X

سیستم‌های کنترل ارتعاشات

 

جداسازی ارتعاشی به معنای جداسازی قسمتی از تجهیز است که منبع تولید ارتعاش می‌باشد. ارتعاش به صورت کلی امری نامطلوب است که علاوه بر سلب آسایش، می‌تواند در کارکرد نیروی انسانی، تجهیزات و ماشین‌آلات نیز اختلال ایجاد کند. به همین دلیل روش‌های مختلفی برای جلوگیری از انتقال ارتعاش پیشنهاد شده است. ارتعاشات به صورت امواج مکانیکی انتشار پیدا می‌کنند، برخی از اتصالات مکانیکی این امواج را بیشتر و راحت‌تر انتقال می‌دهند. در جداسازی ارتعاشی غیرفعال، با استفاده از مواد و اتصالات مکانیکی خاص، امواج ارتعاشی جذب و میرا می‌‌شوند. جداسازی ارتعاشی فعال با استفاده از حسگر و اهرم، نیروهایی تولید می‌کند که امواج ورودی را خنثی می‌کند.

برای مشاهده قیمت جداساز (جداگر) و قیمت میراگر لرزه‌ای در انواع سازه‌ها کلیک نمایید.

جداسازی ارتعاشی غیرفعال به نوعی از جداسازی ارتعاشی اطلاق می‌شود که به وسیله تکنیک‌های غیرفعال مانند پدهای لاستیکی و یا فنرهای مکانیکی از انتقال ارتعاش جلوگیری می‌کند. در مقابل جداسازی ارتعاشی فعال از نیروهای الکتریکی، حسگرها، اهرم‌ها و سیستم‌های کنترلی استفاده می‌کند. جداسازی ارتعاشی غیرفعال، طیف وسیعی را شامل می‌شود. جداسازها با انواع گوناگون برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از این کاربردها برای تجهیزات صنعتی مانند پمپ‌ها، موتورها و غیره می‌باشد.

کاربردهایی کنترل ارتعاشات

 

و برخی از ماشین آلات در زمان کارکرد خود ارتعاش زیادی ایجاد می‌کند که علاوه بر سلب آسایش کاربران می‌تواند منجر به اختلال در کارکرد سایر ماشین آلاتی که در نزدیکی دستگاه قرار گرفته‌اند نیز بشود. از این رو نیاز می‌باشد تا ارتعاش ایجاد شده کنترل شود و از نشر آن جلوگیری شود.

حرکت قطارهای بین شهری و درون شهری، معمولا ارتعاش محیطی زیادی تولید می‌کند، که برای جلوگیری از نشر آن یا باید از فونداسیونهای بسیار قطور استفاده کرد و یا با استفاده از تجهیزات نوین کترل ارتعاشات، از انتشار ارتعاش جلوگیری کرد.

در سازه‌های بلند و همچنین بیمارستانها، استفاده از هلیپد امری رایج و در بعضی موارد اجباری می‌باشد. چرخش تیغه‌های هلیکوپتر به صورت در جا در زمان استقرار آن بر روی هلیپد و همچنین ضربه احتمالی آن در زمان نشست و برخاستن، ارتعاش زیادی را به سازه زیر آن منتقل می‌کند، که برای کاربران سازه به خصوص بیمارستانها بسیار نامطلوب می‌باشد. از این رو برای کنترل ارتعاشات ایجاد شده، سازه هلیپد را با استفاده از تجهیزات نوین از سازه اصلی و زیر آن جدا کرده تا مانع باز نشر ارتعاشات شود.

با توجه به برخی کاربریها می‌توان قسمتی از کف یک سازه را از سایر قسمتها جدا کرد. این قسمت می‌تواند یک اتاق و یا یک سالن بزرگ باشد. برای مثال قسمت سالن ورزش یک ساختمان، و یا سالن آمفی تئاتر که به دلیل حرکات کاربران، امکان ایجاد ارتعاش و لرزش وجود دارد و برای جلوگری از انتشار این ارتعاش از سیستم کف معلق ( جداسازی قسمت ذکر شده) می‌توان استفاده کرد.

