Бул изилдөө, жогорку чыңалуудагы туруктуу ток мененtim системаlerindeki өзгөрткүч клапан залы конструкцияларı менен tavandan asılı өзгөрткүч клапандардын горизонталдык жана вертикалдык жер титирөө кыймылдарыne каршы бирге korunmasını incelemektedir. Araştırmacılar, коргошун өзөктүү резина таянычтар, gaz yaylarını, спиралдык пружинаları жана аба демпферлериni бир bir системаde birleştiren doğrusal olmayan, өзүн борборлоштуруучу үч өлчөмдүү bir изоляция таянычы geliştirmiştir. Gaz yayı–коргошун өзөктүү резина таяныч alt системаi лаборатория тажрыйбаларiyle incelenmiş; tüm конструкция ise 20 üç компонентli deprem kaydı kullanılarak ABAQUS чектүү элемент модельi üzerinde мааниlendirilmiştir. Sayısal талдооlerde горизонталдык ivmelerde %31,8–%75,4, горизонталдык орун которууларда %20,1–%65,1, вертикалдык ivmelerde %24,6–%50,1 жана вертикалдык орун которууларда %15,2–%39,9 катышыnda азаюу билдирилген.

Önerмененn системаin ayırt edici özelliği, кичине жана orta орун которууларда сейсмикалык изоляция sağlayacak kadar esnek kalırken чоң орун которууларда gaz yaylarının doğrusal olmayan кайтаруучу күчni artırmasıdır. Bu davranış, mesnedin күч–орун которуу eğrisinde чоң deplasmanlara yaklaşıldıkça belirginleşen sertleşme biçiminde görülmüştür. Gaz yayları böylece izolasyon katmanının kontrolsüz biçimde uzaklaşmasını sınırlamayı жана deprem кийинsında başlangıç konumuna dönme eğilimini güçlendirmeyi amaçlamaktadır.

Ошентсе да изилдөө, kendini merkezleme davranışını түздөн-түз artık орун которуу ölçümleriyle текшерүүmıştır. Deneysel текшерүү yalnızca горизонталдык газ пружинасы–коргошун өзөктүү резина таяныч alt системаi üzerinde gerçekleştirilmiş; вертикалдык спиралдык пружина–аба демпфери системаi жана tam ölçekli valf holü конструкцияsı fiziksel катары test edilmemiştir. Bu nedenle bildirмененn конструкция düzeyindeki deprem performansı чектүү элемент simülasyonuna dayanmakta жана натыйжаларın gerçek saha колдонууsına aktarılabilmesi үчүн tam система тажрыйбаларi зарыл.

Изилдөөнүн негизги суроосу эмне?

Araştırmanın temel sorusu, өзгөрткүч клапан залыnün ana taşıyıcı системаi менен tavandan esnek biçimde asılan ağır elektrik ekipmanlarının горизонталдык жана вертикалдык deprem tepkмененrinin aynı izolasyon системаiyle azaltılıp azaltılamayacağıdır. Изилдөө ошондой эле чоң горизонталдык орун которууларда yeterli кайтаруучу күч üreterek deprem кийинsındaki kalıcı mesnet deformasyonlarını sınırlayabмененcek bir механизмnın tasarlanıp tasarlanamayacağını изилдөөktadır.

Dönüştürücü valf holleri, жогорку чыңалуудагы туруктуу ток мененtim системаlerinin kritik tesislerindendir. Bu конструкциялар yalnızca geniş ачыкlıklı bir endüstri binasından ibaret değildir. Çelik çerçeжанаler, betonarme duvarlar, çatı makasları, izolatörler, duvar geçitleri, parafudrlar жана tavandan asılı ağır өзгөрткүч клапандар бирге çalışan, dinamik açıdan karmaşık bir конструкция–elektrik ekipmanı системаi oluşturur. Deprem учурунда ana конструкция salınırken asılı ekipman kendi төмөн frekanslı hareketini sürdürebilir; çatının вертикалдык hareketleri de askı izolatörleri жана valfler üzerinde ilaжана dinamik büyütme meydana getirebilir.

Mevcut izolasyon çözümlerindeki boşluk

Geleneksel kurşun çekirdekli же жогорку демпфирлөөlü kauçuk mesnetler, конструкциянын горизонталдык titreşim periyodunu uzatarak жана histeretik enerji tüketerek горизонталдык deprem tepkмененrini azaltır. Бирок bu mesnetlerin вертикалдык rijitliği genellikle жогоркуtir. Bu nedenle geniş ачыкlıklı çatılarda жана askılı elektrik ekipmanlarında görülebмененn вертикалдык ivme büyütmesini yeterince kontrol edemezler.

Daha мурун geliştirмененn үч өлчөмдүү izolasyon системаleri kauçuk mesnet, hava yayı, sürtünmeli sarkaç, halka yay, negatif катуулук же kayma механизмları gibi айырмаlı çözümler kullanmıştır. Araştırmacılara göre өзгөрткүч клапан залы менен askılı valflerin oluşturduğu bütünleşik система үчүн cihaz geometrisinin, parametre tasarımının, компонент тажрыйбаларinin жана tüm конструкция performansının бирге ele alındığı изилдөөlar sınırlıdır. Önerмененn NSC-3DIB системаi bu boşluğu горизонталдык жана вертикалдык izolasyonu, enerji tüketimini жана чоң deplasman geri çağırma механизмsını aynı mesnette birleştirerek hedeflemektedir.

NSC-3DIB hangi компоненттерden oluşmaktadır?

Doğrusal olmayan, өзүн борборлоштуруучу үч өлчөмдүү изоляция таянычы; İngilizce adıyla nonlinear self-centering three-dimensional isolation bearing жана kısaltmasıyla NSC-3DIB, dört ana işlevsel компонентden oluşmaktadır:

• Kurşun çekirdekli kauçuk mesnet: Yatay yük taşıma, esnek deformasyon жана histeretik enerji tüketimi sağlar.
• Simetrik gaz yayları: Yatay орун которуу büyüdükçe hızla artan doğrusal olmayan кайтаруучу күч üretir.
• Helisel yaylar: Düşey rijitliği düşürerek системаin вертикалдык doğal titreşim periyodunu uzatır.
• Hava демпфирлөөleyicмененri: Piston hareketi учурунда oluşan gaz sıkışması жана akış direnciyle вертикалдык titreşim enerjisini tüketir.

Sistemde ошондой эле вертикалдык hareketin коопсуз sınırları aşmasını önleyen deplasman sınırlayıcıları, kayma rayları, bağlantı plakaları жана koruyucu dış gövde бар. Сүрөт 1’de горизонталдык жана вертикалдык alt системаlerin aynı mesnette fakat айырмаlı mekanik görevlerle bir araya getirildiği görülmektedir. Yatay системаin merkezinde коргошун өзөктүү резина таяныч, çevresinde ise simetrik gaz yayları yer alırken вертикалдык система спиралдык пружинаlar, аба демпферлери жана sınırlayıcı elemanlardan oluşmaktadır.

Yatay hareket nasıl kontrol edilmektedir?

Yatay yönde коргошун өзөктүү резина таяныч менен gaz yayları paralel çalışır жана aynı горизонталдык орун которууye maruz kalır. Mesnet bir yöne hareket ettiğinde gaz yaylarından biri sıkışırken каршы taraftaki uzar. Hareket yönü tersine döndüğünde bu görevler yer değiştirir. İki gaz yayındaki basınç değişimi бирге bir кайтаруучу күч meydana getirir.

Kurşun çekirdekli kauçuk mesnedin горизонталдык кайтаруучу күч Bouc–Wen histerezis модельiyle ifade edilmiştir:

\[ F_L = \alpha K_0 x + (1-\alpha)F_y z \]

Burada F_L kurşun çekirdekli kauçuk mesnedin горизонталдык kuvжанаtini, K₀ akma мурунsi rijitliği, α akma кийинsı катуулук катышыnı, x горизонталдык орун которууyi, F_y akma kuvжанаtini жана z histeretik iç değişkeni көрсөтөт. İlk terim kauçuk tabakaların elastik katkısını, ikinci terim ise kurşun çekirdeğin akmasıyla oluşan çevrimsel enerji tüketimini temsil eder.

Histeretik değişkenin gelişimi aşağıdaki Bouc–Wen ilişkisiyle tanımlanmıştır:

\[ \dot{z} = \frac{1}{x_y}\left[A\dot{x}-\beta|\dot{x}|\,|z|^{n-1}z-\gamma\dot{x}|z|^n\right] \]

x_y akma орун которууsini; A, β, γ жана n ise histerezis döngüsünün biçimini, geçiş keskinliğini жана yükleme–boşaltma davranışını belirleyen модель parametrelerini ifade eder. Теңдеме, kuvжанаtin yalnızca o andaki орун которууye değil, daha мурунki yükleme geçmişine de байланган olduğunu көрсөтөт.

Gaz yayları neden doğrusal olmayan bir kuvжанаt üretmektedir?

Gaz yaylarının үчүнdeki gaz sıkıştırıldığında hacim küçülür жана basınç yükselir. Küçük bir başlangıç hareketinde hacim değişiminin etkisi sınırlıyken piston strokunun sonuna yaklaşıldıkça aynı miktardaki ek hareket, kalan gaz hacminin daha чоң bir bölümünü etkмененr. Bu nedenle kuvжанаt, орун которууyle doğrusal biçimde değil giderek hızlanan bir eğriyle artar.

Simetrik gaz yayı grubunun кайтаруучу күч politropik gaz мөөнөтci kabulü altında şu сүрөтde модельlenmiştir:

\[ F_g = P_{g0}A_gV_0^{n_g}\frac{(V_0+A_gx)^{n_g}-(V_0-A_gx)^{n_g}}{(V_0^2-A_g^2x^2)^{n_g}} \]

Bu denklemde P_g0 başlangıç gaz basıncı, A_g etkin piston alanı, V₀ başlangıç gaz hacmi жана n_g politropik üs маанисиdir. Başlangıç basıncının же piston alanının artırılması кайтаруучу күчni yükseltirken başlangıç gaz hacminin büyütülmesi, aynı орун которууdeki göreli hacim değişimini жана dolayısıyla kuvжанаt artışını azaltır.

Kurşun çekirdekli mesnet жана gaz yayları paralel olduğu үчүн toplam горизонталдык kuvжанаt iki katkının toplamıdır:

\[ F_h = F_g + \alpha K_0x + (1-\alpha)F_yz \]

Bu ilişki NSC-3DIB системаinin temel davranışını özetlemektedir. Kurşun çekirdekli kauçuk mesnet çevrimsel enerjiyi tüketirken gaz yayları özellikle чоң deplasmanlarda artan bir кайтаруучу күч sağlar. Kuvжанаt–орун которуу eğrмененrindeki geniş histerezis alanı enerji tüketimini, eğrinin uçlara doğru yukarı kıvrılması ise gaz yaylarının sertleşen davranışını көрсөтөт.

Düşey izolasyon nasıl sağlanmaktadır?

Düşey системаde спиралдык пружинаlar менен аба демпферлери paralel изилдөөktadır. Helisel yayların кайтаруучу күч doğrusal катары модельlenmiştir:

\[ F_s = k_sy \]

Burada k_s спиралдык пружинаların toplam вертикалдык rijitliği, y вертикалдык орун которууdir. Rijitliğin azaltılması вертикалдык doğal titreşim periyodunu uzatır. Böylece zemindeki hızlı вертикалдык ivme değişimlerinin çatıya жана asılı ekipmana түздөн-түз aktarılması azaltılmaya çalışılır.

Hava демпфирлөөleyicмененri değiştirilmiş Maxwell модельiyle temsil edilmiştir. Изилдөөda колдонулган эквиваленттүү катуулук жана демпфирлөө katsayısı ilişkмененri şöyledir:

\[ k_a = 1{,}102\frac{\gamma p_0 A_p}{h_p} \]

\[ c = 1{,}135\frac{\alpha_0 A_p^2}{1+3\varepsilon^2/2} \]

γ havanın özgül ısı катышыnı, p₀ atmosfer basıncını, A_p piston alanını, h_p hava haznesi жогоркуliğini, α₀ демпфирлөө parametresini жана ε eksantriklik катышыnı көрсөтөт. Hava демпфирлөөleyicisinin эквиваленттүү rijitliği спиралдык пружина rijitliğine göre кичине kabul edildiği үчүн вертикалдык катуулук tasarımında ihmal edilmiş, ağırlıklı катары демпфирлөө elemanı şeklinde колдонулган.

Düşey mesnet kuvжанаti bu kabulle aşağıdaki yay–демпфирлөөleyici ilişkisine indirgenmiştir:

\[ F_z = k_sy + c\dot{y} \]

İlk terim вертикалдык konuma байланган elastik kuvжанаti, ikinci terim ise вертикалдык hıza байланган демпфирлөө kuvжанаtini ifade eder. Sistem böylece вертикалдык hareketi yalnızca yaylarla taşımak yerine hareket учурунда enerjinin bir bölümünü hava akış direnci yoluyla tüketmektedir.

Yapı hedefleri бир бир mesnetlere nasıl aktarılmıştır?

Araştırmanın маанилүү katkılarından biri, tüm valf holü үчүн belirlenen izolasyon hedeflerini her kolon altındaki mesnet компоненттерinin fiziksel parametrelerine dönüştüren aşamalı tasarım ыкмаidir. Сүрөт 3’te жанаrмененn iş akışı üç kademeden oluşmaktadır: конструкция жана tasarım hedeflerinin belirlenmesi, parametrelerin kolon tepkмененrine göre бир бир mesnetlere dağıtılması жана kurşun çekirdekli mesnet, gaz yayı, спиралдык пружина менен аба демпфериnin geometrik boyutlarının hesaplanması.

İzolasyon katmanı üzerindeki toplam конструкция kütlesi M, hedef başlangıç горизонталдык periyodu T_h,0, hedef вертикалдык periyot T_v жана hedef вертикалдык демпфирлөө катышы ξ_v bilindiğinde toplam система parametreleri şu ilişkмененrle hesaplanmaktadır:

\[ K_{h,0}=\frac{4\pi^2M}{T_{h,0}^2} \]

\[ K_v=\frac{4\pi^2M}{T_v^2} \]

\[ \omega_v=\frac{2\pi}{T_v} \]

\[ C_v=2\xi_vM\omega_v \]

K_h,0 toplam başlangıç горизонталдык rijitliğini, K_v toplam вертикалдык rijitliği, ω_v вертикалдык açısal frekansı жана C_v toplam вертикалдык демпфирлөө katsayısını көрсөтөт.

Kolon yükleri бирдей olmadığı үчүн bütün mesnetlere aynı катуулук жана демпфирлөө маанисиnin жанаrilmesi uygun görülmemiştir. Her mesnet үчүн kolon tabanı вертикалдык tepkisine байланган bir dağıtım katsayısı колдонулган:

\[ \lambda_i=\frac{N_i}{\sum_{i=1}^{N}N_i} \]

\[ k_{h,0,i}=\lambda_iK_{h,0},\qquad k_{v,i}=\lambda_iK_v,\qquad c_i=\lambda_iC_v \]

N_i, ilgili kolon altında taşınan вертикалдык yükü; λ_i ise o mesnedin toplam система үчүнdeki payını ifade etmektedir. Bu yaklaşım sayesinde daha fazla вертикалдык yük taşıyan kolonların altındaki mesnetlere daha жогорку катуулук жана демпфирлөө kapasitesi atanmıştır.

Yatay катуулук gaz yayları менен kauçuk mesnet arasında nasıl bölüştürülmüştür?

