” کیا ارتعاش” (شرکت کیا ارتعاش آپادانا) با بهره مندی از علوم روز و دانش متخصصان در حوزه ی تجهیزات کنترل لرزه ای سازه ها (میراگر / جداساز لرزه ای)، برآن است تا گامی فراتر از صرفا واردات و عرضه ی تجهیزات متداول کنترل لرزه ای بردارد.
بی شک تجلی اهداف ” کیا ارتعاش “ در ارتقاء کیفیت ساخت و ساز در کشور، افزایش ایمنی جانی هموطنان در برابر پدیده ی قابل مهار زلزله و بهره مندی دانش روز مهندسی در نوسازی و بهسازی ساختمان های موجود است.
” کیا ارتعاش ” در راستای اهداف خود همواره تلاش نموده ضمن ارتباط مستمر با اساتید دانشگاه ها، متخصصین و مهندسان سازه، از دانش و تجربه متخصصان داخلی در حوزه ی طراحی لرزه ای، بهسازی و مقاومسازی سازه ها بهره مند شود.
در ادامه شماری از مزیت های محصولات تولیدی ” کیا ارتعاش ” به صورت اجمالی به آگاهی می رسد:
کاهش نیاز لرزه ای در سازه و به تبع آن کاهش مصالح در اسکلت (فولاد-بتن؛ تا 20 درصد)، کاهش مقاطع و افزایش صرفه ی اقتصادی در سازه ها
کاهش جابجایی طبقاتی (دریفت) تا 40 درصد و کاهش برش پایه تا 20 درصد
ارتقاء سطح عملکرد لرزه ای در انواع سازه های ویژه و متداول و به تبع آن افزایش ایمنی در سازه ها و کاهش خسارت جانی و مالی در سازه ها پس از وقوع زلزله
قیمت ارزان ضمن حفظ کیفیت (در قیاس با انواع وارداتی و رایج)
نصب و اجرا آسان
ارزانترین، کم تخریب ترین و آسان ترین روش برای بهسازی ساختمان های ناایمن
تامین و افزایش قابل توجه میرایی در سازه ضمن امکان افزایش سختی
فراآیند تعامل کیا ارتعاش با کارفرمایان محترم برای عرضه محصولات و خدمات:
مشاوره در خصوص نوع محصولات کنترل لرزه ای متناسب با سطح عملکرد لرزه ای، نوع سازه، الزامات معماری، نوع کاربری و میزان هزینه کرد کارفرمایان
طراحی سازه، با وجود و بدون وجود تجهیزات کنترل لرزه ای انتخابی کارفرمایان به جهت مقایسه در کاهش مصرف مصالح و ارتقاء عملکرد و ایمنی سازه با وجود تجهیزات کنترل لرزه ای شرکت
ساخت تجهیزات کنترل لرزه ای انتخابی، کنترل کیفیت، تهیه نقشه چونساخت (با همکاری کارفرما) و آزمایش تجهیزات مذکور درصورت لزوم مبنتی بر الزامات استاندارهای 766 و 523 سازمان مدیریت.
” میراگر هیسترتیک صفحه ای” موضوع اختراع به شماره ثبت 98796 سازمان ثبت اسناد کشور، گونه ای میراگر جاری شونده است که به جهت تامین میرایی و کاهش اثر ارتعاشات دینامیکی (خصوصا زلزله) توسط ” کیا ارتعاش ” عرضه و در کلیه سازه ها کاربرد دارد.
” میراگر هیسترتیک فلزی (لوزی شکل) ” به عنوان اولین میراگر هیسترتیک تماما ایرانی (طراحی، ثبت اختراع، پژوهش و ساخت) موفق به اخذ مجوز استفاده در انواع سازه ها (تایید فنی) از سوی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی شده است و به عنوان فناوری نوین مورد تایید قرار گرفته است. (پیوند)(پیوند)
میرایی مورد نیاز در این دستگاه از تغییرشکل فرا ارتجایی صفحه های تسلیم شونده که به شمای لوزی شکل فلزی است تامین می شود. عملکرد این میراگر به گونه ای است که اجزای جاری شونده در آن در برابر نیروی وارد شده به میراگر، بسان فنرهای الاستو-پلاست عمل می‌نماید. از این رو، در این میراگر ضمن تامین سختی و میرایی – به جهت اجتناب از آسیب عضوهای اصلی در سازه – امکان هدایت تغییر مکان های فراارتجاعی ناشی از زلزله و ایجاد مفاصل هدفمند (فیوز لرزه ای) در سازه مهیا می شود . از طرفی با افزایش یا کاهش تعداد صفحه های جاری شونده به کار رفته شده در میراگر و تغییر ضخامت و طول این عضوها می توان به نسبت های متنوع و مطلوبی از سختی و میرایی در سازه دست یافت.
