کنترل سازه ها مجموعه عملیاتی است که به جهت بهبود رفتار سازه های تحت بارهای دینامیکی انجام میشود. این مجموعه عملیات، گستره ی وسیعی را از تغییرات ساده در ابعاد تیرها و ستون ها و سایر المان های سازه تا استفاده از ابزارها و الگوریتم های پیچیده در بر می گیرد.
در برخی از مراجع انگیزه های پیدایش بحث کنترل سازه ها در افزایش پریود سازه های افقی و عمودی، پیشرفت مصالح و تولید مصالح پرمقاومت و همچنین ظهور سازه هایی با تجهیزات داخلی حساس به ارتعاش دیده شده است.
کنترل سازه ها از منظر نحوه کارکرد سیستم کنترلی معمولا به چهار دسته تقسیم بندی می شود : 1 – کنترل غیرفعال. 2 – کنترل فعال. 3 – کنترل نیمه فعال. 4 – کنترل ترکیبی که در متن پیشرو بر کنترل غیر فعال تاکید شده است.
کنترل غیرفعال
در سیستم های کنترل غیرفعال سازه ها انرژی ورودی به سازه که در اثر اعمال یک تحریک دینامیکی به سازه وارد گردیده است توسط وسایل و تجهیزات اضافی که در سازه نصب میگردند اتلاف می شود و در نتیجه تقاضای جذب انرژی سازه کاهش می یابد. در این نوع کنترل، نیروی کنترلی که از طریق وسایل و ابزار کنترلی به کار رفته در سازه تولید و به سازه اعمال می شود، بر اساس پاسخ خود سازه ایجاد می گردد و بدین ترتیب نیازی به دریافت انرژی الکتریکی مانند انرژی برق یا باتری نمی باشد. در واقع مقدار و جهت نیروی کنترلی در سیستم های کنترل غیرفعال به مقدار و جهت پاسخ سازه در محل نصب وسایل و ابزار کنترلی بستگی دارد.
از جمله ابزارهایی که در کنترل غیرفعال مورد استفاده قرار می گیرند می توان به انواع میراگرهای غیرفعال و سیستم های جدایش از پی غیرفعال اشاره نمود.
مزایای سیستم های کنترل غیرفعال
از مزایای کنترل غیرفعال می توان به:
عدم نیاز این سیستم ها به انرژی برق یا باتری،
پیشرفت فراوان در زمینه این نوع کنترل و پیدایش آیین نامه های طراحی،
تولید انبوه تجهیزات این نوع کنترل،
ارزان بودن نسبی آنها نسبت به سایر سیستمهای کنترلی اشاره نمود.
انواع میراگرها
میراگرهای غیرفعال دسته ای از ابزارهای کنترل غیرفعال به شمار می روند؛ این میراگرها را می توان از نظر وابستگی پاسخ نیرو در آنها به جابه جایی یا سرعت نسبی دو سر میراگر به دو دسته تقسیم نمود:
الف) میراگرهای وابسته به جابه جایی: مقدار پاسخ نیرو در این میراگرها در درجه اول تابعی از میزان جابه جایی نسبی دو سر آن میراگر می باشد. انواع میراگرهای اصطکاکی مانند میراگر اصکاکی با مکانیزم کرنش اجباری، میراگر اصطکاکی پال[1]، میراگر اصطکاکی پیچی[2]و میراگر اصطکاکی سامیتومو[3] ؛ انواع میراگرهای فلزی[4] یا چرخه ای[5] مانند میراگرهای ادس[6]، تدس[7] و میراگر قطری مرکب[8] در این دسته جای می گیرند. در این میراگرها پاسخ نیرو عمدتا مستقل از مقدار سرعت نسبی دو سر میراگر و / یا فرکانس بار خارجی می باشد.
در مورد مزایای انواع میراگرهای اصطکاکی میتوان گفت که ساخت این میراگرها معمولا به سادگی و با صرف هزینه ی کمی انجام می پذیرد، همچنین میزان نیروی ایجاد شده در این میراگرها به مقداری مشخص محدود می گردد. از طرفی ایراد بزرگ این میراگرها در وابستگی عملکرد آنها به ضریب اصطکاک بین سطوح مختلف میراگر می باشد که ممکن است به مرور زمان تغییر نموده و عملکرد میراگر را به میزان قابل ملاحظهای تحت تاثیر قرار دهد؛ همچنین این نوع میراگرها معمولا قبل از آغاز لغزش سطوح بر روی یکدیگر سختی اولیه ی زیادی به سازه اضافه می نمایند که می تواند در صورت عدم طراحی مناسب شتاب و در نتیجه برش پایه را در ابتدای کار تا حد زیادی افزایش دهد، در نهایت آنکه با استفاده از این میراگرها ممکن است پس از پایان تحریک خارجی مانند زلزله، در سازه تغییرشکلهای پسماند ایجاد شود.