Gaz yayı grubunun başlangıç rijitliğinin kurşun çekirdekli mesnedin akma кийинsı rijitliğine катышы η_k менен tanımlanmıştır. Buna göre:

\[ k_{l2,i}=\frac{k_{h,0,i}}{1+\eta_k} \]

\[ k_{g0,i}=\eta_k k_{l2,i} \]

k_l2,i kurşun çekirdekli kauçuk mesnedin akma кийинsı rijitliğini, k_g0,i ise gaz yayı grubunun başlangıç rijitliğini көрсөтөт. Tasarım орун которууsi x_m düzeyinde gaz yayı kuvжанаtinin kurşun çekirdekli mesnet kuvжанаtine катышы ошондой эле η_f менен tanımlanmıştır:

\[ F_{g,i}(x_m)=\eta_fF_{L,i}(x_m) \]

Gaz yayının başlangıç rijitliği ise gaz basıncı жана geometrisiyle şu сүрөтde ilişkмененndirilmiştir:

\[ k_{g0,i}=\frac{2n_gP_{g0,i}A_g^2}{V_0} \]

Bu bağıntılar başlangıç gaz basıncı, piston alanı жана gaz hacminin geriye doğru hesaplanmasına olanak жанаrmektedir. Hesaplanan mesnedin tasarım deplasmanındaki эквиваленттүү горизонталдык rijitliği жана periyodu hedefi каршыlamıyorsa kuvжанаt катышы же gaz yayı boyutları değiştirмененrek işlem бирrarlanmaktadır.

Yatay alt система nasıl тажрыйбаsel катары sınanmıştır?

Araştırmacılar коргошун өзөктүү резина таяныч, iki tarafta simetrik gaz yayları, üniжанаrsal bağlantılar, çelik plakalar жана hareket sınırlayıcılarından oluşan bir горизонталдык izolasyon numunesi üretmiştir. Numuneye мурун işletme durumunu temsil eden sabit bir вертикалдык basınç uygulanmış, ardından орун которуу kontrollü tersinir горизонталдык çevrimler жанаrilmiştir. Yatay kuvжанаt жана deplasman eş убакытlı ölçülerek histerezis eğrмененri elde edilmiştir.

Deney düzeninde gaz yayları üniжанаrsal mafsallarla bağlanmıştır. Bu bağlantıların amacı кичине dönmeleri жана montaj toleranslarını каршыlamak, gaz yayı gövdelerinde istenmeyen eğilme momentlerini azaltmak жана elemanların mümkün olduğunca eksenel kuvжанаt taşımasını sağlamaktır. Сүрөт 4 тажрыйба makinesini, numune компоненттерini жана çevrimsel yükleme protokolünü; Сүрөт 5 ise sağa жана sola hareket учурунда bir gaz yayının sıkışırken каршы taraftakinin uzadığını көрсөтөт.

Kurşun çekirdekli kauçuk mesnet numunesinin etkin çapı 250 mm, kurşun çekirdek çapı 42 mm жана toplam жогоркуliği 190 mm’dir. Mesnette 17 adet 3,5 mm kauçuk tabaka жана 16 adet 2,5 mm çelik plaka колдонулган. Akma мурунsi катуулук 3125 kN/m, akma кийинsı катуулук 312,5 kN/m жана akma орун которууsi 4 mm катары жанаrilmiştir. Gaz yayları үчүн 63, 80 жана 100 mm silindir çapları denenmiş; başlangıç basıncı жана изилдөө uzunluğu değiştirilmiştir.

Gaz basıncı жана silindir çapı kuvжанаti nasıl değiştirmiştir?

Сүрөт 6’daki histerezis eğrмененrinin temel mesajı, başlangıç gaz basıncı yükseldikçe eğrмененrin dışa doğru genişlemesi жана чоң deplasmanlardaki yukarı kıvrılmanın belirginleşmesidir. Başlangıç basıncı 0,1 MPa’dan 0,5 MPa’ya çıkarıldığında 63 mm silindirli düzeneğin tepe кайтаруучу күч 32,55 kN’dan 45,41 kN’a жогорулаган. Bu değişim %39,5 artışa каршыlık gelmektedir.

Başlangıç basıncının 0,5 MPa olduğu durumda 80 mm çaplı silindirin tepe kuvжанаti 54,78 kN, 100 mm çaplı silindirin tepe kuvжанаti ise 69,07 kN катары өлчөнгөн. Bu мааниler 63 mm silindirli düzeneğe göre sırasıyla %20,6 жана %52,1 daha жогоркуtir. Sonuçlar yalnızca basıncın değil, etkin piston alanının da чоң deplasmandaki кайтаруучу күчni belirlediğini көрсөтөт.

Gaz yayı изилдөө uzunluğu neden маанилүүdir?

Сүрөт 7’de gaz yayı изилдөө uzunluğu 60, 70 жана 80 mm arasında değiştirilmiştir. Изилдөө uzunluğu arttıkça başlangıç gaz hacmi büyümüş жана aynı горизонталдык deplasmanda meydana gelen göreli hacim değişimi küçülmüştür. Bunun sonucunda hem başlangıç rijitliği hem de чоң deplasmandaki кайтаруучу күч azalmıştır.

Daha kısa изилдөө uzunluğu кичине bir gaz hacmi oluşturduğu үчүн pistonun aynı miktardaki hareketi gazı oransal катары daha fazla sıkıştırmaktadır. Bu durum daha güçlü bir sertleşme davranışı üretir. Бирок daha жогорку kuvжанаtin her убакыт daha iyi izolasyon anlamına gelmediği unutulmamalıdır; aşırı катуулук izolasyon periyodunu kısaltabilir жана üst конструкцияya aktarılan ivmeyi artırabilir.

Teorik модель тажрыйбаларle ne ölçüde uyuşmuştur?

Model текшерүүsı, doğrusal olmayan etkinin en belirgin olduğu 60 mm изилдөө uzunluğu жана 0,5 MPa başlangıç basıncı altında, üç айырмаlı silindir çapı үчүн конструкцияlmıştır. Сүрөт 8’de teorik жана тажрыйбаsel histerezis eğrмененri genel biçim, çevrim alanı жана чоң deplasmandaki kuvжанаt artışı bтокından birbirine yakın görünmektedir.

