تلاش فناوران برای کاهش مخاطرات طبیعی/ با فناوری دیگر از زلزله نترس

به گزارش خبرنگار حوزه علم، فناوري و دانش‌بنيان گروه دانشگاه خبرگزاري آنا، در طول تاریخ بارها و بارها زلزله اتفاق افتاده و در پی آن خسارات زیادی را بر جای گذاشته و جان افراد زیادی را گرفته است. ما همچنان نمی‌توانیم به طور دقیق وقوع زلزله‌ها را پیش‌بینی کنیم. درواقع تنها کارهایی فعلاً می‌توان انجام داد، افزایش آمادگی و بالا بردن آموزش‌ها و همچنین تقویت زیرساخت‌هاست. بشر امروز به اندازه گذشته در برابر اثرات زلزله آسیب‌پذیر است. حتی ساختمان‌ها و پل‌های مدرن نیز می‌توانند در برابر زلزله به طور کامل خراب شوند. در عین حال به دلیل تراکم بیشتر افراد در محیط‌های شهری و رشد ساختمان‌ها، خطرات زلزله‌ بیشتر شده است.

 خوشبختانه، در عصر حاضر معماران و مهندسان برای اطمینان از مقاومت منازل، واحدهای چندطبقه و آسمان‌خراش‌ها، چندین فناوری هوشمندانه را ابداع کرده‌اند که می‌تواند به کاهش تخریب ناشی از زلزله کمک کند. در این گزارش مروری بر چند قسم از این فناوری‌ها خواهیم داشت.

سوار کردن روی شالوده

مهندسان و زلزله‌شناسان سال‌هاست از «جداسازی شالوده» به عنوان روشی برای محافظت از ساختمان‌ها در هنگام زلزله استفاده می‌کنند. همانطور که از نام این  فناوری پیداست، این مفهوم متکی بر تفکیک زیربنای یک ساختمان از روبنای آن است. در یکی از این سیستم‌ها ساختمان در بالای شالوده آن، بر روی یاتاقان‌های لاستیکی سربی سوار می‌شود. این یاتاقان‌ها حاوی یک هسته سربی جامد است که در لایه‌های متناوب لاستیک و فولاد پیچانده شده است. صفحات فولادی یاتاقان‌ها را به ساختمان و زیربنای آن متصل می‌کنند و سپس هنگام وقوع زلزله اجازه می‌دهند تا شالوده ساختمان بدون حرکت سازه بالای آن حرکت کند.

اکنون برخی از مهندسان ژاپنی جداسازی شالوده را به سطح جدیدی از پیشرفت رسانده‌اند. در واقع در سیستم به کار رفته توسط آنها، ساختمان را روی بالشی از هوا قرار می‌دهند. نحوه عملکرد این سیستم به این صورت است که سنسورهای موجود در ساختمان، فعالیت لرزه‌ای قابل توجه ناشی از زمین‌لرزه را تشخیص می‌دهند. سپس این شبکه حسگرها از طریق یک کمپرسور هوا در عرض نیم ثانیه از زمان هشدار، هوا را بین ساختمان و پایه آن وارد می‌کنند. بالش هوا ساختمان را 3 سانتی متر از سطح زمین بلند می‌کند و آن را از نیروهایی که می‌توانند آن را تخریب کند جدا می‌نماید. وقتی زمین لرزه فرو نشست، کمپرسور خاموش می‌شود و ساختمان دوباره به شالوده  خود برمی‌گردد.  

کمک فنر

یکی دیگر از فناوری‌های امتحان شده برای کمک به ساختمان‌ها در برابر زلزله از صنعت خودرو قرض گرفته شده است! اغلب افرادی که دارای اتومبیل هستند با کمک فنر آشنا هستند- دستگاهی که حرکت جهشی ناخواسته را در ماشین کنترل می‌کند. کمک‌فنرها با تبدیل انرژی جنبشی معلق به انرژی حرارتی که از طریق مایع هیدرولیک دفع ‌می‌شود، سرعت و شدت حرکات را می‌کاهند. در فیزیک، این اصل به عنوان ضریب میرایی نسبت دامنه(damping) شناخته می‌شود. به همین دلیل برخی از افراد کمک فنر را به عنوان ضربه‌گیر مطرح می‌کنند.

