پاورپوینت محافظت از پی منشاء ، پیشرفت و توسعه آن

مقدمه:
محافظت از پی به عنوان یکی از تحول آفرین ترین رویکردهای مهندسی زلزله در دهه های اخیر، جایگاه ویژه ای در طراحی سازه های ساختمانی و پل ها یافته است. این فناوری که با عنوان جداسازی لرزه ای نیز شناخته می شود، بر پایه ایجاد یک لایه واسط میان سازه و پی شکل گرفته و با تغییر در ویژگی های دینامیکی ساختمان، رفتار آن را در برابر مولفه های افقی زمین لرزه دگرگون می سازد. در شرایطی که شتاب زمین در هنگام وقوع زلزله می تواند موجب تشدید پاسخ سازه و افزایش نیروهای داخلی گردد، محافظت از پی با کاهش سختی افقی سیستم و افزایش دوره تناوب، مسیر انتقال انرژی را تغییر می دهد. در این چارچوب، بسامد بنیادی سازه به محدوده ای منتقل می شود که فاصله معناداری با بسامد غالب حرکت زمین دارد و همین تغییر، اساس عملکرد این سیستم را شکل می دهد.

منشاء توسعه این فناوری به پژوهش های گسترده ای بازمی گردد که از دهه ۱۹۷۰ میلادی در مراکز تحقیقاتی ایالات متحده، به ویژه در Earthquake Engineering Research Center در دانشگاه کالیفرنیا برکلی آغاز شد. این مرکز که بعدها با عنوان Pacific Earthquake Engineering Research Center شناخته شد، بستر شکل گیری مطالعاتی بود که به طراحی و آزمون جداسازهای الاستومری مبتنی بر لاستیک طبیعی انجامید. همکاری مشترک با اتحادیه تحقیقاتی تولیدکنندگان لاستیک مالزی زمینه ساز تولید نمونه های آزمایشی گردید و آزمایش های لرزه نگاری بر روی مدل های چند طبقه نشان داد که تمرکز دگردیسی در لایه جداساز، از انتقال مستقیم نیرو به ابرسازه جلوگیری می کند. این دستاوردها در زمانی مطرح شدند که بسیاری از صاحبنظران مهندسی سازه، عملی بودن ایده جداسازی پی را مورد تردید قرار می دادند.

سیستم های محافظت از پی به طور کلی در دو دسته اصلی جای می گیرند: سامانه های الاستومری و سامانه های لغزشی. در نوع الاستومری، از لایه های چندگانه لاستیک طبیعی یا نئوپرن تقویت شده با صفحات فولادی استفاده می شود. این ترکیب، در راستای قائم دارای سختی و ظرفیت باربری بالا و در راستای افقی دارای انعطاف پذیری قابل توجه است. در هنگام وقوع زمین لرزه، تغییر مکان عمدتاً در همین لایه رخ می دهد و سازه فوقانی با جابجایی کنترل شده ای مواجه می گردد. رفتار مکانیکی لاستیک طبیعی تحت کرنش های مختلف، ویژگی های غیرخطی خاصی را نشان می دهد که در طراحی سیستم لحاظ می شود؛ از جمله کاهش سختی موثر با افزایش کرنش و تغییر الگوی میرایی. این خصوصیات امکان تنظیم پاسخ سازه را متناسب با سناریوهای لرزه ای فراهم می سازد.

در مقابل، سامانه های لغزشی بر مبنای محدودسازی انتقال نیرو از طریق سطوح اصطکاکی عمل می کنند. نمونه هایی نظیر سیستم آونگ اصطکاکی که در پروژه های متعدد در ایالات متحده به کار گرفته شده اند، با بهره گیری از سطوح فولاد ضد زنگ و مواد واسط ویژه، حرکت نسبی کنترل شده ای را میان سازه و پی ایجاد می کنند. در برخی پروژه های صنعتی و حتی نیروگاه های هسته ای، ترکیب صفحات فلزی خاص با لایه های الاستومتری به کار رفته است تا ضمن حفظ پایداری قائم، امکان لغزش افقی فراهم گردد. این تنوع در راهکارهای اجرایی نشان می دهد که توسعه محافظت از پی صرفاً محدود به یک فناوری خاص نبوده، بلکه طیف گسترده ای از نوآوری های مصالح و مکانیزم های مکانیکی را در بر گرفته است.

کاربرد عملی این فناوری در ساختمان های شاخص، مرحله ای تعیین کننده در تثبیت جایگاه آن به شمار می آید. نخستین نمونه های مهم در ایالات متحده، از جمله مرکز حقوقی انجمن های فوتهیل در کالیفرنیا، با بهره گیری از ده ها جداساز لاستیکی اجرا شدند و عملکرد آنها در برابر الزامات لرزه ای سختگیرانه ارزیابی گردید. در ادامه، ساختمان کنترل و فرماندهی آتش نشانی لس آنجلس و بیمارستان آموزشی دانشگاه کالیفرنیای جنوبی نیز به این سیستم مجهز شدند. ثبت داده های شتاب در زمین لرزه نورث ریج ۱۹۹۴ نشان داد که شتاب منتقل شده به طبقات فوقانی به شکل محسوسی کمتر از شتاب ثبت شده در تراز پایه بوده است. این نتایج تجربی، شواهد عینی از تغییر رفتار دینامیکی سازه در اثر جداسازی پی ارائه کردند.

در ژاپن، روند توسعه این فناوری پس از دهه ۱۹۸۰ شتاب گرفت و صدها ساختمان با اخذ مجوزهای رسمی به سیستم محافظت از پی مجهز شدند. مرکز رایانه اداره پست غرب ژاپن در کوبه، به عنوان یکی از بزرگترین ساختمان های مجهز به جداساز الاستومتری، در زمین لرزه ۱۹۹۵ عملکرد قابل توجهی از خود نشان داد؛ در حالی که ساختمان های مجاور دچار آسیب های گسترده شدند. چنین نمونه هایی بیانگر آن است که محافظت از پی نه تنها در پروژه های خاص با کاربری حساس، بلکه در ساختمان های اداری، مسکونی و زیرساختی نیز جایگاه تثبیت شده ای یافته است. روند تکامل این فناوری با توسعه جداسازهای بزرگ مقیاس، بهبود ترکیبات لاستیکی، ارتقای روش های آزمایشگاهی و گسترش استانداردهای طراحی ادامه یافته و دامنه کاربرد آن در مناطق لرزه خیز جهان پیوسته در حال گسترش است.