انواع و مشخصات سیستم های میراگر

مقدمه

هنگام وقوع زلزله، سازه ها تحت اثر بارهاي لرزه اي با شدت زياد قرار گرفته و برخي اعضاي باربر جانبي آنها وارد ناحيه غيرخطي مي شوند. در اين حالت بخش عمده اي از انرژي ورودي به سازه از طريق ميرايي ذاتي سازه و مكانيزم غيرخطي هيسترتيك مستهلك مي شود. در زلزله هاي شديدتر، انرژي ورودي به سازه افزايش يافته و سهم بيشتري از انرژي، توسط ايجاد تغييرشكل هاي پلاستيك تلف مي شود. تغييرشكل هاي مذبور ناشي از به وجود آمدن مفاصل پلاستيك به صورت موضعي در نقاطي از سازه بوده كه خود موجب افزايش استهلاك انرژي در سيستم مي شود . در نتيجه مقدار زيادي از انرژي ورودي زلزله به ساختمان به واسطه تخريبهاي موضعي در سيستم باربر جانبي سازه مستهلك شده به طوري كه در صورت عدم اتخاذ تمهيدات لازم، اين امر مي تواند به از دست دادن كارايي و در نهايت فروريزش سازه بيانجامد.

در ساليان اخير، رو شهاي ابداعي جهت افزايش كارايي و ايمني سازه ها در برابر خطرات طبيعي از جمله زلزله در دست تحقيق و ارائه مي باشد. از منظر انرژي، براي طراحي لرزه اي مناسب مي بايست مقدار انرژي هيسترتيك مستهلك شده توسط سازه كاهش يابد. اين عمل توسط سيستم هاي كنترلي در سازه ها به دو طريق زير صورت مي گيرد:

1- كاهش مقدار انرژي ورودي به سازه (به عنوان مثال به روش جداسازي پايه)

2- معرفي مكانيزم هاي اضافي اتلاف انرژي در سازه، به طوري كه سهم عمده اي از انرژي ورودي را مستهلك كرده و در نتيجه خسارات وارد شده به سازه اصلي در اثر استهلاك انرژي هيسترتيك را كاهش دهند.

معرفي انواع سيستم هاي كنترل سازه ها

طبقه بندي كلي سيستم هاي كنترل

 برحسب ميزان انرژي مورد نياز و نيز نحوه عملكرد، سيستم هاي كنترل به چهار گروه كلي زير تقسيم مي شوند:

• سيستم هاي كنترل غيرفعال

• سيستم هاي كنترل فعال

• سيستم هاي كنترل نيمه فعال

• سيستم هاي كنترل مختلط

سيستم هاي كنترل غيرفعال با استفاده از جذب يا انعكاس قسمتي از انرژي ورودي ناشي از زلزله به سازه، از آن ها محافظت كرده و جهت كاركرد به منبع انرژي خارجي نياز ندارند.

سيستم هاي كنترل فعال در بسياري از موارد نسبت به سيستم هاي كنترل غيرفعال عملكرد بهتري نشان مي دهند. اين گونه سيستم ها با اعمال نيروي خارجي در خلاف جهت نيروي لرزه اي وارد بر ساختمان، سعي بر كنترل رفتار آن در هنگام بروز زلزله را دارند. همچنين سيستم هاي مذكور اين قابليت را دارند كه خود را با شرايط بارگذاري مختلف تطبيق دهند. اين سيستم ها از پاسخ هاي سازه اي اندازه گيري شده جهت تعيين نيروي كنترل اعمالي به سازه استفاده مي كنند. در اين صورت، نياز به استفاده از سيستم هاي پيچيده و كنترل هوشمند، براي اعمال نيروهاي مورد نياز و نيز الگوريتم هاي مناسب تعيين بهينه اين نيروها است. از مشكلات عمده سيستمهاي كنترل فعال اين است كه جهت عملكرد مناسب، به ميزان انرژي خارجي زيادي نياز داشته و از آنجا كه اين سيستم ها انرژي خارجي قابل توجهي جهت كنترل سازه به آن وارد مي كنند، امكان ناپايدار شدن سازه بر اثر سيست مهاي مذكور وجود دارد.

سيستم هاي كنترل نيمه فعال كه مي توان آنها را سيستم هاي كنترل غيرفعال قابل تنظيم نيز ناميد، مجهز به ميراگرهايي هستند كه در هر لحظه قابل كنترل بوده ولي قادر به اعمال انرژي به سازه نمي باشند. آنها برعكس سيستم هاي كنترل فعال به انرژي خارجي قابل توجه، نيازي ندارند. اين مسأله بخصوص هنگام وقوع زلزله نقش تعيين كننده اي دارد. از ويژگي هاي سيستم هاي كنترلي مذكور اين است كه ميتوانند در هر لحظه عملكرد خود را براساس نيروي وارده تطبيق دهند (ويژگي سيستم هاي فعال) و تنها انرژي را جذب يا مستهلك كنند (ويژگي سيستم هاي غيرفعال)؛ لذا پايداري سيستم را تأمين مي كنند. از طرفي اين نوع سيستم هاي كنترل، در مقايسه با سيستم هاي كنترل فعال، انرژي بسيار كمتري مصرف كرده و نسبت به سيستم هاي كنترل غيرفعال در كاهش پاسخ هاي سازه اي مؤثرترند. بعلاوه، در صورت آسيب ديدن منبع انرژي، مانند سيستم هاي كنترل غيرفعال عمل مي كنند.

در سيستم كنترل مختلط بطور همزمان از ميراگرهاي كنترل فعال و غيرفعال استفاده ميشود. اين گونه سيستم ها معمولاً طوري تنظيم ميشوند كه در زلزله هاي ضعيف و متوسط كه كارآيي سيستم كنترل غيرفعال كم بوده و سيستم كنترل فعال احتياج به اعمال انرژي كمتري دارد، مشابه سيستم كنترل فعال و در زلزله هاي شديد كه كارآيي سيستم كنترل غيرفعال بسيار مناسب بوده و سيستم كنترل فعال به دليل وجود حد اشباع در توليد نيروي كنترل مورد نظر دچار مشكل مي شود، مانند سيستم كنترل غيرفعال عمل نمايند.

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