شبیه‌سازی زلزله بر روی یک ساختمان واقعی توسط پژوهشگران دانشگاه شریف و تهران با هدف مقاوم‌سازی سازه‌ها
برای اولین بار در کشور و سومین بار در دنیا، پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف با انجام آزمایش های مخرب میدانی بر روی نمونه ساختمان موجود مصالح بنایی کلاف دار واقعی و شبیه سازی اثر زلزله، اقدام به شناسایی ضعف‌های این ساختمان ها و ارائه راهکارهای بهینه برای مقاوم‌سازی آنها نمودند. این پروژه به صورت مشترک با تیمی از پژوهشگران دانشکده فنی دانشگاه تهران انجام شده است.
به گزارش تکرا و به نقل از دانشگاه شریف؛ محققان دانشگاه صنعتی شریف به منظور بهسازی و کاهش خسارات مالی و جانی ناشی از زلزله، آزمایش «استاتیکی رفت و برگشتی» بر روی یک ساختمان واقعی یک طبقه را تا مرز فروریزش اجرا نمودند. این آزمایش بر پایه قراردادی پژوهشی میان سازمان نوسازی، توسعه و تجهیز مدارس کشور و دانشگاه صنعتی شریف به منظور مقاوم‌سازی لرزه ای مدارس مصالح بنایی کلاف دار به انجام رسیده است.
بنا بر این گزارش؛ به منظور بررسی میزان تاثیر وجود کلاف در بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان مورد بررسی، نمونه ساختمان مشابه بدون کلاف در شرایط کاملا یکسان با شرایط این آزمایش در قالب قراردادی موازی با سازمان نوسازی، توسعه و تجهیز مدارس کشور توسط تیمی تحقیقاتی از دانشگاه تهران در هفته گذشته به انجام رسید.
دکتر علی بخشی عضو هیئت علمی دانشکده ی مهندسی عمران در گفتگو با خبرنگار روابط عمومی در خصوص این تست گفت: این آزمایش از نوع «استاتیکی رفت و برگشتی» است که بر روی یک ساختمان واقعی مصالح بنایی یک طبقه اجرایی شد تا تحریک‌های یک زلزله را شبیه‌سازی کنیم.
وی با بیان اینکه رفتار زلزله یک رفتار دینامیکی است، خاطرنشان کرد: در این مطالعات این رفتار را با رفتار استاتیکی به صورت رفت و برگشتی معادل‌سازی می‌کنیم.
مهندس محمد یکرنگ نیا دانشجوی دوره دکتری مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شریف با تاکید بر اینکه سابقا این نوع آزمایش‌ها در کشور و نیز در بسیاری از کشورها به انجام رسیده است، یادآور شد: تمامی این آزمایش ها در محیط‌های آزمایشگاهی و بر روی اجزای مختلف سازه‌ها مانند دیوار، ستون و تیر انجام شده است؛ این در حالی است که این نوع آزمایش ها در کشور تاکنون بر روی ساختمان های واقعی اجرایی نشده است.
دکتر بخشی با تاکید بر اینکه این نوع آزمایش‌ها در دنیا تنها در دو مورد اجرایی شده است، اضافه کرد: این نوع آزمایش ها بسیار هزینه‌بر و چالش‌برانگیز است؛ چراکه لازم است شرایط آزمایشگاهی را در محل بر روی یک نمونه ساختمان واقعی ایجاد کنیم.
وی با اشاره به نحوه اجرای این آزمایش توضیح داد: برای این امر تعداد زیادی حسگر دقیق بر روی بخش‌های مختلف ساختمان نصب شد، ضمن آنکه با ایجاد یک کف‌سازی مناسب، یک جک هیدرولیکی در آن کار گذاشته شد.
تفاوت دو سازه مورد آزمون
مهندس یکرنگ نیا تفاوت این دو ساختمان مورد آزمایش را در نوع کلاف‌های آن ذکر کرد و افزود: در نمونه دوم کلاف‌های قائمی دارد که عملکرد لرزه‌ای آن بهتر از نمونه اول بود.
وی در این باره توضیح داد: کلاف‌های قائم همانند ستون‌های بتن مسلح در حالت ضعیف‌تر هستند؛ چراکه ابعاد آن کوچک‌تر بوده و میلگردهای کمتری در آن استفاده شده است. وظیفه این کلاف‌ها تامین یکپارچگی دیوارها در حین رخداد زلزله است.
این محقق افزود؛ در زمان وقوع زلزله مهمترین ضعف این نوع سازه‌ها جدا شدن آجرهای دیوارها از یکدیگر است، ضمن آنکه ترک‌های ایجاد شده عریض شده و در نهایت ساختمان یکپارچگی خود را از دست می‌دهد، به‌گونه‌ای که بخش‌های مختلف ساختمان به بیرون پرتاب می‌شود و در نهایت منجر به ریزش کامل ساختمان خواهد شد.
وی ادامه داد: نتیجه این ساختمان‌ها آن می‌شود که در زمان رخداد زلزله‌های متوسط و شدید این کلاف‌ها باعث می‌شود که دیوار شکل خود را حفظ کند. هرچند که در این دیوارها ترک ایجاد می‌شود، ولی این کلاف‌ها اجازه نمی‌دهند که این ترک‌ها عریض شوند.
