System izolacji podstawowej dla trzęsienia ziemi: zarys zasad, typów, zalet i zastosowań

Samo trzęsienie ziemi lub koktajl ziemi nie jest katastrofą, jest to naturalne zjawisko wynikające z ruchu naziemnego, czasem gwałtownego. Wytwarzają one fale powierzchniowe, które powodują wibracje ziemi i struktury stojące na górze. W zależności od charakterystyki tych wibracji ziemia może rozwinąć pęknięcia, szczeliny i osady. Możliwe ryzyko utraty życia dodaje bardzo poważnego wymiaru projektowi sejsmicznemu, stawiając moralną odpowiedzialność inżynierów strukturalnych. W ostatnim czasie opracowano wiele nowych systemów, aby zmniejszyć siły trzęsienia ziemi działające na strukturę, albo w celu wchłaniania części energii sejsmicznej.
Jednym z najczęściej wdrażanych i akceptowanych systemów ochrony sejsmicznej jest izolacja podstawowa.

Izolacja podstawowa jest jednym z najczęściej akceptowanych systemów ochrony sejsmicznej w obszarach podatnych na trzęsienie ziemi. Łagodzi wpływ trzęsienia ziemi poprzez zasadniczo izolowanie struktury od potencjalnie niebezpiecznych ruchów naziemnych. Izolacja sejsmiczna to strategia projektowa, która odrywa strukturę szkodliwych skutków ruchu gruntu. Termin izolacja odnosi się do zmniejszonej interakcji między strukturą a ziemią.

Gdy system izolacji sejsmicznej znajduje się pod strukturą, jest on określany jako „izolacja podstawowa”.
Innym celem systemu izolacji jest zapewnienie dodatkowego środka rozpraszania energii, zmniejszając w ten sposób przeniesione przyspieszenie do nadbudowy. Odsprzężenie pozwala budynkowi zachowywać się bardziej elastycznie, co poprawia jego reakcję na trzęsienie ziemi. Pojęcie izolacji podstawowej wyjaśniono na przykład budynku spoczywającego na wałkach bez tarcia. Kiedy ziemia się trzęsie, rolki swobodnie się toczą, ale powyższy budynek się nie porusza.
Zatem żadna siła nie jest przenoszona do budynku z powodu wstrząsania ziemi; Po prostu budynek nie doświadcza trzęsienia ziemi.

Pojęcie izolacji podstawowej wyjaśniono na przykład budynku spoczywającego na wałkach bez tarcia. Kiedy ziemia się trzęsie, rolki swobodnie się toczą, ale powyższy budynek się nie porusza. Zatem żadna siła nie jest przenoszona do budynku z powodu wstrząsania ziemi; Po prostu budynek nie doświadcza trzęsienia ziemi.
Teraz, jeśli ten sam budynek spoczywa na elastycznych podkładkach, które oferują odporność na ruchy boczne, wówczas pewne efekty wstrząsania ziemi zostanie przeniesione do budynku powyżej.
Elastyczne podkładki nazywane są izolatorami bazowymi, podczas gdy struktury chronione za pomocą tych urządzeń nazywane są budynkami izolowanymi przez zasadę. Główną cechą podstawowej technologii izolacji jest to, że wprowadza elastyczność w strukturze.

Konieczne jest staranne badanie w celu zidentyfikowania najbardziej odpowiedniego rodzaju urządzenia dla określonego budynku. Ponadto izolacja podstawowa nie jest odpowiednia dla wszystkich budynków. Najbardziej odpowiednimi konstrukcjami do izolacji podstawowej są budynki o niskiej i średnich wieżowcach spoczywane na twardej glebie pod spodem. Wysokie budynki lub budynki spoczywane na miękkiej glebie nie nadają się do izolacji podstawowej.

Podstawową zasadą izolacji podstawowej jest modyfikacja reakcji budynku, aby ziemia mogła przesunąć się pod budynkiem bez przekazywania tych ruchów do budynku. Idealnie sztywny budynek będzie miał okres zerowy. Gdy ziemia porusza się, przyspieszenie indukowane w strukturze będzie równe przyspieszeniu gruntu, a między konstrukcją a podłożem będzie zerowe przemieszczenia względne. Struktura i grunt poruszają tę samą kwotę. Idealnie elastyczny budynek będzie miał nieskończony okres.
W przypadku tego typu struktury, gdy grunt pod strukturą porusza się, w strukturze indukowano zerowe przyspieszenie, a względne przesunięcie między strukturą a podłożem będzie równe przemieszczeniu gruntu. Tak więc nieelastyczne struktury, że struktura się nie porusza, podłoż.

