1-   میراگر ویسکوز
دونوع میرایی در هنگام لرزش برای وسایل جاذب انرزی وجود دارد. وسایل کنترل تسلیمی و اصطکاکی جزء انواع هستریتیک هستند، آنها دارای محدودیت نیرو و وابسته به جابه‌جایی هستند و بر پایه سرعت تحریک،نیروی داخلی شان افزایش نمی یابد.ولی میراگرهای ویسکوز، محدود به جابه‌جایی نیستند. و نیروی داخلی آنها وابسته به سرعت تحریک است. میراگرهای ویسکوز اولین بار در قرن 19 خنثی‌سازی اثرات ضربه توپها در کشتی استفاده شد. در نیمه اول قرن 20 وارد کمپانی اتومبیل‌سازی شد و در اواخر دهه1980 جهت استفاده این نوع میراگرها درصنعت ساختمان، آزمایشاتی در مرکز ملی مهندسی زلزله در دانشگاه buffalo در نیورک انجام شد. میراگرهای ویسکوز در سازه‌ها استفاده شده‌اند، از 40cm تا 1/4 متر طول دارند و محدوده نیروهای خارجی آنها از 44/5KN تا 9MN است. یک میراگر ویسکوز تشکیل شده از یک پیستون که روزنه هایی در قسمت انتهایی دارد و با حرکت رفت و برگشت در داخل سیلندر ، سیال لزج وارد روزنه‌ها شده و تولید نیرو می کند. نیروی تولید شده به اندازه و شکل روزنه ها و همچنین سرعت حرکت وابسته می‌باشد. شکل (1) جزئیات  یک میراگر و یسکوز را نشان می‌دهد .


شکل(3): میرا گر وسکو الاستیک

1-1-   روابط میرایی ویسکوز                                                                                         
معادله سیستم یک درجه آزادی با نیروی میراگر خارجی FW وتوزیع نیروی خارجی Fd به صورت زیر است :               
1-1        +f w                             m x¨ +c .x. +k .x = f d
که m  جرم، c  میرایی و K  سختی سیستم یک درجه آزاد است . در اینجا میراگر ویسکوز یک وسیله فرضی است که نیروی میرایی تولید میکند. که مستقیما متناسب است با سرعت سیستم است ولی با علامت منفی که به صورت زیر نوشته میشود:
F d=-c  d . x ..                                                                                                    2-1
فاکتور تناسب c d ضریب میرایی میرا گر ویسکوز خا رجی است. دلیل اینکه چرا میراگردهای ویسکوز خطی وسیله میرایی برتری هستند، توسط معادله زیر که ناشی از معا دلات قبلی است بیان می شود :                                                                                                                   m . x.. + (c + C d) . x. + k .x = f w                                                                                                                      3-1   
 
معادله باز هم خطی است و بنابراین به صورت تحلیلی قابل حل است علاوه بر این مزیت اصلی میراگر ویسکوز خارجی با توجه به فرمول؛ این است که آنها میرایی مصالحی سازه را افزایش می‌دهند[3]                                                                                                       کار W تلف شده در بازه زمانی[t1,t2]  به این صورت فرمول‌بندی می‌شود:



برای تحریکات تناویبی، انرزی تلف شده در هر سیکل می شود :                                                     
W = π . f max  .  X max = π. C d . X2max                                                              5-1


شکل (2) میرایی ویسکوز خطی (a نیرو – جا بجایی و (b خط سیر نیرو- سرعت برای تحریکات تناوبی

