Základný izolačný systém pre zemetrasenie: Náčrt zásad, typov, výhod a aplikácií

Samotné zemetrasenie alebo zemetrasenie nie je katastrofou, je to prírodný jav, ktorý je výsledkom pohybu zeme, niekedy násilný. Vytvárajú povrchové vlny, ktoré spôsobujú vibrácie zeme a štruktúry stojaci na vrchu. V závislosti od charakteristík týchto vibrácií môže pôda vyvinúť praskliny, trhliny a osady. Možné riziko straty na životoch dodáva seizmickému dizajnu veľmi vážny rozmer, čím sa stanú morálnu zodpovednosť štrukturálnym inžinierom. V nedávnej dobe bolo vyvinutých veľa nových systémov, buď na zníženie zemetrasenia pôsobiacich na štruktúru, alebo na absorbovanie časti seizmickej energie.
Jedným z najčastejšie implementovaných a akceptovaných systémov seizmickej ochrany je základná izolácia.

Izolácia základne je jedným z najčastejšie akceptovaných systémov seizmickej ochrany v oblastiach náchylných na zemetrasenie. Zmierňuje účinok zemetrasenia v podstate izolovaním štruktúry z potenciálne nebezpečných pozemných pohybov. Seizmická izolácia je stratégia dizajnu, ktorá oddeľuje štruktúru škodlivých účinkov pohybu pozemného pohybu. Termín izolácia sa vzťahuje na zníženú interakciu medzi štruktúrou a pôdou.

Ak je seizmický izolačný systém umiestnený pod štruktúrou, označuje sa ako „základná izolácia“.
Ďalším účelom izolačného systému je poskytnúť ďalšie prostriedky rozptylu energie, čím sa znížilo prenosné zrýchlenie do nadstavby. Oddelenie umožňuje, aby sa budova správal flexibilnejšie, čo zlepšuje jej reakciu na zemetrasenie. Koncept základnej izolácie je vysvetlený príkladom budovy spočívajúcej na valcoch bez trenia. Keď sa zem trasie, valčeky sa voľne hodia, ale budova vyššie sa nepohybuje.
Preto sa do budovy neprenáša žiadna sila v dôsledku trasenia zeme; Jednoducho, budova nezažije zemetrasenie.

Koncept základnej izolácie je vysvetlený príkladom budovy spočívajúcej na valcoch bez trenia. Keď sa zem trasie, valčeky sa voľne hodia, ale budova vyššie sa nepohybuje. Preto sa do budovy neprenáša žiadna sila v dôsledku trasenia zeme; Jednoducho, budova nezažije zemetrasenie.
Teraz, ak sa rovnaká budova spočíva na flexibilných podložkách, ktoré ponúkajú odpor proti bočným pohybom, potom sa do vyššie uvedenej budovy prenesie určitý účinok trasenia zeme.
Flexibilné vankúšiky sa nazývajú základné-izolátory, zatiaľ čo štruktúry chránené pomocou týchto zariadení sa nazývajú základné budovy. Hlavnou črtou základnej technológie izolácie je to, že predstavuje flexibilitu v štruktúre.

Na identifikáciu najvhodnejšieho typu zariadenia pre konkrétnu budovu je potrebná starostlivá štúdia. Izolácia základne tiež nie je vhodná pre všetky budovy. Najvhodnejšie štruktúry pre základnú izoláciu sú nízke až stredne pozostávajúce budovy spočívajúce na tvrdej pôde pod ním. Výškové budovy alebo budovy spočívajúce na mäkkej pôde nie sú vhodné na izoláciu základne.

Základným princípom základnej izolácie je upraviť reakciu budovy tak, aby sa pôda mohla pohybovať pod budovu bez toho, aby tieto pohyby preniesla do budovy. Dokonale tuhá budova bude mať nulové obdobie. Keď sa zem pohybuje, zrýchlenie vyvolané v štruktúre sa bude rovnať zrýchleniu zeme a medzi štruktúrou a pôdou dôjde k nulovému relatívnym posunutím. Štruktúra a zem sa pohybujú rovnakým množstvom. Dokonale flexibilná budova bude mať nekonečné obdobie.
Pre tento typ štruktúry, keď sa zem pod štruktúrou pohybuje, bude v štruktúre indukovaná nulové zrýchlenie a relatívne posunutie medzi štruktúrou a zemou sa bude rovnať posunu zeme. Takže nepružné štruktúry sa štruktúra nepohybuje, pôda bude.

