شبیه‌سازی زلزله روی ساختمان واقعی یک مدرسه

به گزارش گروه اجتماعی باشگاه خبرنگاران پویا؛ برای نخستین بار در کشور و سومین بار در دنیا، پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف با انجام آزمایشهای مخرب میدانی بر روی نمونه ساختمان موجود، مصالح بنایی کلاف‌دار واقعی و شبیه‌سازی اثر زلزله، اقدام به شناسایی ضعفهای این ساختمانها و ارائه راهکارهای بهینه برای مقاوم‌سازی آنها کردند.

این پروژه به صورت مشترک با تیمی از پژوهشگران دانشکده فنی دانشگاه تهران انجام شده است.

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 کردند؛ این آزمایش بر پایه قراردادی پژوهشی میان سازمان نوسازی، توسعه و تجهیز مدارس کشور و دانشگاه صنعتی شریف به منظور مقاوم‌سازی لرزه‌ای مدارس مصالح بنایی کلاف‌دار به انجام رسیده است.

به منظور بررسی میزان تأثیر وجود کلاف در بهبود عملکرد لرزه‌ای 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.

علی بخشی؛ عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی عمران درباره 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.

بخشی با تأکید بر اینکه این نوع آزمایشها در دنیا تنها در دو مورد اجرایی شده است، اضافه کرد: این نوع آزمایشها بسیار هزینه‌بر و چالش‌برانگیز است زیرا 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.

بخشی در عین حال با تأکید 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 این طرح با بیان اینکه طی سالیان اخیر روشهای مقاوم‌سازی مختلفی در ایران و سایر کشورها برای ساختمانهای 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 یادآور شد: این روش در فازهای بعدی این پروژه اجرایی خواهد شد و انتظار می‌رود در صورتیکه این روش بر روی نمونه‌ها اعمال شود، عملکرد این نوع ساختمانها به مراتب در مقایسه با حالت موجود بهبود یابد.

بخشی هدف از انجام این آزمایش را شناسایی ضعف ساختمانها ذکر کرد و یادآور شد: این مطالعات چندین هدف دارد که یکی از آنها شناسایی نقاط ضعف این نوع ساختمانها است.

وی نحوه شناسایی این ضعفها را مشاهدات حین آزمایش و نیز بررسی نتایج بخشهای 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.

مجری این طرح با بیان اینکه شناسایی ضعف این سازه نماینده قابل قبولی از تعداد زیادی از ساختمانهای آجری در کشور است، خاطر نشان کرد: بعد از شناسایی این ضعفها راهکارهایی برای مقاوم‌سازی این نوع سازه‌ها ارائه خواهد شد.

بخشی اضافه کرد: بر این اساس با آزمایشهایی که بر روی این ساختمانها انجام دادیم، روشهای منتخب مقاوم‌سازی را مورد بررسی قرار داده و با اعمال آن بر روی این نمونه ساختمانها، رفتار ساختمانهای مقاوم‌سازی شده را در مقابل رفتار ساختمانهای مقاوم‌سازی نشده متناظر مورد بررسی قرار خواهیم داد.

وی یادآور شد: این آزمایشها بصورت کنترل شده، انجام شد و به این ترتیب اجازه تخریب کامل ساختمانهای مورد بررسی داده نشد زیرا قرار است روش مقاوم‌سازی منتخب بر روی نمونه ساختمانهای مذکور اجرایی شود.

تفاوت دو سازه مورد آزمون

محمد یکرنگ‌نیا؛ دانشجوی دوره دکتری مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شریف هم با تأکید بر اینکه سابقا این نوع آزمایشها در کشور و نیز در بسیاری از کشورها به انجام رسیده است، یادآور شد: تمامی این آزمایشها در محیطهای آزمایشگاهی و بر روی اجزای مختلف سازه‌ها مانند دیوار، ستون و تیر انجام شده است؛ این در حالی است که این نوع آزمایشها در کشور تاکنون بر روی ساختمانهای واقعی اجرایی نشده است.

یکرنگ‌نیا تفاوت این دو ساختمان مورد آزمایش را در نوع کلافهای آن ذکر کرد و گفت: در نمونه دوم کلافهای قائمی وجود داشت 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 زیرا ابعاد آن کوچکتر بوده و میلگردهای کمتری در آن استفاده شده است؛ وظیفه این کلافها تأمین 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 و در نهایت منجر به ریزش کامل ساختمان می‌شود.

وی گفت: نتیجه این ساختمانها آن می‌شود که در زمان رخداد زلزله‌های متوسط و شدید این کلافها باعث می‌شود که دیوار شکل خود را حفظ کند؛ هر چند که در این دیوارها ترک ایجاد می‌شود اما این کلافها اجازه نمی‌دهند که این ترکها عریض شوند.

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 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 200 تن نصب شد.

وی ظرفیت جابه‌جایی این جک را 30 سانتیمتر ذکر کرد و ادامه داد: این جک با یکسری اجزای رابطی به بام نمونه ساختمان متصل شد و زمانیکه 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 شریف تأکید 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 می‌شوند.

یکرنگ‌نیا با بیان اینکه در زمینه مقاوم‌سازی سازه‌ها روشهای متنوعی ارائه شده است، گفت: ما باید از میان این روشها، مناسب‌ترین روش را برای مقاوم‌سازی ساختمانهای موجود در کشور انتخاب کنیم ضمن آنکه مؤثر بودن، سادگی در اجرا و توجیه اقتصادی این روشهای منتخب را باید مد نظر قرار دهیم.

انتهای پیام/