Osnovni izolacijski sistem za potres: oris načel, vrst, prednosti in aplikacij

Potres ali ozemljitev sam po sebi ni katastrofa, je naravni pojav, ki je posledica gibanja tal, včasih nasilen. Ti proizvajajo površinske valove, ki povzročajo vibracijo tal in struktur, ki stojijo na vrhu. Glede na značilnosti teh vibracij lahko tla razvijejo razpoke, razpoke in naselja. Možno tveganje za izgubo življenja dodaja zelo resno dimenzijo potresnemu dizajnu, ki strukturnim inženirjem postavlja moralno odgovornost. V zadnjem času je bilo razvitih številnih novih sistemov, bodisi za zmanjšanje potresnih sil, ki delujejo na strukturo, bodisi za absorpcijo dela potresne energije.
Eden najpogosteje izvedenih in sprejetih sistemov potresne zaščite je osnovna izolacija.

Osnovna izolacija je eden najpogosteje sprejetih sistemov potresne zaščite na območjih, ki so nagnjena k potresu. Učinek potresa ublaži tako, da v bistvu izolira strukturo od potencialno nevarnih gibov tal. Seizmična izolacija je oblikovalska strategija, ki odkrije strukturo za škodljive učinke gibanja tal. Izraz izolacija se nanaša na zmanjšano interakcijo med strukturo in tlemi.

Ko je sistem za seizmično izolacijo nameščen pod strukturo, se imenuje "osnovna izolacija".
Drugi namen izolacijskega sistema je zagotoviti dodatna sredstva za odvajanje energije in s tem zmanjšati pospešeni pospešek v nadgradnjo. Ločitev omogoča, da se stavba obnaša bolj fleksibilno, kar izboljša njegov odziv na potres. Koncept izolacije baze je razložen s primerom stavbe, ki počiva na valjih brez trenja. Ko se tla tresejo, se valji prosto kotalijo, vendar se zgornja zgradba ne premakne.
Tako v stavbo zaradi tresenja tal ne premesti nobene sile; Preprosto, stavba ne doživi potresa.

Koncept izolacije baze je razložen s primerom stavbe, ki počiva na valjih brez trenja. Ko se tla tresejo, se valji prosto kotalijo, vendar se zgornja zgradba ne premakne. Tako v stavbo zaradi tresenja tal ne premesti nobene sile; Preprosto, stavba ne doživi potresa.
Če je ista zgradba počivala na prožnih blazinicah, ki nudijo odpor proti stranskim gibom, se bo v zgornjo stavbo prenesel neki učinek tresenja tal.
Prilagodljive blazinice se imenujejo osnovno-izolatorji, medtem ko strukture, zaščitene s temi napravami, imenujejo bazno izolirane zgradbe. Glavna značilnost osnovne izolacijske tehnologije je, da uvaja prožnost v strukturi.

Potrebna je skrbna študija za določitev najprimernejše vrste naprave za določeno zgradbo. Tudi osnovna izolacija ni primerna za vse zgradbe. Najprimernejše strukture za izolacijo osnove so nizke do srednje visoke stavbe, ki so pod njimi na trdi zemlji. Visoke stavbe ali zgradbe, ki so počivale na mehkih tleh, niso primerne za izolacijo baze.

Temeljno načelo osnovne izolacije je spremeniti odziv stavbe, tako da se lahko tla premaknejo pod stavbo, ne da bi te gibe prenesli v stavbo. Popolnoma toga zgradba bo imela nič. Ko se tla premaknejo, bo pospeševanje, ki ga povzročajo v strukturi, enak pospeševanju tal in med strukturo in tlemi bo nič relativnih premikov. Struktura in tal se premikata enako. Popolnoma prilagodljiva zgradba bo imela neskončno obdobje.
Za to vrsto strukture, ko se tla pod strukturo premikajo, bo v strukturi induciran nič pospeševanja in relativni premik med strukturo in tlemi bo enak premiku tal. Tako neprožne strukture se struktura ne bo premikala, tla bodo.

Osnovne zahteve izolacijskega sistema so
1). Prilagodljivost
2). Dušenje
3). Odpornost na navpične ali druge storitvene obremenitve.

Potresna zaščita struktur z uporabo osnovne izolacijske tehnike je na splošno primerna, če so izpolnjeni naslednji pogoji
1. Podzemlja ne povzroča prevlade dolgotrajnega gibanja tal.
2. Struktura je dokaj povezana z dovolj visokim obremenitvijo stolpcev.
3. Mesto dovoljuje vodoravne premike na dnu vrstnega reda 200 mm ali več.
4. stranske obremenitve zaradi vetra so manjše od približno 10% teže konstrukcije.
 

· Ko je potres vplival na fiksno osnovno strukturo v tistem času, se struktura ne brani pred potresom.
· Toda v osnovno izolirani strukturi, ko je potres na zgradbi strukture prizadet, se zelo dobro brani pred potresom.
· V fiksni strukturi se struktura premika z gibanjem tal.
· V izolirani strukturi se struktura ne premika z gibanjem tal. Toda izolacijski ležaj se premika z gibanjem tal. Tako lahko rečemo, da je struktura varna.

Seizmični izolatorji

Elastomerni izolatorji
▶ Linearni ležaji za naravno gumo (LNR)
▶ gumijasti ležaji z nizkimi dimonljivimi
▶ Ležaji s svinčenimi majicami (LRB)
▶ Gumijasti ležaji z visokimi pomakni (HDR)

Drsni izolatorji
▶ Odporni sistem trenja
▶ Trenski nihalni sistem (FPS)

Te so oblikovane iz vodoravnih plasti naravne ali sintetične gume v tankih plasteh, vezanih med jeklene plošče.
Jeklene plošče preprečujejo, da bi se gumijaste plasti izbočele, zato je ležaj sposoben podpirati večje navpične obremenitve z le majhnimi deformacijami.
Navadni elastomerni ležaji zagotavljajo prilagodljivost, vendar brez pomembnega dušenja in se bodo premikali pod servisnimi obremenitvami.

