رفتار آنها و میرایی آنها را تحت اثر نیروهای رفت و برگشتی مثل زلزله  قبل از جاری شدن پیش بینی کنیم. فلزات مورد استفاده برای این نوع میراگر ها بایستی دارای ویژگی های خاصی مثل دوام خستگی بالا و استحکام بالا و عدم حساسیت نسبت به تغییرات دمایی باشد.

این نوع میراگر ها با ساختار کریستالی خود و همچنین خاصیت ایزوتروپیکی (خاصیت ایزوتوپیک یعنی خاصیت و ویژگی های ماده در سه جهت X و Y و Z یکسان می باشد) برای استهلاک نیروهای برشی مورد استفاده قرار می گیرند بنابراین بایستی در موقعیت هایی نصب شوند که بتوانند خاصیت میرایی خود را به نحو احسن نشان دهند. مورد استفاده این نوع میراگر ها بیشتر در پل های بلند می باشد. یکی از معایب بزرگ این نوع میراگر ها تاریخ مصرفشان است به عبارتی این میراگر ها دائمی نیستند و بایستی پس از مدت زمانهای مشخصی تعویض شوند.

این نوع میرایی از طریق ایجاد نیروی اصطحکاکی بین ورق های فلزی متصل بهم به وجود می آید و مشکل تعویض میراگر ها را تا حدودی برطرف ساخته است.

ایده این نوع میراگر ها از سیستم میراگر اتوموبیل گرفته شده است بدین صورت که میراگر شامل پیستون و سیلندری است که پیستون تحت اثر نیروی وارده مایع لزج درون سیلندر را فشرده می کند و از طریق سیلندر دیگری که درون سیلندر اصلی است مایع از سوراخ های ریزی عبور می کند و بدین ترتیب سرعت مایع به شدت کاهش می یابد و انرژی قابل توجهی مستهلک می شود.

در اين ميراگر، سازه و ميراگر نقش يک سيستم دو قسمتي را باز مي کنند. جرم ميراگر، روي سازه قرار مي گيرد ولي ميراگر توسط غلتک هايي مي تواند در جهت افقي حرکت آزادانه داشته باشد. در هنگام  زلزله نيروي جديدي توسط ميراگر در جهت ميراسازي انرژي زلزله به سيستم اعمال مي شود.

با توجه با حالت سختي و رفتار مايع سيالات، اگر يک ظرف بزرگ محتوي يک سيال سخت را روي سازه قرار دهيم با ارتعاش سازه، مقدار زيادي انرژي توسط رفتار لخت سيال و نيروهاي هيدرو ديناميکي ناشي از ان اتلاف مي شود.