زلزله شناسی نوین با شبیه ساز کامپیوتری

به گزارش ایمنا، مهندسی عمران به عنوان یکی از مهم‌ترین رشته‌های مهندسی، همواره در جستجوی بهبود روش‌ها و مواد است که به افزایش ایمنی و عملکرد سازه‌ها در برابر بلایای طبیعی کمک کند، از جمله چالش‌های اساسی در این حوزه، طراحی و ساخت سازه‌های مقاوم در برابر زلزله است، با توجه به افزایش فعالیت‌های لرزه‌ای در بسیاری از مناطق جهان و خسارات ناشی از آن، استفاده از فناوری‌ها و مصالح نوین به امری ضروری تبدیل شده است.

در این راستا، مهندسان عمران و پژوهشگران همواره به دنبال راهکارهایی هستند که نه تنها استحکام و پایداری سازه‌ها را حفظ کنند، بلکه وزن آن‌ها را نیز کاهش دهند و انعطاف‌پذیری لازم برای مقابله با نیروهای زلزله را فراهم آورند، برای آشنایی بیشتر با تازه‌ترین تکنولوژی‌ها و مواد مورد استفاده در ساخت سازه‌های ضد زلزله، میثم میرزایی، متخصص برجسته عمران اظهار کرد: پژوهشگران و مهندسان به دنبال توسعه مواد ساختمانی جدیدی بوده‌اند که ضمن حفظ استحکام، وزن ساختمان را کاهش دهند و به آن انعطاف‌پذیری بیشتری این مواد برای بهبود عملکرد سازه‌ها در برابر زلزله و کاهش خسارات ناشی از آن طراحی شده است.

وی تاکید کرد: بتن سبک که با استفاده از سنگدانه‌های سبک مانند پوکه معدنی یا بتن گازی تولید می‌شود، به دلیل کاهش وزن کلی سازه، بارهای زلزله‌ای اعمال‌شده به ساختمان را کاهش می‌دهد. این نوع بتن به همراه فولاد با استحکام بالا که به دلیل خواص مکانیکی عالی، امکان کاهش مقاطع سازه‌ای و در نتیجه کاهش وزن ساختمان را فراهم می‌کند، در حال حاضر از مواد جدید و مؤثر در ساخت سازه‌های ضد زلزله به شمار می‌رود.

این کارشناس ژئوفیزیک با اشاره به پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر افزود: این پلیمرها به دلیل وزن سبک و مقاومت بالا، علاوه بر کاهش وزن سازه، انعطاف‌پذیری بیشتری را به آن می‌بخشند و در نتیجه قابلیت جذب انرژی زلزله را افزایش می‌دهند. فناوری‌های نانوتکنولوژی و متریال‌های کامپوزیتی پیشرفته نیز در تولید این مواد نقش دارند که با بهبود خواص مکانیکی و کاهش وزن، امکان ساخت سازه‌های مقاوم‌تر و سبک‌تر را فراهم می‌کنند.

میرزایی در ادامه گفت: سیستم‌های جذب انرژی مانند میراگرها و جداسازها ابزارهای کلیدی در محافظت از ساختمان‌ها در برابر زلزله هستند، این سیستم‌ها با جذب و یا کاهش انرژی زلزله، از انتقال آن به سازه جلوگیری می‌کنند و به این ترتیب، خطر تخریب و خسارت را کاهش می‌دهند.

وی تاکید کرد: میراگرهای ویسکوز که با استفاده از سیالات ویسکوز انرژی ارتعاشی ساختمان را جذب می‌کنند، به کاهش تغییرشکل‌ها و جلوگیری از آسیب‌های سازه‌ای کمک می‌کنند. این سیستم‌ها به‌ویژه در ساختمان‌های بلند و مهم کاربرد دارند و با کاهش تغییرشکل‌ها و خسارات ناشی از زلزله، عملکرد ایمنی سازه‌ها را بهبود می‌بخشند.

این کارشناس ارشد عمران بیان کرد: جداسازهای لرزه‌ای با ایجاد یک لایه انعطاف‌پذیر بین سازه و پایه‌های آن، از انتقال نیروهای زلزله به ساختمان جلوگیری می‌کنند. این جداسازها که شامل جداسازهای لاستیکی و جداسازهای مبتنی بر تکنولوژی‌های پیشرفته مانند جداسازهای اصطکاکی هستند، می‌توانند مزایای زیادی برای افزایش ایمنی سازه‌ها داشته باشند.

