میراگرهای اصطکاکی : نقش و اهمیت آن‌ها در کنترل لرزه‌ای سازه‌ها

میراگرهای اصطکاکی یکی از ابتدایی‌ترین وسایل استهلاک انرژی هستند که توسط مهندسان برای کاهش پاسخ‌های لرزه‌ای سازه‌ها طراحی و استفاده شده‌اند. این ابزارها با بهره‌گیری از مکانیزم اصطکاکی میان دو سطح، انرژی ناشی از ارتعاشات را جذب و مستهلک می‌کنند.

با پیشرفت فناوری و تجربیات حاصل از زلزله‌های گذشته، نسل‌های جدیدتری از میراگرهای اصطکاکی توسعه یافته‌اند که عملکرد بهتری از نظر پیش‌بینی‌پذیری و پایداری دارند. این میراگرها می‌توانند در طولانی‌مدت بدون نیاز به تعمیرات گسترده، به‌طور مداوم کار کنند.

اصول عملکرد میراگرهای اصطکاکی

میراگرهای اصطکاکی انرژی لرزه‌ای را از طریق لغزش کنترل‌شده بین دو سطح جامد مستهلک می‌کنند. این سیستم‌ها زمانی که نیروی وارد بر سازه از یک حد مشخص فراتر رود، وارد فاز لغزش می‌شوند و انرژی را قبل از جاری شدن اعضای سازه‌ای جذب می‌کنند. این ویژگی، آن‌ها را به یکی از مؤثرترین روش‌ها برای کاهش خسارات سازه‌ای در زلزله‌های شدید تبدیل کرده است.

انواع میراگرهای اصطکاکی

در اویل دهه 90 میلادی، پال و مارش (1982) بر اساس ترمزهای اصطکاکی، میراگرهای اصطکاکی غیرفعال را ابداع نمودند. پس از آن پیشرفت های چشمگیری در زمینه میراگرهای اصطکاکی حاصل گردید و رفتار آن ها به صورت تحلیلی و آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت.

1- میراگر اصطکاکی صرفا کششی

2- میراگر اصطکاکی انتقالی

3- میراگر سومیتُمو

4- میراگر اصطکاکی دورانی

مسائل فنی و عملکردی میراگرهای اصطکاکی

میراگرهای اصطکاکی بر اساس اصل ایجاد پیش‌تنیدگی در سطح اصطکاک عمل می‌کنند. این پیش‌تنیدگی نقش کلیدی در عملکرد بهینه میراگر ایفا می‌کند، اما چالش‌هایی نیز وجود دارد که باید به آن‌ها توجه شود:

1- کاهش نیروی پیش‌تنیدگی

یکی از مشکلات اصلی، کاهش نیروی پیش‌تنیدگی در طول زمان است. این کاهش می‌تواند به دلایل زیر رخ دهد

• خزش مصالح: خزش در مواد مورد استفاده در سطح لغزش یا ادوات ایجاد پیش‌تنیدگی.
• سایش در سطح لغزش: در صورت وجود بارهای سرویس قابل توجه یا بارهای لرزه‌ای با سرعت بالا، سایش می‌تواند تأثیر منفی داشته باشد.

تشخیص دقیق میزان پیش‌تنیدگی در طول عمر سازه ممکن است دشوار باشد. با این حال، استفاده از پیچ‌های با مقاومت بالا و مصالح با نرخ خزش پایین (مانند فولاد ضد زنگ) در سطح لغزش می‌تواند این کاهش را به حداقل برساند.

2- تغییرات در ضریب اصطکاک

در طول زمان، ممکن است ضریب اصطکاک در سطح لغزش تغییرات اساسی داشته باشد. مطالعات انجام شده، نشان می‌دهد که طبیعت اصطکاک برخی سطوح لغزش می‌تواند در کوتاه‌مدت و درازمدت متفاوت باشد.

برای دستیابی به عملکرد قابل اطمینان و پیش‌بینی‌پذیر در درازمدت، معمولاً از سطوح فلزی با کیفیت بالا (مانند فولاد ضد زنگ) استفاده می‌شود که در تماس با یک ماده غیر فلزی نرم‌تر قرار دارند. این ترکیب می‌تواند خزش کوتاه‌مدت را به حداقل برساند.

با این حال، چنین سطوحی معمولاً ضریب اصطکاک کمتری دارند. در صورت نیاز به اصطکاک بیشتر، از سطوح لغزش فلز روی فلز استفاده می‌شود. هرچند این سطوح به دلیل پتانسیل خوردگی مضاعف ممکن است در برخی موارد مناسب نباشند.

راهکارهای بهبود عملکرد

• استفاده از مصالح با مقاومت بالا برای کاهش خزش.
• طراحی دقیق سطوح لغزش برای کاهش اثرات تغییرات ضریب اصطکاک.
• پایش و بازبینی دوره‌ای میراگرها برای اطمینان از عملکرد پایدار در طول عمر سازه.

جهت کسب اطلاعات بیشتر لطفا به نشریه 766 مراجعه نمایید.

نتیجه‌گیری

میراگرهای اصطکاکی به‌عنوان یکی از مؤثرترین ابزارهای کنترل لرزه‌ای، نقش مهمی در کاهش آسیب‌های سازه‌ای در برابر زلزله دارند. این ابزارها با بهره‌گیری از مکانیزم لغزش بین دو سطح جامد، انرژی لرزه‌ای را به شکل قابل‌توجهی مستهلک می‌کنند.

چالش‌های فنی نظیر کاهش نیروی پیش‌تنیدگی و تغییرات ضریب اصطکاک، از جمله موضوعاتی هستند که نیازمند توجه ویژه در طراحی و نگهداری میراگرهای اصطکاکی می‌باشند. با این حال، با استفاده از مصالح و تکنیک‌های پیشرفته مانند پیچ‌های با مقاومت بالا و سطوح لغزش با کیفیت، می‌توان این چالش‌ها را به حداقل رساند و عملکرد پایدار و قابل‌اعتمادی را در طول عمر سازه تضمین کرد.

در نهایت، انتخاب صحیح نوع میراگر و طراحی دقیق آن بر اساس نیازهای خاص هر پروژه، می‌تواند به بهبود عملکرد سازه‌ها در برابر نیروهای لرزه‌ای کمک شایانی کند.