Maa raputab igal aastal miljoneid kordi. Sageli löövad need maavärinad tuttavatesse kohtadesse, näiteks hiljutised surmavad maavärinad Ecuadoris ja Jaapanis. Muul ajal võib maavärin tabada väheste kohtadega vähem tuttavas kohas, näiteks 2011. aastal Virginiat tabanud ja Washingtoni monumenti kahjustanud 5-magnituudises maavärinas.
Ajaloolised ehitised on maavärina ajal sageli haavatavad. Mitmed Nepali maailmapärandi kohad hävisid 2015. aastal või olid tugevalt kahjustatud 7, 8-magnituudise maavärina ajal ja 7, 3-magnituudise järelkatse ajal. Vanemad ehituspraktikad ja vananevad ehitusmaterjalid muudavad enamiku ajalooliste ehitiste vähem vastupidavaks maavärina või tugevate tuulte tekitatavatele vibratsioonidele. Mõne võimaliku kahju leevendamiseks saab nende struktuuride värskendamiseks kasutada kaasaegseid ehitustehnikaid, kuid isegi siis on nad haavatavamad kui nende kaasaegsed kolleegid.
Nüüd väidavad NASA Marshalli kosmoselennukeskuse insenerid Alatsis Huntsville'is, et nad saavad aidata ajaloolistel struktuuridel neid laastavaid sündmusi üle elada. Nad on välja töötanud viisi, kuidas muuta seda, kuidas ehitised reageerivad liikumisele, mille põhjustavad maakoore liikumised. Ja kõik algas raketiga.
Tehnoloogia pärineb tööst Arese raketiga, mis on Constellationi jaoks mõeldud kanderakett, mis enne selle tühistamist 2010. aastal pidi astronautide kosmosesse viimise jaoks asendama kosmosesüstiku. Rakett vibreeris nii rängalt, et see oleks kedagi pardale vigastada saanud, mistõttu pidid NASA insenerid leidma viisi, kuidas sõiduk ohutuks muuta. Tavaline raputamise juhtimise viis, lisades suuremat kaalu, polnud siiski valik, kuna rakett oleks olnud Maa atmosfäärist välja tõstmiseks liiga raske.
Meeskond mõtles välja viisi, kuidas probleemi lahendamiseks kasutada raketi kütust. Ja sama lahendus võib töötada ka vibreerivate hoonete puhul, sealhulgas sadu aastaid tagasi ehitatud hoonete puhul, ütles Marshalli NASA projektijuht Rob Berry.
Ajaloolistel struktuuridel võib puudu olla mitmesuguseid ühendusi, näiteks terasarmatuur, mis muudavad ehitise üksikud tükid vastupidavamaks ja sidusamaks süsteemiks. Insenerid saavad aga hooneid koos väliste sidemetega ümber ehitada. "[Mõnedel] nendest hoonetest näete väliskülgedel plaate, mille kaudu tuleb läbi polt ja otsas vana suur mutter, " ütleb Alabama ülikooli suurte mõõtmetega struktuuride labori direktor Michael Kreger. . "Nad värvivad need asjad tavaliselt mustaks, nii et nad näeksid välja nagu oleksid seal igavesti olnud."
Teine võimalus on siseviimistluse, näiteks paneelide ja liistude eemaldamine, ning originaalide ümber uute terasest tugevdatud seinte ehitamine. Seejärel kaetakse need seinad, nii et muudatusi pole näha.
Need jõupingutused on siiski kulukad ega vii kogu konstruktsiooni kehtivate ehitusreegliteni, ütles Kreger. Ja mõnel ajaloolisel ehitisel pole maavärina leevendamiseks vajalikku ruumi seinte lisamiseks või terasest talade peitmiseks.
Uutes hoonetes kasutatakse ehituse ajal paljusid neist tehnoloogiatest. Kõige tavalisem meetod hoone liikumise vähendamiseks on seade, mida nimetatakse häälestatud massisummutiks (TMD). Selle näiteks on väga raske objekt, mass, mis lisatakse kindlale sagedusele seatud vedrude peal asuvasse hoonesse. Kui toimub maavärin või puhub tuul, liigutatakse mass hoone liikumisega. See lisaraskus liigub vastupidises suunas ja vähendab hoone üldist liikumist. Selline seade pole siiski täiuslik. Enne kui TMD tööle hakkab, peab hoone liikuma ning need esimesed sekundid maavärinat võivad olla uskumatult hävitavad.
Berry meeskond leidis uue viisi hoone enda või väikese koguse lisatud massi kasutamiseks, et saavutada liikumise dramaatilisem langus. Enamik TMD-sid kasutab objekti, mis on umbes 1–2 protsenti hoone kaalust, et saavutada liikumise vähenemine umbes 50 protsenti. Pilvelõhkujas võib see objekt kaaluda kuni 2 miljonit naela. Raketiprobleemi lahendamiseks kasutasid NASA insenerid vibratsioonide leevendamiseks raketikütust ja saavutasid oma 650 000-naelise raketi liikumise vähenemise 95 protsenti. See oli võimalik lihtsa õhupallitaolise seadmega, mida nimetatakse vedeliku struktuuri siduriks, ütleb Berry.
“Mõelge õhupallile. Pange õhupalli sisse õhk, see muutub suuremaks; võta õhk välja ja see muutub väiksemaks, ”ütleb ta. “Kui ma panen [õhupalli] alla ujulasse, hakkab vesi reageerima. Kui see õhupall tõmbub kokku, järgneb vesi ballooni kokkutõmbumisele. Kui paisub, eemaldub vedelik sellest. ”
Kuna vesi reageerib õhupalli liikumisele, on võimalik vedeliku looduslikku sagedust muuta, kohandades õhupalli siserõhku. Hoone puhul saab insener kasutada seda kontseptsiooni struktuuri liikumise kohandamiseks.
Kõigepealt määravad insenerid hoone loomuliku sageduse, et teada saada, millal see liikuma hakkab. Siis seadsid nad siduri (õhupalli) erinevale sagedusele. Asetades haakeseadme veekogusse, näiteks basseini, või lisades katusele kinnitatud veega täidetud torusid, muudab vesi hoone loomulikku vibratsiooni. Vedelik toimib nagu kiige ankur - kiik ikkagi liigub, kuid seda on palju raskem suruda. Samuti liigub hoone ka maavärina või tugevate tuulte ajal vähem.
NASA testis seda kontseptsiooni edukalt omaenda ajaloolisel struktuuril - dünaamilisel struktuuriprogrammil - 2013. aastal. Kuid Berry ja tema meeskond tõdesid, et kõigil hoonete projektidel pole ruumi sellist vedelikupõhist süsteemi lisada. Nii rakendasid nad õpitut mehaanilise seadme väljatöötamiseks, mis võtaks vähem ruumi, kuid pakuks samasugust ankrut.
Nüüd on meeskond välja tulnud uue tehnoloogia versiooniga, mida nimetatakse häirivaks häälestatud massiks (DTM), mis kasutab hoone liikumise leevendamiseks vee asemel metallist tükki. See on palju väiksem kui tavaline TMD ja selle tootmine maksab palju vähem, kuid on sama tõhus.
Selle kuu alguses panid Kreger ja tema kolleegid, kes olid NASA väidete suhtes skeptilised, seadme läbi oma esimese katsega Alabama ülikooli säästva taristu keskuse simuleeritud maavärinas. See oli edukas.
"Test näitas selgelt, et häiriv häälestatud mass edestas häälestatud massisiibrit ja näitas selgelt, et see on kasulik maavärina leevendamiseks, " ütleb Berry. Tema sõnul on see uus lähenemisviis veel üks suurepärane näide sellest, kus kosmoseprogrammi jaoks loodud tehnoloogia võib tööstusele uusi võimalusi pakkuda.
Kreger nõustub ja loodab partneriks NASA-ga tulevaste DTM-süsteemide testimisel ja arendamisel.
Need tehnoloogiad on prototüübid, kuid NASA teeb eraettevõtetega koostööd äritoodete väljatöötamiseks, mida saaks kasutada maavärina leevendamiseks avalikes ja erahoonetes, sealhulgas ajaloolistes hoonetes.
See uus tehnoloogia võib isegi aidata Washingtoni monumendil vastu pidada maavärinate ja tuule vibratsioonile, ütles Berry. "Vean kihla, et nad on uurinud erinevaid leevendamise viise, " ütleb ta. “Kui see seesama maavärin seal läbi käiks, kui sellele oleks paigaldatud häirivat häälestatud mass, oleks reageering olnud täiesti erinev. Oleksime võinud vastuse vaigistada. ”
Ta jätkab: “Mulle meeldiks, kui Washingtoni monumendile inimesed helistaksid. See tehnoloogia töötati välja maksumaksja rahaga, seega kuulub see neile. ”