حرکت عابرین پیاده در بعضی مواقع موجب ایجاد رزونانس با سازه پل می‌شود و ارتعاشات شدیدی را ایجاد می‌کند که از محدوده آسایش کاربران فراتر می‌رود و نیاز است تا با استفاده از تجهیزات نوین مانند میراگرهای جرمی تنظیم شونده، ارتعاشات به وجود آمده را کنترل کرد.

برای کاهش اثر ارتعاشات محیطی و نویزها روی برخی اجزای حساس غیر سازه‌ای می‌توان از جداسازی این اجزا استفاده کرد. برای مثال برای نگهداری تابلوهای نفیس، میکروسکوپهای حساس به ارتعاش و یا برخی تجهیزات بیمارستانی می‌توان از این جداسازها استفاده کرد.

تحلیل و طراحی روسازه

 

طراحی سیستم‌های جداسازی براساس آیین‌نامه‌های مختلف قابل انجام است. یکی از آیین‌نامه‌های معتبر برای این منظور، آیین‌نامه ASCE07-16 آمریکا می‌باشد. فصل 17 این آیین‌نامه، مختص به ضوابط مربوط به طراحی سیستم‌های جداسازی می‌باشد. نیروهای طراحی برای یک ساختمان جداسازی شده شامل نیروهای مربوط به طراحی سازه روی جداساز و نیروهای مربوط به سازه زیر جداساز می‌باشد. مطابق این آیین‌نامه ضریب رفتار سازه زیر جداساز لازم است که برابر یک در نظر گرفته شود. به عبارتی انتظار می‌رود سازه زیر جداساز رفتاری الاستیک در زلزله MCE از خود نشان دهد.

نیروی طراحی سازه زیر جداساز مطابق رابطه زیر بدست می‌آید که برابر است با مجموع مقدار نیروی جداسازها در زلزله MCE که این نیرو با در نظرگیری ضریب رفتار واحد برای طراحی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بخشی از نیروی طراحی مربوط به سازه زیر جداساز که جزئیات آن در این آیین‌نامه اشاره شده است، با تقسیم بر ضریب رفتار سازه روی جداساز جهت طراحی روسازه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شایان ذکر است ضریب رفتار سازه جداسازی شده به طور کلی عددی بین یک و دو در نظر گرفته می‌شود که جزئیات آن در این آیین‌نامه اشاره شده است. همانطور که مشاهده می‌شود، ضریب رفتار در نظر گرفته شده برای سازه روی جداساز بسیار کمتر از یک سازه جداسازی نشده است و این موضوع به‌دلیل رویکرد آیین‌نامه جهت افزایش صلبیت ساختمان جداسازی شده می‌باشد. نتایج چندین تحقیق نشان داده است که کاهش صلبیت سازه روی جداساز به شدت بر روی رفتار آن تأثیر گذاشته و می‌تواند رفتار مورد انتظار از یک سازه جداسازی شده را نتیجه ندهد.

آزمایش جداساز

 

مطابق تمام آیین‌نامه‌های مربوط به طراحی جداسازها، لازم است جداسازها قبل از نصب در زیر ساختمان مورد آزمایش قرار گیرند. تعداد و نحوه انجام آزمایش برای جداسازها در آیین‌نامه‌های مختلف، متفاوت است. بر مبنای نظر طراح و مشاور طرح، لازم است جداسازها مطابق با پروسه شرح داده شده در آیین‌نامه مورد استفاده، آزمایش شود و نتایج آن جهت بازبینی و کنترل برای مشاور ارسال گردد.

