پدیده تشدید ( رزونانس ) در سازه ها

سازه دو نوع رفتار دارد. رفتار استاتیکی و رفتار دینامیکی. در رفتار استاتیکی ،سازه  تحت بارهای وارده به یک نقطه تعادل رسیده است و در آن نقطه ، نسبت به وضعیت اولیه فقط یک جابه جایی دارد و حرکت دیگری ندارد. در حالت دینامیکی ، سازه تحت بارهای وارده به نقطه تعادل خود نرسیده است و هر لحظه یک جابه جایی خاص را دارد و علاوه بر جابه جایی دارای سرعت و شتاب نیز میباشد.  در این حالت سازه دچار یک نوسان میشود. این نوسان دارای یک زمان_تناوب و یک فرکانس است. زمان تناوب نمایشگر زمان لازم جهت یک حرکت رفت و برگشتی کامل و فرکانس نماینده تعداد این حرکات رفت و برگشتی در واحد زمان است. فرکانس و زمان تناوب نوسان وابسته به میزان و نوع بارهای وارده نیست و جزو خواص ذاتی جسم یا سازه مورد نظر است.

بارهای وارد بر سازه نیز میتواند به صورت استاتیکی یا دینامیکی باشد. بارهای استاتیکی دارای مقادیر ثابتی هستند و در طول زمان تغییر نمیکنند. اما بارهای دینامیکی میتوانند مقادیر متغیری داشته باشند و در طول زمان تغییر نمایند. بارهای دینامیکی خود  میتوانند هارمونیک یا غیرهارمونیک باشند. در حالت هارمونیک ، مقدار بار پس از یک مدت معین دوباره به شکل قبل تکرار میشود. به بیان دیگر بار وارده شکل منظمی دارد و مثلاً تحت یک منحنی سینوسی ، در زمانهای مشخصی به شکلی مشابه تکرار میشود. بارهای هارمونیک نیز دارای زمان تناوب و فرکانس خواهند بود. زمان_تناوب نماینده طول مدت یک سیکل کامل بارگذاری و فرکانس نماینده تعداد سیکلهای بارگذاری در واحد زمان است. بارهای ناشی از فعالیتهای دستگاه های با موتور دورانی ( نظیر ماشین لباسشویی ) نمونه ای از این بارهای هارمونیک است. زمان تناوب و فرکانس نوسان این بارهای هارمونیک مستقل از زمان تناوب و فرکانس نوسان سازه است.

وقتی که سازه تحت بار دینامیکی است، پاسخ سازه به این بار دینامیکی هر لحظه متغییر خواهد بود. به بیان دیگر رابطه تعادل نیرو بین بار وارده و بار منتقل شده به سازه به صورت یک رابطه استاتیکی نخواهد بود و نیروهای اینرسی و میرایی هم در پاسخ سازه تاثیرگذار خواهد بود. در لحظاتی ممکن است پاسخ سازه ( نیروی منتقل شده به سازه ) تا چندین برابر بار وارد بر سازه افزایش یابد. معمولاً به جای پاسخ لحظه ای در این حالت ، ماکسیمم پاسخ سازه دارای اهمیت بوده و مورد محاسبه قرار میگیرد. این نیروی ماکسیمم ضریبی از نیروی ماکسیمم خارجی وارد بر سازه است که این نیرو نیز به صورت لحظه ای تغییر میکند. این ضریب به صورت یک ضریب تشدید شناخته میشود. ضریب تشدید وابسته به پارامترهایی نظیر درصد میرایی سیستم و نسبت فرکانس نوسان بار دینامیکی به فرکانس نوسان سازه است. طبق روابط مربوط به دینامیک_سازه ، با نزدیک شدن این ضریب به عدد یک ، ضریب تشدید به یک عدد بزرگ متمایل میشود.  در حالت ایده ال که میرایی سازه صفر باشد، میتواند این ضریب به بینهایت میل نماید؛ اما وجود میرایی در سازه باعث میشود که از مقدار ضریب تشدید کاهش یابد. در حالتی که نسبت فرکانس بارگذاری به فرکانس نوسان سازه به یک نزدیک میشود، اصطلاحاً پدیده رزونانس یا تشدید رخ میدهد. این پدیده چون باعث افزایش نیروی منتقل شده به سازه به مقدار بسیار زیادی میشود، میتواند خطرناک بوده و باعث تخریب ناگهانی سازه گردد. این پدیده در کلیه سازه هایی که تحت بارهای دینامیکی هستند میتواند دارای اهمیت باشد که از جمله میتوان به پل های بزرگراه ها اشاره نمود. جهت کنترل این پدیده میتوان از میراگر استفاده نمود. با قرار دادن میراگر مثلاً در زیر عرشه پلها در محل اتصال به ستونهای آنها و یا در زیر پایه های دستگاه های با بار دینامیکی در محل اتصال به سازه ، میتوان این پدیده را کنترل نموده و میزان بار منتقل شده به سازه را به حداقل کاهش داد.

 

نویسنده: احمدرضا جعفری

۴۶۸×۶۰ content ad

درباره نویسنده

کارشناس ارشد مهندسی زلزله از دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی تهران | مهندس محاسب و طراح | مدرس دوره های تخصصی Etabs و SAP2000 | شماره تماس مستقیم : 09382904800 |

مطالب مرتبط: