انواع سیستم های میراگر
فهرست مطالب
میراگر جرمی تنظیم شده (Tuned Mass Dampers) چیست؟
میراگرهای مایع (Liquid Damper)
میـراگرهای جرم غیرفعال (Passive Tuned Mass Damper)
میراگر میرایی افزوده و سختی (Added Damping And Stiffness)
مهاربند کمانش ناپذیر (Buckling Restrain Brace)
جداساز پایه (Base Isolation)
میراگر جرمی تنظیم شده (Tuned Mass Dampers) چیست؟
میراگر جرمی تنظیم شده یا (Tuned Mass Dampers) یک سیستم مکانیکی است که به منظور کاهش نوسانات وارده بر سازه‌ها به کار می‌رود. این سیستم‌ها برای افزایش استحکام و پایداری سازه‌های بلند مانند برج‌ها و پل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. هدف اصلی TMD، کاهش نوسانات ناشی از عواملی مانند باد، زلزله، توربولانس هوا و افت سقفی (ترمپلینگ) است.
عملکرد TMD بر مبنای اصل انتقال انرژی جذب شده به یک جرم تعیین شده است. این سیستم شامل یک جرم (مثلاً یک بار) و یک فنر (یا سیمی) به عنوان اتصال بین سازه و جرم می‌شود. وقتی سازه نوسان می‌کند (به عنوان مثال، به علت باد یا زلزله)، جرم TMD نیز نوسان می‌کند. این نوسان باعث تغییر مرکز جرم سیستم و جذب انرژی نوسانی می‌شود. سپس، این انرژی به تدریج توسط سیم یا فنر به جرم بازگشت داده می‌شود.
میراگر جرمی تنظیم شده به طور دقیق به فرکانس نوسانات سازه تنظیم می‌شود تا بهترین عملکرد را داشته باشد. این به معنایی است که فرکانس نوسانات سازه و فرکانس طبیعی میراگر باید با هم هماهنگ شوند. اگر تنظیم به درستی انجام شود، TMD می‌تواند نوسانات سازه را به طور قابل توجهی کاهش دهد و استحکام و پایداری سازه را افزایش دهد.
میراگرهای جرمی تنظیم شده به خصوص در سازه‌های بلند مانند برج‌ها و پل‌ها استفاده می‌شوند تا از نوسانات زیاد و تاثیرات زلزله‌ها محافظت کنند و ایمنی سازه را بهبود بخشند.
میراگرهای مایع (Liquid Damper)
میراگرهای مایع (Liquid Damper) سیستم‌های کنترل ارتعاشات سازه‌ها هستند که از مایعات (معمولاً روغن) به عنوان وسیله‌ای برای کاهش نوسانات و ارتعاشات سازه‌ها استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها به طور خاص برای مقابله با نوسانات و ارتعاشات ناشی از عواملی مانند زلزله، باد، ورودی دینامیکی و نیروهای تغییرات فصلی مفید هستند.
عملکرد اصلی یک میراگر مایع بر مبنای تغییرات فیزیکی مایع (مثل جابجایی و سرعت جریان مایع) با ارتعاشات سازه است. در سیستم میراگر مایع، معمولاً یک مخزن حاوی مایع (روغن) و یک سیستم لوله کشی برای اتصال مخزن به سازه وجود دارد. وقتی سازه ارتعاش می‌کند، مایع در مخزن شروع به جابجایی می‌کند و نوسانات سازه به این تغییرات جواب می‌دهند. در نتیجه، انرژی ارتعاشی به مخزن مایع منتقل می‌شود و توسط میراگر مایع جذب و تخلیه می‌شود.
مزایای استفاده از میراگر مایع چیست؟
- کارایی بالا: میراگرهای مایع معمولاً بسیار کارآمد در کاهش نوسانات و ارتعاشات سازه‌ها هستند و می‌توانند به طور موثری توانایی جذب انرژی ارتعاشی را داشته باشند.
- انعطاف پذیری مناسب : این سیستم‌ها به راحتی قابل تنظیم و تغییر هستند و می‌توانند بر اساس نیازهای خاص سازه تنظیم شوند.
- قابلیت کارکرد در طولانی مدت: میراگرهای مایع معمولاً قابلیت انجام کار در طولانی مدت را دارند و نیاز به تعویض ندارند.
