A földrengésálló építőipar a mélyépítés azon ága, amely az épületek és építmények szeizmikus hatások alatti viselkedésének tanulmányozására szakosodott, ami a földfelszín megrázkódtatása, a talaj teherbíró képességének elvesztése, a szökőárhullámok és módszerek kidolgozása, ill. szeizmikus hatásoknak ellenálló épületek építésének technológiái.
A földrengésálló konstrukciók bármely építkezést erődítménynek tekinthetik, de egy adott ellenség – földrengés vagy földrengés okozta katasztrófák (például cunami) – elleni védekezésre tervezték .
A földrengésálló építés fő feladatai:
Egy földrengésálló szerkezetnek nem kell terjedelmesnek és drágának lennie, mint például a Kukulkan piramis Chichen Itza városában . Jelenleg a szeizmikus építés leghatékonyabb és legköltséghatékonyabb eszköze a szeizmikus terhelés rezgésszabályozása , és különösen a szeizmikus szigetelés , amely lehetővé teszi viszonylag könnyű és olcsó épületek építését.
A szeizmikus terhelés a szeizmikus mérnöki és a szeizmikus ellenállás elmélet egyik alapfogalma, és a földrengések rezgésgerjesztésének alkalmazását jelenti különböző szerkezeteken.
A szeizmikus terhelés nagysága a legtöbb esetben a következőktől függ:
Szeizmikus terhelés lép fel egy építmény talajjal érintkező felületein , akár egy szomszédos szerkezettel [2] , akár egy földrengés által keltett cunami gravitációs hullámmal. Folyamatosan teszteli egy szerkezet szeizmikus ellenállását, és néha meghaladja a roncsolás nélküli ellenálló képességét.
Az acél szilárdsága körülbelül 10-szer nagyobb, mint a legerősebb betoné , falazaté vagy falazaté , ezért egy szerkezet földrengésállóságát általában olyan erős acélváz vagy falak használatával érik el, amelyek teljes roncsolódás nélkül és minimális veszteséggel ellenállnak a számított földrengésnek. az életé. Ilyen épület például a Berkeley Egyetem kollégiumi épülete , amelyet egy külső antiszeizmikus acél rácsozattal erősítettek meg.
A földrengésálló konstrukciónak azonban nem az a célja, hogy gyakorlatilag elpusztíthatatlan épületet építsenek: megvalósíthatóbb és gazdaságosabb, ha az épületet a rázó talaj felett "lebegni" engedjük. Ennek a problémának a megoldására szeizmikus védőket használnak - egyfajta szeizmikus szigetelést , amely drámaian növeli az épületek szeizmikus ellenállását [3] .
A szeizmikus elemzés egy olyan eszköz a földrengéstechnikában, amely az épületek és építmények szeizmikus terhelés alatti teljesítményének jobb megértését szolgálja . A szeizmikus ellenállás elemzése a szerkezeti dinamika [4] és az antiszeizmikus tervezés elvein alapul . A szeizmikus ellenállás elemzésének legelterjedtebb módszere a reakcióspektrumok [5] módszere volt , amelyet jelenleg is fejlesztettek [6] . A reakcióspektrumok azonban csak egy szabadságfokkal rendelkező rendszerekre jók . A háromdimenziós szeizmikus ellenállási diagramokkal [7] végzett lépésenkénti integráció alkalmazása hatékonyabbnak bizonyult sok szabadságfokkal rendelkező és jelentős nemlinearitású rendszerek esetén a kinematikai felépítés átmeneti folyamata esetén .
A szeizmikus ellenállás vizsgálata szükséges az épületek és építmények szeizmikus terhelés alatti tényleges működésének megértéséhez. A vizsgálatok terepi (természetes) és szeizmikus platformon történnek . A legkényelmesebb egy épületmodellt olyan szeizmikus platformon tesztelni, amely újrateremti a szeizmikus rezgéseket.
Szeizmikus platformon végzett párhuzamos vizsgálatokat általában akkor végeznek, ha egy szerkezet különböző módosításainak viselkedését kell összehasonlítani azonos szeizmikus terhelés mellett [8] .
A rezgésszabályozás olyan eszközök rendszere, amelyek az épületek szeizmikus terhelésének csökkentését szolgálják. Ezek az eszközök passzív, aktív és hibrid típusokra oszthatók [9] .
Száraz falazott falakFő cikk: Száraz falazat
Az első építők, akik különös figyelmet fordítottak a tőkeszerkezetek (különösen az épületek falainak) szeizmikus ellenállására, az inkák és Peru más ősi lakosai voltak. Az inka építészet sajátosságai a szokatlanul alapos és sűrű (így a tömbök közé még késpengéket sem lehet beilleszteni) a (gyakran szabálytalan alakú és különböző méretű) kőtömbök egymáshoz illesztése habarcsok alkalmazása nélkül [10] . Emiatt a falazatnak nem voltak rezonanciafrekvenciái és feszültségkoncentrációs pontjai, ami további szilárdságot kapott a boltozatban . Kis és közepes erősségű földrengések során az ilyen falazatok gyakorlatilag mozdulatlanok maradtak, erős földrengések esetén pedig a kövek egymáshoz viszonyított helyzetük elvesztése nélkül „táncoltak” a helyükön, majd a földrengés végén ugyanabban a sorrendben rakták egymásra [11 ] . Ezek a körülmények lehetővé teszik, hogy a száraz falak lerakását az épületek passzív rezgésszabályozásának történetében az egyik első eszköznek tekintsük.
Szeizmikus lengéscsillapítóA szeizmikus csillapító egyfajta szeizmikus szigetelés , amelyet arra használnak, hogy megvédjék az épületeket és építményeket a potenciálisan káros földrengésektől [13] .
