پاورپوینت کاربردهای فناوری نانو در شریانهای حیاتی


کاربردهای فناوری نانو در شریانهای حیاتی

توضیحاتی مختصر راجع به هم اندیشی شریان های حیاتی
پیرو طرح مطالعاتی کاربرد های فناوری نانو در حوزه های مختلف مهندسی عمران که در تابستان 1383 به سفارش ستاد نانو توسط TDSC انجام شد و نظر به اهمیت چالش زلزله، مطالعات تخصصی کاربردهای احتمالی فناوری نانو در کاهش خطرات زلزله از اردیبهشت 1384 از سوی ستاد نانو بر عهده این موسسه نهاده شد. پس از دسته بندی مسائل مربوطه نهایتا مطالعه به 5 مبحث کنترل سازه ها، شریان های حیاتی، ژئوتکنیک، پیش نشانگرها و اجزای سازه ای- غیر سازه ای تقسیم شد. در گام اول موضوع کنترل سازه ها مطالعه شده و یک جلسه هم اندیشی جهت بررسی بیشتر 3 ایده کاربردی بدست آمده به تاریخ 28/4/1384 برگزار گردید و ایده ها به ستاد و صندوق حمایت از پژوهشگران کشور ارسال گردید. . در گام دوم پس از مطالعه ابعاد مختلف شریانهای حیاتی، 3 ایده کاربردی بدست آمده به هم اندیشی گذاشته می شود.

شایان ذکر است مقاوم سازی شریانهای حیاتی پیرو تصویب ماده 44 برنامه سوم و بند م تبصره 13 قانون بودجه سال 1379 و با تخصیص ردیف بودجه 503466 که در سالهای بعد نیز تمدید شده در 4 حوزه فوق آغاز گردیده است. اما متاسفانه اینک از حدود 600 طرح که مطالعات آنها آغاز شده اکثر آنها با مشکلات عدیده ای روبرو هستند و تقریبا اجرای هیچ یک از آنها به اتمام نرسیده است.
با تاکید قاطع بر اینکه انتظار نمی رود فناوری نانو مشکل زلزله خصوصا در مورد شریانهای حیاتی که از مهمترین عوامل خسارات و مرگ و میر در زلزله ها بشمار می رود را حل کند، پتانسیل های این فناوری در موضوع هم اندیشی به مباحثه گذاشته می شود

زیر ساختها، همانند اتوبانها، سیستم های آب رسانی و جمع آوری فاضلاب، سیستم های انتقال نیرو و ارتباطات و سیستم های گاز طبیعی، شاهرگها و نیروی حیاتی جوامع مدرن را تشکیل می دهند. با محروم شدن انسان از این زیر ساختها، مخصوصاً در زلزله های بزرگ شهری ، زندگی بشر به صورت زندگی انسان اولیه در می آید. به این دلیل عبارت ”شریان حیاتی“ را برای آنها به کار می بریم.
مقدمه:

ویژگیها، عملکرد، آسیب پذیری و مقابله با اثرات زلزله در شریانهای حیاتی:
شریانهای حیاتی به طور کلی دارای سه خصوصیت مهم می باشند که آنها را از ساختمانها و سایر تاسیسات ساختمانی متمایز می سازد. این سه ویژگی عبارتند از:
گستردگی
پیچیدگی و تنوع مولفه ها
اندر کنش عملکردی- آسیبی

برای کاهش آسیب پذیری شریانهای حیاتی در برابر زلزله، چهار روش کلی وجود دارد:
دوری از خطر یا انتخاب مناسب ساختگاه
جلوگیری از ورود تحریکات به سیستم یا جدا سازی لرزه ای
کنترل اثر تحریک در درون سازه به صورت های انفعالی و یا فعال
طراحی مقاوم اجزاء و مولفه های سیستم

شریانهای حیاتی اصلی:

1.آب و فاضلاب
لوله ها و اتصالات
مخازن و اجزای سازه ای در تصفیه خانه ها و ایستگاه های پمپاژ

لوله ها و اتصالات

لوله های متداول:
فولادی
بتنی
آزبست
پلیمری
چدن شکل پذیر

حساسیت لوله ها به خصوص لوله های گاز در خرابی ناشی از زلزله در زلزله های متعددی نظیر آلاسکا، ژاپن، سانفرناندو و شیکاگو به اثبات رسیده است. خطوط لوله ها به خصوص لوله های گاز را به دلیل مسائل حفاظتی، تامین تکیه گاه مناسب و بالا بردن ضریب اطمینان عموماً به صورت مدفون و زیرزمینی در نظر می گیرند و لذا تحت تاثیر عوامل مختلف خارجی و زلزله ای بخصوص حرکات گسل ها قرار می گیرند.