- اندازه کوچک: این سیستم‌ها می‌توانند در فضای محدود نصب شوند و نیاز به فضای بزرگ ندارند.
معایب این سیستم‌ها شامل نیاز به نگهداری دوره‌ای و کنترل دقیق برای تنظیم مناسب عملکرد آنها است. همچنین، در برخی موارد ممکن است تغییرات در دما و ویژگی‌های مایع تأثیری بر عملکرد داشته باشند.
میـراگرهای جرم غیرفعال (Passive Tuned Mass Damper)
میراگرهای جرم غیرفعال (Passive Tuned Mass Damper) یک نوع میراگر سازه هستند که برای کاهش نوسانات و ارتعاشات سازه‌ها در پاسخ به عوامل خارجی مانند زلزله، باد، ورودی دینامیکی و سایر نیروهای گرانشی استفاده می‌شوند. این سیستم‌ها به عنوان یک سیستم غیرفعال شناخته می‌شوند، چرا که بدون نیاز به تغییر دستی و مداخله انسانی عمل می‌کنند و وقتی که نوسانات ایجاد می‌شوند، به طور خودکار فعال می‌شوند.
عملکرد اصلی میراگرهای جرم غیرفعال بر مبنای اصل جابجایی مرکز جرم است. این سیستم‌ها شامل یک جسم جرمی (معمولاً با جرم بزرگ) است که به سازه متصل است و از طریق یک سیم، فنر، یا اتصال معمولی به سازه ارتباط داده می‌شوند. وقتی سازه ارتعاش می‌کند، جرم در جواب نوسانات به طور معکوس جابجا می‌شود و به این ترتیب انرژی ارتعاش را جذب می‌کند. سپس، این انرژی به وسیله فنر یا سیم به جرم بازگشت داده می‌شود.
یکی از ویژگی‌های مهم میراگرهای جرم غیرفعال این است که می‌توانند به دقت به فرکانس اصلی ارتعاشات سازه تنظیم شوند. این به معنایی است که وقتی فرکانس ارتعاشات سازه با فرکانس طبیعی میراگر هماهنگ می‌شود، عملکرد بهینه می‌شود و انرژی ارتعاش به طور موثر توسط میراگر جذب می‌شود. این بهبود در کنترل ارتعاشات و کاهش نوسانات سازه به ویژه در سازه‌های بلند بسیار مؤثر است.
میراگرهای جرم غیرفعال معمولاً در سازه‌هایی مانند برج‌ها، پل‌ها، ساختمان‌های بلند و سازه‌های دیگر که به عوامل زلزله و ارتعاشات حساس هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها به افزایش استحکام و پایداری سازه و بهبود ایمنی سازه در برابر نوسانات کمک می‌کنند.
میراگر میرایی افزوده و سختی (Added Damping And Stiffness)
میراگر سختی و میرایی افزوده (Added Damping and Stiffness) یک سیستم مهندسی است که به عنوان یک روش کنترل ارتعاشات در سازه‌های ساختمانی و پل‌ها استفاده می‌شود. این سیستم به منظور کاهش نوسانات و ارتعاشات سازه‌ها در پاسخ به نیروهای خارجی مانند زلزله، باد، ورودی دینامیکی و سایر نیروهای گرانشی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
میراگر سختی و میرایی افزوده به سازه افزایش در سختی (Stiffness) و تورم (Damping) می‌دهد. این افزایش‌ها به طور معمول از طریق افزودن اجزای اضافی به سازه انجام می‌شود. اجزای اضافی به عنوان میراگرها یا مکمل‌های کنترلی شناخته می‌شوند.
افزایش سختی (Added Stiffness): این سیستم از طریق افزودن اجزای سختی به سازه، میزان ارتعاشات آن را کاهش می‌دهد. سختی به عنوان مقاومت سازه در برابر تغییر شکل تعریف می‌شود و افزایش سختی به این معناست که سازه در برابر تغییرات جابجایی و تغییرات شکلی مقاوم‌تر می‌شود.
افزایش تورم (Added Damping): تورم به عنوان انرژی تلف شده در سیستم در پاسخ به ارتعاشات تعریف می‌شود. افزایش تورم به این معناست که سیستم انرژی بیشتری را به عنوان گرما یا تلف کند، که نتیجه‌گیری نوسانات سازه را کاهش می‌دهد.
