انواع و مشخصات سیستم های میراگر

مقدمه

هنگام وقوع زلزله، سازه ها تحت اثر بارهای لرزه ای با شدت زیاد قرار گرفته و برخی اعضای باربر جانبی آنها وارد ناحیه غیرخطی می شوند. در این حالت بخش عمده ای از انرژی ورودی به سازه از طریق میرایی ذاتی سازه و مکانیزم غیرخطی هیسترتیک مستهلک می شود. در زلزله های شدیدتر، انرژی ورودی به سازه افزایش یافته و سهم بیشتری از انرژی، توسط ایجاد تغییرشکل های پلاستیک تلف می شود. تغییرشکل های مذبور ناشی از به وجود آمدن مفاصل پلاستیک به صورت موضعی در نقاطی از سازه بوده که خود موجب افزایش استهلاک انرژی در سیستم می شود . در نتیجه مقدار زیادی از انرژی ورودی زلزله به ساختمان به واسطه تخریبهای موضعی در سیستم باربر جانبی سازه مستهلک شده به طوری که در صورت عدم اتخاذ تمهیدات لازم، این امر می تواند به از دست دادن کارایی و در نهایت فروریزش سازه بیانجامد.

در سالیان اخیر، رو شهای ابداعی جهت افزایش کارایی و ایمنی سازه ها در برابر خطرات طبیعی از جمله زلزله در دست تحقیق و ارائه می باشد. از منظر انرژی، برای طراحی لرزه ای مناسب می بایست مقدار انرژی هیسترتیک مستهلک شده توسط سازه کاهش یابد. این عمل توسط سیستم های کنترلی در سازه ها به دو طریق زیر صورت می گیرد:

1- کاهش مقدار انرژی ورودی به سازه (به عنوان مثال به روش جداسازی پایه)

2- معرفی مکانیزم های اضافی اتلاف انرژی در سازه، به طوری که سهم عمده ای از انرژی ورودی را مستهلک کرده و در نتیجه خسارات وارد شده به سازه اصلی در اثر استهلاک انرژی هیسترتیک را کاهش دهند.

معرفی انواع سیستم های کنترل سازه ها

طبقه بندی کلی سیستم های کنترل

 برحسب میزان انرژی مورد نیاز و نیز نحوه عملکرد، سیستم های کنترل به چهار گروه کلی زیر تقسیم می شوند:

• سیستم های کنترل غیرفعال

• سیستم های کنترل فعال

• سیستم های کنترل نیمه فعال

• سیستم های کنترل مختلط

سیستم های کنترل غیرفعال با استفاده از جذب یا انعکاس قسمتی از انرژی ورودی ناشی از زلزله به سازه، از آن ها محافظت کرده و جهت کارکرد به منبع انرژی خارجی نیاز ندارند.

سیستم های کنترل فعال در بسیاری از موارد نسبت به سیستم های کنترل غیرفعال عملکرد بهتری نشان می دهند. این گونه سیستم ها با اعمال نیروی خارجی در خلاف جهت نیروی لرزه ای وارد بر ساختمان، سعی بر کنترل رفتار آن در هنگام بروز زلزله را دارند. همچنین سیستم های مذکور این قابلیت را دارند که خود را با شرایط بارگذاری مختلف تطبیق دهند. این سیستم ها از پاسخ های سازه ای اندازه گیری شده جهت تعیین نیروی کنترل اعمالی به سازه استفاده می کنند. در این صورت، نیاز به استفاده از سیستم های پیچیده و کنترل هوشمند، برای اعمال نیروهای مورد نیاز و نیز الگوریتم های مناسب تعیین بهینه این نیروها است. از مشکلات عمده سیستمهای کنترل فعال این است که جهت عملکرد مناسب، به میزان انرژی خارجی زیادی نیاز داشته و از آنجا که این سیستم ها انرژی خارجی قابل توجهی جهت کنترل سازه به آن وارد می کنند، امکان ناپایدار شدن سازه بر اثر سیست مهای مذکور وجود دارد.

سیستم های کنترل نیمه فعال که می توان آنها را سیستم های کنترل غیرفعال قابل تنظیم نیز نامید، مجهز به میراگرهایی هستند که در هر لحظه قابل کنترل بوده ولی قادر به اعمال انرژی به سازه نمی باشند. آنها برعکس سیستم های کنترل فعال به انرژی خارجی قابل توجه، نیازی ندارند. این مسأله بخصوص هنگام وقوع زلزله نقش تعیین کننده ای دارد. از ویژگی های سیستم های کنترلی مذکور این است که میتوانند در هر لحظه عملکرد خود را براساس نیروی وارده تطبیق دهند (ویژگی سیستم های فعال) و تنها انرژی را جذب یا مستهلک کنند (ویژگی سیستم های غیرفعال)؛ لذا پایداری سیستم را تأمین می کنند. از طرفی این نوع سیستم های کنترل، در مقایسه با سیستم های کنترل فعال، انرژی بسیار کمتری مصرف کرده و نسبت به سیستم های کنترل غیرفعال در کاهش پاسخ های سازه ای مؤثرترند. بعلاوه، در صورت آسیب دیدن منبع انرژی، مانند سیستم های کنترل غیرفعال عمل می کنند.

در سیستم کنترل مختلط بطور همزمان از میراگرهای کنترل فعال و غیرفعال استفاده میشود. این گونه سیستم ها معمولاً طوری تنظیم میشوند که در زلزله های ضعیف و متوسط که کارآیی سیستم کنترل غیرفعال کم بوده و سیستم کنترل فعال احتیاج به اعمال انرژی کمتری دارد، مشابه سیستم کنترل فعال و در زلزله های شدید که کارآیی سیستم کنترل غیرفعال بسیار مناسب بوده و سیستم کنترل فعال به دلیل وجود حد اشباع در تولید نیروی کنترل مورد نظر دچار مشکل می شود، مانند سیستم کنترل غیرفعال عمل نمایند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر می توانید به پیوست الف نشریه 766 مراجعه نمایید.