شبیه‌سازی زلزله روی یک ساختمان واقعی

کد خبر: ۷۰۳۸۵۸

تاریخ: ۲۵ خرداد ۱۳۹۶ - ۰۸:۳۰

پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف با امضای قراردادی با سازمان نوسازی مدارس اقدام به مقاوم‌سازی یک مدرسه فرسوده کرده‌اند که برای این منظور با استفاده از ۲۵ سنسور نصب شده در دیوار سازه اقدام به شناسایی ضعف‌های این سازه و راهکارهای بهینه برای مقاوم‌سازی آن خواهند کرد.

به گزارش ایسنا، 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 اجرایی خواهند کرد و این آزمون تا مرز فروریزش ادامه می‌یابد.

این آزمون در پی امضای قراردادی میان سازمان نوسازی مدارس و دانشگاه شریف به منظور مقاوم‌سازی مدارس پیاده‌سازی می‌شود.

تست انجام شده در دو مرحله است که مرحله اول آن اجرایی و مرحله دوم آن در ساعت ۱۳ امروز، پنج‌شنبه ۲۵ خردادماه در دبیرستان کاشانی واقع در اتوبان کرج اجرایی می‌شود.

جزئیات انجام تست

محمد یکرنگ‎نیا، مجری طرح در گفت‌وگو با ایسنا، با بیان اینکه این تست یک آزمون «استاتیکی رفت و برگشتی» است که بر روی یک ساختمان واقعی اجرایی می‎شود، افزود: در این آزمایش قرار است 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.

یکرنگ‎نیا با تاکید بر اینکه این نوع تست‌ها در بسیاری از کشورها اجرایی شده است، یادآور شد: در سالیان اخیر موارد متعددی از این آزمون در محیط‌های آزمایشگاهی انجام شده است. این آزمایش‌ها در محیط آزمایشگاهی بر روی اجزای مختلف سازه‌ها مانند دیوار، ستون و تیر انجام شده بود و تاکنون بر روی سازه‌های واقعی اجرایی نشده است.

وی از اجرای این تست‌ها بر روی یک سازه واقعی خبر داد و اظهار کرد: این تحقیقات بر روی یک ساختمان فرسوده که در حال تخریب است، اجرایی خواهد شد و این برای اولین بار است که در کشور این نوع آزمون‌های استاتیکی رفت و برگشتی بر روی یک نمونه واقعی اجرایی می‌شود.

این محقق با تاکید بر اینکه این نوع آزمون‌ها در دنیا تنها در دو مورد اجرایی شده است، اضافه کرد: این نوع آزمون‌ها بسیار هزینه‌بر و چالش‌برانگیز است؛ چراکه باید در این آزمون شرایط آزمایشگاهی را در محل بر روی یک نمونه واقعی سازه اجرایی کنیم.

وی با اشاره به نحوه اجرای این آزمون توضیح داد: برای این امر تعداد زیادی سنسور بر روی بخش‌های مختلف سازه نصب خواهد شد، ضمن آنکه با ایجاد یک کف‌سازی مناسب، یک جک هیدرولیکی در آن کار گذاشته می‌شود.

یکرنگ‌نیا با بیان اینکه این آزمون بر روی دو نمونه سازه مشابه انجام می‌شود، گفت: یکی از این آزمون‌ها انجام شده و آزمون دوم نیز امروز پنجشنبه ۲۵ اردیبهشت‌ماه اجرایی می‌شود.

به گفته وی، این دو سازه مشابه یکدیگر هستند و هر دو با مصالح بنایی در یک طبقه ساخته شده و دارای کاربری مدرسه بوده‌اند که در حال حاضر فرسوده شده و به عنوان مدرسه تخریبی مطرح هستند.

تفاوت دو سازه مورد آزمون

این دانشجوی دوره دکتری مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شریف تفاوت این دو سازه را در نوع کلاف‌های آن ذکر کرد و افزود: در نمونه دوم که امروز تست‌های آن اجرایی می‌شود، کلاف‌های قائمی دارد که انتظار می‌رود عملکرد لرزه‌ای آن بهتر از نمونه اول باشد.

وی در این باره توضیح داد: کلاف‌های قائم حالت یکسری ستون‌های بتنی دارند، ولی ضعیف‌تر از ستون‌های بتنی هستند؛ چراکه ابعاد آن کوچک‌تر و میلگردهای کمتری در آن استفاده شده است. وظیفه این کلاف‌ها تامین یکپارچگی دیوارها است.

این محقق اضافه کرد: در زمان وقوع زلزله مهمترین ضعف این نوع سازه‌ها جدا شدن آجرهای دیوارها از یکدیگر است، ضمن آنکه ترک‌های ایجاد شده عریض و به طور کلی ساختمان یکپارچگی خود را از دست می‌دهد، به‌گونه‌ای که بخش‌های مختلف ساختمان به بیرون پرتاب می‌شود و در نهایت منجر به ریزش 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. از این رو ما انتظار داریم که در تست نمونه دوم عملکرد سازه در برابر حرکات استاتیکی رفت و برگشتی بهتر باشد.