Tepe кайтаруучу күчndeki hatalar bütün silindir çaplarında %10’un altında kalmış, en жогорку hata %9,7 катары билдирилген. Bu текшерүү горизонталдык газ пружинасы–коргошун өзөктүү резина таяныч модельinin чектүү элемент талдооinde kullanılmasını desбирlemektedir. Бирок текшерүү yalnızca incelenen numune boyutları, basınçlar, изилдөө uzunlukları жана yarı statik yükleme koşulları үчүн geçerlidir; hızlı dinamik yükleme, uzun мөөнөтli çevrimsel yorgunluk, sıcaklık değişimi жана tam ölçek etkмененri ошондой эле test edilmemiştir.

Valf holünün чектүү элемент модельi nasıl kurulmuştur?

İncelenen valf holü, ultra жогорку чыңалууli doğru ток мененtim projesindeki бир katlı, geniş ачыкlıklı bir endüstri конструкцияsıdır. Yapının жогоркуliği 31,4 m, plan boyutları 94 m × 35,5 m’dir. Sistem çelik çerçeжанаler менен betonarme duvarları birleştiren karma bir taşıyıcı düzene sahiptir.

Boyuna doğrultuda altı dönüştürücü valf grubu yer almaktadır. Her grupta dört tristör valfi жана bir parafudr olmak üzere beş askı noktası бар. Her askı noktası çatı makasının alt başlığına bir askı izolatörüyle bağlanmış жана 30 kN yoğunlaştırılmış yük taşımaktadır. Bu esnek askı biçimi, valflerin ana конструкцияdan daha төмөн frekansta salınmasına olanak жанаrmektedir.

ABAQUS модельinde çelik çerçeжана kirişleri жана kolonları, çatı makası elemanları менен betonarme çerçeжана elemanları B31 kiriş elemanlarıyla; perde duvarlar S4R kabuk elemanlarıyla модельlenmiştir. Dönüştürücü valfler kabuk, askı izolatörleri ise kiriş elemanlarıyla temsil edilmiştir. Yapısal демпфирлөө үчүн Rayleigh демпфирлөө модельi колдонулган.

İzolasyonsuz конструкциянын temel горизонталдык frekansı 1,51 Hz, вертикалдык frekansı 2,92 Hz катары hesaplanmıştır. Bunlar yaklaşık 0,66 saniyelik горизонталдык жана 0,34 saniyelik вертикалдык periyotlara каршыlık gelmektedir. Asılı өзгөрткүч клапандардын temel frekansı ise 0,39 Hz’dir. Bu төмөн frekans, valflerin ana конструкцияya göre çok daha esnek жана uzun periyotlu hareket ettiğini көрсөтөт.

İzolasyon системаi конструкция модельine nasıl yerleştirilmiştir?

Her kolon tabanına bir tane olmak üzere toplam 51 NSC-3DIB yerleştirilmiştir. Önce izolasyonsuz модельin statik талдооi конструкцияларak her kolonun taban tepkisi hesaplanmış, daha кийин toplam катуулук жана демпфирлөө мааниleri bu tepkмененr катышыnda бир бир mesnetlere dağıtılmıştır. Сүрөт 10’da mesnetlerin plan üzerindeki konumları жана kolon aksları gösterilmektedir.

Tasarımda başlangıç горизонталдык izolasyon periyodu 2,0 saniye, вертикалдык izolasyon periyodu 0,6 saniye, горизонталдык tasarım орун которууsi 100 mm, вертикалдык tasarım орун которууsi 20 mm жана hedef вертикалдык демпфирлөө катышы 0,15 катары seçilmiştir. Başlangıç катуулук катышы η_k 0,5, tasarım deplasmanındaki gaz yayı/kurşun çekirdekli mesnet kuvжанаt катышы η_f ise 0,7’dir.

Örnek катары A/1 aksındaki 209,6 kN вертикалдык tepki taşıyan mesnet үчүн вертикалдык катуулук 3093,1 kN/m, вертикалдык демпфирлөө katsayısı 88,61 kN·s/m катары hesaplanmıştır. Bu mesnette kurşun çekirdekli kauçuk elemanın dış çapı 280 mm, kurşun çekirdek çapı 44 mm, akma kuvжанаti 14,85 kN жана akma орун которууsi 8 mm’dir. Gaz yayı başlangıç basıncı 0,3 MPa, бир gaz yayı çapı 147 mm жана изилдөө uzunluğu 141 mm катары жанаrilmiştir.

ABAQUS içerisinde gaz yayı жана коргошун өзөктүү резина таяныч горизонталдык doğrultuda paralel çalışan iki ayrı CONN3D2 bağlantı elemanıyla tanımlanmıştır. Gaz yayı үчүн doğrusal olmayan elastik, kurşun çekirdekli mesnet үчүн elastik-plastik bağlantı davranışı колдонулган. Düşey yönde ise спиралдык пружина rijitliği менен аба демпфериnin демпфирлөө özelliği бир bir bağlantı системаi үчүнde temsil edilmiştir.

Deprem hareketleri nasıl seçilmiştir?

Zaman tanım alanı талдооlerinde PEER NGA-West2 жанаri tabanından seçмененn 20 deprem kaydı колдонулган. Kayıtların 10’u yakın alan, 10’u uzak alan hareketidir. Moment чоңlükleri 6,50 менен 7,62 arasında, kırılmaya en yakın mesafeler ise 0,34 km менен 76,26 km arasında değişmektedir.

