تحدي القوات السيزمية في الهياكل الصلبة

ومن ثم، فإن المباني التي تعمل بالإطار الصلبي لم تُفضَّل منذ فترة طويلة في المناطق المعرضة للزلازل، وذلك من أجل قوتها المتأصلة، وقابليتها للاختلال، وثقلها الخفيف، غير أن أداء هيكل الصلب خلال حدث زلزالي يعتمد بشكل حاسم على كيفية ارتباطها بالبذور والأعمدة والبراز، كما أن تصميمات الربط التقليدية التي تعتمد على مفاصلات ملونة تماما أو على حزامات زلازلية بسيطة.

ويتمثل التحدي الأساسي في تحقيق التوازن بين الحساسية والعقاقير، ويجب أن يكون هناك ارتباط كاف بنقل القوات تحت حمولات الخدمات والأحداث المعتدلة، ومع ذلك فإن الحد من الطاقة التي تولد وتثرها خلال زلزال شديد دون كسر، وأن السلوك المتصل بالركب يؤثر على أسلوب الفشل الهيكلي برمته، سواء شكلت قصة غير متينة، أو تعاني من اختلال الطوابق، أو تحتفظ بآلية الانهيار التقليدية.

تقنيات مبتكرة لتعزيز الأداء السيزمي

نظم عزل القاعدة وسد الأضرار التكميلية

وعلى مستوى الهيكل الكلي، فإن العزلة الأساسية هي أحد أكثر الطرق فعالية لحماية وصلات الحاسوب الفولاذي، حيث إن وضع علامات مرنة (في كثير من الأحيان تكون ذات صلة كبيرة بالرأس أو شرائح خماسية الاحتكاك) بين المؤسسة والهيكل الخارق، والإطار الأولي للصلب، وعلاقته، لا يزال يقلل بدرجة كبيرة من التكتل الجانبي، والانجرافات المطاطية الحد الأدنى التي تتراكم فعلياً من الزلازل الذي يمتد من حركة الأرض.

وفي موازاة ذلك، يمكن أن توزع نظماً للهبوط مثل أجهزة الصمامات السائلة، وأجهزة الغلة الفلزية، وأجهزة الاحتكاك يمكن أن توضع مباشرة في براغي الفولاذ أو بين الطوابق، وكثيراً ما تكون هذه الأجهزة مرتبطة بإطار الصلب المصمم خصيصاً، وأجهزة التثبيت التي يجب أن تكون في حد ذاتها قوية ومقاومة للعضلات، مثل الترسبات المثبتة.

Flexible Bolted and Welded Joints

وبدلا من التصويب على وصلات صلبة، فإن بعض التصميمات الحديثة تتجه عمدا إلى الأخذ بالمرونة الخاضعة للمراقبة في هذا المجال، ويتمثل أحد النهجين في استخدام المحركات العالية الارتطامات في فتحات مقطوعة أو مع غسالات مفرطة الحجم، مما يتيح قدرا من الزلازل قبل أن يُحمل الدببة المتحركة على اللوحة، وهذا الانزلاق الأولي يوفر آلية لتفكك الطاقة عن طريق الاحتك.

وقد تطورت أيضاً الروابط ذاتية الحامقة، ففي أعقاب الزلزال الذي ضرب منطقة شمالريدج في عام 1994، والذي أدى إلى كسر كبير في إطارات لحظة الصلب الملتوية، قام الباحثون بتطوير مثل فتحات الدخول العائمة التي تستهدف الحد من تركيزات الإجهاد، واستخدام مواد كهربائية أقوى (مثلاً، E71T8)، وتسببوا في حدوث أضرار مصاحبة كاملة في أعقاب الارتداد غير المستقر " .

Detailing for Ductility: The Importance of Slenderness and Geometry

وبالإضافة إلى التكييف المشترك، فإن قياسات البراغيث، والمشتقات الشبكية، ولوحات الاستمرارية تؤدي دوراً رئيسياً، ويستخدم المهندسون الآن قيوداً تناسبية (مثلاً، الحد من نسبة الفول السوداني إلى المقياس) لضمان أن يتم التلويث المحلي بعد تحقيق غلة كبيرة، ليس قبل ذلك.

Shape —Memory Alloys in Connection components

(أ) السبيكة العائمة، ولا سيما المحاور النيكلية، والزيارات النيكلية، والمعرضات الفوقية - القدرة على الخضوع لتشوهات كبيرة، ثم العودة إلى شكلها الأصلي عند تفريغها، وهذه الملكية تجعلها مثالية للوصلات الزلزامية التي يجب أن تُزيل الطاقة دون تشوه دائم.

وثمة تطبيق آخر هو استخدام أسلاك أو قضبان من نوع SMA في أجهزة الرطوبة ذات الطابع الشوكي التي تم تركيبها داخل منطقة الاتصال، ويمكن ملاحظة هذه الأجهزة لتفعيلها على مستوى منعزل محدد، مما يوفر صبغة تكميلية ويقلل من الضغوط على وصلات الفولاذ الأولية، غير أن مكوناتها لا تزال باهظة نسبيا وتتطلب معالجة حرارية وميكانيكية دقيقة لضمان سلامة السلوك الهستيري.