یکرنگ‌نیا 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 در مقایسه با ساختمان‌های اسکلت بتنی هستند و لازم است تمهیداتی اندیشیده شود تا این نوع سازه‌ها مقاوم‌سازی شود.

مجری طرح با بیان اینکه در دنیا روش‌های مختلفی در ایران و سایر کشورها طی سالیان اخیر برای مقاوم‌سازی سازه‌ها 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

یکرنگ‌نیا در ادامه به بیان نحوه شبیه‌سازی زلزله بر روی این سازه پرداخت و افزود: برای این منظور کفی قوی با بتن 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.

مجری طرح ظرفیت جابه‌جایی این جک را ۳۰ سانتی‌متر ذکر کرد و ادامه داد: این جک با یکسری اجزای رابطی به بام نمونه 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 سیکل‌ها و چرخه‌های متوالی صورت می‌گیرد، اضافه کرد: دامنه جابه‌جایی‌ها از کم به زیاد متغیر است؛ به‌گونه‌ای که در سیکل‌های بالاتر با ایجاد ترک‌هایی در دیوار خساراتی را به سازه وارد می‌کند.

یکرنگ‌نیا 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.

مجری طرح به بیان تخریب‌های ناشی از زلزله‌های واقعی پرداخت و گفت: در زلزله‌های کم و خفیف ترک‌های مویی در سازه ایجاد می‌شود، ولی در مقابل زلزله‌های متوسط ترک‌های جدی‌تر را به سازه ایجاد می‌کند.

وی ادامه داد: در زلزله‌های شدید منجر به فرو ریزش ساختمان‌ها خواهد شد که این رخدادها در این تست شبیه‌سازی می‌شود.

یکرنگ‌نیا هدف از انجام این تست را شناسایی ضعف سازه‌ها ذکر کرد و یادآور شد: این مطالعات چندین هدف دارد که یکی از آنها نقاط ضعف این نوع سازه‌ها شناسایی شود؛ به‌گونه‌ای که در این مطالعات با بررسی ترک‌های مختلفی که در دیوارها رخ می‌دهد، ضعف آنها شناسایی می‌شود.

مجری طرح، نحوه شناسایی این ضعف‌ها را با استفاده از ۲۵ سنسور نصب شده در دیوار ذکر کرد و یادآور شد: با استفاده از داده‌های این سنسورها پارامترهای رفتاری سازه استخراج و آنالیز می‌شود.

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.

یکرنگ‌نیا با بیان اینکه در زمینه مقاوم‌سازی سازه‌ها روش‌های متنوعی ارائه شده است، گفت: ما باید از میان این روش‌ها، روش بهینه‌ای را برای بهینه‌سازی ساختمان‌های موجود در کشور انتخاب کنیم که ضمن آنکه توجیه اقتصادی داشته باشند، در تعداد زیادی از سازه‌ها نیز قابل اجرا باشند.

مجری طرح، موثر بودن بهبود عملکردی سازه را از دیگر ویژگی‌های روش‌های ارائه شده برای مقاوم‌سازی سازه‌های مصالح ساختمانی عنوان کرد و یادآور شد: علاوه بر آن این روش‌ها باید عملکرد جابه‌جایی سازه‌ها را بهبود بخشند، به‌گونه‌ای که به سازه اجازه دهند در زمان زلزله ترک ایجاد شود، ولی اجازه ندهد که این ترک‌ها عمیق‌تر شده و ساختمان ریزش کند.

وی اضافه کرد: بر این اساس با تست‌هایی که بر روی این سازه‌ها انجام می‌دهیم، قرار است روش‌های منتخب مقاوم‌سازی را مورد بررسی قرار دهیم و با اعمال آن بر روی سازه، رفتار سازه‌های مقاوم‌سازی شده را در مقابل رفتار سازه‌های مقاوم‌سازی نشده مورد بررسی قرار دهیم.

به گفته وی، در نمونه اول این تست یک مدرسه در کنار نمونه دوم که یک مدرسه فرسوده می‌باشد، بوده است. این آزمون در دو کلاس یک مدرسه اجرایی می‌شود.

یکرنگ‌نیا اضافه کرد: این مطالعات با امضای قراردادی برای مقاوم‌سازی مدرسه اجرایی می‌شود و در طی آن تنها رفتار سازه مورد بررسی قرار می‌گیرد و سازه تخریب کامل نمی‌شود؛ چراکه این آزمون یک تست کنترل‌شده بوده و قرار است در این مطالعات اقدام به مقاوم‌سازی این سازه شود.