Hedef tasarım koşullarında karakteristik periyot 0,4 saniye жана tasarım yer ivmesi 0,2 g катары alınmıştır. Deprem hareketinin üç компонентi модельe X:Y:Z = 1:0,85:0,65 катышыnda колдонулган. Boyuna X doğrultusu ana giriş yönü kabul edilmiştir.

Yatay tepkмененr çelik kolon tepesinde, perde duvar tepesinde, çatı makası alt başlığının orta ачыкlığında жана dönüştürücü valfin alt kısmında incelenmiştir. Düşey tepkмененr çatı makası orta ачыкlığı менен valfin alt kısmında мааниlendirilmiştir. Her noktada tepe жана karekök ortalama kare мааниleri kullanılarak ivme жана орун которуу каршыlaştırmaları конструкцияlmıştır.

Yatay izolasyon натыйжаларı ne көрсөтөт?

NSC-3DIB bütün мааниlendirme noktalarında hem горизонталдык ivmeyi hem de горизонталдык орун которууyi азайткан. X жана Y doğrultularındaki натыйжалар бирге мааниlendirildiğinde горизонталдык ivme izolasyon oranları %31,8 менен %75,4, горизонталдык орун которуу izolasyon oranları ise %20,1 менен %65,1 arasında değişmiştir.

İvme азаюуsı genel катары орун которуу азаюуsından daha жогорку bulunmuştur. Bu durum izolasyon системаinin üst конструкцияya aktarılan ani hareketi etkili biçimde süzdüğünü, fakat izolasyon katmanının hareket edebilmesi үчүн belirli bir deplasmana izin жанаrmesi gerektiğini көрсөтөт. Başka bir ifadeyle система, zemindeki hareketi tamamen ortadan kaldırmamakta; hareketin bir bölümünü mesnet seviyesinde kontrollü bir deplasmana dönüştürmektedir.

Сүрөт 14 жана Сүрөт 15’бирi kutu графикler uzak alan kayıtlarında izolasyon oranlarının çoğunlukla yakın alan kayıtlarından daha жогорку olduğunu көрсөтөт. Araştırmacılar bu айырмаı uzak alan hareketlerinin daha düzgün spektral içeriğiyle ilişkмененndirmektedir. Bazı yakın alan hareketlerindeki hız darbeleri жана yoğun төмөн frekans içeriği, izolasyon katmanında daha чоң deplasman oluşturarak doğrusal olmayan gaz yaylarını daha жогорку катуулук bölgesine taşıyabilir.

Y doğrultusundaki performans X doğrultusuna göre bir miktar daha төмөн bulunmuştur. Yazarlar bu sonucu конструкциянын Y doğrultusundaki plan asimetrisi, düzensiz kütle–катуулук dağılımı жана yerel titreşim айырмаlılıklarıyla ilişkмененndirmektedir. Бирок изилдөө bu ачыкlamayı ayrı bir burulma талдооiyle түздөн-түз sınamamıştır; dolayısıyla bu механизм yazarların сандык натыйжаларa dayalı yorumudur.

Düşey izolasyon натыйжаларı ne көрсөтөт?

Düşey kontrol горизонталдык kontrol kadar жогорку olmasa da çatı системаi жана askılı valflerde anlamlı tepki азаюуları elde edilmiştir. Düşey ivme izolasyon oranları %24,6–%50,1, вертикалдык орун которуу izolasyon oranları %15,2–%39,9 aralığındadır.

Сүрөт 16’da valfin alt kısmındaki вертикалдык tepki азаюуsının çatı makası orta ачыкlığındakinden genel катары daha жогорку olduğu görülmektedir. Araştırmacılara göre çatı makası orta ачыкlığı, çatının uzaysal davranışı, askı izolatörlerinin bağlantısı жана yerel eleman titreşimlerinden бирге etkмененnmektedir. Valfin alt kısmı ise askı системаinin toplam hareketini daha түздөн-түз yansıtmaktadır.

Bu натыйжалар вертикалдык системаin жер титирөө кыймылыni bütünüyle kesmediğini, бирок төмөн вертикалдык катуулук менен hava демпфирлөөünü birleştirerek çatıdan asılı ekipmana aktarılan hareketi azalttığını көрсөтөт. Düşey izolasyonun performansı, спиралдык пружинаların taşıma kapasitesi жана strok sınırı kadar аба демпферлериnin geometrisine de байланганdır.

Deprem şiddeti arttığında performans neden düşmektedir?

El Centro Array #9, Pacoima Dam, Taft Lincoln School жана Ferndale City Hall kayıtları айырмаlı tepe yer ivmesi seviyelerine ölçeklenerek duyarlılık талдооi конструкцияlmıştır. Tepe yer ivmesi 0,2 g’den 0,4 g’ye yükseldiğinde горизонталдык izolasyon oranları колдонулган tepki ölçütüne жана deprem kaydına байланган катары 9,2–20,3 yüzde puan azalmıştır.

Daha güçlü жер титирөө кыймылы izolasyon katmanında daha чоң deplasman üretir. Bu deplasman gaz yaylarını күч–орун которуу eğrisinin sertleşen bölgesine taşır. Eşмаани горизонталдык катуулук yükseldiğinde izolasyon periyodu kısalır жана periyot uzatmanın sağladığı ivme azaltma avantajı zayıflar. Bu davranış, gaz yayının коопсуз кайтаруучу күч менен төмөн izolasyon rijitliği arasında bir tasarım dengesi kurulması gerektiğini көрсөтөт.

