Для чего созданы амортизаторы землетрясений

Сейсмостойкие амортизаторы предназначены для поглощения энергии землетрясения и повышения устойчивости здания. Эти новые устройства проходят испытания в Калифорнии и районе залива, где они потенциально могут помочь защитить большие здания от сильных землетрясений. В этих искусственных амортизаторах используется толстый липкий материал, называемый полиизобутилен. Этот материал может стать будущим сейсмической безопасности больших зданий.

Вискоэластичные демпферы

Вискоэластичные демпферы используются для уменьшения ущерба, причиняемого зданиям землетрясениями. Демпфирующие свойства этих амортизаторов определяются тщательными испытаниями. Эти амортизаторы отличаются долговечностью и надежностью. Эти устройства могут противостоять различным землетрясениям и ураганам.

Типичный вязкоупругий демпфер состоит из нескольких слоев вязкоупругого материала, соединенных со стальными пластинами. Эти слои поглощают сейсмическую энергию и рассеивают ее в виде тепла. Их производительность зависит от температуры внутри здания, а также частоты сейсмических нагрузок. Вискоэластичные демпферы могут быть интегрированы в новые здания или модернизированы в существующих зданиях.

Типичное здание имеет внутреннее демпфирование конструкции, составляющее от 1 до 3 процентов от его критического значения. Этот уровень демпфирования достаточен для оптимальной эксплуатации здания. Напротив, амортизаторы, используемые в обычных автомобилях, обычно имеют диапазон от 20 до 30 процентов. Некоторые эксперименты с моделями зданий показали, что демпфирование на уровне 50 процентов и выше все же может улучшить эксплуатационные характеристики зданий. Однако увеличение демпфирующей способности достигнет определенной точки убывающей отдачи.

Настроенные массовые демпферы

Настроенные демпферы массы предназначены для изменения сейсмической реакции зданий. Они могут уменьшить сдвиг основания, смещение крыши и ускорение. Эти заслонки размещаются на девятом и десятом этажах зданий. Эти демпферы могут помочь уменьшить базовый сдвиг и ускорение до 80%.

Исследование показывает, что один или два настроенных демпфера массы могут значительно снизить базовую величину сдвига зданий. Величина снижения зависит от количества гасителей и частотного состава параметров землетрясения. Было обнаружено, что демпферы с большей массой снижают сейсмические реакции больше, чем демпферы с одной массой. Также было обнаружено, что увеличение количества демпферов в здании может привести к оптимальной производительности конструкции.

Оптимальное положение заслонок находится с помощью генетического алгоритма. В алгоритме также учитывается положение узлов конструкции на уровне крыши. Более того, демпферы можно разместить симметрично, чтобы минимизировать их общую сейсмическую реакцию.

Диафрагмы

Диафрагмы используются в качестве амортизаторов землетрясений в зданиях. При параметрическом исследовании сейсмическая реакция несимметричных в плане зданий с гибкими диафрагмами изучалась с использованием простых числовых моделей. Модели включали широкий диапазон гибкости диафрагмы и подвергались воздействию набора однонаправленных записей землетрясений различной интенсивности. Затем модели были подвергнуты упругому и неупругому динамическому анализу динамики во времени для определения средних максимальных смещений.

Сдвиговая деформация диафрагм в зданиях связана с их гибкостью и асимметрией. Сдвиговая деформация диафрагмы слабой стороны намного меньше, чем у соседней диафрагмы сильной стороны. Эта разница обусловлена ​​разницей в жесткости соседних ЖРД.

Маскировка-невидимка

Новый тип амортизатора землетрясения использует невидимые материалы для отражения силы землетрясений. Эти материалы называются метаматериалами. В идеале они должны быть меньше длины волны света, которая составляет 1/50 толщины человеческого волоса.

Исследователи пытались разработать новые способы отклонения энергии землетрясений. Один из подходов называется «маскировкой сейсмической невидимости». Сейсмические плащи-невидимки состоят из 100 концентрических пластиковых или бетонных колец, которые закапываются под фундамент здания. Сейсмические волны, попадающие в эти кольца, должны пройти через внешние кольца, что перенаправляет силу от фундамента здания.

Другой подход — использование маятников или вибрационных барьеров для уменьшения количества энергии, излучаемой при землетрясении. Эти устройства закопаны возле фундамента здания и поглощают сейсмическую энергию за счет вибрации. Они особенно полезны для исторических зданий, поскольку могут поглотить значительную часть энергии землетрясения. Однако вибрационный барьер должен быть откалиброван на определенную частоту.