Maavärina alus isolatsioonisüsteem: põhimõtete, tüüpide, eeliste ja rakenduste ülevaade

Maavärin või maakera iseenesest ei ole katastroof, see on loomulik nähtus, mis tuleneb maapinna liikumisest, mõnikord vägivaldsest. Need tekitavad pinnalaineid, mis põhjustavad maapinna vibratsiooni ja peal seisvaid konstruktsioone. Sõltuvalt nende vibratsiooni omadustest võib maapind tekitada pragusid, lõhesid ja asulaid. Võimalik inimkaotuse oht lisab seismilisele disainile väga tõsise mõõtme, pannes ehitusinseneridele moraalse vastutuse. Viimasel ajal on välja töötatud palju uusi süsteeme, et vähendada struktuuri mõjutavaid maavärinajõude või imada osa seismilisest energiast.
Üks kõige laialdasemalt rakendatud ja aktsepteeritumaid seismilisi kaitsesüsteeme on aluse isoleerimine.

Baas isolatsioon on üks kõige laialdasemalt aktsepteeritult seismilisi kaitsesüsteeme maavärina kalduvates piirkondades. See leevendab maavärina mõju, eraldades põhimõtteliselt struktuuri potentsiaalselt ohtlikest maapealsetest liikumistest. Seismiline isolatsioon on disainistrateegia, mis lahti ühendab maapinna liikumise kahjulike mõjude struktuuri. Mõiste eraldamine viitab struktuuri ja maapinna vahelisele interaktsioonile.

Kui seismiline isolatsioonisüsteem asub struktuuri all, nimetatakse seda baasisolatsiooniks.
Isoleerimissüsteemi teine ​​eesmärk on pakkuda täiendavat energiat hajumiseks, vähendades seeläbi edastatud kiirendust peastruktuuri. Lahustumine võimaldab hoonel käituda paindlikumalt, mis parandab selle reageerimist maavärinale. Aluseisolatsiooni kontseptsiooni selgitatakse hõõrdetu rullide toetatava hoone näite abil. Kui maapind raputab, veerevad rullid vabalt, kuid ülaltoodud hoone ei liigu.
Seega ei kanda hoonesse maapinna raputamise tõttu hoonesse; Lihtsalt, hoone ei koge maavärinat.

Aluseisolatsiooni kontseptsiooni selgitatakse hõõrdetu rullide toetatava hoone näite abil. Kui maapind raputab, veerevad rullid vabalt, kuid ülaltoodud hoone ei liigu. Seega ei kanda hoonesse maapinna raputamise tõttu hoonesse; Lihtsalt, hoone ei koge maavärinat.
Kui sama hoone lasub painduvatel padjadel, mis pakuvad külgliikumiste suhtes vastupidavust, kantakse maapinna raputamise mõju ülalolevasse hoonesse.
Painduvaid padju nimetatakse baasisolaatorid, samas kui neid seadmeid kasutades kaitstud ehitisi nimetatakse aluse isoleeritud hooneteks. Baas isolatsioonitehnoloogia peamine omadus on see, et see tutvustab struktuuri paindlikkust.

Konkreetse hoone jaoks sobivaima seadme tuvastamiseks on vajalik hoolikas uuring. Samuti ei sobi alus isolatsioon kõigi hoonete jaoks. Kõige sobivamad ehitised aluse eraldamiseks on madala ja keskmise kõrgusega hooned, mis asuvad selle all kõva mulla peal. Kõrghoone või ehitised, mis toetuvad pehmele pinnasele, ei sobi aluse isoleerimiseks.

Alusisolatsiooni aluspõhimõte on hoone reageerimise muutmine nii, et maapind saaks hoone alla liikuda, ilma et neid liigutusi hoonesse edastaks. Täiuslikult jäik hoone on null periood. Kui maapind liigub, on konstruktsioonis indutseeritud kiirendus võrdne maapinna kiirendusega ja konstruktsiooni ja maapinna vahel on null nihe. Konstruktsioon ja maapind liiguvad sama palju. Täiesti paindlikul hoonel on lõpmatu periood.
Seda tüüpi struktuuri jaoks on konstruktsiooni all olev maapind indutseeritud konstruktsioonis nullkiirenduse ja konstruktsiooni ja maapinna vahelise suhtelise nihkega võrdne maapinna nihkega. Nii et paindumatud struktuurid struktuur ei liigu, maapind saab.