1-2-   مزایا و معایب 
چند مزیت مهم برای استفاده از میرا گرهای ویسکوز وجود دارد. میرا گرهای ویسکوز نیروی میرایی در یک سازه تولید می‌کنند و این نیرو به طور  ذاتی غیر هم فاز با ما کزیمم پاسخ سازه در طی رویداد لرزه‌‌ای است. به این دلیل میراگرهای ویسکوز می‌توانند برش طبقه، شتاب و برش پایه را کاهش دهند. میراگر ویسکوز یک وسیله مهر و موم شده است و این موجب تمایل کمتر آن به خطرات جوی می‌شود که میراگرهای اصطحکاکی باید تحمل کنند در نهایت عملکرد میرا گر ویسکوز تقریباً مستقل  از حرارت است و معادله میرای ویسکوز مشابه که برای همه سطوح فرکانس معتبر است. متأ سفانه میراگرهای ویسکوز هنوز برای مدل سازی پیچیده هستند. به علت اینکه نیروی خارجی آنها بر اساس سرعت آنهاست. در حالیکه میراگرهای ویسکوز باید در یک ماتریس جدا مطرح شوند. ماتریس ضرایب میرایی جزء لاینفک روند حل است و اگر میراگرها به صورت ناهمسانی در سازه قرار بگیرند، تجزیه سیستم برای تحلیل سخت می شود. همچنین معایب دیگر برای میراگرهای ویسکوز وجود دارد. به علت فشردگی کم سیال ویسکوز، شروع به  کار کردن با ضربه‌ای در میراگر ویسکوز همراه است

1-3-   کاربرد میراگرهای ویسکوز
اولین استفاده از میراگرهای ویسکوز برای هدف لرزه‌ای در سال 1993 در طراحی مقاوم – لرزه‌ای مرکز دارویی پخش SAN  BERNSDINO در کالیفرنیا بود. میراگرهای ویسکوز اضاقه شده به سیستم کمک کرد تا تغییر مکان‌ها زیر22 اینچ باقی مانده و پریود موثر سازه را تا 3 ثانیه بالا برد. کاربردهای لرزه‌ای دیگر شامل ساختمان ارتبا طات اضطراری ناقوس صلح،  هتل WOODLAND  و اخیرا برای به‌سازی پلها را می توان نام برد

3-   میراگرهای اصطحکاکی     
این میراگرها بر اساس مکانیزم اصطحکاک بین اجسام سلب نسبت به یکدیگرعمل می کند. در حقیقت اصطحکاک یک مکانیزم عالی اتلاف انرژی و به صورت گسترده و موفقیت‌آمیزی در ترمزهای خودرو واتلاف انرزی جنبشی به کار رود.ازمصالحی که برای سطوح لغزنده استفاده شده‌اند، می‌توان به لایه‌های لنت ترمز روی فولاد، فولاد روی برنج را نام برد. انتخاب فلز پایه برای میراگر اصطحکاکی بسیار مهم است. مقاومت بالا در برابر خوردگی،اغلب می تواندضریب اصحکاک فرض شده را برای عمر وسیله مورد نظر کاهش دهد. آلیاژ فولاد کم کربن زنگ‌زده و می‌پوسد و خواص سطح مشترک آنها در طی زمان تغییر می‌کند. آزمایشات برای فولاد زد زنگ در تماس با برنج خوردگی اضافی نگران‌کننده‌ای را نشان نداد و از این جهت این مواد بری استفاده از  میراگرها ی اصطحکاکی مناسب هستند.وسایل اصطحکاکی کارایی بسیار خوبی دارند و پاسخ آنها از دامنه فرکانس و تعداد سیکل‌های بارگذاری مستقل است[6] منحنی نیرو– جابه جایی میراگراصطحکاکی کلمب در شکل(5) دیده می‌شود. با فرض تحریکات تناوبی کار هر سیکل کامل به وسیله مساحت مستطیل به دست می‌آید.


شکل(5): منحنی – نیرو جابه جایی میراگر اصطحکاکی کلمب

تمام میراگرهای اصطحکاکی در واقع به یک صورت عمل می‌کنند. به این صورت که یک قسمت به صورت ثابت قرار گرفته و قسمت دیگر به صورت دینامیکی روی آن می‌لغزد. لغزش روی داده روی سطح مشخصی از نیرو اتفاق افتاده و بر اساس قانون اصطحکاک کلمب حرکت می کند. به این صورت تا سطح مشخصی از نیرو هیچ حرکتی روی نمی‌دهد اما بعد این سطح حرکت و لغزش شروع می‌شود . ترکیب بندی و نحوه ی قرار گرفتن این سطوح لغزش موجب ایجاد میراگردهای اصطحکاکی مختلف می‌شود که از جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

الف- سیستم میراگر اتصالات اصطحکاکی: این نوع میراگر از سیستم‌های رایج استهلاک در سازه می‌باشد که برای اتلاف انرزی از طریق اصطحکاک  از اتصالات پیچ‌های لغزشی استفاده می‌کند. از انواع اتصالات میتوان به اتصالات پیچی لغزنده نام برد، که خود به انواع اتصال لغزنده خطی و اتصال لغزنده دورانی تقسیم میشوند. نمونه‌ای از این اتصالات در بادبندها در شکل (6) دیده می‌شود .