1, nizko blaženje naravnega kavčuka (LDR)
Razmerje med dušenjem=2% do 3%
Proizvodnja je enostavna.
Odziv ni močno občutljiva temperatura, hitrost obremenitve in staranje.
Strižni sev je presežen do 100%.

2, visoko dušenje naravnega kavčuka (HDR)
Drženje se poveča z dodajanjem izjemno fine ogljikove črne, olja ali smole in drugih polnil.
Največji strižni sev=200 do 350%
Razmerje med dušenjem=10 do 20% pri 100% strižnem sevu
Učinkovito blaženje je odvisno od:
· Hitrost obremenitev
· Zgodovina obremenitve
· Temperatura

3, svinčeni gumijasti ležaji (laminirani gumijasti ležaj) (LRB)
Ležaj s svinčevim ležanjem ali svinčevim jedrnim gumijastim ležajem je oblikovan iz svinčeve vtične sile, nameščene v vnaprej oblikovano luknjo v elastomernem ležaju. Svinčeno jedro zagotavlja togost pod obremenitvami servisov in odvajanje energije pod visokimi stranskimi obremenitvami. Zgornji in spodnji jekleni plošče, debelejši od notranjih podlogov, se uporabljajo za namestitev strojne opreme. Celoten ležaj je zaprt v pokrovni gumi, da se zagotavlja varstvo okolja.
Če je podvržen nizkim stranskim obremenitvam (na primer manjši potres, veter ali prometne obremenitve), je svinčni gumijast ležaj trden tako bočno kot navpično.
Stranska togost je posledica visoke elastične togosti svinčevega vtiča in navpične togosti (ki ostane na vseh ravneh obremenitve) posledica konstrukcije ležaja jeklene male.

4, drsni izolatorji
Druga najpogostejša vrsta izolacijskega sistema uporablja drsne elemente med temelje in bazo strukture.
Z visokimi napenjalnimi vzmeti ali laminiranim gumijastim ležajem z drsno ukrivljeno površino.
Ti mehanizmi zagotavljajo obnovo sile za vrnitev strukture v ravnotežni položaj.
4a. Ravni drsni izolatorji (sistem odpornega trenja)
Dve vrsti ravnih drsnih izolatorjev:
· Z zadnje zmogljivostjo
· Brez zadnje zmogljivosti
1). Drsni izolator brez zadnjega zmogljivosti
To je sestavljeno iz vodoravne drsne površine, ki omogoča premik in tako razprši energijo z definiranim trenjem med drsnimi komponentami in nerjavnim jeklom.
Ena posebna težava z drsno strukturo so preostali premiki, ki se pojavijo po večjih potresih.
2). Drsni izolator z zadnje zmogljivostjo
V primerjavi z drsnimi izolatorji ima drsna izolacijska nihanja (SIP) z zadnje zmogljivostjo konkavno drsno ploščo.
Zaradi geometrije vsak vodoravni premik povzroči navpično gibanje izolatorja.
Potencialna energija, ki jo shrani nadgradnja, ki je bila potisnjena na vrh, samodejno povzroči, da je ležaj v nevtralnem položaju.
Ostajajo vodoravno fleksibilni, razpršijo energijo in zaostajajo nadgradnjo v nevtralni položaj.

4b. Sferični drsni izolatorji (valji) (sistem za trenje nihanja) (FPS/FPB)
Sistem nihala za trenje je drsni izolacijski sistem, kjer je teža strukture podprta na sferičnih drsnih površinah, ki drsijo med seboj, ko gibanje tal presega mejno raven.

Zahteva za namestitev osnovnega izolacijskega sistema je, da se stavba lahko premika vodoravno glede na tla, običajno vsaj 100 mm.
Najpogostejša konfiguracija je namestitev diafragme takoj nad izolatorji.
Če ima stavba klet, potem so možnosti, da izolatorje namestite na vrh, spodnjo ali srednjo višino stolpcev in stene v kleti.

1. zmanjšala potresno povpraševanje po strukturi in s tem zmanjšala stroške strukture.
2. manjši premiki med potresom.
3. Izboljša varnost konstrukcij
4. Zmanjšala škodo, ki je nastala med potresom. To pomaga pri ohranjanju učinkovitosti strukture po dogodku.
5. poveča delovanje strukture pod potresnimi obremenitvami.
6. Ohranjanje premoženja

· Izziv za učinkovito izvajanje.
· Dodatek za gradnjo premikov.
· Neučinkovite za stavbe z visokim dvigom
· Ni primerno za stavbe, ki so počivali na mehkih tleh.
 

1. Osnovna izolacija mostov
2. Osnovna izolacija pomembnih zgradb
3. Izboljšanje odziva zgodovinskih struktur
4. Izolacija v polju strojev

Metoda izolacije seizmične baze se je izkazala za zanesljivo metodo zasnove, odporne na potres.
Uspeh te metode je v veliki meri pripisan razvoju izolacijskih naprav in pravilnem načrtovanju.
Prilagodljivi izolacijski sistemi morajo biti učinkoviti v širokem razponu potresnih dogodkov.
Prizadevanja so potrebna za iskanje rešitev za situacije, kot so območja skoraj napake, kjer se lahko pojavijo najrazličnejši potresni gibi.