Isolatsioonisüsteemi põhinõuded on
1). Paindlikkus
2). Summutamine
3). Vastupidavus vertikaalsele või muule hoolduskoormusele.

Maavärina kaitse konstruktsioonide kaitset kasutades baasisolatsiooni tehnikat on üldiselt sobiv, kui järgmised tingimused on täidetud
1. aluspinnas ei anna pikaperioodilise maapinna liikumise ülekaalu.
2. Konstruktsioon on üsna ühendatud piisavalt kõrge kolonni koormusega.
3. sait võimaldab horisontaalseid niheid järjestuse aluses või rohkem.
4. Tuulest tulenevad külgmised koormused on vähem kui umbes 10% struktuuri massist.
 

· Kui maavärinat mõjutab fikseeritud alusstruktuuril sel ajal struktuur, ei kaitse maavärinat.
· Kuid baasi isoleeritud struktuuris, kui konstruktsiooni hoonel mõjutab maavärinat maavärinat väga hästi.
· Fikseeritud struktuuris liigub struktuur maapinnaga.
· Eraldatud struktuuris ei liigu struktuur maapinna liikumisega. Kuid isolatsiooni laager liigub maapinna liikumisega. Nii et võime öelda, et struktuur on ohutu.

Seismilised isolaatorid

Elastomeersed isolaatorid
▶ Lineaarsed looduslikud kummilaagrid (LNR)
▶ Madala summutavate kummist laagrid
▶ plii kuplilaagrid (LRB)
▶ Kõrgendatud kummilaagrid (HDR)

Libisevad isolaatorid
▶ vastupidav hõõrdesüsteem
▶ hõõrdependlikusüsteem (FPS)

Need on moodustatud looduslike või sünteetiliste kummist horisontaalsetest kihtidest õhukestes kihtides, mis on ühendatud terasplaatide vahel.
Terasplaadid takistavad kummist kihtide punnis ja seetõttu suudab laager toetada ainult väikeste deformatsioonidega vertikaalseid koormusi.
Tavalised elastomeersed laagrid pakuvad paindlikkust, kuid olulist summutust ei liiguta ning liiguvad teeninduskoormuste all.

1, madal summutav looduslik kummist laager (LDR)
Summutussuhe=2% kuni 3%
Tootmine on lihtne.
Vastus pole tugevalt tundlik temperatuur, koormuse kiirus ja vananemine.
Nihkekoor on ületatud kuni 100%.

2, kõrge summutav looduslik kummist laager (HDR)
Summutust suurendatakse, lisades piiritletud süsiniku mustad, õlid või vaigud ja muud täiteained.
Maksimaalne nihkekoor=200 kuni 350%
Summutussuhe=10 kuni 20% -ni 100% nihkepingel
Tõhus summutamine sõltub:
· Koormuste kiirus
· Laadimisajalugu
· Temperatuur

3, plii kummilaagrid (lamineeritud kummilaagrid) (LRB)
Plii kummist laager või plii südamiku kummik laager moodustatakse elastomeerse laagri eelvormitud auku, mis on varustatud eelnevalt moodustatud auku. Plii südamik tagab teenusekoormuste all jäikuse ja kõrgete külgmiste koormuste korral energia hajumise. Ülemist ja alumist terasest plaate, mis on paksemad kui sisemised särad, kasutatakse kinnitusriistvara mahutamiseks. Kogu laager on ümbritsetud kattekummiga, et pakkuda keskkonnakaitset.
Madala külgkoormuse korral (näiteks väike maavärin, tuule- või liikluskoormus) on plii kummi laager jäiga nii külg- kui ka vertikaalselt.
Külgmine jäikus tuleneb pliisipi kõrge elastse jäikuse ja vertikaalse jäikuse (mis jääb kõigil koormustasemetel) tuleneb laagri terasest kupli konstruktsioonist.

