Sistem de izolare de bază pentru cutremur: un contur pe principii, tipuri, avantaje și aplicații

Un cutremur sau un pământ de pământ nu este un dezastru, este un fenomen natural care rezultă din mișcarea solului, uneori violentă. Acestea produc unde de suprafață, care provoacă o vibrație a solului și a structurilor care stau deasupra. În funcție de caracteristicile acestor vibrații, terenul poate dezvolta fisuri, fisuri și așezări. Posibilul risc de pierdere a vieții adaugă o dimensiune foarte gravă designului seismic, punând o responsabilitate morală inginerilor structurali. În ultimele timpuri, au fost dezvoltate multe sisteme noi, fie pentru a reduce forțele de cutremur care acționează asupra structurii, fie pentru a absorbi o parte a energiei seismice.
Unul dintre cele mai pe scară largă și acceptate sisteme de protecție seismică este izolarea bazei.

Izolarea bazei este unul dintre cele mai acceptate sisteme de protecție seismică în zonele predispuse la cutremur. Atenuează efectul unui cutremur, izolând în esență structura de mișcări de sol potențial periculoase. Izolarea seismică este o strategie de proiectare, care decuplează structura pentru efectele dăunătoare ale mișcării la sol. Termenul de izolare se referă la interacțiunea redusă între structură și sol.

Când sistemul de izolare seismică este situat sub structură, acesta este denumit „izolare de bază”.
Celălalt scop al unui sistem de izolare este de a oferi un mijloc suplimentar de disipare a energiei, reducând astfel accelerația transmisă în suprastructură. Decuplarea permite clădirii să se comporte mai flexibil, ceea ce îmbunătățește răspunsul său la un cutremur. Conceptul de izolare de bază este explicat printr -un exemplu de clădire care se bazează pe role fără frecare. Când terenul se agită, rolele se rostogolesc liber, dar clădirea de mai sus nu se mișcă.
Astfel, nicio forță nu este transferată în clădire din cauza agitării solului; Pur și simplu, clădirea nu experimentează un cutremur.

Conceptul de izolare de bază este explicat printr -un exemplu de clădire care se bazează pe role fără frecare. Când terenul se agită, rolele se rostogolesc liber, dar clădirea de mai sus nu se mișcă. Astfel, nicio forță nu este transferată în clădire din cauza agitării solului; Pur și simplu, clădirea nu experimentează un cutremur.
Acum, dacă aceeași clădire este sprijinită pe plăcuțe flexibile care oferă rezistență împotriva mișcărilor laterale, atunci un efect al agitării solului va fi transferat în clădirea de mai sus.
Plăcile flexibile sunt numite izolatoare de bază, în timp ce structurile protejate folosind aceste dispozitive se numesc clădiri izolate de bază. Principala caracteristică a tehnologiei de izolare a bazei este că introduce flexibilitate în structură.

Un studiu atent este necesar pentru a identifica cel mai potrivit tip de dispozitiv pentru o anumită clădire. De asemenea, izolarea de bază nu este potrivită pentru toate clădirile. Cele mai potrivite structuri pentru izolarea bazei sunt clădirile scăzute până la medii, sprijinite pe solul dur de dedesubt. Clădirile sau clădirile înalte, sprijinite pe solul moale, nu sunt potrivite pentru izolarea bazei.

Principiul fundamental al izolării bazei este de a modifica răspunsul clădirii, astfel încât terenul să se poată deplasa sub clădire fără a transmite aceste mișcări în clădire. O clădire perfect rigidă va avea o perioadă zero. Când pământul mișcă accelerația indusă în structură va fi egală cu accelerația solului și vor exista zero deplasări relative între structură și sol. Structura și solul mișcă aceeași cantitate. O clădire perfect flexibilă va avea o perioadă infinită.
Pentru acest tip de structură, atunci când pământul de sub structură se mișcă, va exista o accelerație zero indusă în structură, iar deplasarea relativă între structură și sol va fi egală cu deplasarea solului. Deci structurile inflexibile structura nu se va mișca, terenul va.

Cerințele de bază ale unui sistem de izolare sunt
1). Flexibilitate
2). Amortizare
3). Rezistență la încărcături verticale sau de altă natură.

Protecția cutremurului structurilor folosind tehnica de izolare a bazei este în general adecvată dacă se îndeplinesc următoarele condiții
1. Subsolul nu produce o predominanță a mișcării la sol de lungă durată.
2. Structura este destul de îmbinată cu o sarcină de coloană suficient de mare.
3. Site -ul permite deplasările orizontale la baza ordinii de 200 mm sau mai mult.
4. Sarcinile laterale datorate vântului sunt mai puțin de aproximativ 10% din greutatea structurii.
 

· Când cutremurul este afectat pe structura de bază fixă ​​la acel moment, nu se apără împotriva cutremurului.
· Dar într-o structură izolată de bază, atunci când un cutremur este afectat pe clădirea structurii se apără foarte bine împotriva cutremurului.
· Într -o structură fixă, structura se mișcă cu mișcare la sol.
· Într -o structură izolată, structura nu se mișcă cu mișcare la sol. Dar rulmentul de izolare se mișcă cu mișcare la sol. Deci putem spune că structura este în siguranță.

Izolatoare seismice

Izolatoare elastomerice
▶ Rulmenți liniari de cauciuc natural (LNR)
▶ Rulmenți de cauciuc cu talie mică
▶ Rulmenți de cauciuc de plumb (LRB)
▶ Rulmenți de cauciuc cu înaltă dimensiune (HDR)

Izolatoare glisante
▶ Sistem de frecare rezistent
▶ Sistem de pendul de frecare (FPS)

Acestea sunt formate din straturi orizontale de cauciuc natural sau sintetic în straturi subțiri legate între plăcile de oțel.
Plăcile de oțel împiedică straturile de cauciuc să se bombeze și astfel rulmentul este capabil să susțină sarcini verticale mai mari, cu doar mici deformări.
Rulmenții elastomerici simpli oferă flexibilitate, dar nu există o amortizare semnificativă și se vor deplasa sub sarcini de serviciu.