Základné požiadavky izolačného systému sú
1). Flexibilita
2). Tlmenie
3). Odolnosť voči vertikálnym alebo iným servisným zaťažením.

Ochrana zemetrasenia štruktúr pomocou základnej izolačnej techniky je všeobecne vhodná, ak sa splnia nasledujúce podmienky
1. Podložie neprináša prevahu dlhodobého pohybu pozemného pohybu.
2. Štruktúra je pomerne spojená s dostatočne vysokým zaťažením stĺpca.
3. Stránka umožňuje vodorovné posuny na spodku poradia 200 mm alebo viac.
4. Bočné zaťaženie v dôsledku vetra sú menšie ako približne 10% hmotnosti štruktúry.
 

· Ak je zemetrasenie ovplyvnené na pevnej základnej štruktúre v tejto časovej štruktúre sa proti zemetraseniu bráni.
· Ale v štruktúre izolovanej základne, keď je zemetrasenie ovplyvnené budovou konštrukcie, sa proti zemetraseniu veľmi dobre bráni.
· V pevnej štruktúre sa štruktúra pohybuje so zemným pohybom.
· V izolovanej štruktúre sa štruktúra nepohybuje s pohybom uzemnenia. Ale izolačné ložisko sa pohybuje so zemným pohybom. Takže môžeme povedať, že štruktúra je bezpečná.

Seizmické izolátory

Elastomérne izolátory
▶ Lineárne ložiská prírodného gumy (LNR)
▶ Gumové ložiská s nízkym poklesom
▶ Ložiská olova-kupia (LRB)
▶ Gumové ložiská s vysokým poklesom (HDR)

Posuvné izolátory
▶ Odolný trenie
▶ Systém kyvadla trenia (FPS)

Sú tvorené z horizontálnych vrstiev prírodnej alebo syntetickej gumy v tenkých vrstvách spojených medzi oceľovými doskami.
Oceľové dosky bránia vydutiu gumy, takže ložisko je schopné podoprieť vyššie vertikálne zaťaženie iba malými deformáciami.
Obyčajné elastomérne ložiská poskytujú flexibilitu, ale žiadne významné tlmenie a budú sa pohybovať pri servisnom zaťažení.

1, Lose na prírodné gumy s nízkym tlmením (LDR)
Tlmiaci pomer=2% na 3%
Výroba je ľahká.
Odpoveď nie je silne citlivá teplota, rýchlosť zaťaženia a starnutia.
Strih napätie je prekročený až 100%.

2, Vysoké tlmenie prírodného gumového ložiska (HDR)
Tlmenie sa zvyšuje pridaním extra jemnej čiernej farby, olejov alebo živíc a iných plnivách.
Maximálny strihový kmeň=200 na 350%
Tlmiaci pomer=10 na 20% pri 100% šmykovom kmeňe
Efektívne tlmenie závisí od:
· Rýchlosť záťaže
· História načítania
· Teplota

3, olovené gumové ložiská (laminované gumové ložisko) (LRB)
Ložisko oloveného kupujúceho alebo olovnaté gumové ložisko je tvorené silou oloveného zástrčky vloženého do vopred vytvoreného otvoru v elastomérnom ložisku. Hlavné jadro poskytuje tuhosť pri servisnom zaťažení a rozptyle energie pri vysokých bočných zaťaženiach. Na prispôsobenie montážneho hardvéru sa používajú horné a spodné oceľové dosky, hrubšie ako interné podložky. Celé ložisko je obklopené gumou krytu, aby sa zabezpečila ochrana životného prostredia.
Ak je vystavený nízkym bočným zaťaženiam (ako je drobné zemetrasenie, veterné alebo dopravné zaťaženie), ložisko olovo je tuhé bočné aj vertikálne tuhé.
Bočná tuhosť je výsledkom vysokej elastickej tuhosti olovnatej zástrčky a vertikálnej tuhosti (ktorá zostáva na všetkých úrovniach zaťaženia) výsledkom konštrukcie ložiska oceľovej a kupoly.

