۱ مقدمه

سیستم قاب خمشی یکی از پرکاربردترین سیستمهای مقاوم لرزهای در جهان میباشد، این سیستم به دلیل شکل پذیری و انعطاف پذیری بالای سازه، مهمترین مشکلشان تغییرمکان زیاد طبقات است که سبب ایجاد نیرویی بیش از ظرفیت اجزا بر آنها شده و خرابی اجزای سازهای و غیر سازهای را منجر میشود. سیستم مهاربندی روشی موثر برای کنترل تغییرمکان جانبی سازه و بهسازی لرزهای قابهای خمشی میباشد، نوع جدید سیستم های مهاربندی که در طراحی سازههای جدید و بهسازی سازههای ضعیف قدیمی مورد استفاده قرار میگیرد، مهاربندهای کمانش ناپذیر یا BRB میباشد که در این تحقیق در عملکرد لرزهای قابهای خمشی بتنی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

از طرفی یکی از اهدافی که همواره در اجرای سازهها مدنظر قرار میگیرد، سرعت اجرا و اقتصادی بودن طرح میباشد که مهاربندهای کمانش ناپذیر به دلیل مشکلات اجرایی در کارگاه و هزینه نسبتا بالا تا حدودی مانع این مهم میشود، یکی از راهکارهایی که برای کاهش و یا حل این مسائل میتوان پیشنهاد نمود، استفاده از سیستم

ترکیبی مهاربندهای کمانش ناپذیر و معمولی( ترکیب در ارتفاع) میباشد که در این تحقیق مورد بررسی قرارگرفته است.

.۲ مهاربندهای کمانشناپذیر یا BRB

همانطوریکه در شکل (۱) نشان داده شده است مهاربندهای کمانشناپذیر از یک هسته فولادی شکل پذیر تشکیل شده است. این هسته فولادی درون یک مقطع مستطیلی یا گرد که با بتن یا ملات پر شده است، قرار می-گیرد. بتن یا ملاتی که بین هسته فولادی و قوطی گرد یا مستطیلی شکل، را پر میکند باعث تاخیر در کمانشهای موضعی هسته فولادی میشود. سطح روی هسته فولادی با یک ماده نچسب پوشانده میشود تا بتن از مقطع فولادی جدا شود. این ماده نچسب تا حد ممکن باعث کاهش اصطکاک بین بتن و فولاد میگردد و انتقال نیروی
محوری را از هسته فولادی به بتن و مقطع فولادی قوطی شکل کاهش میدهد، همچنین چون اثر پواسون باعث انبساط هسته فولادی در فشار میشود بنابراین فاصله کوچکی بین هسته فولادی و بتن مورد نیاز است.[۱]

شکل : (۱) مقاطع رایج و اجزای تشکیل دهنده مهاربندهای کمانشناپذیر

همچنین با توجه به شکل (۲) در ناحیه فشاری، مهاربندهای معمولی دارای چرخههای هیسترزیس ناپایدارند و جذب انرژی در ناحیه فشاری کم است، در صورتی که در مهاربندهای مهارشده در برابر کمانش ناحیه فشاری دارای چرخههای هیسترزیس پایدار است و جذب انرژی در ناحیه فشاری برابر با ناحیه کششی است. در حقیقت این نوع سیستمهای سازهای همانند یک میرا کننده هیسترزیس عمل میکنند.

پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه ۳ و ۴ اردیبهشت ماه۱۳۹۳ ، جهاد دانشگاهی استان کرمان