موقعیت نصب این دستگاه در قاب سازه (بتنی یا فلزی) از یک سو بر سر مهاربند فلزی است و از سوی دیگر توسط دو نگه دارنده (فیکسچر) که در محل جنب تیر و ستون [با زاویه دلخواه] واقع می شوند، قرارمی گیرد.
میراگر لوزی شکل هیسترتیک را می توان به انواع چیدمان های قطری یا شورون در سازه استفاده نمود. برای استفاده از این میراگر محدودیتی در نوع قاب سازه ( فلزی یا بتنی ) وجود ندارد، ضمن آن که از این میراگر می توان به صورت توامان با وجود مهاربند یا دیواربرشی نیز استفاده نمود.
این دستگاه به گونه ای طراحی شده است که در راستای محور مهاربندها قرار گیرد تا صفحات جاری شونده میراگر صرفا در برابر نیروی خالص محوری ( و نه مانند اغلب میراگرهای تسلیمی رایج (مانند TADAS)، تحت ترکیبی از مولفه های افقی و عمودی ) نیرو تلاش نماید. این ویژگی باعث انتقال کامل نیروی زلزله به میراگر و عملکرد بی نقص میراگر دربرابر تغییر مکان های ناشی از زلزله در سازه می شود. نمونه ی prototype این میراگر در شکل زیر نشان داده شده است.
مزایا:
کاهش مصرف مصالح سازه ای (آهن آلات و بتن) در اسکلت تا 20 درصد و همچنین کاهش ابعاد مقاطع (تیر و ستون)
کاهش جابجایی طبقات تا ۴۰ درصد
کاهش برش پایه تا ۲۰ درصد
افزایش میرایی موثر در سازه تا ۳۵ درصد
ارتقا شکلپذیری و اجتناب از مفاصل پلاستیک در عضوهای اصلی سازه
ارتقاء سطح عملکرد لرزه ای در سازه
ارتقاء ایمنی در سازه
قیمت بسیار مقرون به صرفه (5 تا 20 درصد انواع میراگر [ویسکوز و اصطکاکی])
عدم حساسیت به شرایط محیطی
آسان‌ترین روش مقاومسازی و بهسازی
رفتار هیسترزیس پایدار
ساخت، نصب و اجرا آسان و ارزان
قابل اعتماد در درازمدت
افزایش سختی در ضمن افزایش میرایی
نیاز به حداقل پایش
امکان تعویض آسان
امکان استفاده در سازه فلزی و بتنی
معایب:
نیاز به تعویض پس از وقوع زلزله بیشینه محتمل MCE
عدم بازگرداندگی کامل پس از زلزله بیشینه محتمل MCE
مزایای میراگر هیسترتیک لوزی شکل کیا ارتعاش نسبت به سایر میراگرهای فلزی هیستریک:
تلاش مکانیکی در برابر نیروی خالص محوری (و نه مولفه های افقی و قایم نیرو ناشی از مهاربند (مانند میراگرهای TADAS)) به دلیل موقعیت نصب در راستای محوری مهاربند
نصب آسان تر نسبت به میراگرهای ADAS و TADAS با توجه به موقعیت نصب در گوشه تیر-ستون
عضوهای تسلیمی متعدد با تامین ایمنی گسست ( برخلاف بادبندهای BRB با صرفا یک عضو تسلیمی)
برای بررسی رفتار واقعی میراگر هیسترتیک صفحه ای لوزی شکل، بر اساس پروتکل ASCE7 و نشریه 766 سازمان برنامه (دستورالعمل استفاده از ميراگرها در طراحي و مقاومسازي ساختمانها)، آزمایش بر روی نمونه هایی با ابعاد واقعی ( Full Scale ) در آزمایشگاه سازه مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی انجام پذیرفت. آزمایش و نتایج در صفحه آزمایش میراگر هیسترزیس صفحه ای قابل مشاهده است.
” نوآوري” (جديد بودن در جهان)، ” گام ابتكاري” و ” كاربرد صنعتي” این میراگر در طی مراحل داوری اختراع به تایید مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی رسیده است.
