EN
Неліктен болат конструкция сейсмологиялық тұрақтылыққа ие?
Жоғары беріктік-салмақ қатынасы мен пластикалықтық: болат конструкцияның негізгі материалдық артықшылықтары
Болат бетон немесе кірпіш жүйелерімен салыстырғанда әлдеқайда жақсы беріктікке/салмаққа қатынасына ие, соңғы зерттеулерге сәйкес ол шамамен 30% жеңіл. Ұлттық жер сілкінісі қаупін азайту бағдарламасы (NEHRP) бұл тұжырымды 2023 жылғы есебінде растайды. Болат өте жеңіл болса да, өте берік болғандықтан, оның көмегімен салынған ғимараттар ауыр жүктемелерді көтеріп тұра отырып, иілгіш бола алады. Алайда болаттың ерекше ерекшелігі — оның кернеу әсерінен қалай өзгеретіндігінде. Сынуға бейім материалдардан айырмашылығы — болат сынғанша қатты иіледі және созылады. Бұл дегеніміз — жер сілкінісі кезінде болат каркастар қирап кету орнына тербеліске қосылып қозғала алады. Бұл құбылыс 2019 жылғы Риджкрест жер сілкіністерінен кейін байқалды: АҚШ Геологиялық зерттеулер институтының (USGS) қатысындағы қазіргі есептерге сәйкес, болат каркасты ғимараттарда құлау саны бетоннан салынған ұқсас ғимараттарға қарағанда шамамен 40% аз болды.
Циклдық жүктеу кезіндегі өнімділік: болат құрылымдардағы деформациялық қаттылану және тұрақты гистерезис әрекеті
Болат сейсмикалық күштерге қайтадан-қайтадан ұшырағанда таңғалдырарлықтай тұрақты қасиет көрсетеді, бұл қайталанатын жер сілкіністері мен ұзаққа созылған тербеліс кезінде өте маңызды. Болатты ерекшелейтін нәрсе — оның иілу мен созылу басталған кезде қаттылығы арта беруі. Бірінші ыдырау белгілері пайда болғаннан кейін материал одан әрі деформацияланған кезде шынымен де қосымша зақымдануға төзімдірек болады. Жер сілкінісі кезінде ғимараттар алға-артқа тербелгенде болат сенімді энергия шашырауын қамтамасыз ететін, гистерезис циклдары деп аталатын үлгілер құрады; бұл үлгілер қозғалыс циклдарының көптеген реті бойынша болжанатын тәсілмен жұмыс істейді. Жер сілкінісі инженерлігінің сарапшылары жүргізген зерттеулер көрсеткендей, егер болат каркастар дұрыс салынса, олар өзінің бастапқы қаттылығының 5%-дан аспайтын азаюымен 50-ден астам күшті тербеліс циклын көтере алады. Бұл сенімділіктің себебі болаттың біркелкі ішкі құрылымында жатыр. Әртүрлі компоненттерден немесе біркелкі емес қасиеттерге ие материалдардан жасалған басқа заттардан айырмашылығы — болатта кенеттен кернеу жиналып, кенеттен ыдырауға әкелетін әлсіз аймақтар болмайды.