Geri çağırma kuvжанаti катышыnın artırılması her убакыт yararlı mıdır?

Hayır. Gaz yayı kuvжанаtinin коргошун өзөктүү резина таяныч kuvжанаtine катышы olan η_f, 0,7’den 1,1’e çıkarıldığında dört deprem kaydının tamamında горизонталдык izolasyon oranları төмөндөгөн. Azalma 3,3–8,0 yüzde puan aralığındadır.

Daha жогорку η_f, чоң deplasmanda daha güçlü кайтаруучу күч sağladığı үчүн başlangıç konumuna dönme eğilimini artırabilir. Fakat aynı убакытda эквиваленттүү горизонталдык rijitliği yükseltir жана izolasyon periyodunu kısaltır. Bu nedenle en жогорку kendini merkezleme kuvжанаti менен en жогорку izolasyon жанаrimi aynı parametre noktasında elde edilmemektedir.

Изилдөөnın temel tasarım sonucu, η_f маанисиnin yalnızca maksimum kuvжанаte göre seçilmemesi gerektiğidir. Tasarım горизонталдык deplasmanı, hedef periyot, mesnet stroku, üst конструкция ivmesi жана deprem кийинsı geri dönme ihtiyacı бирге мааниlendirilmelidir.

Hava демпфирлөөleyicisi piston çapı вертикалдык performansı nasıl etkмененmiştir?

Hava демпфирлөөleyicisinin silindir çapı 200,2 mm катары sabit tutulurken piston çapı 199,4 mm’den 200,0 mm’ye çıkarılmıştır. Piston çapı büyüdükçe piston менен silindir arasındaki halka biçimli akış boşluğu küçülmüş, gaz akış direnci жана эквиваленттүү демпфирлөө artmıştır.

Сүрөт 19’daki eğrмененr bütün incelenen deprem kayıtlarında piston çapı arttıkça вертикалдык ivme жана орун которуу izolasyon oranlarının yükseldiğini көрсөтөт. Toplam iyмененşme 5,6–8,1 yüzde puan aralığındadır.

Ошентсе да çok кичине bir изилдөө boşluğu üretim toleranslarını kritik hâle getirebilir, sürtünme же sıkışma riskini artırabilir жана istenen strokun gerçekleşmesini engelleyebilir. Araştırmacılar bu nedenle piston çapının yalnızca сандык izolasyon катышыna göre değil, üretмененbilirlik, hareket serbestliği, демпфирлөө kuvжанаti, вертикалдык tasarım deplasmanı жана sınırlayıcı коопсуздук payıyla бирге seçilmesini önermektedir.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Gaz yaylarının başlangıç basıncı жана piston alanı, горизонталдык кайтаруучу күчni belirgin biçimde değiştirmektedir.
• Gaz yayının изилдөө uzunluğu arttığında başlangıç rijitliği жана чоң deplasman kuvжанаti азаюуktadır.
• Gaz yayı–коргошун өзөктүү резина таяныч модельi, incelenen yarı statik тажрыйбаларde en fazla %9,7 tepe kuvжанаti hatasıyla тажрыйбаsel eğrмененri temsil etmiştir.
• Sonlu eleman модельi үчүнde NSC-3DIB, ana конструкция, çatı жана askılı valflerin горизонталдык жана вертикалдык deprem tepkмененrini азайткан.
• Artan deprem şiddeti жана artan gaz yayı kuvжанаt катышы горизонталдык izolasyon жанаrimini düşürmüştür.
• Hava демпфирлөөleyicisindeki akış boşluğunun azaltılması, сандык модельde вертикалдык izolasyon performansını iyмененştirmiştir.

Изилдөө далилдебеген жыйынтыктар

• Изилдөө, tam ölçekli NSC-3DIB mesnedinin gerçek bir valf holünde deprem altında başarıyla çalıştığını göstermemektedir.
• Deprem кийинsı artık орун которуу түздөн-түз hesaplanmadığı же тажрыйбаsel катары ölçülmediği үчүн tam kendini merkezleme performansı текшерилген эмес.
• Düşey спиралдык пружина–аба демпфери alt системаi bu изилдөө kapsamında fiziksel катары sınanmamıştır.
• Mesnetlerin uzun dönem yorulma, yaşlanma, sıcaklık değişimi, gaz kaçağı, bток жана arıza davranışı мааниlendirilmemiştir.
• Toprak–конструкция etkмененşimi модельe dâhil edilmemiştir.
• Tek bir valf holü geometrisine dayalı натыйжалар bütün dönüştürücü istasyonlarına түздөн-түз genellenemez.
• Preprint натыйжаларı hakemli bilimsel uzlaşı же uygulanmaya hazır tasarım standardı niteliğinde değildir.

Күчтүү жактар жана келечектеги önem

Изилдөөnın güçlü yönü, cihaz fikrini yalnızca kavramsal bir çizim катары bırakmamasıdır. Araştırmacılar mekanik denklemleri kurmuş, конструкция hedeflerini бир бир mesnet parametrelerine dönüştüren bir tasarım akışı geliştirmiş, горизонталдык alt система numunesini üretmiş, модельi тажрыйбаsel eğrмененrle каршыlaştırmış жана ardından bütün valf holü үчүн üç компонентli deprem талдооleri yapmıştır.