A tokiói 17 emeletes lakóépületben szeizmikus lengéscsillapítókat szereltek fel gördülőcsapágyakra [14] .
Inerciális lengéscsillapítóJellemzően a hangolt tömegcsillapító , más néven tehetetlenségi csillapító, amely a rezgésszabályozás egyik eszköze, egy sokemeletes épületre vagy más építményre szerelt masszív betontömb, amely ennek az objektumnak a rezonanciafrekvenciáján oszcillál. speciális rugószerű mechanizmus szeizmikus terhelés alatt.
Erre a célra például a Taipei 101 felhőkarcoló tehetetlenségi lengéscsillapítója 660 tonnás acélgolyós lengőfüggesztéssel van felszerelve, amely a 92. és a 88. emelet között helyezkedik el. Két másik 6 tonnás rezgéscsillapító a torony tetején található, és az épület felső részének rezgéseit hivatott csillapítani.
Hiszterézis csillapítóA hiszteretikus csappantyú célja, hogy javítsa a szeizmikus terhelés alatt álló épületek és építmények működését az ezekbe az épületekbe és építményekbe behatoló szeizmikus energia disszipációja miatt. A hiszterézis csillapítóknak alapvetően négy csoportja van , nevezetesen:
Minden csillapítócsoportnak megvannak a sajátosságai, saját előnyei és hátrányai, amelyeket figyelembe kell venni használatuk során.
Csillapítás függőleges konfigurációbanA csillapító függőleges konfiguráció ( eng. Building elevation control ) célja, hogy javítsa az épületek és építmények szeizmikus terhelés alatti működését azáltal, hogy megakadályozza a rezonáns rezgéseket az ezekbe az épületekbe és szerkezetekbe behatoló szeizmikus energia szórásával. A piramis alakú épületek továbbra is felkeltik az építészek és mérnökök figyelmét a hurrikánokkal és földrengésekkel szembeni nagyobb ellenállásuk miatt.
Ehhez a rezgéscsillapító módszerhez nincs szükség kúpos épületprofilra. Hasonló hatás érhető el az olyan jellemzők megfelelő konfigurációjával, mint a padlók tömege és merevsége [16] .
Többfrekvenciás rezgéscsillapítóA többfrekvenciás rezgéscsillapító ( Multi-Frequency Quieting Building System , MUK) sokemeletes épületre vagy más építményre telepített rezgéscsillapító eszközök rendszere, amely szeizmikus terhelés hatására egy adott objektum meghatározott rezonanciafrekvenciáján rezeg.
Mindegyik MUK számos padlóközi membránt tartalmaz, amelyeket egy sor kiálló konzol keretez, amelyek különböző periódusú természetes oszcillációkkal rendelkeznek, és tehetetlenségi csillapítóként működnek . A MUK használata lehetővé teszi az épület funkcionális és építészeti szempontból vonzóvá tételét.
Az épület magasított alapjaA megemelt épületalap egy olyan rezgéscsillapító eszköz a földrengéstechnikában, amely javíthatja az épületek és építmények teljesítményét szeizmikus terhelés alatt.
Az épület magasított talpának (BEZ) hatása a következőkön alapul. A POS-en belüli terjedésük során a szeizmikus hullámok többszörös visszaverődése, diffrakciója és disszipációja következtében a szeizmikus energia átvitele a felépítménybe (az épület felső részébe) nagymértékben gyengül [19] .
Ezt a célt az építőanyagok megfelelő kiválasztásával, a szerkezeti méretekkel, valamint a POS egy adott építkezéshez való konfigurációjával érik el.
Ólom-gumi támasztékAz ólomgumi csapágy egy szeizmikus szigetelés, amelyet arra terveztek, hogy javítsa az épületek és építmények szeizmikus terhelés alatti működését az alapokon keresztül ezekbe az épületekbe és szerkezetekbe behatoló szeizmikus energia intenzív csillapítása miatt. A képen egy ólom-gumi tartó tesztje látható, amely ólommaggal ellátott gumihengerből készült.
Azonban a mechanikailag megfelelő rendszerek, mint például a szeizmikusan elszigetelt szerkezetek, viszonylag kis vízszintes merevséggel, de jelentős, úgynevezett csillapító erővel, már csak ezen erő hatására is jelentős túlterhelést tapasztalhatnak egy földrengés következtében [20] .
Rugós lengéscsillapítóRugós lengéscsillapító A Base Isolator egy ólom-gumi oszlophoz hasonló felépítésű szigetelő eszköz . A kaliforniai Santa Monicában található két kis háromemeletes házat tesztelték a Northridge-i földrengés során 1994-ben. Az eredmények elemzése azt mutatta, hogy az épületek tényleges tartóssága többszöröse a vártnál [21] [22] .
Súrlódó ingatámaszA súrlódó ingacsapágy egy szeizmikus szigetelés, amely egy rezgéscsillapító eszköz a földrengésálló konstrukciókban, amely javíthatja az épületek és építmények szeizmikus terhelés alatti teljesítményét, és a következő fő elemekből áll:
A szeizmikus ellenállás vizsgálata kiterjed mind a terepi, mind az analitikai és laboratóriumi kísérletekre, amelyek célja az ismert tények magyarázata vagy az általánosan elfogadott nézetek felülvizsgálata az újonnan felfedezett tények és elméleti fejlemények tükrében. Az új ismeretek megszerzésének fő gyakorlati módszere továbbra is a földrengések által megrongált építmények vizsgálata.
A szeizmikus ellenállás területén a vezető kutatószervezetek a következők: