هندسة زلازل
البحث العلمي في هندسة الزلازل

البحث عن هندسة الزلازل يعني كل من الميدان والبحوث التحليلية أو التجريب يهدف لاكتشاف والتفسير العلمي للحقائق المتعلقة هندسة الزلازل، ومراجعة المفاهيم التقليدية في ضوء الاكتشافات الجديدة، والتطبيق العملي للنظريات المتقدمة.
مؤسسة العلوم الوطنية (بالإنجليزية: National Science Foundation)‏ واختصاراً (NSF) هي الوكالة الحكومية الأمريكية الرئيسية التي تدعم البحوث الأساسية والتعليم في جميع مجالات هندسة الزلازل. على وجه الخصوص، فإنه يركز على البحوث التجريبية والتحليلية والحاسوبية على تصميم وتحسين الأداء في النظم الهيكلية.
يعد معهد أبحاث الهندسة الأرضية للزلازل (EERI) رائدًا في نشر المعلومات المتعلقة بالأبحاث الهندسية للزلازل في الولايات المتحدة والعالم.
ويمكن الاطلاع على قائمة مفصلة لبحوث هندسة الزلازل المرتبطة بطاولات الاهتزاز في جميع أنحاء العالم في مراكز الأبحات التجريبية لمحاكة هندسة الزلازل في جميع أنحاء العالم. [13] أبرزها الآن هو طاولة اهتزاز E-Defense في اليابان.
البرامج البحثية الرئيسية في الولايات المتحدة
يدعم برنامج NSF للتخفيف من مخاطر الأخطار والهندسة الهندسة الإنشائية (HMSE) الأبحاث المتعلقة بالتكنولوجيات الجديدة لتحسين سلوك واستجابة النظم الإنشائية الخاضعة لمخاطر الزلازل؛ البحث الأساسي حول سلامة وموثوقية النظم المبنية؛ التطورات المبتكرة في التحليل والمحاكاة القائمة على النموذج للسلوك الهيكلي والاستجابة بما في ذلك تفاعل بنية التربة؛ مفاهيم التصميم التي تعمل على تحسين أداء الهيكل والمرونة؛ وتطبيق تقنيات تحكم جديدة للأنظمة الهيكلية.
نعمل شبكة محاكاة هندسة الزلازل (بالإنجليزية: Network for Earthquake Engineering Simulation )‏ وتختصر (NEES) على تطوير اكتشاف المعرفة والابتكار من أجل الزلازل والتخفيف من خسائر البنى التحتية المدنية في البلاد كنتيجة للتسونامي وتقنيات المحاكاة التجريبية الجديدة والأجهزة.
تتميز شبكة NEES بوجود 14 مختبراً موزعة جغرافياً ومشتركة الاستخدام تدعم عدة أنواع من الأعمال التجريبية: أبحاث الطرد المركزي الجيوتقني، واختبارات جدول الاهتزاز، والاختبارات الهيكلية على نطاق واسع، وتجارب موجات تسونامي، والبحوث الميدانية. تشمل الجامعات المشاركة: جامعة كورنيل. جامعة ليهاي جامعة ولاية أوريغون؛ معهد رينسلار للفنون المتعددة؛ جامعة بوفالو، جامعة ولاية نيويورك؛ جامعة كاليفورنيا، بيركلي؛ جامعة كاليفورنيا ، ديفيس. جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس؛ جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو؛ جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا. جامعة إلينوي ، أوربانا شامبين؛ جامعة مينيسوتا؛ جامعة نيفادا ، رينو. وجامعة تكساس ، أوستن.
ترتبط مواقع المعدات (المختبرات) ومستودع البيانات المركزي بالمجتمع الهندسي العالمي للزلازل عبر موقع NEEShub. يتم تشغيل موقع NEES بواسطة برنامج HUBzero الذي تم تطويره في جامعة بيردو لـ nanoHUB خصيصًا لمساعدة المجتمع العلمي على مشاركة الموارد والتعاون. وتوفر البنية التحتية الإلكترونية، المتصلة عبر الإنترنت 2، أدوات محاكاة تفاعلية، ومنطقة تطوير أداة محاكاة، ومستودع بيانات مركزي منظم، وعروض تقديمية متحركة، ودعم المستخدم، والتواجد عن بعد، وآلية لتحميل الموارد ومشاركتها، وإحصاءات عن المستخدمين وأنماط الاستخدام.
تتيح هذه البنية التحتية للباحثين ما يلي: تخزين البيانات وتنظيمها ومشاركتها بشكل آمن داخل إطار موحد في موقع مركزي؛ المراقبة عن بعد والمشاركة في التجارب من خلال استخدام بيانات وفيديو متزامن في الوقت الفعلي؛ التعاون مع الزملاء لتسهيل التخطيط والأداء والتحليل ونشر التجارب البحثية؛ وإجراء عمليات المحاكاة الحاسوبية والهجينة التي قد تجمع بين نتائج التجارب الموزعة المتعددة وربط التجارب الفيزيائية بمحاكاة حاسوبية لتمكين إجراء تحقيق في الأداء العام للنظام.
توفر هذه الموارد بشكل مشترك وسائل التعاون واكتشاف تحسين التصميم الزلزالي وأداء أنظمة البنية التحتية المدنية والميكانيكية.
محاكاة الزلزال
تم إجراء أول محاكاة للزلازل من خلال تطبيق بعض قوى القصور الذاتي الأفقية بشكل ثابت على أساس نمذجة ذروة التسارع الأرضي إلى نموذج رياضي للمبنى. مع التطوير الإضافي للتقنيات الحاسوبية، بدأت أختبارات التحليل الإستاتيكية في إفساح المجال أمام للأساليب الديناميكية.
قد تكون التجارب الديناميكية على المباني والمنشآت من غير المباني فيزيائية، مثل اختبار جدول الاهتزاز، أو تجارب افتراضية. في كلتا الحالتين، للتحقق من الأداء الزلزالي المتوقع للهيكل، يفضل بعض الباحثين التعامل مع ما يسمى «التاريخ الزمني الحقيقي» على الرغم من أن الأخير لا يمكن أن يكون «حقيقي» لأن الزلزال في الآختبارات افتراضي يحدده إما كودات البناء أو بعض نتائج الأبحاث العملية. ولذلك، هناك حافز قوي للانخراط في محاكاة للزلازل وهي المدخلات الزلزالية التي تمتلك فقط السمات الأساسية لحدث حقيقي.
في بعض الأحيان، تُفهم محاكاة الزلازل على أنها إعادة خلق التأثيرات المحلية لأهتزاز الأرض بقوة.
محاكاة المنشاءة
بشكل عام، يقال إن نموذج البناء يتشابه مع الكائن الحقيقي إذا كان التشابه الهندسي هما التشابه الحركي والتشابه الحركي والتشابه الديناميكي. النوع الأكثر تشويقاً وحيوية للتشابه هو النوع الحركي. يوجد التشابه الحركي عندما تكون مسارات وسرعات الجسيمات المتحركة للنموذج والنسخة الأولية من النموذج متشابهة.
المستوى النهائي للتشابه الحركي هو التكافؤ الحركي عندما، وفي حالة هندسة الزلازل، سيكون التاريخ الزمني لكل إزاجة جانبية للنموذج والنسخة الأولية هو نفسه.