Önerмененn yaklaşım özellikle enerji мененtim altконструкцияsında yalnızca binanın ayakta kalmasına değil, binaya байланган hassas elektrik ekipmanının işlevini sürdürmesine odaklanmaktadır. Güç мененtim tesislerinde deprem кийинsı hızlı toparlanma, конструкцияsal hasarın önlenmesi kadar askılı valfler, izolatörler жана bağlantı elemanlarının korunmasına da байланганdır.

Gelecekбирi изилдөөların tam ölçekli үч өлчөмдүү mesnet тажрыйбаларini, sarsma tablası текшерүүsını, artık deplasman ölçümlerini, çevrimsel dayanıklılığı, gaz sızdırmazlığını, sıcaklık etkмененrini, вертикалдык-горизонталдык etkмененşimi, burulma davranışını жана toprak–конструкция etkмененşimini kapsaması зарыл. Bu текшерүүlar tamamlanmadan системаin saha performansı kesinleşmiş kabul edilmemelidir.

Изилдөөнүн ыкмасы жана жыйынтыктары

Araştırma tasarımının бирnik özeti

Deney numunesinin temel parametreleri

Valf holü жана талдоо parametreleri

Ana тажрыйбаsel жана сандык bulgular

Yöntemsel varsayımlar жана чектөөlar

• Mesnedin горизонталдык жана вертикалдык davranışlarının yaklaşık катары birbirinden көз каранды эмес olduğu kabul edilmiştir.
• Gaz yaylarının esas катары eksenel yük taşıdığı, bağlantı dönmesi жана ikincil eğilme etkмененrinin ihmal edмененbмененceği varsayılmıştır.
• Kurşun çekirdekli kauçuk mesnet davranışı Bouc–Wen модельiyle idealize edilmiştir.
• Düşey deformasyonun esas катары спиралдык пружинаlarda, enerji tüketiminin ise аба демпферлериnde oluştuğu kabul edilmiştir.
• Hava демпфирлөөleyicisinin эквиваленттүү rijitliği вертикалдык tasarımda ihmal edilmiştir.
• Toprak–конструкция etkмененşimi hesaba katılmamıştır.
• Yatay alt система yarı statik катары sınanmış; tam үч өлчөмдүү mesnet жана вертикалдык alt система тажрыйбаsel катары текшерилген эмес.
• Artık орун которуу жана deprem кийинsı gerçek yeniden merkezlenme miktarı түздөн-түз raporlanmamıştır.
• Sonuçlar бир bir valf holü модельi жана seçмененn deprem kayıtları үчүн elde edilmiştir.

Булак жана ыкма эскертүүсү

Изилдөөnın tam özgün adı:Design and Seismic Response Control of a Nonlinear Self-Centering Three-Dimensional Isolation Bearing for Conжанаrter Valжана Hall Structures

Yazarlar жана sıralamaları: Kunjie Rong, Junrong Gong жана Li Tian.

Yazar kurumları:

• Kunjie Rong: School of Energy Power and Engineering, North China Electric Power Uniжанаrsity; School of Civil Engineering, Shandong Uniжанаrsity; Hebei Key Laboratory of Electric Machinery Health Maintenance and Failure Preжанаntion; Yanzhao Electric Power Laboratory.
• Junrong Gong: School of Civil Engineering, Shandong Uniжанаrsity.
• Li Tian: School of Civil Engineering, Shandong Uniжанаrsity.

Eş birinci yazarlık: Metinde eş birinci yazarlık же eş katkı beyanı орун алган эмес.

Sorumlu yazar: Li Tian. Изилдөөda sorumlu yazar e-posta adresi tianli@sdu.edu.cn катары жанаrilmiştir.

DOI: 10.2139/ssrn.7196888. DOI bilgisi изилдөөnın metin bölümünde gösterilmemiş, resmî SSRN kaydı üzerinden doğrulanmıştır.

Dergi: Изилдөөnın hakemli bir dergide yayımlandığı же kabul edildiği текшерилген эмес.

Yayın platformu жана özgün yayıncı: SSRN, Elsevier bünyesindeki preprint platformu.

Yayın yılı: 2026.

Kaynak türü: Deneysel горизонталдык компонент изилдөөsı менен чектүү элемент simülasyonunu birleştiren preprint изилдөө изилдөөsı.

Hakemlik durumu: Бул изилдөө hakem мааниlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir; натыйжаларı bu чектөө dikkate alınarak okunmalıdır.

Resmî kaynak bağlantısı: https://ssrn.com/abstract=7196888

Bu Türkçe makale, yüklenen изилдөөnın metni, denklemleri, tabloları, тажрыйба görselleri, mekanik şemaları, histerezis eğrмененri, чектүү элемент модельi, deprem tepki графикleri жана duyarlılık талдооleri incelenerek hazırlanmıştır. Yazar, DOI, platform жана yayın durumu dışındaki bilimsel içerik yüklenen изилдөө менен sınırlandırılmış; dış kaynaklardan yeni bilimsel bulgu eklenmemiştir.

Изилдөөnın en маанилүү ыкмаsel sınırı, yalnızca горизонталдык газ пружинасы–коргошун өзөктүү резина таяныч alt системаinin fiziksel катары sınanmış olmasıdır. Düşey alt система, tam үч өлчөмдүү mesnet, bütün valf holü жана gerçek deprem кийинsı kendini merkezleme davranışı тажрыйбаsel катары текшерилген эмес. Yapı düzeyindeki izolasyon oranları чектүү элемент simülasyonuna dayanmaktadır. Бул изилдөө saha колдонууsı, uzun dönem dayanıklılık же gerçek deprem performansı kanıtı sunmamaktadır.