در مورد مزایای انواع میراگرهای فلزی میتوان گفت که ساخت این میراگرها معمولا با صرف هزینه ی کمی انجام می پذیرد، همچنین میزان نیروی ایجاد شده در این میراگرها به مقداری مشخص محدود می گردد. این میراگرها نیز ممکن است پس از پایان تحریک خارجی مانند زلزله، در سازه تغییرشکل های پسماند ایجاد نمایند؛ از طرف دیگر ممکن است پس از پایان یک تحریک خارجی بزرگ نیاز به تعویض این میراگرها وجود داشته باشد. لازم به ذکر است علیرغم اینکه میراگرهای فلزی به سازه سختی اضافه مینمایند، اما مقدار این سختی معمولا در مقایسه با میرایی اضافه شده به سازه عدد کوچکی بوده به نحوی که در نهایت استفاده از این میراگر منجر به کاهش در برش پایه ناشی از زلزله خواهد گردید.
ب) میراگرهای وابسته به سرعت: مقدار پاسخ نیرو در این نوع میراگرها در درجه اول وابسته به سرعت نسبی دو سر میراگر و/یا فرکانس بار خارجی است؛ میراگرهای ویسکوز[9] و میراگرهای ویسکوالاستیک[10] در این دسته جای می گیرند. پاسخ نیرو در اینگونه میراگرها ممکن است وابستگی به جابه جایی نیز داشته باشند.
بزرگترین مزیت میراگرهای ویسکوز در ظرفیت بالای جذب انرژی آنها و کاهش قطعی برش پایه است. در این میراگرها با توجه به اینکه سرعت، زمانی حداکثر است که جابه جایی صفر باشد بیشینه نیروی ایجاد شده در میراگر با بیشینه نیروی الاستیک ایجاد شده در سازه 90 درجه اختلاف فاز خواهد داشت و در نتیجه نیروی میراگر منجر به افزایش نیرو در المانهای سازه نسبت به حالتی که میراگر در سازه حضور ندارد نخواهد گردید؛ همچنین این میراگرها در فرکانس های بارگذاری پایین سختی بسیار کمی دارند؛ اما این میراگرها رفتار غیرخطی شدیدی دارند، در نمونه های خطی آنها نیرو محدودیت ندارد و هرچقدر سرعت بیشتر شود، نیرو نیز افزایش خواهد یافت که ممکن است منجر به ایجاد نیروهای بزرگ در برخی المانهای سازه – مخصوصا در اطراف میراگر – شود، در نهایت آنکه به دلیل شرایط خاص در ساخت قیمت این میراگرها بالا میباشد.
در مورد میراگرهای ویسکوالاستیک میتوان همان مزایا و معایب میراگرهای ویسکوز را برشمرد با این تفاوت که این میراگرها به سازه سختی نیز اضافه می نمایند و کمی ارزانتر از میراگرها ویسکوز ولی گرانتر از میراگرهای فلزی و اصطکاکی میباشند.
با بررسی کلیه ی مزایا و معایب میراگرهای مختلف از لحاظ مباحث فنی، اقتصادی و شرایط ساخت، شرکت مهندسی پارت سازه، میراگر فلزی تدس را در راستای انجام فعالیت خود در زمینه ی شروع و توسعه ی نظام مند مباحث کنترل سازه ها در ایران برگزیده است. بدین ترتیب در ادامه ی متن پیشرو در مورد میراگر تدس بحث خواهد شد.
[1] Pall Cross- Bracing Friction Damper
[2] Slotted-Bolted Damper
[3] Sumitomo Friction Damper
[4] Metallic Yield Damper
[5] Hysteretic Damper
[6] ADAS Damper
[7] TADAS Damper
[8] Unbonded Brace Damper
[9] Viscous Damper
[10] Visco-Elastic Damper