آزمایش صحت‌سنجی جداساز اصطکاکی پاندولی با مدل‌های المان محدود

 

این آزمایش با مشارکت دانشگاه Basilicata بر روی یک سازه یک طبقه جداسازی شده (با مقیاس 1/3) با جداسازهای اصطکاکی پاندولی ساخت شرکت FIP انجام گرفته و نتایج آن با نتایج تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی در نرم‌افزار SAP2000 مقایسه شده است. در این تحقیق علاوه بر مقایسه پاسخ‌های جداسازها در آزمایش واقعی با نرم‌افزار المان محدود، عملکرد جداسازها در حالت‌های مختلف صفحات اصطکاکی ( با و بدون ماده لغزنده ) بررسی شده است.

 

تصاویر سازه یک طبقه جداسازی شده با جداسازهای شرکت FIP

 

نمونه‌ای از نتایج این آزمایش در شکل زیر نشان داده شده است. همانطور که از نتایج نشان داده شده در شکل و مقاله پیوست شده قابل مشاهده است، پاسخ‌های بدست آمده از آزمایش با نتایج بدست آمده از مدل دوخطی در نظر گرفته شده در نرم افزار مطابقت بسیار خوبی در حالت‌های مختلف صفحات اصطکاکی داشته‌اند.

ترکیب جداسازهای لاستیکی با میراگرهای اصطکاکی دورانی در تراز جداسازی

 

سالهاست که استفاده از جداسازهای LRB، گزینه‌ای جهت جداسازی سازه‌ها بوده است. لیکن به‌کارگیری جداسازهای لاستیکی با میرایی بالا به همراه میراگرهای اصطکاکی دورانی در تراز جداسازی، جهت افزایش میرایی سیستم و کاهش جابه‌جایی تراز جداسازی و همچنین کاهش نیروهای وارد به روسازه، روشی مناسب و جایگزین برای LRB در برخی پروژه‌ها است که در ادامه به این مورد پرداخته شده است.

در سیستم ترکیبی میراگر و جداسازهای لاستیکی، میراگر به عنوان یک عضو مستقل و قابل دسترسی در کنار جداساز، وظیفه ایجاد میرایی در سازه‌ی جداسازی شده را در هنگام زلزله به عهده خواهد داشت. عملکرد میراگرهای اصطکاکی دورانی مبتنی بر رفتارهای غیرارتجاعی مواد نمی‌باشد و از این رو رفتار آن حتی پس از زلزله‌های متعدد و پس‌لرزه‌ها نیز ثابت بوده و شرایط اولیه خود را حفظ خواهد کرد.

همین امر باعث می‌شود این سیستم نسبت به جداسازهایی که رفتار آن‌ها مبتنی بر رفتار غیرارتجاعی مواد تشکیل دهنده آن‌ها (مانند هسته سربی داخل جداساز) می‌باشد دارای برتری‌های عملکردی باشد به این معنی که علاوه بر اینکه میرایی کامل‌تر و با قابلیت اعتماد بیشتر در پس‌لرزه‌ها تأمین خواهد شد، امکان بازرسی سریع و ساده سیستم میرایی (بر خلاف هسته سربی درون جداسازهای (LRB) و حتی امکان ایجاد خاصیت بازگردانندگی ۱۰۰ درصد و سریع با صفر کردن نیروی میراگر از طریق باز کردن مهره بولت تأمین کننده پیش‌تنیدگی و سفت نمودن مجدد آن پس از برگشت سازه، ایجاد خواهد شد.

در این حال شما می‌توانید با جایگذاری مناسب محل میراگرها پیچش را نیز حذف نمایید. به‌کارگیری این سیستم در پروژه‌های بزرگ، علاوه بر مزیت‌های فنی، به علت قیمت پایین‌تر جداسازهای لاستیکی نسبت به LRB اقتصادی‌تر نیز خواهد بود. در تصاویر زیر، مثال‌هایی از این نوع جداسازی در پروژه‌هایی در کشور ژاپن ارائه شده است.