Novi sistem zaštite objekata od razornih zemljotresa - američki sistem testiran u Japanu

11.09.2009. | GoStructural

Novi sistem/ram (crvene boje) pripremljen za testiranje na stolu za simulaciju zemljotresa. Belom bojom je obeležena konvencionalna konstrukcija troetažnog objekta a detalj prikazuje zamenljive delove (žuta boja) u bazi čeličnog rama.
Na šemi se vide i kablovi koji nakon zamljotresa vraćaju zgradu u vertikalni položaj.

Projekat su vodili istraživači sa univerziteta Stanford i Ilinois. Tokom testiranja na velikim stolu za simulaciju sistem je preživeo zemljotres 7 stepeni Rihterove skale (jače od zemljotresa Nothbrudge 1994, i Loma Prieta 1989, oba u Kaliforniji).

 - Ovaj novi konstruktivni sistem ima potencijal da učini zgrade daleko otpornijim na oštećenja, a kada se ona pojave, da se lakše saniraju, tako da će ljudi moći mnogo brže da se vrate u svoje kuće nego što je to slučaj sada - kaže Greg Deierlein, vođa tima i profesor građevine i prostornog planiranja na Stanford-u. 

Napomena: pri dnu teksta možete pogledati video sa testa, a na kraju su dati i svi prateći linkovi.

Sistem rasipa energiju kroz oscilacije čeličnih ramova koji su postavljeni oko jezgra zgrade ili duž spoljašnjih zidova. Ovi ramovi mogu biti deo estetike objekta ili mogu biti integrisani u standardnu seizmičku konstrukciju zgrade. Ekonomski su isplativi za gradnju, svi materijali su dobro poznati na gradilištu, a svi delovi mogu se proizvoditi uz pomoć postojećih proizvodnih procesa.

- Jedinstveno u ovim ramovima jeste u tome što se, za razliku od konvencionalnih sistema, ovi ramovi nezavisno pomeraju od svojih temelja pod uticajem jakih zemljotresa - kaže Deierlein.

Čelična konstrukcija sa "osiguračima" koji trpe udare

Ramovi su čelična zglobna konstrukcija čiji se noseći stubovi mogu pomerati gore-dole u čeličnoj stopi koja je pričvršćena za temelje. Kako bi se kontrolisala ova pomeranja i vraćanje rama u vertikalu kada potres prestane, koriste se čelični kablovi koji prolaze kroz centar rama od vrha do dna.

Nakon testa, na nekada ravnim čeličnim "osiguračima" sada se vide deformacije usled apsorpcije energije potresa. Oni se mogu lako zameniti nakon zemljotresa.

Pleteni kablovi visoke čvrstoće vrate se na početnu dužinu kada potres prestane, povlačeći i celu zgradu u vertikalan položaj. Čelični osigurač na dnu rama dizajnirana je tako da spreči oštećenja na drugim delovima zgrade.

- Ideja ovog sistema je da koncentrišemo oštećenja na zamenljive delove. Zato se u ovom sistemu odrede mesta koja treba da prime opterećenje, budu oštećena, i zatim jednostavno da ih zamenimo isto kao što je to slučaj kod osigurača na električnim instalacijama - kaže Deierlein.

On i njegove kolege izveli su ispitivanja sistema u tokom nekoliko nedelja ovog leta u Inženjerskom straživačkom centru za zemljotrese Hyogo, u gradu Miki, Japan. Sproveli su četiri glavna testa (poslednji 24. avgusta 2009). Pre ovih testova ispitivali su različite modele pojedinih komponenti i sakupljali podatke kako bi mogli da naprave simulacije ponašanja celog sistema u laboratorijama na Stanford-u i Univerzitetu Ilinois.

- Zaista smo oduševljeni - nastavlja Deierlein - Ovo je bio prvi put da smo zaista sastavili ceo sistem i gledali kako se ponaša na objektu u uslovima veoma jakog zemljotresa. I ponašao se odlično! Već 10 ili 15 godina različiti istraživači ispituju i razvijaju ideje koje su inkorporirane u ovo rešenje ali on do sad nije bio testiran u realnim uslovima.

Platforma za simulaciju zemljotresa E-Defense (Earthquake Defense shake table) sa svojih 280m2 najveća je platforma ove vrste na svetu (na fotografiji jedno od brojnih ispitivanja na ovoj platforni).

