سیستم های کنترل سازه (فعال، نیمه فعال و غیرفعال)
سیستم های کنترل سازه (فعال، نیمه فعال و غیرفعال)
سیستم‌های کنترلی سازه، بسیار زیاد هستند. سیستم‌های کنترل سازه‌ای به سه دسته کلی Passive یا غیرفعال، Active یا فعال و Semi-Passive یا نیمه فعال تقسیم بندی می‌شوند. سیستم‌های فعال در حال حاضر چندان قابل اطمینان نیستند و نیاز به پیشرفت بیشتری در علم مهندسی و تکنولوژی ساخت هست. در این سیستم‌ها نیاز به یک منبع خارجی یا چند محرک است و این محرک‌ها (Actuators) نیروهایی را مطابق با حالات از پیش تعریف شده به سازه وارد می‌سازند. این نیروها ممکن است جهت اضافه یا مستهلک نمودن انرژی سازه بکار روند. در یک سیستم کنترل فعال همواره جهت راه اندازی محرک‌های الکترومکانیکی یا الکتروهیدرولیکی سیستم، که باعث اعمال نیروهای کنترل به سازه می‌شوند، به یک منبع بزرگ انرژی نیاز است. نیروهای کنترل بر اساس بازخوردهای حاصل از سنسورهایی که با اندازه گیری پاسخ سازه و یا تحریک اعمال شده به آن بدست می‌آیند، ایجاد می‌شوند. از آنجایی که سیستم‌های کنترل فعال جهت عملکرد به یک منبع انرژی خارجی نیاز دارند، لذا لازم است که این منبع انرژی در زمان وقوع رویدادهای شدید بدون تغییر و آسیب باقی بماند تا یکپارچگی سازه و عملکرد آن تحت الشعاع قرار نگیرد. همچنین سیستم سازه بایستی به صورت مدام توسط کامپیوتری مانیتورنیگ شود.
در سیستم کنترل غیرفعال، سختی یا میرایی سازه به طور مقتضی و بدون نیاز به منبع انرژی خارجی جهت عملکرد و بارگذاری در سیستم تغییر می‌کند. در یک سیستم کنترل غیر فعال به منبع خارجی نیرو جهت عملکرد سیستم کنترل نیازی نیست. سیستم با استفاده از حرکت سازه، نیروهای کنترل را بوجود می‌آورد. نیروهای کنترل به صورت تابعی از پاسخ سازه در محل سیستم کنترل غیر فعال ایجاد می‌شوند. برای موثر بودن این سیستم کنترل، همواره نیاز به یک پیش بینی قابل اعتماد از بارهای طراحیو یک مدل عددی دقیق از سیستم فیزیکی است. سیستم‌هایی که در این طبقه‌بندی قرار می‌گیرند، سیستم‌های قابل اطمینانی هستند. ازاینرو سیستم‌های نسبتاً ساده‌ای هستند و در طول زمانِ زلزله رفتار متعارف و قابل پیش‌بینی را از خود بروز می‌دهند. آنها انرژی را با حرکات خودشان مستهلک می‌کنند و یا انرژی جنبشی را به گرما تبدیل می‌کنند. نظر به اینکه این وسایل نمی‌گذارند که انرژی به داخل سازه وارد شود، بنابراین سازه‌ها نیز دچار ناپایداری نخواهند شد. از جمله مزایای این وسایل این است که نیازی به تعمیر و نگهداری در طول عمرشان بسیار کم است.
- میراگر اصطکاکی
- میراگر ویسکوز
- میراگر اصطکاکی
میراگرهای غیر فعال انرژی به عنوان یک سیستم کارا در برابر بارهای لرزه ای شناخته شده اند. در میان انواع میراگرهای غیر فعال میراگرهای فولادی به دلیل سهولت اجرا، اقتصادی بودن و در دسترس بودن امکانات ساخت از مقبولیت بیشتری برخوردار است. از طرفی این نوع میراگرها، عملکرد مناسبی در آزمایشگاه ها و زلزله های گذشته داشته اند. این نوع میراگرها نسبت به سایر میراگرها اقتصادی تر هستند
جاذب های غیر فعال انرژی، تکنولوژی جدید، پیشرفته و موثر در مهندسی سازه هستند که باعث بهبود عملکرد لرزه ای سازه می شوند. بهبود و منقوش کردن این ابزارها، سازه را به سوی فلسفه طراحی بر اساس اتلاف انرژی و کاهش نیاز لرزه ای با تکیه بر افزایش شکل پذیری و میرایی سوق می دهد. پایداری سازه ها تحت بارهای جانبی لرزه ای و قابلیت بهره برداری آنها و تعمیر یا تعویض برخی قطعات سازه پس از زلزله در مناطق شهری از مسائل مهمی است که با کنترل خسارت در برخی قطعات نطیر میراگرهای انرژی قابل حل است
علاوه بر عملکرد لرزه ای سیستم های مقاوم در برابر بارهای لرزه ای، صحت و سادگی روش اجرای آن، تضمین کننده عملکرد قابل انتظار سیستم خواهد بود. از طرفی ملاحظات اقتصادی، جنبه های معماری، سهولت تعمیر و تعویض برخی قطعات پس از زلزله از مسائل مهمی است که نباید دور از نظر قرار گیرند. هر چند میراگرهای غیر فعال فلزی نسبت به سایر میراگرهای متناطر اقتصادی تر بوده، اما همچنان جز در برخی سازه ها، مقرون به صرفه نبوده و اجرای آنها مهارت و امکانات خاصی را می طلبد. با توجه به امکانات موجود و دانش مهندسی ایران، طراحان و مجریان را با مشکل مواجه می کنند.
در میان میراگرها و جاذب های انرژی، میراگرهای فلزی از مقبولیت و کارایی بیشتری برخوردارند. عموما تسلیم میراگرهای فلزی مکانیزم اصلی جذب انرژی تحت بارهای لرزه ای است. اولین ایده استفاده از میراگرهای فلزی توسط کلی در سال ۱۹۷۲ شروع شد [۱]. همانطور که قبلا ذکر شد در میان میراگرهای انرژی، میراگرهای غیر فعال فلزی استفاده وسیع تری نسبت به سایر انواع را دارا هستند. در این میان میراگرهای غیر فعال فلزی با مکانیزم برشی، مزایای بهتری دارند. در ادبیات فنی اولین میراگر با مکانیزم برشی بر اساس تحقیقات گسترده بر روی قابهای با مهاربند واگرا (EBF) دهه ۱۹۷۰ شروع شد.
از جمله وسایل مقاوم که می‌توانند مورد
اشاره قرار گیرند عبارتند از:
بیس ایزولاتورها (Base Isolator)
میراگرهای جرمی Tuned Mass Dampers (TMD)
میراگرهای مایع Tuned Liquid Dampers (TLD)
میراگرهای فلزی جاری‌شونده Metallic Yield Dampers
میراگرهای مایع ویسکوز Viscous Fluid Dampers
میراگرهای اصطکاکی Friction Dampers
مثلا سیستم قاب مهاربندی شده همگرا، یک سیستم غیرفعال است که در آن اتلاف انرژی ورودی توسط جاری شدن مهاربندها در کشش و فشار تامین می‌شود و به نوعی سیستم میراگر جاری شونده است.
دانلود فایل