Podstawowe wymagania systemu izolacji to
1). Elastyczność
2). Tłumienie
3). Odporność na pionowe lub inne obciążenia serwisowe.

Ochrona nad trzęsieniem ziemi struktur przy użyciu techniki izolacji podstawowej jest ogólnie odpowiednia, jeśli spełnione są następujące warunki
1. Podoopolem nie wytwarza przewagi długiego ruchu gruntu.
2. Struktura jest dość połączona z wystarczająco wysokim obciążeniem kolumnowym.
3. Witryna pozwala na przemieszczenia poziome u podstawy rzędu 200 mm lub więcej.
4. Obciążenia boczne z powodu wiatru są mniejsze niż około 10% masy konstrukcji.
 

· Gdy trzęsienie ziemi jest dotknięte stałą strukturą podstawową w tym czasie, że struktura nie broni przed trzęsieniem ziemi.
· Ale w strukturze izolowanej przez zasadę, gdy trzęsienie ziemi jest dotknięte budynkiem konstrukcji, bardzo dobrze broni się przed trzęsieniem ziemi.
· W ustalonej strukturze struktura porusza się wraz z ruchem gruntu.
· W izolowanej strukturze struktura nie porusza się z ruchem gruntu. Ale łożysko izolacyjne porusza się z ruchem gruntu. Możemy więc powiedzieć, że struktura jest bezpieczna.

Izolatory sejsmiczne

Elastomerowe izolatory
▶ Liniowe łożyska gumy naturalnej (LNR)
▶ łożyska gumowe o niskim tłumieniu
▶ Łożyska ołowiowe (LRB)
▶ Łożyska gumowe o wysokim tłuszczu (HDR)

Przesuwane izolatory
▶ System odpornego tarcia
▶ System wahadła tarcia (FPS)

Są one utworzone z poziomych warstw gumy naturalnej lub syntetycznej w cienkich warstwach związanych między płytkami stalowymi.
Płytki stalowe zapobiegają wybrzuszeniu gumowych warstw, dzięki czemu łożysko jest w stanie obsługiwać wyższe obciążenia pionowe tylko małymi deformacjami.
Zwykłe łożyska elastomeryczne zapewniają elastyczność, ale brak znaczącego tłumienia i będą poruszać się pod obciążeniami usług.

1, nisko tłumiący łożysko kauczuku naturalnego (LDR)
Współczynnik tłumienia=2% do 3%
Produkcja jest łatwa.
Odpowiedź nie jest silnie wrażliwa temperatura, szybkość obciążenia i starzenie się.
Odkształcenie ścinające jest przekraczane do 100%.

2, wysoko tłumiący łożysko gumy naturalnej (HDR)
Tłumienie jest zwiększane poprzez dodanie dodatkowej sadzy, olejków lub żywic i innych wypełniaczy.
Maksymalne odkształcenie ścinające=200 do 350%
Współczynnik tłumienia=10 do 20% przy 100% odkształceniu ścinającym
Skuteczne tłumienie zależy od:
· Prędkość obciążeń
· Historia ładowania
· Temperatura

3, łożyska ołowiowe (łożysko gumowe laminowane) (LRB)
Łożysko ołowiowe lub łożysko rdzenia ołowiowego jest utworzone z wtyczki ołowiowej wzmocnionej do wstępnie uformowanego otworu w łożysku elastomerycznym. Główny rdzeń zapewnia sztywność w obciążeniach serwisowych i rozpraszanie energii przy wysokich obciążeniach bocznych. Górne i dolne stalowe płytki, grubsze niż podkładki wewnętrzne, służą do pomieszczeń sprzętu montażowego. Całe łożysko jest zamknięte w gumy pokrycia, aby zapewnić ochronę środowiska.
Po poddaniu niskim obciążeniom bocznym (takim jak niewielkie trzęsienie ziemi, wiatr lub obciążenia ruchu) łożysko ołowiowe jest sztywne zarówno boczne, jak i pionowe.
Sztywność boczna wynika z wysokiej sztywności sprężystości wtyczki ołowiowej i sztywności pionowej (która pozostaje na wszystkich poziomach obciążenia) wynika z konstrukcji łożyska stalowego.

