مقاوم سازی سازه های مدفون ، با توجه به سابقه لرزه‌ای کشور و همچنین ساخت و ساز ساختمان‌ها، وضعیت موجود در سال‌های اخیر و همچنین پتانسیل بالایی در پرجمعیت ترین شهرهای کشور برای زلزله، لازم است موضوع حفاظت از جامعه در برابر اثرات آن مورد توجه جدی قرار گیرد. از زلزله ها تخریب سرمایه های ملی و انسانی در اثر زلزله های مخرب، توجه به مقاوم سازی ساختمان ها و سازه های موجود را ضروری می سازد. در دهه های اخیر تحقیقات زیادی در زمینه مهندسی زلزله صورت گرفته است. اطمینان از ایمنیمقاوم سازی و بهسازی لرزه ای موجود باید در اولویت برنامه های کلی دولت باشد. از جمله روش هایی که در کشورهای مختلف برای مقابله با تهدیدات ناشی از موج و نیروی مخرب زلزله و انفجار استفاده می شود، استفاده از سازه های بتنی، سازه های مرکب، دیوارهای حائل، حفاظ بتنی، سازه های مجازی و مواردی از این دست است.
عملکرد در مقاوم سازی
سازه هایی که بر اساس مقررات رایج طراحی می شوند از نظر ایمنی و بهداشت عملکرد مناسبی دارند، اما میزان آسیب وارده به این سازه ها (به ویژه سازه هایی مانند بیمارستان ها و مراکز درمانی که کارایی آنها مهم است) بالا بوده و تعمیر آنها به صرفه است. هیچ توجیهی وجود ندارد. آیین نامه‌های طراحی موجود برای سازه‌های لرزه‌ای اساساً با هدف کاهش آسیب‌های ناشی از زلزله تدوین شده‌اند و تجربیات به‌دست‌آمده از زلزله‌های اخیر اثربخشی آنها را در کاهش تلفات ناشی از زلزله نشان می‌دهد. این در حالی است که زمین لرزه های بزرگ در سال های اخیر نشان می دهد که شدت خسارات سازه ای و غیرسازه ای در برخی موارد بسیار شدید بوده و خسارات مالی هنگفتی را به دنبال داشته است. با توجه به تعداد و گستردگی سازه های زلزله خیز در کشور، بودجه و زمان زیادی برای بازسازی و جایگزینی تمامی این سازه ها نیاز است. بنابراین مقاوم سازی سازه های موجود با اقداماتی که نیازمند کمترین هزینه، حجم مصالح و زمان باشد، تنها و بهترین راه حل برای جلوگیری از بلایای آینده است. سازه های مدفون، مانند نیروگاه ها سدها، به دلیل اینکه جزء مهم شریان های حیاتی هستند، باید طوری طراحی شوند که در حین و بعد از زلزله کار کنند. بنابراین، یافتن روش یا روش هایی برای بهبود لرزه خیزی سازه های مدفون که به اندازه کافی در برابر زلزله مقاوم نیستند، ممکن است بسیار مهم باشد.هدف از مقاوم سازی ابنیه زیرزمینی
یکی از مهمترین وظایف آرماتوربندی در ساختمانهای ایمن محافظت از این ساختمان در برابر بارهای احتمالی است. عناصری مانند شدت آسیب پذیری، هزینه مالی و میزان عملیات مورد نیاز از ویژگی های اصلی در مقاوم سازی سازه های مدفون ابنیه به ویژه ابنیه زیرزمینی هستند و برای دستیابی به این ویژگی ها می توان هر یک از آنها را به شرح زیر گسترش داد.
آسیب پذیری
آسیب پذیری این است که یک سازه چقدر در معرض زلزله قرار گرفته است و اهمیت آن سازه. به عنوان مثال، هر چه ساختمان مهمتر یا ضعیف تر باشد، نیاز به ایمن سازی آن موثرتر است.هزینه های مالی
هزینه مالی تا حدی معقول و بهینه است که ارزش هزینه های انجام شده برای حفاظت از ساختمان با توجه به تجهیزات موجود در آن و عملکرد ساختمان در شرایط مختلف برابر باشد.مقدار عملیات مورد نیاز
گاهی اوقات به دلایلی از جمله اتلاف وقت و کمبود امکانات هزینه کمتر قابل توجه بوده و امکان مقاوم سازی غیرممکن است.بنابراین با توجه به امکان سنجی مقاوم سازی ساختمان باید طرحی تهیه شود.روش های رایج مقاوم سازی سازه های مدفون
طرح های مختلفی برای مقاوم سازی سازه های مدفون در برابر زلزله وجود دارد. البته هر کدام ویژگی ها و روش های خاص خود را دارند. اما یکی از مشکلات این طرح ها هزینه بالای آنهاست. که اغلب با افزایش عمق همراه است. زیرا امواج لرزه ای هستند و انرژی را کاهش می دهند. بنابراین افزایش عمق تا حدودی ایمنی را افزایش می دهد. استفاده از این روش به نوبه خود باعث کاهش عملکرد سازه از نظر بهره برداری و افزایش هزینه ساخت می شود. از طرفی لایه‌های مختلف زمین نزدیک ترین قسمت امواج زلزله را به فرکانس طبیعی لایه تقویت می‌کنند و عدم توجه به این موضوع در حین طراحی آسیب‌های جبران ناپذیری را به همراه خواهد داشت. به دلایل اقتصادی، اقدامات فوق به طور کامل در ساختارهای مدفون اجرا نمی شود.تأثیر موج بر خاک
ویژگی های امواج زلزله در محیط های مختلف تغییر می کند. فرکانس های بالا به سرعت ضعیف می شوند و فرکانس های پایین در فواصل طولانی پایدار می مانند. از سوی دیگر، لایه‌های مختلف زمین بخش‌هایی از طیف فرکانس را به فرکانس طبیعی لایه نزدیک تر می‌کنند. اگر لایه هایی در زمین وجود داشته باشد که فرکانس آنها از طیف فرکانس اصلی لرزه ای دورتر باشد، موج تقویت و مصرف نمی شود. بنابراین نوع خاک نقش مهمی در کاهش امواج و انرژی و همچنین پایداری سازه در اثر نیروهای استاتیکی و دینامیکی دارد.استهلاک موج
افزایش ضریب استهلاک باعث کاهش نیروهای لرزه ای روی زمین می شود. ضریب استهلاک در مواد خاک متفاوت است و می تواند از 10 تا 20 متغیر باشد که این به عوامل مختلفی بستگی دارد.رفتار پسماند
- باعث ایجاد اصطکاک بین دو سطح سازه و خاک می شود لزجت داخلی ذرات - اصطکاک - تخلخل بین مولکولی و مقاومت خارجی در برابر آب در ذرات خاک در خاک های دانه ای، فرسایش اصطکاکی یکی از مهمترین عوامل است. همچنین باید توجه داشت که عبور موج در یک محیط متخلخل با توزیع انرژی مرتبط است.