این میراگر در دومین جشنواره بین المللی اختراعات خیام (به کارگزاری سازمان جهانی مالکیت معنوی : WIPO- World Intellectual Property Organization و یونسکو (UNESCO) ) موفق به کسب مقام سوم و مدال برنز از این جشنواره معتبر شده است.
فیلم درباره میراگر صفحه ای را می توانید از این لینک در آپارات تماشا فرمایید.
مطابق قوانین مالکیت معنوی (قانون ثبت علائم و اختراعات مصوب 1/4/1310 و آیین نامه اصلاحی مصوب 1337 و قانون الحاق دولت جمهوری اسلامی ایران به کنوانسیون سازمان جهانی مالکیت معنوی ) هرگونه استفاده (از عین و شبیه موضوع این اختراع ) تحت هر عنوان (تولید، پژوهش و … ) در داخل و خارج از کشور، پیگرد حقوقی و کیفری دارد.
Warning:
This product is registered in Iran Intellectual Property Organization with No: 98796.
According to the laws of intellectual property (Registration in 1931 and 1958 in Iran and the Law on the Accession of the Government of the Islamic Republic of Iran to the Convention of the World Intellectual Property Organization, Registration in 2001) any use (of the same or similar subject matter of this patent) under any title (production, research, etc.) inside and outside Iran, has legal and criminal prosecution.
“میراگر هیسترتیک فلزی (لوزی شکل)” به عنوان اولین میراگر هیسترتیک تماما ایرانی (طراحی، ثبت اختراع، پژوهش و ساخت) موفق به اخذ مجوز استفاده در انواع سازه ها (تایید فنی) از سوی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی (پیوند) شده است و به عنوان فناوری نوین مورد تایید قرار گرفته است.
این مجوز بر اساس نتایج به دست آمده از طرح پژوهشی (مشتمل بر آزمایش نمونه های با ابعاد واقعی) که توسط بخش ابنیه و سازه مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی انجام پذیرفته است و همچنین تحلیل مکانیکال، مدل سازی و ارزیابی عملکرد سازه ای و لرزه ای میراگر در سازه، صادر شده است.
براساس تایید فنی و گزارش پژوهشی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی از میراگر صفحه فولادی لوزی شکل می توان در انواع سیستم های قاب سازه ای فولادی و قاب های بتن آرمه تعریف شده در جدول 4-3 آیین نامه 2800 ایران برای ساختمان های جدیدالاحداث بهره گرفت. همچنین در پروژه های بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان های موجود نیز براساس فصل های پنجم و ششم نشریه 360 سازمان برنامه و بودجه از این نوع میراگر می توان در قاب های سازه های فولادی و قاب های بتن مسلح بهره گرفت.
در طرح پژوهشی مربوطه، مضافا بر بررسی مکانیکال، نمونه هایی از میراگر هیسترتیک فلزی (لوزی شکل) با ابعاد واقعی (Full scale) براساس پروتکل های بارگذاری مراجع معتبر نظیر ASCE7 و نشریه 766 سازمان برنامه (دستورالعمل استفاده از ميراگرها در طراحي و مقاومسازي ساختمانها) مورد تست و آزمایش قرار گرفت.
مطابق با الزام مراجع مربوطه، آزمایش بر روی نمونه های واقعی برای دستگاه های مستهلک کننده انرژی (میراگرها) تا 100 در صد جابجایی بیشینه زلزله محتمل (MCE) توصیه شده است، مضافا بر انجام آزمایش در حدود توصیه شده به جهت کسب اطمینان کامل، برای میراگر هیسترتیک فلزی (لوزی شکل) در طی سیکل های مازاد تا 150 و 200 درصد جابجایی بیشینه زلزله محتمل (MCE) در بحرانی ترین حالت ممکن بر اساس نوع و سطح عملکرد سازه، آزمایش صورت پذیرفت.
بر اساس گزارش پیوست:
” نمونه های ساخته شده از این میراگر آیتم های مورد ارزیابی نظیر نمو غیرمنفی منحنی هیسترزیس، سختی موثر، پایداری نیرو در تغییر مکان صفر، پایداری نیرو در تغییر مکان حداگثر و انرژی تلف شده در هر چرخه همگی در محدوده قابل قبول قرار دارند.
همچنین در طی آزمایش مطابق پروتکل آزمایشگاهی طي دوره بارگذاري هيچ گونه شكست يا اختلالي در نمونه ها مشاهده نشد. و همانطور که در منحنی های هیسترزیس گزارش فنی (پیوست) مشاهده می شود منحنی های هیسترزیس دارای نمو غیرمنفی می باشد.”