ترکیب سختی و تورم افزوده به سازه باعث می‌شود که سازه به عنوان یک سیستم کنترلی عمل کند. این سیستم‌ها معمولاً در سازه‌هایی با ارتعاشات نسبتاً زیاد مانند برج‌ها و پل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. هدف از آنها کاهش نوسانات و ارتعاشات غیر مطلوب سازه و افزایش استحکام و پایداری آنهاست.
مهاربند کمانش ناپذیر (Buckling Restrain Brace)
مهاربند کمانش ناپذیر (Buckling Restraint Brace)، یک عنصر سازه‌ای است که برای افزایش استحکام و پایداری سازه‌ها در مقابل بارهای جانبی مانند زلزله مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم به عنوان یکی از روش‌های تقویت سازه‌ها و کاهش تاثیرات نوسانات دینامیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ویژگی‌های اصلی مهاربند کمانش ناپذیر عبارتند از:
- مهار کمانش: اصلی‌ترین ویژگی این سیستم، مهار یا کاهش کمانش سازه در شرایط تنش نامطلوب است. کمانش به انحرافات جانبی ناشی از فشار و کمانش بر روی عنصر‌های سازه اشاره دارد. مهاربند کمانش ناپذیر با جلوگیری از کمانش ناشی از بارهای جانبی، سازه را در مقابل خطراتی نظیر ترک‌ها و تغییر شکل‌های ناشی از زلزله تقویت می‌کند.
- طراحی به عنوان اجزای ناپذیر: مهاربندهای کمانش ناپذیر عمدتاً از جنس فولادی ساخته می‌شوند و در اغلب موارد به عنوان اجزای ناپذیر سازه طراحی می‌شوند، به این معنی که در شرایط تنش بر روی آنها، کمانش نمی‌پذیرند.
- محل نصب: مهاربندهای کمانش ناپذیر معمولاً در انتهای اعضای سازه نصب می‌شوند، به عنوان مثال در انتهای ستون‌ها یا تیرها. این اجزا به سازه به عنوان نقاط مهار وارد می‌شوند.
- عملکرد در زلزله: زمانی که سازه در معرض زلزله قرار می‌گیرد و تنش‌های کمانشی ایجاد می‌شود، مهاربندهای کمانش ناپذیر این تنش‌ها را جذب و تخفیف می‌کنند، این اقدام باعث کاهش انرژی زلزله و حفظ استحکام سازه می‌شود.
مهاربندهای کمانش ناپذیر عمدتاً در سازه‌هایی با اهمیت زلزله‌ای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند تا ایمنی سازه را در برابر زلزله‌ها و سایر بارهای جانبی تضمین کنند. این سیستم‌ها به طور خاص در سازه‌های فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
جداساز پایه (Base Isolation)
جداساز پایه (Base Isolation) یک روش مهندسی است که برای محافظت سازه‌ها در برابر زلزله‌ها و ترک‌های زلزله‌ای به کار می‌رود. این روش به منظور کاهش انتقال ارتعاشات زلزله از زمین به سازه و کاهش تأثیرات زلزله بر سازه‌ها طراحی شده است. اصل عمل جداساز پایه این است که سازه را از زمین جدا کند تا انرژی زلزله را جذب و تخلیه کند و از انتقال ارتعاشات زلزله به سازه جلوگیری کند.
ویژگی‌های اصلی جداسازهای پایه
- قابلیت جذب انرژی: جداسازهای پایه توانایی جذب و تخلیه انرژی زلزله را دارند. این انرژی از طریق انقباض و انبساط سیال های داخل جداساز به دست می‌آید.
- جداسازی حرکت: این سیستم‌ها با ایجاد جدایی بین سازه و زمین، حرکت زمین را از سازه جدا می‌کنند. این به معنایی است که زمین می‌تواند حرکت کند و سازه همچنان در مکان خود باقی بماند.
- کاهش نیروی زلزله: با جلوگیری از انتقال کامل نیروهای زلزله به سازه، جداسازها می‌توانند به طور موثر نیروهای زلزله را کاهش دهند و به سازه اجازه دهند که از دستگاه‌های کنترلی مکمل کاهنده تغذیه نیروی دینامیکی برای حفاظت از سازه استفاده می‌شود.