سیستم های 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 صلب آسایش، می‌تواند در کاکرد نیروی انسانی، تجهیزات و ماشین آلات 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 امراج را بیشتر و راحتتر انتقال می‌دهند. در جداسازی ارتعاشی غیر فعال، با استفاده از مواد و اتصالات مکانیکی خاص، امواج ارتعاشی را جذب و میرا می‌کند. جداسازی ارتعاشی فعال با استفاده از حسگر و اهرم، نیروهایی تولید می‌کند که امواج ورودی را خنثی می‌کند.

جداسازی ارتعاشی غیرفعال به جداسازی ارتعاشی اطلاق می‌شود که به وسیله تکنیکهای غیر فعال 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 که کنترل ارتعاشات دربرمیگیرد

 

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 ارعاشات 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 سیستم های جداسازی بر اساس آی های مختلف قابل انجام است. یکی از آیین نامه های معتبر برای این منظور آیین نامه ASCE07-16 آمریکا می‌باشد. فصل 17 این آیین نامه مختص ضوابط مربوط به طراحی سیستم های جداسازی می باشد. 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 ایین نامه 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 نظر گیری ضریب رفتار واحد برای طراحی مورد استفاده قرار میگیرد.

بخشی از نیروی طراحی مربوط به سازه زیر جداساز که جزئیات ان در این آیین نامه 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 می شود که جزئیات آن در این آیین نامه اشاره شده است. همانطور که مشاهده می شود ضریب رفتار در نظر گرفته شده برای سازه روی جداساز بسیار کمتر از یک سازه جداسازی نشده است و این موضوع بدلیل رویکرد آیین نامه جهت افزایش صلبیت ساختمان جداسازی می باشد. نتایج چندین تحقیق نشان داده است که کاهش صلبیت سازه روی جداساز به شدت بر روی رفتار ان تاثیر گذاشته و میتواند رفتار مورد انتظار از یک سازه جداسازی شده را نتیجه ندهد.

آزمایش جداساز

 

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

آزمایش صحت سنجی جداساز اصطکاکی پاندولی با مدل ها 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 غیر خطی تاریخچه زمانی در نرم افزار SAP2000 مقایسه شده است. در این تحقیق علاوه بر مقایسه پاسخ های جداسازها در آزمایش واقعی با نرم افزار المان محدود، عملکرد جداسازها در حالت‌های مختلف صفحات اصطکاکی ( با و بدون ماده لغزنده ) بررسی شده است.

نمونه ای 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، پاسخ های بدست آمده از آزمایش با نتایج بدست آمده از مدل دوخطی در نظر گرفته شده در نرم افزارمطابقت بسیار خوبی در حالت های مختلف صفحات اصطکاکی داشته اند.

ترکیب جداسازهای لاستیکی با میراگرهای اصطکاکی دورانی در تراز جداسازی

 

سالهاست که استفاده از جداسازهای LRB گزینه ای جهت جداسازی سازه ها بوده است. لیکن بکارگیری جداسازهای لاستیکی با میرایی بالا به همراه میراگرهای اصطکاکی دورانی در تراز جداساز جهت افزایش میرایی سیستم و کاهش جابجایی تراز جداساز و کاهش نیروهای وارد به روسازه روشی مناسب و جایگزین برای LRB در برخی پروژه ها 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 سازه جداسازی شده را در هنگام زلزله به عهده خواهد داشت. عملکرد میراگرهای اصطکاکی دورانی مبتنی بر رفتار های غیر ارتجاعی مواد نمی‌باشد و از این رو رفتار آن حتی پس از زلزله های متعدد و پس لرزه ها 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 غیر ارتجاعی مواد تشکیل دهنده آنها (مانند هسته سربی داخل جداساز) می‌باشد دارای برتری های عملکردی باشد به این معنی که علاوه بر اینکه میرایی کاملتر و با قابلیت اعتماد بیشتر در پسلرزه ها تامین خواهد شد، امکان بازرسی سریع و ساده سیستم میرایی ( بر خلاف هسته سربی درون جداساز های (LRB) و حتی امکان ایجاد خاصیت بازگردانندگی ۱۰۰ درصد و سریع با صفر کردن نیروی میراگر از طریق باز کردن مهره بولت تامین کننده پیش تنیدگی 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. بکارگیری این سیستم در پروژه های بزرگ، علاوه بر مزیتهای فنی، به علت قیمت پایینتر جداسازهای لاستیکی نسبت به LRB اقتصادی تر نیز خواهد بود. مثالهایی از این نوع جداسازی در پروژه هایی در کشور ژاپن در زیر ارائه شده است.