المواد والتكنولوجيات الناشئة من أجل الربط بين الحيوانات والنباتات

F−ReiberReinforced Polymers and High —Performance Concretes

وفي حين أن تصميم وصلات الصلب تركز تقليديا على الوصلات البينية بين الفولاذ والبطن، فإن النظم المركبة الحديثة تتضمن البوليمرات المقوى بالألياف أو البوليميرات المحتوية على أعلى من الفولطية، وهي توفر أيضاً قدرة جامعة الفول السوداني على زيادة القوة والقابلية للتشنج، كما أن هذه الوصلات الكثيفة من الفولاذية ذات الصلة بالكربون - المتجمد - المتجمد -

أجهزة الاستشعار الذكية ورصد الصحة الهيكلية في الوقت الحقيقي

وقد يسمح جهاز الاستشعار المزود مباشرة بأجهزة الصلب بالرصد المستمر للإجهاد ودرجة الحرارة والتسارع، وقد يكون هذا الاختراق في مجال الاختبارات الفبرية، كما أن أجهزة الاسترجاع المتطورة التي تستخدمها الجامعة في مجال الرصد الفائقة الصغر، قد تسند إلى مصانع الفول أو إلى مفاصل محمولة للكشف عن الغلة أو التحلل أو الضرر الحاد.

التنفيذ العملي والنظر في التكاليف

ويمكن أن يكون إدماج أجهزة الاستشعار والنجارة في كل اتصال مكلفا، ولذلك كثيرا ما يتم اعتماد نهج قائم على المخاطر: لا توضع أجهزة الاستشعار إلا في أهم وصلات (مثلا، فإن أولى القصص أو حول نواة ثابتة)، وتستخدم أجهزة الاستنشاق بصورة انتقائية لمراقبة الاستجابة الدينامية العامة للمبنى، ويمكن أن يبرر الانخفاض في تكاليف إصلاح أجهزة إعادة تصميم الأرض بعد الزلزال والوقت المنخفض ارتفاع النفقات

دراسات حالة وتطبيقات عالمية حقيقية

معهد بيكمان الجديد - الارتداد السيزمي مع الروابط الابتكارية

ومن الأمثلة البارزة على الابتكارات المتعلقة بالوصل الفولاذية إعادة بناء 12 حاسوبا فولاذيا في معهد بيكمان في إرفين، كاليفورنيا، حيث كان الهيكل الأصلي في السبعينات قد وصل بينات دقيقة قبل حلول نورثريدج، حيث قام المهندسون بإعادة ترتيب هذه الاتصالات بإضافة محركات خارجية، باستخدام مفاصل عالية الارتداد في الزلازل، وتجنبوا ربطات متحركة في العقد.

مستشفى فراش الصلب في كوبي - بعد هويوغوكين - نانبو

وفي أعقاب الزلزال المدمر الذي ضرب كوبي في عام 1995، نقحت اليابان مبادئها التوجيهية لتصميم وصلات الصلب، وكثيرا ما تتضمن مستشفيات جديدة بُنيت بعد عام 2000 مزيجا من الاتصالات المدمجة والمتمثلة في ازالة القاع، وعلى سبيل المثال، تستخدم البنية التحتية الصلبة للمركز الطبي في مدينة كوبي وصلات " غريبة " مع وجود صلة متعمدة بين الفخاخ في السوار، مما يؤدي إلى تفكك التربة.

San Francisco Transbay Terminal - Complex Steel Connections for a LargeSpan Structure

وقد طلب مركز ترانسباي للمرور العابر في سان فرانسيسكو أن تكون هناك صدمات فولاذية مستمدة من طول طويل لخلق أسطح حافلات خالية من العمود، وقد صممت الروابط بين الأعضاء في الترسانات وأعمدة الصلب باستخدام مزيج من عوارض الفولاذ الطبقية، وأجهزة الطبق الطبقية العالية، وثبتت الملامح، ووظفت المهندسات التضاريسية العليا واختبارات الكاملة للزلان لضمان بقاء الروابط في إطار سلسلة من الصلب.

الاستنتاج: مستقبل الروابط بين الصلبين في المناطق السيزمية

إن تطور وصلات الأكواب الصلبة من المفاصل المتشددة والمغلفة على القاع إلى نظم مرنة ومرنة ومركزة ذاتية يمثل تحولا أساسيا في هندسة الزلازل، إذ أن مهندسي هذه النظم يمكن أن يستفيدوا من مجموعة أدوات ثرية: مصممي القاع، وأجهزة التعبئة الملوَّثة، ورموز التكوين المكوِّنات، وتعزيز القوة المركبة، وأجهزة الاستشعار المثلى.

إن البحث في المستقبل يتجه نحو نماذج جديدة تماما: فالوصلات التي يمكن أن تتحول إلى زلزال نشط عن طريق تغيير الحساسية عند الطلب، أو الشفاء باستخدام المواد النانوية - الاقتصادية، وفي حين أن هذه المفاهيم لا تزال في المختبر، فإن مبادئ القابلية للاختلال، وتفكك الطاقة، ومكافحة الضرر التي تقوم عليها الابتكارات الحالية ستظل زلزالية، ولكن الهدف النهائي هو عدم ضمان سلامة المباني.

For further reading, see the American Institute of Steel Construction (AISC), the ] Structural Engineers Association of California (SEAOC), and the ] Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER6)