عوامل ایجاد خرابی در لوله ها:

حرکت بزرگ گسل های فعال ناشی از زلزله
روان گرایی یا liquefaction
انتشار موج

انواع تخریبات موجود در لوله ها:

لوله های ممتد:
تخریب کششی Tensile Failure
کمانش موضعی Local Buckling
کمانش کلی Beam Buckling
تخریب در جوش درزها welded slip joints

لوله های تکه تکه (منقطع):
بیرون آمدن لوله از اتصال Axial pull-out
شکستن اتصال نر و ماده crushing of Bell – and – Spigot Joints
گسیختگی خمشی محیطی و چرخش اتصال
Circumferential Flexural Failure and Joint Rotation

راه حل های موجود به منظورکاهش خسارات لرزه ای:

تغییر مسیر خط عبور لوله
ایزوله کردن لوله در برابر حرکات زمین
کاهش حرکات زمین
استفاده از مواد مقاوم تر
استفاده از مواد و اتصالات شکل پذیرتر

کاربرد فناوری نانو در کاهش خسارات لرزه ای لوله ها:

استفاده از نانو مواد در ساختار لوله ها
استفاده از نانو پوشش ها به عنوان عامل مقاوم در برابر آسیب های خوردگی

کاربرد نانو مواد در ساختار لوله ها

FERRIUM S53
این فولاد که هم اکنون به عنوان عنصری مقاوم در برابر خوردگی در صنایع هواپیمایی استفاده می گردد محصول شرکت QuesTek می باشد و علاوه بر مقاومت بالا در برابر خوردگی مقاومت کششی بسیار بالایی نیز دارد ((FY=16000 kg/cm2. در ساختار این فولاد از نانو ذرات M2C استفاده شده است.در جدول زیر مشخصات فنی دیگری از این فولاد آمده است
فولاد:

بتن:
نانو سیلیکا (Nano-SiO2) و نانو ذرات اکسید آهن (Nano-Fe2O3)
سیمان های تقویت شده با کربونانوتیوبها
پلیمر:
نانو کامپوزیت

کاربرد نانو پوشش ها در لوله ها

نانو محافظ (Nanoprotect CS) CS
این ماده که به صورت پوشش روی بتن استفاده می شود از محصولات شرکت Nanotec در اتریش می باشد و به عنوان عامل محافظ در برابر نفوذ آب کاربرد دارد. در نتیجه در دوام لوله های بتنی پیش تنیده در برابر نفوذ یون کلر موثر می باشد.
از دیگر خواص این پوشش Self Cleaning بودن آن است که باعث کاهش اثرات مواد شیمیایی مضر برای بتن می شود. سولفات ها از انواع مواد مضر خارجی لوله ها و مواد شیمیایی عبوری از لوله ها از انواع مواد مضر داخلی آن ها می باشند.
بتن:

مزایا:
کاربرد آسان (اسپری، رُل، و استفاده از قلمو)
دوام طولانی مدت
Self cleaning
مقاومت در برابر حرارت تا 400 درجه سانتیگراد

:X-TEC
این ماده از محصولات شرکت NANO-X GmbHکه یک شرکت آلمانی است، می باشد و به عنوان پوشش محافظ خوردگی روی فلزات استفاده می شود.

مزایا:
اتصال کامل با سطح فولاد
مقاومت بالا در برابر اسید و باز
مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی
اجرای آسان (اسپری یا رُل)
مقاومت در برابر سایش همانند شیشه
تعدیل کردن قابلیت انعطاف پذیری
فولاد:

مخازن و اجزای سازه ای در تصفیه خانه و ایستگاه های پمپاژ
کج شدن مخازن بر اثر روانگرایی
کمانش بدنه مخازن
خوردگی

راه و ترابری 2.