دکتر بخشی در عین حال با تاکید بر اینکه استفاده از این کلاف‌ها راه‌حل نهایی برای مقاوم‌سازی سازه‌ها نیست نیز خاطرنشان کرد: این نوع ساختمان‌ها جزء آسیب‌پذیرترین انواع ساختمان‌ها هستند و لازم است تمهیداتی اندیشیده شود تا این نوع سازه‌ها مقاوم‌سازی شود.
مجری طرح با بیان اینکه طی سالیان اخیر روش‌های مقاوم‌سازی مختلفی در ایران و سایر کشورها برای ساختمان های مصالح بنایی ارائه شده است، اظهار کرد: مهمترین روش‌های ارائه شده در این زمینه، روش شاتکریت دیوارهای پیرامونی است. در این روش شاتکریت که بتن متشکل از سیمان، ماسه و شن است به کمک هوای فشرده بر روی دیوار پاشیده می‌شود.
وی با تاکید بر اینکه روش ارائه‌شده برای مقاوم‌سازی روش شاتکریت است، یادآور شد: این روش در فازهای بعدی این پروژه اجرایی خواهد شد و انتظار می‌رود در صورتی که این روش بر روی نمونه‌ها اعمال شود، عملکرد این نوع ساختمان‌ها به مراتب در مقایسه با حالت موجود بهبود یابد.
روش‌های شبیه‌سازی زلزله در سازه
مهندس یکرنگ‌نیا در ادامه به بیان نحوه شبیه‌سازی زلزله بر روی این سازه پرداخت و افزود: برای این منظور کفی قوی با شمعهای بتن مسلح ایجاد کردیم که دارای سختی زیادی است و بر روی این کفی قوی یک سازه فولادی بنا کردیم و ضمن آنکه جک هیدرولیکی با ظرفیت ۲۰۰ تن نصب شده است.
وی ظرفیت جابه‌جایی این جک را ۳۰ سانتی‌متر ذکر کرد و ادامه داد: این جک با یکسری اجزای رابطی به بام نمونه ساختمان متصل شده است و زمانی که در جک تحریکی صورت می‌گیرد، به سازه فشار وارد می‌کند و آن را جا به‌جا می‌کند.
وی با بیان اینکه این اقدام در سیکل‌های متوالی صورت می‌گیرد، اضافه کرد: دامنه جابه‌جایی‌ها از کم به زیاد متغیر است؛ به‌گونه‌ای که در سیکل‌های بالاتر با ایجاد ترک‌هایی در دیوارها، ساختمان خساراتی متوسط تا جدی را تجربه می‌کند.
این دانشجوی شریفی تاکید کرد: سیکل‌های از کم به زیاد در واقع زلزله‌های به ترتیب خفیف، متوسط و شدید هستند که در این تحقیقات شبیه‌سازی و معادل‌سازی می‌شوند.
وی به بیان تخریب‌های ناشی از زلزله‌های واقعی پرداخت و گفت: در زلزله‌های کم و خفیف ترک‌های مویی در ساختمان ایجاد می‌شود، ولی در ادامه، زلزله‌های متوسط و شدید سبب ایجاد ترک‌های جدی‌تر در ساختمان می شوند.
دکتر بخشی هدف از انجام این آزمایش را شناسایی ضعف ساختمان ها ذکر کرد و یادآور شد: این مطالعات چندین هدف دارد که یکی از آنها شناسایی نقاط ضعف این نوع ساختمان ها می باشد. نحوه شناسایی این ضعف‌ها را مشاهدات حین آزمایش و نیز بررسی نتایج بخش های مختلف ساختمان با استفاده از حسگرهای نصب شده در دیوارها ذکر کرد و یادآور شد: با استفاده از داده‌های این حسگرها پارامترهای رفتاری سازه استخراج و مورد تحلیل و بررسی دقیق قرار خواهد گرفت.
وی با بیان اینکه شناسایی ضعف این سازه نماینده قابل قبولی از تعداد زیادی از ساختمان‌های آجری در کشور است، خاطرنشان کرد: بعد از شناسایی این ضعف‌ها راهکارهایی برای مقاوم‌سازی این نوع سازه‌ها ارائه خواهد شد.
مهندس یکرنگ‌نیا با بیان اینکه در زمینه مقاوم‌سازی سازه‌ها روش‌های متنوعی ارائه شده است، گفت: ما باید از میان این روش‌ها، مناسب ترین روش را برای مقاوم سازی ساختمان‌های موجود در کشور انتخاب کنیم، ضمن آنکه موثر بودن، سادگی در اجرا، و توجیه اقتصادی این روش های منتخب را باید مد نظر قرار دهیم.
دکتر بخشی اضافه کرد: بر این اساس با آزمایش هایی که بر روی این ساختمان ها انجام دادیم، روش‌های منتخب مقاوم‌سازی را مورد بررسی قرار داده و با اعمال آن بر روی این نمونه ساختمان ها، رفتار ساختمان های مقاوم‌سازی شده را در مقابل رفتار ساختمان های مقاوم‌سازی نشده متناظر مورد بررسی قرار خواهیم داد.
وی در پایان یادآور شد؛ این آزمایش ها بصورت کنترل شده انجام شد و به این ترتیب اجازه تخریب کامل ساختمان های مورد بررسی داده نشد، چراکه قرار است روش مقاوم سازی منتخب بر روی نمونه ساختمان های فوق الذکر اجرایی شود.
مطلب شبیه‌سازی زلزله بر روی یک ساختمان واقعی توسط پژوهشگران دانشگاه شریف و تهران با هدف مقاوم‌سازی سازه‌ها برای اولین بار در وب سایت تکرا - اخبار روز تکنولوژی نوشته شده است.