آزمایش با 20 سیکل (رفت و برگشت کامل) انجام پذیرفت. آیین نامه های مذکور برای آزمایش 18 سیکل و تغییرمکان 100 درصد بیشینه زلزله محتمل MCE توصیه نموده اند ولی به جهت اطمینان، مضافا بر حد توصیه شده، آزمایش با سیکل های بیشتر و دامنه 150 درصد (یک و نیم برابر) و همچنین دو برابر این حد یعنی: 200 درصد مقدار توصیه شده انجام پذیرفت و کوچکترین اثری از شکست یا افت تا انتهای آزمایش مشاهده نشد.
یک قاب رادر حالت بدون تغییر مکان جانبی در نظر بگیرید (حالت پایدار و اولیه A)، فرض بر این است که بادبند BRB در این قاب با اعمال نیروی جانبی (زلزله) به صورت رفت و برگشتی، دچار کشش و فشار از نقطه پایدار اولیه در سیکل کامل کشش و فشار (حالت B و C) خواهد شد.
از آنجایی که نیروی رفت ( F +) باعث ایجاد کشش در این عضو می شود (حالت B)، در صورت استفاده از بادبند کمانش تاب، رفتار این عضو از نقطه ی صفر تغییر مکان (حالت پایدار و اولیه سازه: A) تا انتهای نیم سیکل رفت (کشش) (حالت B)، دقیقا مشابه بادبندهای معمولی در کشش عمل کرده و به دلیل عدم تغییر شکل پلاستیک و دفرمیشن در هسته این عضو، انرژی زلزله در این حالت تلف نخواهد شد.
اتلاف انرژی زلزله تنها در حالتی در این سیستم روی خواهد داد که قاب [پس از گذراندن نیم سیکل رفت (کشش)] به نقطه ی اولیه خود بازگشته (بازگشت به حالت پایدار A)، سپس، «صرفا» در « نیم سیکل برگشت » از نقطه ی پایدار اولیه، تا انتهای نیم سیکل که بادبند در حالت فشار-کمانش قرار می گیرد (حالت C )، بادبند کمانش تاب ( BRB ) مبادرت به تحمل تغییر شکل پلاستیک و دفرمیشن در هسته ی خود ( و نتیجتا تامین میرایی) خواهد شد.
از این رو هر بادبند کمانش تاب ( برخلاف میراگرهای هیسترتیک تسلیمی و سایر میراگرها با مکانیزم های مختلف) صرفا برای نیمی از سیکل رفت و برگشت زلزله توان تامین میرایی در سیستم مقاوم سازه ای را خواهد داشت. (توضیحا: به جهت کتمان نقیصه فوق الذکر، در نمودارهای هیسترزیس بادبندهای کمانش تاب، عموما؛ نقطه مبدا بارگذاری، ابتدای “نیم سیکل فشار” در نظر گرفته می شود ( از موقعیت A تا C ) و منحنی کشش (برگشت) نیز تا ابتدای همین نیم سیکل ترسیم می شود ( یعنی از موقعیت C تا A). نکته ای که با مداقه در منحنی های هیسترزیس این نتایج قابل درک است: نمودار به ظاهر کاملی است که در عمل برای ” نیم سیکل ” ترسیم شده است و نه یک سیکل کامل با چرخه کامل: با طی مسیری از حالت پایدار A تا وضعیت کشش B ؛ سپس از موقعیت B تا وضعیت فشاری C و نهایتا چرخه برگشت از وضعیت C تا A[یا B] .
این نقص وقتی جبران خواهد شد که از دو مهاربند کمانش تاب (مثلا به شکل شورون) استفاده شود. ولی نکته اجرای این روش، بارمالی مضاعف دو کمانش تاب صرفا برای پوشش دو نیم سیکل و همچنین امکانات معماری برای به کاربردن دو عدد BRB همزمان خواهد بود.
همچنین نکته ای که در استفاده از بادبند های کمانش تاب جفت (شورون متصل یا منفصل) باید در نظر گرفته شود این نکته است که: از آنجایی که در عضوهای محوری (نظیر بادبند)، ظرفیت کششی همواره به شکل قابل توجه ی بیشتر از ظرفیت فشاری (به دلیل وجود پدیده کمانش در فشار) است. وجود دو بادبند کمانش تاب (یکی در کشش و دیگری در فشار)، باعث می شود، توان بالای تلاش عضوی که در کشش قرار می گیرد همواره مانع تغییر شکل پلاستیک کامل بادبند کمانش تاب دیگری شود که در فشار قرارگرفته است. و این نکته سیستم را در ایفای وظیفه ی ذاتی خود (یعنی تامین میرایی) دچار اختلال می کند.
