דינמיקה של מבנים

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA

נדיר כיום שעוברת שנה שלמה ללא אירוע רעידת אדמה גדול שזרע הרס אי שם ברחבי העולם. במקרים מסוימים, כמו רעידת האדמה בבנדה אצ'ה באינדונזיה ב-2005, הנזק כלל אזורים גיאוגרפיים גדולים ונפגעים בשש הדמויות. באופן כללי, מספר ועוצמתן של רעידות אדמה אינה גדלה, עם זאת, הפגיעות של הסביבה הבנויה עולה. עם העיור הגובר ללא פיקוח סביב אזורים פעילים מבחינה סיסמית, כגון "חגורת האש" של Circum-Pacific, עליית הים באזור החוף הנמוך, והריכוזים הגוברים של ייצור אנרגיה/הפצה ורשת דיגיטלית/טלקומוניקציה קריטית באזורים פגיעים, ברור שתכנון עמיד בפני רעידות אדמה הוא המפתח לחוסן קהילתי עתידי.

תכנון מבנים להתנגד לנזקי רעידת אדמה התקדם מאוד ב -50 השנים האחרונות, בעיקר באמצעות עבודה ביפן בעקבות רעידת האדמה של ניאגטה בשנת 1964, ובארצות הברית בעקבות רעידת האדמה בעמק סן פרננדו בשנת 1971. העבודה התקדמה בשלושה מסלולים מקבילים: (א) עבודה ניסיונית שמטרתה לפתח טכניקות בנייה משופרות למזעור נזקים ואובדן חיים; (ב) מחקרים אנליטיים המבוססים על מודלים חומריים גיאומטריים ולא ליניאריים מתקדמים; ות,(ג) סינתזה של התוצאות ב(א) ו-(ב) להוראות קוד עיצוב המשפרים את יכולתם של מבנים להתנגד לעומסים בלתי צפויים.

בדיקות סיסמיות בסביבת מעבדה לעיתים קרובות קשות ויקרות. הבדיקה מתבצעת בעיקר באמצעות שלוש הטכניקות הבאות:

1. בדיקה מעין-סטטית (QST), שבה חלקים ממבנה נבדקים באמצעות עיוותים לרוחב מיושמים לאט וקבעו מראש באופן שווה עם תנאי גבול אידיאליים. טכניקה זו שימושית במיוחד כדי להעריך את ההשפעות של פירוט מבני על הקשיחות ואת יכולת עיוות של חלקים מסוימים של מבנים.
2. בדיקה פסאודו-דינמית (PSDT), שבה גם העומסים מוחלים לאט, אך ההשפעות הדינמיות נלקחות בחשבון על ידי פתרון משוואות התנועה ככל שהבדיקה מתקדמת ועל ידי שימוש במשובי בדיקה ישירים (בעיקר קשיחות מיידית) כדי להעריך את הנוקשות בפועל ואת המאפיינים המדכאים של המבנה.
3. טבלאות לנער, שבו מודלים בקנה מידה של מבנים שלמים כפופים תנועות קלט באמצעות בסיס מופעל הידראולית או בסיס. שולחנות ניעור מייצגים טכניקת בדיקה נאמנה יותר, מכיוון שהמבנה אינו מרוסן באופן מלאכותי, הקלט הוא תנועת קרקע אמיתית, והכוחות המתקבלים הם באמת אינרציאליים, כפי שאפשר היה לצפות ברעידת אדמה אמיתית. עם זאת, דרישות הכוח הן עצומות, ורק כמה שולחנות לנער מסוגל לעבוד בקנה מידה כמעט מלא קיימים ברחבי העולם. ברחבי העולם, יש רק שולחן שייק אחד גדול המסוגל לבצע בדיקות על מבנים בקנה מידה מלא, שהוא שולחן הרעידות במתקן E-Defense ביפן, שנבנה בעקבות רעידת האדמה בקובה בשנת 1985.

בניסוי זה, נשתמש בשולחן ניעור קטן ובמבני מודל כדי לחקור את מאפייני ההתנהגות הדינמיים של כמה מודלים מבניים. מאפיינים דינמיים אלה, בעיקר התדירות הטבעית והשיכוף, כמו גם איכות הפירוט המבני והבנייה, שהופכים מבנים לפגיעים פחות או יותר לרעידות אדמה.