میرزایی با اشاره به شبیه‌سازی‌های کامپیوتری افزود: این شبیه‌سازی‌ها ابزارهای قدرتمندی برای تحلیل رفتار ساختمان‌ها در برابر زلزله هستند، این شبیه‌سازی‌ها به مهندسان کمک می‌کنند تا با مدل‌سازی دقیق سازه‌ها و اعمال نیروهای زلزله‌ای به آن‌ها، تأثیرات مختلف زلزله را بر سازه‌ها بررسی کنند و طراحی‌های بهینه‌تری ارائه دهند.

وی تاکید کرد: نرم‌افزارهای SAP2000 و ETABS از پرکاربردترین ابزارها برای شبیه‌سازی رفتار ساختمان‌ها در برابر زلزله هستند و می‌توانند به بررسی تغییرشکل‌ها، تنش‌ها و نیروهای داخلی سازه کمک کنند، این نرم‌افزارها با استفاده از مدل‌های عددی و تحلیل‌های دینامیکی غیرخطی، به مهندسان امکان می‌دهند تا تأثیرات زلزله‌های مختلف را بر سازه‌ها بررسی و طراحی‌های مقاوم‌تری ارائه کنند.

این کارشناس ارشد عمران اضافه کرد: OpenSees نیز یکی دیگر از نرم‌افزارهای قدرتمند در این زمینه است که توسط دانشگاه کالیفرنیا توسعه یافته و به‌ویژه در تحقیقات علمی و پروژه‌های پژوهشی به‌کار می‌رود، شبیه‌سازی‌های دقیق امکان بهینه‌سازی طراحی‌ها و ارزیابی عملکرد سازه‌ها قبل از ساخت را فراهم می‌کند.

میرزایی در ادامه درباره نقش فناوری‌های هوشمند در ایمنی سازه‌ها گفت: فناوری‌های هوشمند نقش مهمی در افزایش ایمنی ساختمان‌ها در برابر زلزله دارند، این فناوری‌ها شامل حسگرهای لرزه‌ای، سیستم‌های کنترل خودکار و سیستم‌های هشداردهنده هستند که با جمع‌آوری اطلاعات در زمان واقعی، می‌توانند به‌سرعت واکنش نشان دهند و اقداماتی را برای کاهش خسارات انجام دهند.

وی تاکید کرد: حسگرهای لرزه‌ای قادر به تشخیص ارتعاشات زمین و ارسال اطلاعات به سیستم‌های کنترل مرکزی هستند که این سیستم‌ها می‌توانند به‌صورت خودکار اقداماتی نظیر بستن شیرهای گاز، قطع برق و فعال‌سازی سیستم‌های اضطراری را انجام دهند.

این کارشناس ارشد عمران بیان کرد: ساختمان‌های هوشمند ضد زلزله در جهان از جمله برج‌های توکیو و برج خلیفه دوبی نمونه‌هایی از استفاده از این فناوری‌ها برای افزایش ایمنی در برابر زلزله هستند. این ساختمان‌ها نه تنها از فناوری‌های مدرن برای محافظت از خود در برابر زلزله بهره می‌برند، بلکه به‌عنوان نمونه‌هایی از تکنولوژی‌های پیشرفته در معماری و مهندسی محسوب می‌شوند.

میرزایی در خصوص هزینه و مقرون به صرفه بودن ساخت ساختمان‌های ضد زلزله اظهار کرد: هزینه ساخت این نوع ساختمان‌ها یکی از مهم‌ترین عوامل در توسعه آن‌ها است. عواملی همچون نوع مصالح، فناوری‌های به‌کاررفته، پیچیدگی طراحی و نیاز به تجهیزات تخصصی بر هزینه ساخت تأثیرگذار هستند.

وی تاکید کرد: استفاده از تکنولوژی‌های جدید مانند مواد سبک و مقاوم، سیستم‌های جذب انرژی و شبیه‌سازی‌های پیشرفته می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد و به افزایش دسترسی عمومی به ساختمان‌های ضد زلزله کمک کند.

این کارشناس ارشد عمران بیان کرد: استفاده از مصالح بومی و روش‌های ساخت سنتی نیز می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و افزایش دسترسی به این فناوری‌ها برای عموم مردم کمک کند.