شکل (6): استفاده از اتصال خطی و دورانی در بادبندهای

ب- میرا گر اصطحکاکیPALL  : این سیستم اولین بار توسط دو کانادایی در سال 1982 معرفی شد که از یک مکا نیزم با سطوح اصطحکاکی لغزشی درمحل تقاطع بادبندها است. در شکل(7) می‌توان نحوه‌ی قرارگیری آن را در ساختمان دید



این میراگرها طوری طراحی می‌شود که در برابر بارهای سرویس معمولی و زلزله‌های متوسط نلغزد. یعنی اینکه از پیش وسیله را برای نیروی خاصی طراحی می کنند که تا آن نیرو وسیله وارد عمل نشود و سازه به صورت ارتجاعی باقی بماند اما بعد از این نیروی خاص لغزش اتفاق می‌افتد و میراگر اصطحکاکی انرزی زیادی را جذب می کند و پریود طبیعی سازه را تغییر می‌دهد
ج- سیستم میراگر ا صطحکاکی سومیتومو: این میراگر توسط صنایع فلزی سومیوتوبه بازار عرضه شدکه به بادبندها متصل می شد. این وسیله دارای یک جدار استوانه‌ای میباشد. در داخل این استوانها با لشتک هایی تعبیه شده است که بر روی جدار داخلی وسیله می‌لغزد و انرژی زیادی را ازطریق اصطحکاک مستهلک می کند .

د- میراگر اصطحکاکی دورانی: این میراگر که در شکل 8 دیده می‌شود، توسط Mualla در سال 2000 در رساله ی دکترای ایشان معرفی شد. ازاین میراگر درمراجع با عنوان میراگر اصطحکاکی جدید نیز نامبرده می‌شود و می تواندبه صورت یک وچند واحده برای نیروی اصطحکاکی مورد نظر استفاده شود .

3-1-   مزایا و معایب میراگرهای اصطحکاکی
میراگرهای اصطحکاکی نسبتاً ساده برای مدل سازی هستند. آنها میتوانند مانند تاندوم یا فنربا سختی داخلی و نیروی تسلیمی برای دادن بار لغزش مدل شوند. مدلها معمولا منحنی های کاملا الاستوپلاستیک هستند.اصطکاک منبع اتلاف انرزی ارزانتری نسبت به سایر منابع است و این ساخت میراگرهای اصطحکاکی ر ا ارزانتر می سازد. اما ازطرف دیگر میرا گرهای اصطحکاکی اغلب درمعرض هوا هستند وآنها ممکن است زنگ بزند یا خیس شود و خواص لغزش آنها تغییر می‌کند. حرارت محیط نیز باید توجه شود.

3-2-   کاربردهای میرا گرهای اصطحکاکی     
کاربرد میراگرهای اصطحکاکی در کنار قابهای خمشی به علت افزایش نرمی به سیستم مهاربندی و همچنین به کار گیری در به‌سازی لرزهای در حال افزایش است. از جمله می‌توان به مقاوم‌سازی پایگاه فرماندهی آزانس فضایی کانادا[11]و ساختمان مدرسه در sorel  کانادا اشاره کرد .

5-   آلیاژهای تغییر شکل ماندگار(SMAs)   
آلیاژهای تغییر شکل ماندگار نوعی از آلیاژهای فلزی با خواص فوق الاستیک هستند که می‌توانند کرنش‌های بیش از10% را تحمل کنند و هیچ تغییر شکل ماندگاری بعد از باربرداری نداشته باشند . اثر این مصالح اولین بار درسال1930مشاهده شد. محققین درسال 1962 درآزمایشگاه وابسته به نیروی دریایی این پدیده را در آلیاژهای نیکل- تیتانیوم مشاهده کردند . این دو مواد از دو کریستال مختلف ساخته شده است که یکی ماده ترد و دیگری ماده نرم که ماده ترد با افزایش دما سخت شده و ماده نرم با افزایش دما نرم میشود.ماده فلزی ترد به صورت سازه کریستالی چهار ضلعی میباشد و ماده نرم به صورت سازه کریستالی مکعبی می باشد.به همین دلیل SMAs بر اساسس دو کرنش و دمای داخلی تغییر می‌کند و به همین دلیل اغلب به آن مواد هوشمند گفته می‌شود. منحنی پسماند این نوع میراگر در شکل (12) نشان داده شده است .