Жер сілкінісіне төзімді негізгі болат конструкция жүйелері
Моменттік кедергі көрсететін каркастар (MRF): Сталь конструкциялар үшін жобалау логикасы мен сейсмикалық белдеулерге бейімделу
Моменттік кедергі көрсететін каркастар немесе қысқаша айтқанда МКК сол жаққа қарай жер сілкіну күштеріне арнайы арқалық-бағана қосылыстары арқылы кедергі көрсетеді. Бұл қосылыстар тербеліс кезінде белгілі бір ретпен иілу мен деформацияға ұшырауға арналған, сондықтан олар ғимараттың тұтастай құлауына жол бермей, барлық қатты энергияны сіңіруге көмектеседі. Бұл әрекетке болат өте жақсы қолайлы, себебі ол сынып кетпей, қауіпсіз созылып және иіледі. Калифорния сияқты жер сілкінуі жиі болатын аймақтарда инженерлер осы каркастарға кейбір өзгерістер енгізеді. Олар қосылыстардың детальдарына қосымша назар аударады, құрылыстың барлық бойында қосымша резервтік қолдау құрылады және әртүрлі бөліктердің қаттылығын дәлме-дәл теңестіреді. Нәтижесінде? Дұрыс болат МКК-пен жабдықталған ғимараттар жердің 0,4g үдеу деңгейіне дейінгі қозғалыстарын шыдайды. Зерттеулер көрсеткендей, осындай құрылыстар жер сілкінуі кезінде әдеттегі темірбетон ғимараттарға қарағанда екі еседен астам аз зиян көреді. Бұл болат МКК-ның тек қауіпсіз екендігін ғана емес, сонымен қатар белсенді жер сілкіну аймақтарында, яғни жер сілкінуі жиі болатын орындарда орта және биік ғимараттарды салу үшін ұзақ мерзімді тұрғыдан алғанда тиімдірек екендігін көрсетеді.
Бұрыштық деформацияға төзімді кронштейндер (BRB) және эксцентрикалық кронштейндермен жабдықталған рамалар (EBF): энергияны шашырататын болат құрылымдық шешімдер
Жер сілкініс энергиясын шашуға бағытталған және зияны аз болатын нүктелерде орналастырылатын арнайы әзірленген бұрыштық кедергілер (BRB) және эксцентрикалық кедергілермен негізделген каркастар (EBF) қолданылады. BRB-лер тұрақты қаттылықтағы бетон немесе болат қаптамалар ішіне орналасқан болат өзегінен тұрады. Бұл құрылым болат өзегінің иілуін болдырмауға және созылу немесе сығылу күштері әсер еткен кезде энергияны теңдестіріп сіңіруге мүмкіндік береді. EBF жағдайында инженерлер кедергілердің бекіту нүктелерін мақсатты түрде орталықтан ығыстырады, сондықтан энергия кішігірім бөліктерге — қиылу байланыстарына бағытталады. Бұл байланыстар қажет болған кезде тұрақты деформацияға ұшырай алады, энергияны сіңіреді және негізгі құрылымдық каркасты сақтайды. Бұл жүйелерді қолданатын болат ғимараттар жер сілкінісі кезінде қозғалыс энергиясының 70%-дан астамын қабылдай алады, бұл қабаттардың бір-біріне қатты ығысуын болдырмайды және жер сілкінісі өткеннен кейінгі қалдық ығысуын азайтады. Бұл шешімдердің ерекшелігі — оларды жөндеу мен алмастыру оңайлығында. Сондықтан көптеген маңызды ғимараттар, мысалы, ауруханалар мен мектептер оларды таңдайды, себебі жер сілкінісінен кейін тез қайта іске қосылу өте маңызды.