U testu je korišćen objekat koji odgovara poslovnoj trospratnici umanjenoj za 1/4 po dimenzijama sa osnovom dimenzija 36,5m (120 stopa), sa 55m (180 stopa). Model visok 8m stajao je na velikom stolu za simulaciju zemljotresa različitih jačina - E-Defense. 

Na ovom modelu ramovi su postavljani u sendvič između duple konstrukcije zgrade: betonske i čelične čija je masa odgovarala zgradi te veličine. Svaka od tri etaže težila je 100 tona.

Jačine potresa u testovima odgovarale su onom iz 1995, Kobe, Japan - 6,9 Rihtera, i pomenutom iz Northridge-a, Kalifornija - 6,7 Rihtera. Ovaj drugi zemljotres smatra se najskupljim u istoriji sad sa ukupnom štetom od 40 milijardi dolara (U.S. Geological Survey). Zemljotres u Kobeu odgovoran je za 6.000 žrtava a materijalna šteta je bila tri do pet puta veća od onog u Northridge-u.

Za poslednji test kao početna tačka je korišćen potres iz Northridge-a, ali je uvećan 1,75 puta u odnosu na zabeleženu snagu.

- Ramovska konstrukcija doslovce je ostala netaknuta nakon simulacije najjačeg zemljotresa, osim na onim delovima koji su i predviđeni da se deformišu i apsorbuju energiju (foto gore desno). Ovaj poslednji test je pokazao da ovaj sistem funkcioniše - kaže Deierlein - Većina današnjih zgrada konstruisana je tako da prilikom najvećih zemljotresa spase ljudske živote ali ne i sebe. One koje prežive zemljotres moraju nakon toga biti srušene. Njihova popravka je, ili preskupa, ili čak nije ni moguća.

- Ovim sistemom minimalizujemo štetu... Elastični kablovi koji se sastoje od po 7 upletenih čeličnih žica poput onih koje se koriste u modernim prednapregnutim mostovima, imaju ključnu ulogu u vraćanju objekta u vertikalni položaj nakon potresa.

Primena i druge prednosti novog sistema

Pored zaštite ljudi i minimalizacije oštećenja, šira upotreba ove tehnike može doneti i druge prednosti.

- Ukoliko više zgrada može biti korišćeno odmah nakon zemljotresa, imaćete manji udar na društvo i zajednicu. To u velikoj meri dalje utiče na brži povratak ekonomskoj sigurnosti koja je postojala pre zemljotresa. Pored toga, ovo je svakako u skladu sa konceptom održive gradnje, jer nakon zemljotresa ostaju tone otpada, a moramo koristiti ogromne količine novog materijala/sirovina da popravimo i izgradimo sve srušeno.

Deierlein kaže da sistem koji je razvio sa kolegama može lako da se primenjuje na objekte do 15 spratova, ali da generalni pristup problemu koji su ponudili može da bude modifikovan za druge tipove objekata.

Deierleinovi saradnici sa Stanforda su: zamenik na projektu Sarah Billington, profesor Emeritus Helmut Krawinkler i doktor kandidat Xiang Ma. Drugi zamenik je profesor Jerome Hajjar, sa univerziteta u Ilinoisu. Tu su i profesionalni građevinski inženjeri: David Mar (Tipping Mar and Associates, Berkeley), and Gregory Luth (Gregory P. Luth and Associates, Santa Clara). Naravno, inostrani saradnici su kolege iz Istraživačkog centra u Japanu.

Istraživanje su podržali: National Science Foundation, National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention in Japan, American Institute of Steel Construction i druga udruženja industrije.

Linkovi:

 

Komentari: 0

TEKSTOVI /iz kategorije/


Anketa

Kojom vrstom toplotne izolacije je izolovan vaš stan/kuća?
Nikola K. 12.08.2019.
Oni koji to rade nisu normalni. Taj kip je ...
Goran 10.07.2019.
Kada ce da se uradi put Sremska gazela u Do...
Dragana Tošić 27.06.2019.
Poštovani, molim Vas za kontakt firme u S...
Darko 13.05.2019.
Gondola? Zbogom Kalemegdanu u UNESCO kultur...
TikiCar 25.04.2019.
Spominje se povezivanje NBG sa Rakovicom, a...