4, posuvné izolátory
Druhý najbežnejší typ izolačného systému využíva posuvné prvky medzi nadáciou a základňou štruktúry.
Vysokým napätím pružiny alebo laminovaného gumového ložiska vytvorením kĺzavého zakriveného povrchu.
Tieto mechanizmy poskytujú obnovujúcu silu na vrátenie štruktúry do jej rovnovážnej polohy.
4a. Ploché posuvné izolátory (odolný systém trenia)
Dva typy plochých posuvných izolátorov:
· S nedávnou kapacitou
· Bez nedávnej kapacity
1). Posuvný izolátor bez nedávnej kapacity
Pozostáva z horizontálneho posuvného povrchu, ktorý umožňuje posun, a tak rozptyľuje energiu pomocou definovaného trenia medzi posuvnými komponentmi a nehrdzavejúcou oceľou.
Jedným konkrétnym problémom s kĺzavou štruktúrou sú zvyškové posuny, ktoré sa vyskytujú po veľkých zemetraseniach.
2). Posuvný izolátor s nedávnou kapacitou
V porovnaní s posuvnými izolátormi má posuvná izolácia Pendula (SIP) s nedávnou kapacitou konkávnu posuvnú dosku.
V dôsledku geometrie vedie každý horizontálny posun k vertikálnemu pohybu izolátora.
Potenciálna energia, ktorá je uložená nadstavbou, ktorá bola tlačená na vrchol, automaticky vedie k tomu, že sa ložisko za posledné postavenie do neutrálnej polohy.
Zostávajú horizontálne flexibilné, rozptyľujú energiu a nedávno nadstavbu do neutrálnej polohy.

4b. Sférické posuvné izolátory (valčeky) (systém kyvadla trenia) (FPS/FPB)
Systém kyvadlového kyvadla trenia je posuvný izolačný systém, v ktorom je hmotnosť štruktúry podporovaná na sférických posuvných povrchoch, ktoré sa posúvajú voči sebe navzájom, keď pohyb zeme prekročí prahovú úroveň.

Požiadavka na inštaláciu základného izolačného systému spočíva v tom, že budova sa môže pohybovať vodorovne vzhľadom na zem, zvyčajne najmenej 100 mm.
Najbežnejšou konfiguráciou je inštalácia membrány bezprostredne nad izolátormi.
Ak má budova suterén, možnosti sú nainštalovanie izolátorov v hornej, spodnej alebo strednej výške stĺpov a stĺpov suterénov.

1. Znížil seizmický dopyt po štruktúre, čím sa znížilo náklady na štruktúru.
2. Menšie posuny počas zemetrasenia.
3. Zlepšuje bezpečnosť štruktúr
4. Znížené škody spôsobené pri zemetrasení. Pomáha to pri udržiavaní výkonu štruktúry po udalosti.
5. Zvyšuje výkon štruktúry pri seizmickom zaťažení.
6. Zachovanie majetku

· Následné implementácia efektívne.
· Príspevok na posuny budovania.
· Neefektívne pre výškové budovy
· Nie je vhodné pre budovy spočívajúce na mäkkej pôde.
 

1. Základná izolácia mostov
2. Základná izolácia dôležitých budov
3. Zvyšovanie reakcie historických štruktúr
4. Izolácia v poli strojov

Metóda izolácie seizmickej základne sa ukázala ako spoľahlivá metóda dizajnu odolného voči zemetraseniu.
Úspech tejto metódy sa do značnej miery pripisuje vývoju izolačných zariadení a správnemu plánovaniu.
Adaptibilné izolačné systémy sú potrebné, aby boli účinné počas širokého spektra seizmických udalostí.
Vyžaduje sa úsilie na nájdenie riešení pre situácie, ako sú oblasti takmer zapadnutia, kde sa môžu vyskytnúť široká škála návrhu zemetrasenia.