1, rulment de cauciuc natural de amortizare scăzută (LDR)
Raportul de amortizare=2% la 3%
Fabricarea este ușoară.
Răspunsul nu este puternic temperatura, viteza de încărcare și îmbătrânire.
Tulpina de forfecare este depășită până la 100%.

2, rulment de cauciuc natural de amortizare ridicată (HDR)
Amortizarea este crescută prin adăugarea de negru de carbon, uleiuri sau rășini extra-fine și alte umpluturi.
Tulpină maximă de forfecare=200 la 350%
Raportul de amortizare=10 la 20% la o tulpină de forfecare 100%
Amortizarea eficientă depinde de:
· Viteza încărcărilor
· Istoricul încărcării
· Temperatură

3, rulmenți de cauciuc de plumb (rulment de cauciuc laminat) (LRB)
Un rulment din cauciuc de plumb sau un rulment de cauciuc de miez de plumb este format dintr-un dop de plumb, montat cu forță într-o gaură pre-formată într-un rulment elastomeric. Nucleul de plumb oferă rigiditate în sarcini de serviciu și disiparea energiei sub sarcini laterale mari. Plăcile de oțel de sus și de jos, mai groase decât shim -urile interne, sunt utilizate pentru a găzdui hardware -ul de montare. Întregul rulment este încorporat în cauciuc de acoperire pentru a oferi protecție asupra mediului.
Atunci când este supus unor sarcini laterale scăzute (cum ar fi cutremur minor, sarcini de vânt sau trafic), rulmentul de cauciuc de plumb este rigid atât lateral, cât și vertical.
Rigiditatea laterală rezultă din rigiditatea elastică ridicată a dopului de plumb și rigiditatea verticală (care rămâne la toate nivelurile de sarcină) rezultă din construcția de cauciuc din oțel a rulmentului.

4, izolatoare glisante
Al doilea tip cel mai frecvent de sistem de izolare folosește elemente glisante între fundație și baza structurii.
Prin arcuri de înaltă tensiune sau rulment de cauciuc laminat prin realizarea suprafeței curbate glisante.
Aceste mecanisme oferă o forță de restaurare pentru a returna structura în poziția sa de echilibru.
4A. Izolatoare glisante plate (sistem de frecare rezistent)
Două tipuri de izolatoare glisante plate:
· Cu o capacitate recentă
· Fără capacitate recentă
1). Izolator glisant fără capacitate recentă
Aceasta constă dintr -o suprafață glisantă orizontală, permițând o deplasare și, astfel, disiparea energiei prin frecare definită între componente glisante și oțel inoxidabil.
O problemă particulară cu o structură glisantă este deplasările reziduale care apar după cutremure majore.
2). Izolator glisant cu capacitate recentă
În comparație cu izolatoarele glisante, pendula de izolare glisantă (SIP) cu capacitate recentă au o placă glisantă concavă.
Datorită geometriei, fiecare deplasare orizontală are ca rezultat o mișcare verticală a izolatorului.
Energia potențială, stocată de suprastructură, care a fost împinsă în partea de sus, are ca rezultat automat recenta rulmentului într -o poziție neutră.
Acestea rămân flexibile orizontal, disipați energia și mai recent suprastructura într -o poziție neutră.

4b. Izolatoare alunecătoare sferice (role) (sistem de pendul de frecare) (FPS/FPB)
Sistemul de pendul de frecare este un sistem de izolare glisantă în care greutatea structurii este susținută pe suprafețe glisante sferice care alunecă unul față de celălalt atunci când mișcarea la sol depășește un nivel de prag.

Cerința pentru instalarea unui sistem de izolare a bazei este că clădirea este capabilă să se deplaseze orizontal în raport cu solul, de obicei cel puțin 100 mm.
Cea mai frecventă configurație este instalarea unei diafragme imediat deasupra izolatoarelor.
Dacă clădirea are un subsol, opțiunile sunt instalarea izolatoarelor în partea de sus, de jos sau de mijloc a coloanelor și a pereților subsolului.

1. a redus cererea seismică de structură, reducând astfel costul structurii.
2. deplasări mai mici în timpul unui cutremur.
3. Îmbunătățește siguranța structurilor
4. a redus daunele cauzate în timpul unui cutremur. Acest lucru ajută la menținerea performanței structurii după eveniment.
5. îmbunătățește performanța structurii sub sarcini seismice.
6. Conservarea proprietății

· Provocare de implementare într -o manieră eficientă.
· Indemnizație pentru deplasări pentru construcții.
· Ineficient pentru clădiri în creștere înaltă
· Nu este potrivit pentru clădirile așezate pe sol moale.
 

1.. Izolarea de bază a podurilor
2.. Izolarea de bază a clădirilor importante
3. Îmbunătățirea răspunsului structurilor istorice
4. Izolare în câmpul utilajelor

Metoda de izolare a bazei seismice s-a dovedit a fi o metodă fiabilă de proiectare rezistentă la cutremur.
Succesul acestei metode este atribuit în mare măsură dezvoltării dispozitivelor de izolare și planificării adecvate.
Sistemele de izolare adaptabile trebuie să fie eficiente în timpul unei game largi de evenimente seismice.
Sunt necesare eforturi pentru a găsi soluții pentru situații precum regiunile de defecte apropiate în care pot apărea o mare varietate de mișcări de cutremur.