4, libisevad isolaatorid
Teine levinum isolatsioonisüsteemi tüüp kasutab libisevaid elemente vundamendi ja konstruktsiooni aluse vahel.
Kõrge pingevedrude või lamineeritud kummilaagri abil, tehes libiseva kumera pinna.
Need mehhanismid pakuvad taastamisjõudu, et tagastada struktuur tasakaalu asendisse.
4a. Lamedad libisevad isolaatorid (vastupidav hõõrdesüsteem)
Kahte tüüpi lamedaid libisevaid isolaatoreid:
· Hiljutisega
· Ilma hiljutise mahuta
1). Libistav isolaator ilma hiljutise mahuta
See koosneb horisontaalsest libisevast pinnast, võimaldades nihke ja hajutades energiat määratletud hõõrdumise abil nii libisevate komponentide kui ka roostevabast terasest.
Üks konkreetne libiseva struktuuri probleem on jääkvisions, mis toimuvad pärast suuremaid maavärinaid.
2). Ligiving isolaator hiljutise mahutavusega
Võrreldes libisevate isolaatoriga, on hilinemisvõimsusega libiseva isolatsioonipendula (SIP) nõgus libistav plaat.
Geomeetria tõttu põhjustab iga horisontaalne nihe isolaatori vertikaalse liikumise.
Topstruktuuri poolt salvestatud potentsiaalne energia, mis on surutud tippu, põhjustab automaatselt, et kandev on neutraalsesse asendisse.
Need jäävad horisontaalselt paindlikuks, hajutavad energiat ja hiljuti pealisehitust neutraalsesse asendisse.

4b. Sfäärilised libisevad isolaatorid (rullid) (hõõrdependlik süsteem) (FPS/FPB)
Hõõrdependlikusüsteem on libiseva isolatsioonisüsteem, kus konstruktsiooni kaal toetatakse sfäärilistel libisevatel pindadel, mis libisevad üksteise suhtes, kui maapind ületab lähiastme taseme.

Baasisolatsioonisüsteemi paigaldamise nõue on see, et hoone suudab liikuda horisontaalselt maapinna suhtes, tavaliselt vähemalt 100 mm.
Kõige tavalisem konfiguratsioon on installida diafragma vahetult isolaatori kohal.
Kui hoonel on kelder, on võimalused installida isolaatorid keldrite sammaste ja seinte üla- või keskkõrgusesse.

1. vähendas struktuuri seismilist nõudlust, vähendades sellega struktuuri kulusid.
2.. Väiksemad nihed maavärina ajal.
3. parandab struktuuride ohutust
4. vähendas maavärina ajal põhjustatud kahjusid. See aitab säilitada struktuuri jõudlust pärast sündmust.
5. Suurendab struktuuri jõudlust seismiliste koormuste korral.
6. vara säilitamine

· Väljakutseline rakendamine tõhusalt.
· Hoone nihked.
· Ebaefektiivne kõrghoonete jaoks
· Pole sobiv hoonetele, mis puhkavad pehmel pinnasel.
 

1. sildade alus isoleerimine
2. oluliste hoonete baas eraldamine
3. Ajalooliste struktuuride reageerimise suurendamine
4. Isoleerimine masinaväljal

Seismilise aluse eraldamise meetod on osutunud usaldusväärseks meetodiks maavärinakeskse kujundamise jaoks.
Selle meetodi edu on suuresti tingitud isolatsiooniseadmete väljatöötamisest ja nõuetekohasest planeerimisest.
Kohandatavad isolatsioonisüsteemid peavad olema tõhusad mitmesuguste seismiliste sündmuste ajal.
Püüdlused on vajalikud lahenduste leidmiseks selliste olukordade jaoks, nagu näiteks lükkamispiirkonnad, kus võib tekkida mitmesuguseid maavärina liikumisi.