شکل : (۲) مقایسه رفتار چرخهای مهاربندهای کمانشناپذیر و مهاربندهای معمولی

.۳ فرضیات و مدلهای مورد بررسی

سازههای مورد مطالعه در مرحله اول قابهای خمشی بتنی متوسط ۵ و ۱۰ طبقه میباشد که بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و آییننامه ۲۸۰۰ ویرایش ۳ بارگذاری و تحلیل شدهاند و بر اساس آییننامه ACI 2005 که مشابه مبحث نهم مقررات ملی ساختمان از روش حدی برای طراحی استفاده میکند، به صورت نتایج لب مرزی تحلیل و طراحی شدهاند و سپس با اضافه کردن مهاربند، سازههای بهسازی شده مورد ارزیابی قرار گرفتهاند. سازههای مورد بررسی در منطقه ۱ یعنی پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد قرار دارند و نوع زمین نوع ۳ در نظرگرفته شده است و گروه ساختمان هم گروه ۳ یعنی ساختمانهای با اهمیت متوسط است. پلان مورد بررسی و جهت تیرچه ریزی که در شکل (۳) نشان داده شده است، در جهت X ، ۳ دهانه و در جهت Y ، ۴ دهانه میباشد که کلیه دهانهها ۵ متر میباشد و ارتفاع طبقات هم ۳٫۲ متر در نظر گرفته شده است. همچنین جهت مدل سازی سازههای مورد بررسی از نرمافزار SAP2000 استفاده شده است. و تحلیل مورد استفاده نیز تحلیل استاتیکی غیرخطی ۳ بعدی میباشد.

پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه ۳ و ۴ اردیبهشت ماه۱۳۹۳ ، جهاد دانشگاهی استان کرمان

شکل : (۳) محل قرارگیری مهاربندها در سازههای بهسازی شده

همچنین جهت مقایسه، سطح مقطع هسته فولادی مهاربندهای کمانش ناپذیر برابر سطح مقطع مهاربندهای معمولی در نظر گرفته شده است و همچنین با در نظر گرفتن ۰٫۶۶ طول عادی مهاربندها به عنوان طول هسته تسلیم شونده مهاربندهای کمانش ناپذیر، سختی محوری این اعضا ۱٫۵ برابر، در نظر گرفته شده است و نیز نسبت طول مهارنشده برای کمانش این اعضا نیز ۰٫۰۱ در نظر گرفته شده است.

.۴ نامگذاری و حالات ترکیب مدلهای مورد مطالعه

MRF و D و X به ترتیب قاب خمشی و مهاربند قطری و ضربدری بوده و D(BRB) و IV(BRB) به ترتیب مهاربند کمانشناپذیر قطری و شورون ( هشت شکل ) میباشد.

به عنوان مثال منظور از MRF5+2-D(BRB)-3-D قاب خمشی ۵ طبقه بتنی بهسازی شده با ترکیب مهاربند کمانشناپذیر قطری و مهاربند قطری معمولی است به طوریکه در ۲ طبقه اول مهاربند کمانشناپذیر قطری و در ۳ طبقه آخر مهاربند قطری معمولی استفاده شده باشد. و منظور از MRF10+X قاب خمشی ۱۰ طبقه بتنی بهسازی شده با مهاربندهای ضربدری در کلیه طبقات است.

در مورد حالات ترکیب برای سازههای ۵ طبقه مهاربندهای کمانشناپذیر در ۲ و ۳ طبقه اول و برای سازه-های ۱۰ طبقه مهاربندهای کمانشناپذیر در ۴، ۵ و ۶ طبقه اول و برای طبقات آخر مهاربند معمولی در نظر گرفته شده است.

از آنجاییکه مهاربندهای کمانشناپذیر شورون نیروی نامتعادل کمی به تیرهای دهانه مهاربندی شده وارد میکنند میتوانند در بهسازی سازه بدون در نظر گرفتن طرح تقویت برای آن تیرها به کار برده شوند ولی با توجه به ضوابط لرزهای آییننامه AISC2005 و نیز ضوابط لرزهای مبحث دهم مقررات ملی ساختمان در روش حدی در صورت استفاده از مهاربند شورون معمولی چون بایستی تیر دهانه مهاربندی شده برای نیروی نامتعادل سنگینی طرح شود و در نتیجه بایستی طرح تقویت دیگری برای تیرها ارائه شود، در صورتی که در این تحقیق هدف بهسازی قاب خمشی موجود با مهاربندها است در نتیجه مهاربندهای شورون کمانشناپذیر با مهاربندهای ضربدری معمولی ترکیب شده است.

.۵ بررسی مدلها

در اشکال ذیل مقایسه منحنیهای ظرفیت، سختی و شکلپذیری مدلها، در دو جهت سه دهانه و چهار دهانه، جداگانه برای سازههای ۵ و ۱۰ طبقه آورده شده است.