دوازدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت تاسیسات آب و فاضلاب
2016-09-26
رادیاتورهای قرنیزی
2016-09-28
نمایش همه

The Golden Gate Bridge in San Francisco, CA at sunset.

اتصالات الاستیک به کمک طراحی پل می آیند

گرداورنده: عرفان عطاری
مهر ۹۵

۱۰۰۰x400مواد تغییرشکل دهنده مانند داستان های علمی تخیلی هستند اما برای دهه های مختلف شناخته شده اند و در کاربردهای وسیعی از مهندسی بیومکانیک تا دندانپزشکی استفاده می شوند. امروزه محققان مهندسی زمین لرزه روی این مواد تمرکز کرده اند و وعده داده اند که کاربری آن را برای طراحی اتصالات “الاستیک” پل ها که در مواقع زمین لرزه تغییر شکل می­یابد اما پس از آن، به حالت اصلی خود باز می­گردند، گسترش دهند.

اگر این مورد با موفقیت صورت بپذیرد، این طراحی از خسارات ساختاری و یا فروپاشی جلوگیری کرده و به پل ها این قابلیت را می دهد که بعد از زمین لرزه همچنان قابل استفاده و باز بمانند و بتوان از آن در زمان اضطراری که جاده ها و پل ها، حیاتی هستند استفاده کرد.

به گفته پروفسور مهندسی عمران، سعید سعیدی که در دانشگاه Nevada مشغول فعالیت است، آلیاژ  نیکل تیتانیوم از مواد اولیه ای است که به دلیل خاصیت سوپر الاستیسیتی از آن استفاده می شود.

مواد دیگر معمولا نسبت به حرارت حساس هستند و برای بازگشت به حالت اصلی خود، نیاز به یک منبع حرارتی دارند.

نیکل تیتانیوم کمی متفاوت است و۱۰ تا ۳۰ بار از میزان الاستیسیتگی فولاد و فلزات استاندارد دیگر بیشتر است.

همچنین دکتر سعیدی افزود: “در بسیاری از مواقع مشابه فولاد عمل می کند اما در مواقع لزوم برای تحمل موقعیت حتی در مقیاس های بزرگتر نیز تغییرشکل می یابد و به حالت اصلی خود برمی­گردد.

ساخت پل های بسیاربزرگ و زیرساخت های مهم دیگر در مناطق زلزله خیز مثل کالیفرنیا و غرب ایالات متحده می تواند به طور قابل توجهی از میزان خسارات بعد از زمین لرزه های بزرگ جلوگیری کند.
زمین لرزه ای در سال ۱۹۹۴ در کالیفرنیای جنوبی باعث خسارتی در حدود ۲۰ میلیارد دلار به جاده ها و ساختمان ها زد.

oakland_bay_bridge_western_partتست لرزه

پرفسور سعیدی و همکارانش با سرمایه گذاری از مرکز علوم ملی با استفاده از سرمایه گذاری شبکه E. Brwon, Jr  جهت شبیه سازی مهندسی زلزله، روی میز لرزه نگاری شروع به تست مواد کردند. آنها از مدل پل هایی به طول ۱۲۰ فوت تا ۱۳۰ فوت و سه نوع ستون استفاده کردند :

الف) فولاد استاندارد تقویت شده و بتن

ب) تیتانیوم نیکل و بتن

ج) تیتانیوم نیکل و ترکیبات سیمانی مهندسی شده با سیمان، فیبر، آب و مواد شیمیایی

ستون ها در درجه اول توسط روش OpenSEES تست می شوند و برنامه توسعه یافته زمین لرزه در دانشگاه کالیفرنیا Berkeley آماده، ساخته شده و روی میز لرزه سنج، تست می شوند. سعیدی می گوید: “ستون های تیتانیوم نیکلی عملکرد بهتری نسبت به طراحی استاندارد تحت نیروهای برابر یا بیش از ۶ لرزه در مقیاس ریشتر از خود نشان دادند.”

از آنجا که تیتانیوم نیکل بسیار پر هزینه تر از فولاد استاندارد تقویت شده است، محققان استفاده از آن را محدود به مناطق مشخص شده یعنی کمی بیشتر از یک دهم طول مجموع ستون، در نظر گرفته اند.

میله های تیتانیوم نیکل در قفسه هایی به عنوان قفس میلگرد استاندارد، سوار شده و به قفسه اصلی ستون متصل و سوار می شوند.

آزمایشات پروفسور سعیدی، توجه اداره فدرال و دپارتمان حمل و نقل Washington State که تحقیقات مشابه را سرمایه گذاری می کند، جلب کرد.

سازمان ها در حال استفاده از طراحی برای سطح شیبدار هستند که انتظار می رود ساخت آن در سال ۲۰۱۵ آغاز گردد.

فواید اقتصادی

همچنین نیتینول بیشتر از فولاد استاندارد هزینه می برد در حالی که منابع آن محدود است. سعیدی می گوید: “هزینه پل هایی که با استفاده از ستون های تیتانیوم نیکل ساخته می شوند، حدود ۳ درصد بیشتر از ساختارهایی است که با مواد استاندارد ساخته می شوند. این میزان در کاهش هزینه های نگهداری جبران می شود (تیتانیوم نیکل مقاومت بالایی در برابر فرسایش دارد) و قابلیت زیادی در برابر نیروهای لرزه دارد.”

او می افزاید: “اما اگر به چرخه هزینه توجه کنید در میابید که این موضوع بعد از زلزله، اقتصادی تر خواهد بود. شما مجبور نخواهید بود که پل را متوقف کنید. بعد از زلزله زمانی است که شما به پل احتیاج بیشتری دارید.”

منابع:
https://www.asme.org/

http://www.enggpt.com/

 

یک دیدگاه