جاده
راه آهن

اجزا:

جاده

خطرات و خرابی ها:

عوامل موثر در خرابی شبکه های جاده ای بسیار زیاد و متنوع است اما می توان آنها را به دو گروه کلی خرابی های ناشی از ابنیه موجود در جاده ها و خرابی های ناشی از ساختمان خود جاده تقسیم بندی کرد

راه حل های موجود:
مقاوم سازی پلها
استفاده از دیوارهای حائل کنار جاده
عدم عبور جاده از نقاطی که احتمال ایجاد گسیختگی یا نشست در خاک آن ها وجود دارد
استفاده از الاستومرها به منظور جذب انرژی ناشی از زلزله در پل ها
کاهش شیب ترانشه ها و خاکریزهای اطراف راه
تثبیت خاک شیروانی های اطراف جاده به وسیله تزریق دوغاب سیمان
استفاده از خاک مسلح و ژئوسینتتیک در خاک مجاور مسیر

کاربرد فناوری نانو در ابنیه موجود در جاده:
پلهای یک راه، از بحرانی ترین ابنیه مسیر در هنگام وقوع زلزله می باشند. به منظور کاهش آسیب های زلزله می توان از المانهای جذب انرژی و یا ایزوله کننده های انرژی استفاده کرد که الاستومرها کاربرد فراوانی در این زمینه دارند. هم اکنون با استفاده از ذرات نانو رس در الاستومرها قابلیت شکل پذیری آنها را به مقدار زیادی افزایش می دهند. نتایج بدست آمده بر اساس یک پژوهش انجام شده توسط شرکت KATECH که یکی از شرکت های تولید قطعات خودرو می باشد در ادامه آمده است

اثرات افزودن نانو رس در شکل پذیری و مقاومت

کاربردهای پیشنهادی فناوری نانو در پلها:
استفاده از فناوری نانو در بهبود خواص مصالح مورد استفاده در پلها که چند محصول موجود و موارد استفاده آنها در قسمت لوله ها شرح داده شد
استفاده از نانو مواد در سیستم های self-monitoring به طوری که ترکها و خرابی های بوجود آمده پس از زلزله را به منظور ترمیم نمایش دهند.
استفاده از نانو مواد در عناصر خود ترمیمی Self-healing

راه آهن

خطرات و خرابی ها:
زمین لغزش و مدفون شدن خطوط راه آهن
تغییر شکل یافتن خطوط
گسلش در امتداد خطوط
نشست خطوط بر اثر روانگرایی

3.انرژی

نفت و گاز
برق

سیستم های انتقال برق

اجزای سیستم های انتقال برق:
اجزاء تولید
خطوط انتقال و توزیع
ایستگاههای انتقال و توزیع
سیستم های کنترل و جمع آوری اطلاعات
ارتباطات
اجزاء و تجهیزات پشتیبانی

مشکلات موجود در سیستم های انتقال برق:
سیستم های انتقال و توزیع
خطوط انتقال
خطوط توزیع
ایستگاههای فرعی
تجهیزات تولید
تجهیزات ارتباطی، پشتیبانی و کنترلی

راه حل های موجود برای کاهش اثرات زلزله:
بهبود شرایط مهارها در ایستگاههای فرعی
جلوگیری از لغزش اعضای سرامیکی (مقره) در ترانسفورماتورها
عدم ساخت دکل های خطوط انتقال روی شیب های زیاد و شیروانی ها
افزایش انعطاف پذیری اتصالات در تجهیزات ایستگاهها

کاربرد فناوری نانو:
استفاده از نانوسرامیک ها
نانو سرامیک ها مانند تیتانیا و آلومینا از مستحکم سازی پودرهای تیتانیوم و آلومینیوم بوجود می آیند. مطالعات نشان می دهد که این سرامیک ها علاوه بر عایق بودن بعد از عمل آمدن دارای شکل پذیری و استحکام مناسبی هستند.
سختی و استحکام این محصولات 2 تا 7 برابر سرامیک های معمولی است. انعطاف پذیری آن به دلیل حرکت مرزدانه ها بر روی می باشد.

4. ارتباطات
مخابرات
آنتن
کابل
رسانه های ارتباط جمعی

با تشکر از توجه شما