شکل (12): منحنی پسمانددرمیراگرSMA

وسایلSMA  شامل سیم‌ها و میله‌هایی می‌شوند که در قطرها و حالت تنش در طی حالت و عمر وسیله متفاوت هستند. سیم‌ها معمولاً قطر تا حدود 2 میلیمتر برای بار محوری ساخته می‌شوند، اما قطر میله‌ها تا 8 میلیمتر هم می‌رسد که برای خمش، برش و پیچش مناسب هستند. میله‌های مخصوص تا قطر 50 میلیمتر ساخته شده است. میراگر SMA  ممکن است برای کاربردهای لرزه ای مخصوصا بهسازی سازه های فولادی، مرکب و قابهای بتنی استفاده شوند. بادبندها با میله های فلز ترد یرای کم کردن اثرات لرزشی بسیارموثر هستند. از دیگر کاربردهای میراگرSMA  می‌توان به استفاده از آنها در پل‌های چنددهانه اشاره کردکهآنها راه حل موثری را نسبت به سیستم های موجودفراهم می کنندزیرا نتایج نشان دادکهSMA  ها پاسخهای تغییرمکان فواصل را کاهش دادندوبسیار موثرتر از سیستم های کابلی مهاری موجود بودند . اما این میراگرها هنوز عمومیت پیدا نکرده است وروابط آن نسبتا پیچیده است.

منابع:
1-   فريبرز ناطقي الهي، ميراگرهاي انرژي در مقاوم‌سازي لرزه‌اي ساختمان‌ها انتشارات پژوهشكده بين‌المللي زلزله‌شناسي و مهندسي زلزله، چاپ اول 1378.
2- Vader, A. S. "The influence of signature tower passive energy dissipating devices on seismic response of long span cable-supported bridges" thesis, Washington state university, 2004
3- Weber, Feltrin and Hath "Guidelines for structural control" SAMCO final report, Switzerland, 2006
4- Kareem, Kijewski, Tamura "Mitigation of motion of tall building with specific examples of  recent application" 1999
5- Chang. k.c, soong, T.1. "Viscoelastic dampers as energy dissipation devices for seismic applications" Earthquake Spectra, Vol 9, No.3, 1993, PP. 371-387.
6- Samoand, L. D. and Elnashai, A. S. "Seismic retrofitting of steel and composite building  structures" report, University of Illinois, September 2002
7- Butterworth, J.W, "Seismic damage limitation in steel frames using friction energy dissipators" 13th International conference on Steel & Space Structures, 2-3 september 1999, Singapore
8- Avtor PALL and Tina pall "Performance - based design using pall friction dampers – An economical design solution" 13th word conference on earthquake engineering, August 2004, paper no 1955
9- Cherry s. and filliatrault, A. "seismic respons control of buildings using friction dampers" Earthquake Spectra, Vol 9, No.3, 1993, PP. 447-466.
10- Mualla and Bellev " Performance of steel frames with a new friction damper device under earthquake excitation" Engineering Structures,2002 PP.365-371
11- Pall. A. Vezina. S & Proulx. p, "Friction-Dampers for seismic control of Canadian space agency headquarters" Earthquake Spectra, Vol 9, No.3, 1993, PP. 547-557.
12- رضا عباس‌نيا، محمدعلي كافي، بررسي عملكرد المان شكل‌پذير در بادبندهاي هم‌محور قاب‌هاي فولادي، هفتمين كنفرانس بين‌المللي عمران.
13- Aiken, Nims, Whitker, Kelly "Testing of passive energy dissipation system" earthquake spectra,vol 9, no.3, august, 1993

برگرفته از فصلنامه عمران و مقاوم‌سازي، شماره6، صفحات 75-69.