4, przesuwane izolatory
Drugi najczęstszy rodzaj systemu izolacji wykorzystuje elementy ślizgowe między podkładem i podstawą struktury.
Przez sprężyny o wysokim napięciu lub laminowane łożysko gumowe poprzez przesuwaną zakrzywioną powierzchnię.
Mechanizmy te zapewniają siłę przywracającą, aby zwrócić strukturę do jej pozycji równowagi.
4a. Płaskie izolatory ślizgowe (odporne system tarcia)
Dwa rodzaje płaskich przesuwanych izolatorów:
· Z najnowszą pojemnością
· Bez niedawnych zdolności
1). Przesuwany izolator bez najnowszych pojemności
Składa się z poziomej przesuwanej powierzchni, umożliwiającej przemieszczenie, a tym samym rozpraszając energię za pomocą zdefiniowanego tarcia między komponentami przesuwnymi i stali nierdzewnej.
Jednym szczególnym problemem ze strukturą ślizgową są resztkowe przemieszczenia, które występują po głównych trzęsieniach ziemi.
2). Ślizgający się izolator o najnowszej pojemności
W porównaniu z przesuwnymi izolatorami, przesuwana wahadła izolacyjna (SIPS) z najnowszą pojemnością ma wklęsłą płytkę przesuwną.
Z powodu geometrii każde przemieszczenie poziome powoduje pionowy ruch izolatora.
Energia potencjalna, przechowywana przez nadbudowę, która została zepchnięta na górę, automatycznie skutkuje niedawnym łożyskiem w pozycji neutralnej.
Pozostają elastyczne poziomo, rozpraszają energię i najnowszy nadbudowa w pozycji neutralnej.

4b. Sferyczne izolatory ślizgowe (rolki) (system wahadła tarcia) (FPS/FPB)
System wahadła tarcia jest przesuwanym systemem izolacji, w którym ciężar konstrukcji jest wspierany na sferycznych przesuwanych powierzchniach, które przesuwają się względem siebie, gdy ruch uziemienia przekracza poziom progowy.

Wymaganiem instalacji podstawowego systemu izolacji jest to, że budynek jest w stanie poruszać się poziomo w stosunku do ziemi, zwykle co najmniej 100 mm.
Najczęstszą konfiguracją jest zainstalowanie przepony bezpośrednio nad izolatorami.
Jeśli budynek ma piwnicę, opcje mają instalację izolatorów u góry, dolnej lub środkowej wysokości kolumn i ścian piwnicy.

1. Zmniejszyło sejsmiczne zapotrzebowanie na strukturę, zmniejszając w ten sposób koszt struktury.
2. Mniejsze przemieszczenia podczas trzęsienia ziemi.
3. Poprawia bezpieczeństwo struktur
4. Zmniejszyło szkody spowodowane podczas trzęsienia ziemi. Pomaga to w utrzymaniu wydajności struktury po zdarzeniu.
5. Zwiększa wydajność struktury w obciążeniach sejsmicznych.
6. Zachowanie mienia

· Wdrożenie w sposób skuteczny.
· Dodatki dla przemieszczeń budowlanych.
· Nieefektywne dla wysokich budynków
· Nie nadaje się do budynków spoczywających na miękkiej glebie.
 

1. Podstawowa izolacja mostów
2. Podstawowa izolacja ważnych budynków
3. Zwiększenie reakcji struktur historycznych
4. Izolacja w polu maszynowym

Metoda izolacji bazy sejsmicznej okazała się niezawodną metodą projektowania opornego na trzęsienie ziemi.
Sukces tej metody w dużej mierze przypisuje się rozwojowi urządzeń izolacyjnych i właściwym planowaniu.
Systemy izolacji elastycznej muszą być skuteczne podczas szerokiej gamy zdarzeń sejsmicznych.
Wymagane są wysiłki w celu znalezienia rozwiązań dla sytuacji takich jak regiony bliskiego winy, w których mogą wystąpić szeroka gama ruchów trzęsienia ziemi.