مضافا بر نکته های مذکور، برخلاف موضوع پایش در میراگرهای هیسترتیک، به دلیل پوشیدگی تک عضو تسلیمی، نه تنها هیچ امکان پایشی بر احتمال گسست و شکست هسته ی فولادی سیستم بادبند کمانش تاب ( BRB )، در حین و پس از وقوع زلزله در این مهاربندها وجود ندارد، بلکه (برخلاف میراگرهای هیسترتیک با چندین عضو تسلیمی موازی) اتکا مکانیزم تسلیمی صرفا بر یک عضو (هسته) است. این به این معنی است در صورت گسست یا شکست این تک عضو، عملکرد سیستم بادبند کمانش تاب ( BRB ) دربرابر نیروهای جانبی مختل شده و سازه با عدم تامین درجه نامعینی (مانند سیستم های قاب مفصلی) مواجه شده و قابلیت اعتماد در سازه های منتفع از این سیستم، به شکل قابل توجه ی کاهش خواهد یافت.
برای درک عمیق تر تاثیر استفاده از تجهیزات کنترل لرزه ای ( میراگر و جداساز لرزه ای ) لازم است به اختصار نکاتی در تحلیل دینامیکی سازه ها با به کارگیری این تجهیزات در سازه ها ارایه شود:
در یک ارتعاش دینامیکی سه ترم عمده در پاسخ سازه عبارت است از:
1- سختی متناظر با تغییرمکان، 2- میرایی متناظر با سرعت و 3- جرم متناظر با شتاب.
اصول طراحی لرزه ای سازه ها از دیرباز بر مبنای تغییر در خصوصیات دو ترم سختی (با افزایش و یا کاهش سختی در سازه متناسب با مقاطع عضوهای باربر لرزه ای) و جرم (متناسب با مصالح انتخابی) و یک نسبت ثابت ( معمولا پنج درصد) برای ترم نسبت میرایی، درنظر گرفته می شده است.
در رویکردهای نوین طراحی لرزه ای با استفاده از ابزارهای کنترل لرزه ای (میراگر / جداساز ) ها می توان به جهت ارتقاء ظرفیت لرزه ای در سازه ها و کاهش نیاز لرزه ای در ترم پیشتر ثابت نسبت میرایی، این مقدار را دستخوش تغییر (افزایش) قابل توجه نمود.
اثر افزایش نسبت میرایی بر کاهش طیف بازتاب
ثمره ی بهره مندی از این توان بالقوه (در افزایش نسبت میرایی)، به ارتقاء عملکرد لرزه ای به ارزانترین، اصولی ترین و آسان ترین روش ممکن خواهد انجامید. رویکردهای قدیمی (و متداول) درعدم استفاده از این ظرفیت بالقوه در افزایش میرایی موثر، می تواند هزینه های زیادی در تامین سختی مورد نیاز و کاهش جرم در سازه ها در بر داشته باشد.
اثر افزایش نسبت میرایی بر تشدید پاسخ جابجایی
از این رو با به کارگیری ابزارهای کنترل لرزه ای (میراگر / جداساز ) ضمن تامین ایمنی، با افزایش میرایی و فیلتراسیون ارتعاشات ناشی از زلزله، به شکلی هدفمند می توان به اهداف زیر نایل شد:
الف) هدایت تغییرمکان های بزرگ و مفصل های خمیری ناشی از زلزله به عضوهایی که به این منظور در سازه تعبیه شده اند (میراگر به عنوان فیوز لرزه ای) تا خسارت در سایر عضوهای سازه به مقدار قابل توجه محدود شود،
ب) ارتقا قابل توجه در توان شکل پذیری سازه،
ج) کاهش قابل توجه نیاز لرزه ای سازه در پاسخ طیفی متناظر (که این امر منجر به کاهش چشمگیر درپاسخ دینامیکی و به تبع آن به طرح سازه های سبکتر وارزانتر خواهد انجامید.)،
د) افزایش سطح عملکرد لرزه ای سازه ها.
برای نیل به اهداف پیش گفته، تجهیزات کنترل لرزه ای عموما به دو رسته ی زیر فهرست می شوند که در ادامه با معرفی اجمالی آنها به برخی از مزایا (و معایب) استفاده از این ابزارهای سودمند در کنترل لرزه ای سازه ها پرداخته خواهد شد.