Балқытқыш құрылымдардағы зиянды азайтатын және қалпына келуін жеделдететін инновациялар
Үйкеліс құрылғылары мен пішін есте сақтайтын қорытпаларды қолданатын өзін-өзі орталықтаушы болат құрылымдық жүйелер
Өзін-өзі орталау жүйелері сейсмикалық әсерден кейінгі ең үлкен проблема — қалдық ауытқуларды шешуге бағытталған үйкелісті бұзығыштар мен біз SMA деп атайтын ерекше пішін есте сақтау қорытпаларын біріктіреді. Бұл кішкентай үйкелісті құрылғылар алдын ала белгіленген нүктелерден ығысу басталған кезде энергияны бақыланатын тәсілмен шашыратады, сондықтан олар өте жақсы жұмыс істейді. Бұл ғимараттың негізгі конструкциялық элементтеріне түсетін кернеуді азайтады. Содан кейін қайта орталау тетіктері немесе құрылымның әртүрлі бөліктері арасындағы байланыстарда жиі кездесетін SMA-лар бар. Олардың ерекшелігі — созылу немесе иілу кезінде қатты деформацияланғаннан кейін толығымен қалпына келу қабілетін беретін суперэластиктілік деп аталатын таңғажайып қасиеті. Бұл технологиялық шешімдерді біріктірген кезде, 2023 жылы Жер сілкінісінің инженерлік зерттеу институты жасаған зерттеулерге сәйкес, қалдық ығысу 80 пайызға дейін азаяды, ал жөндеу шығындары шамамен 40 пайызға төмендейді. Әрбір минут құнды болатын ауруханалар мен авариялық орталықтар сияқты орындар үшін бұл — барлығын қайта реттеу немесе негізінен қайта салуға көп ақша жұмсаусыз қайта жұмыс істеуге тез қайта кіруге мүмкіндік береді. Сондықтан өте маңызды қызметтер тоқтамай, жұмысын жалғастырады.
Тәжірибеден алынған сабақтар: Крайстчерч, 2011 жыл — болат құрылымдардың төзімділігін шынайы әлемде тексеру
2011 жылы Крайстчерчте болған жер сілкінісі кезінде инженерлердің сейсмикалық оқиғалар кезінде болаттың беріктігі туралы ұзақ уақыт бойы айтқаны толықтай дәлелденді, әсіресе оны жаңа энергияны жұтатын жүйелермен қосқанда. Осы арнайы иілуге төзімді кронштейндері бар болат рамалы ғимараттар ұқсас темірбетон ғимараттарға қарағанда шамамен 30 пайызға аз зиян көрді. Алайда ең бастысы — көпшілік зақымдану қаншалықты жөнделетіндігі болды. MRF немесе BRB жүйелері бар болат ғимараттардың біреуі де құлаған жоқ, ал олардың шамамен үш төрттен бірі жарты жыл ішінде қайта іске қосылды, кейбіреуі одан да тезірек. Жер сілкінісінен кейінгі оқиғаларға қарағанда, сарапшылар ғимараттардың осылай жақсы көтерілуінің негізгі себебі ретінде болаттың иілгіштігін көрсетті, ал темірбетон ғимараттар әдетте дұрыс емес есептелген жағдайда кенеттен сызылады. Крайстчерчтегі тәжірибе Жаңа Зеландиядағы жер сілкінісіне қарсы ғимараттардың құрылыс нормаларында ірі өзгерістерге әкелді және әлемнің басқа елдерінде сейсмикалық қауіпсіздік мәселелерін қалай шешуге болатынына әсер етуде.
Сұрақтар мен жауаптар бөлімі
Неліктен болат құрылымдар жер сілкінісі кезінде тұрақтырақ болады? Болат құрылымдардың беріктігі мен салмағының қатынасы жоғары және олар пластикалық қасиетке ие, сондықтан олар жер сілкінісі кезінде құрылымның құлауынсыз иілуі мен энергияны сіңіруі мүмкін.
Моменттік қарсылық көрсететін каркастар (MRFs) жер сілкінісіне қарсы тұрақтылыққа қалай ықпал етеді? MRFs арнайы жасалған арқалық-бағана қосылыстарын қолданады, олар серпімді иілу мен бақыланатын деформация арқылы қатты жер сілкінісі энергиясын сіңіреді және құрылымның құлауын болдырмауға көмектеседі.
Қисықтыққа төзімді кронштейндер (BRBs) және эксцентрикалық кронштейндермен жабдықталған каркастар (EBFs) жер сілкінісіне төзімді құрылымдарды жобалауда қандай рөл атқарады? BRBs және EBFs жер сілкінісі энергиясын белгілі бір нүктелерде шашыратуға бағытталған, бұл құрылымдардың катастрофалық құлаусыз қатты тербелістерді шыдай алуын қамтамасыз етеді.