به نظر می‌رسد وجود ضربه‌گیر در هنگام طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله می‌تواند مفید باشد. مهندسان به طور کلی ضربه‌گیرها را در هر طبقه از ساختمان قرار می‌دهند که یک انتهای آن به یک ستون و انتهای دیگر آن به یک تیر متصل است. هر ضربه‌گیر متشکل از یک سر پیستون است که در داخل یک استوانه پر از روغن سیلیکون حرکت می‌کند. هنگام وقوع زلزله، حرکت افقی ساختمان باعث می‌شود پیستون موجود در ضربه‌گیر در روغن به جلو رانده شود و انرژی مکانیکی زمین‌لرزه را به گرما تبدیل کند.

قدرت آونگ

ضربه‌گیری می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد. راه حل دیگر، به‌ویژه برای آسمان‌خراش‌ها، به  نوسان درآوردن قسمت بالای سازه است. کابل‌های فولادی یک جرم مشخص را نگه می‌دارند و همزمان  میرایی سیال گرانرو(viscous fluid dampers) را بین آن جرم و ساختمانی ایجاد می‌کنند. وقتی فعالیت لرزه‌ای باعث متزلزل شدن ساختمان می‌شود، آونگ در جهت مخالف حرکت می‌کند و انرژی را پراکنده می‌سازد.

مهندسان از این سیستم‌ها به عنوان میراگر تنظیم‌گر(tuned mass dampers) یاد می‌کنند زیرا هر آونگ دقیقاً با فرکانس ارتعاشی طبیعیِ سازه خود را هماهنگ می‌کند. اگر حرکت زمین باعث شود که ساختمان دچار نوسان شود، ساختمان با مقدار زیادی تکان می‌خورد و احتمالاً آسیب می‌بیند. کار میراگر تنظیم‌گر، خنثی‌سازی رزونانس و به حداقل رساندن پاسخ دینامیکی سازه است.  

برج تایپه 101 آسمان‌خراش تایوانی به ارتفاع  508 متر عمداً در منطقه‌ای زلزله‌خیز(سالی بیش از 200 زلزله در آن ثبت شده است) ساخته شد. در این برج از میراگر تنظیم‌گر استفاده شده است تا اثرات ارتعاشی زمین لرزه و وزش باد شدید(سرعت بعضی از توفان‌هایی که در این منطقه می‌وزد بیش از ۲۵۰ کیلومتر در ساعت است) را به حداقل برساند. در قلب این سیستم یک توپ 730 تنی طلایی رنگ قرار دارد که توسط هشت کابل فولادی معلق است(جرمی که در بالا از آن صحبت می‌کردیم). این بزرگترین و سنگین ترین میراگر در جهان است.  

فیوزهای قابل تعویض

در دنیای برق اگر جریان مدار از حد مشخصی عبور کند، فیوز با قطع عملیات خود از سیستم محافظت می‌کند. در واقع با این کار، جریان برق قطع می‌شود و از گرم شدن بیش از حد و آتش‌سوزی جلوگیری به عمل می‌آید. پس از حادثه، می‌توانید به‌راحتی فیوز را تعویض کرده و سیستم را به حالت عادی بازگردانید. محققان دانشگاه استنفورد و دانشگاه ایلینوی ایده‌های مشابهی را در تلاش برای ساخت یک ساختمان مقاوم در برابر زلزله امتحان کرده‌اند. آنها ایده خود را یک «سیستم نوسان کنترل‌شده» می‌نامند زیرا قاب‌های فولادی سازه را ارتجاعی می‌دانند و اجازه می‌دهند تا در بالای پایه بچرخند. اما این به خودی خود یک راه حل ایده‌آل نخواهد بود.

محققان علاوه بر قاب‌های فولادی، کابل‌های عمودی را نیز ارائه کردند که قسمت بالای هر قاب را به پایه چفت می‌کند و حرکت را محدود می‌سازد. این کابل‌ها نه تنها توانایی خودمحوری دارند، به این معنی که لرزش را متوقف می‌کنند، بلکه می‌توانند کل ساختار را به صورت قائم بکشند. اجزای نهایی فیوزهای قابل تعویض فولادی هستند که بین دو قاب(یا در پایه ستون‌ها) قرار می‌گیرند. دندانه‌های فلزی فیوزها مانند سنگ ساختمان، انرژی لرزه‌ها را جذب می‌کند. اگر در هنگام زلزله از کار بیفتند، می‌توان آنها را نسبتاً سریع و با صرفه هزینه کمی جایگزین کرد.

انتهای پیام/پ