بار زلزله روی سازه ها
روش‌های مقاوم سازی در برابر انفجار، نسبت به زلزله، ارزان تر و امکان پذیرتر هستند و ارتعاشات انفجاری اغلب برای مطالعه خواص لرزه ای سازه های مختلف استفاده می شود. مطالعه رفتار مواد منفجره بر روی سازه به طور کلی با کمک دو جزء مهم انجام می شود.- قدرت انفجار، اندازه گیری شده در TNT.
- فاصله منبع انفجار تا هدف
تاثیر موج زلزله بر بتن
امواج لرزه ای در قسمت های مختلف دیوار سازه انتشار یافته و پس از رسیدن به سطوح آزاد دیوارها منعکس و پراکنده می شوند. این امواج که قبل از برخورد فشرده شده اند پس از برخورد و انعکاس به امواج کششی تبدیل می شوند. انعکاس موج تنش در بدنه سازه های بتنی مسلح باعث ایجاد پدیده ای به نام انقباض می شود که یکی از عوامل مخرب سازه های بتنی ایمن می باشد. روش های مختلفی برای مقابله با این پدیده استفاده می شود.راه حل پیشنهادی برای سازه های مدفون در برابر زلزله
هنگام معرفی راه حل های جدید برای مقاوم سازی ساختمان با frp و سازه های لرزه ای یا انفجاری باید عوامل متعددی را در نظر گرفت که اهمیت این سازه در وهله اول است.از مهمترین سازه های هر کشور مراکز زیرزمینی نظامی یا غیرنظامی است که به آنها سازه های امن می گویند. بنابراین با توجه به موارد فوق، استفاده از روش های نوین مقاوم سازی ایمنی و مقاوم سازی سازه های مدفون کم هزینه سازه های ایمن ضروری است. برای تقویت چنین ساختارهایی به راه حل های بهینه نیاز است.
مواد كامپوزیت پلیمری (FRP)
این مواد عموماً مخلوطی از دو ماده یعنی الیاف و رزین هستند که در آنها الیاف دلیل مقاومت و رزین دلیل انسجام و یکپارچگی الیاف و همچنین توزیع یکنواخت الیاف است و انتقال بار به الیاف.وظیفه حفاظت از الیاف، چسباندن آنها به سطح و انتقال نیرو از سازه به الیاف نیز بر عهده رزین است، در حالی که هنگام استفاده از الیاف با رزین، استحکام کششی آن به 2 تا 3 برابر کاهش می یابد.- مواد كامپوزیت پلیمری با الیاف كربن (CFRP)
- مواد كامپوزیت پلیمری با الیاف آرامید (AFRP)
- مواد كامپوزیت پلیمری با الیاف شیشه (GFRP) رایج ترین نوع هستند اما نسبت به قلیایی ها حساس هستند. (E-Glass)
- الیاف شیشه مقاوم در برابر قلیایی ها AR-Glass
دلایل استفاده از این ماده
- توانایی افزایش مقاومت در هر جهت
- مقاوم در برابر سایش و خوردگی
- وزن بسیار سبک (برای تقویت دیوار برشی به وزن دیوار اضافه نمی شود و بنابراین نیازی به تقویت فونداسیون نیست)
- مقاوم در برابر بارهای متناوب، دینامیکی و تکراری (مورد استفاده در پله ها به دلیل عدم کارکرد)
- افزایش رفتار شكل پذیر سازه
- علاوه بر سرعت استفاده و نصب بالا
- تقریباً همین رفتار از نظر انبساط و انقباض با بتن
- قابلیت حمل آسان
- مقرون به صرفه بودن (اگرچه قیمت واحد مواد کامپوزیت بالاتر از سایر مواد است، اما به دلایل زیر استفاده از این مواد در مقاوم
- سازی مقرون به صرفه است)
- وزن سبک و بدون نیاز به تقویت پی‌ها
- ضخامت تمام شده كم و عدم كاهش زیر بنای مفید ساختمان
- نصب سریع و بدون نیاز به ماشین آلات سنگین و پر سر و صدا
- مقاومت در برابر خوردگی و بدون هزینه نگهداری
- میراگر اصطکاک