چکيده

در کشور ما تعداد ساختمان هايي که براساس ضوابط ويرايش اول استاندارد ٢٨٠٠ طراحي شده اند، زياد است . اين سازه ها براساس ضوابط ويرايش سوم استاندارد ٢٨٠٠ و آيين نامه هاي معتبر بهسازي لرزه اي از شکل پذيري کافي برخوردار نيستند و ضعيف عمل ميکنند؛ بنابراين به کارگيري روش هاي مناسب براي بهسازي اين سازه ها و تأمين ايمني جاني ساکنين ضرورت دارد. افزودن مهاربندهاي فولادي يکي از راهکارهايي است که ضمن افزايش سختي سازه ، بهبود رفتار لرزه اي و عدم اختلال در کاربري سازه را به همراه دارد. در اين ميان استفاده از مهاربندهاي کمانش ناپذير، به دليل رفتار لرزه اي مناسب آن مورد توجه قرار گرفته است . در اين تحقيق اين نوع مهاربند به عنوان راه حلي براي بهسازي قاب هاي خمشي فولادي طراحي شده براساس ويرايش اول استاندارد ٢٨٠٠ در تعداد طبقات مختلف مورد استفاده قرار ميگيرد و در نهايت رفتار لرزه اي و سطوح عملکرد نمونه هاي بهسازي شده با اين نوع مهاربند، با استفاده از تحليل استاتيکي غيرخطي براساس دستورالعمل بهسازي لرزه اي مورد ارزيابي قرار ميگيرد. نتايج اين تحقيق نشان ميدهد که سازه هاي بهسازي شده با مهاربندهاي کمانش گريز داراي سختي و شکل پذيري و سطح عملکرد مناسبي ميباشند.

 

واژه هاي کليدي: قاب خمشي فولادي، مهاربند کمانش گريز، بهسازي، تحليل استاتيکي غيرخطي

١- مقدمه

 بخش عظيمي از ساختمان هايي که در حال بهره برداري است از نوع قاب خمشي فولادي است . بنا به تعريف قاب خمشي سيستم سازه اي است که در آن قاب ، به طور همزمان در برابر بارهاي ثقلي و جانبي مقاومت ميکند .تعداد زيادي از اين سازه ها براساس ضوابط طراحي ويرايش اول استاندارد ٢٨٠٠ [١]  مصوب سال ١٣٦٦ طراحي و اجراشده اند. احتمـال مـيرود کـه ايـن ساختمان ها براساس ضوابط جديد آيين نامه ٢٨٠٠ (ويرايش سوم ) [٢] و آيين نامه هاي معتبر بهسازي لرزه اي مانند FEMA356  [٣] و دستورالعمل بهسازي لرزه اي  [٤]  توانايي برآورده نمودن نيازهاي لرزه اي سازه را نداشته باشند از اينرو نياز به بهسـازي دارند؛ بنابراين به کارگيري روش هاي مناسب براي بهسازي اين سازه ها و تأمين ايمني جاني ساکنين ضرورت دارد.

مطالعات صورت گرفته بر روي قاب هاي خمشي طراحي شده براساس ويرايش اول استاندارد ٢٨٠٠  [٥] نشان ميدهد که اين قاب ها براساس دستورالعمل بهسازي لرزه اي و استاندارد ٢٨٠٠ ويرايش سوم در «سطح خطر ١» و «سطح خطر ٢» ضعيف اند و از شکل پذيري کافي برخوردار نميباشند؛ و نيازمند بهسازي ميباشند. به منظور بهسازي اين سازه ها دو راهکار مورد بررسي و مقايسه قرار ميگيرد. راهکار اول استفاده از مهاربندهاي همگراي متداول به شکل ضربدري (CBF1) و روش دوم استفاده از مهاربندهاي کمانش گريز (BRBF2) ميباشد.

 

٢- معرفي مهاربند کمانش گريز

ايده ممانعت از کمانش مهاربند، براي فراهم آوردن تسليم فشاري آن به حدود ٣٠ سال قبل برميگردد، که ابتدا توسط يک مهندس هندي به نام Benne Sirdhar براي جلوگيري از کمانش ستون ها و افزايش باربري آن ها در هندوستان مورد مطالعه قرار گرفت [٦]. براي اولين بار مطالعات جدي بر روي مهاربندهاي کمانش ناپذير در سال ١٩٨٠ در ژاپن صورت گرفت ؛ اما اولين بار در سال ٢٠٠٠ در آمريکا مورد استفاده قرار گرفت و به سرعت استفاده از آن هـا گسـترش يافـت [٧]. در سـال clerk1999 (و همکارانش ) روشي براي طراحي ساختمان هايي که سيستم مهاربندي کمانش گريز کارشده اند ارائه داده اند [٨]. در سـال ٢٠٠١ Inoue، مهاربندهاي کمانش ناپذير را به عنوان ميراگرهاي هيسترزيس معرفي کرد تا بتواند با بهـره گيـري از آن رفتـار لـرزه اي ساختمان ها را بهبود بخشد [٩]. در سال ٢٠٠٢ Black آزمايش هايي را روي سيستم مهاربندي کمانش گريز انجام داد و منحني چرخه اي را با نتايج آزمايشگاهي تطبيق داد و دريافت که منحني چرخه اي مهاربندهاي کمانش گريز، متقارن ، پايدار و گسترده است [١٠]. Sabelli در سال ٢٠٠٣، تقاضاي لرزه اي سيستم مهاربندي کمانش گريز را به وسيله آناليز رفتار لـرزه اي يـک قـاب مهاربندي کمانش گريز گزارش داد. بار کمانشي موثر مهاربندهاي کمانش گريز با در نظر گرفتن سختي و اثر اتصـالات انتهـايي در سال ٢٠٠٤ توسط Tembaba مطالعه شد [١١]. در سال ٢٠٠٥ Qiang به بررسي نمونه هاي عملي اسـتفاده از ايـن سيسـتم سازه اي در آسيا پرداخت [١٢]. همچنين Takeushi (و همکارانش ) بر روي کمانش موضعي مهاربندهاي کمانش گريز مطالعاتي انجام دادند [١٣]. در سال ٢٠٠٦ اولين بار ايده ي استفاده از مهاربندهاي کمانش گريز که تمامـاً از فـولاد سـاخته شـده باشـد مطرح شد و رفتار چرخه اي مهاربندهاي کمانش گريز تماماً فولادي٣ به صورت آزمايشگاهي توسط Trembley بررسي و مطالعه شد [١٤]. سپس در سال ٢٠١٠ مطالعات آزمايشگاهي بر روي رفتار لرزه اي مهاربندهاي کمـانش گريـز تمامـاً فـولادي توسـط

Eryasar و همکارانش صورت گرفت [١٥]. محققان زيادي بر روي رفتار لرزه اي و نحوه بهبود رفتار اين سيسـتم مقـاوم جـانبي کارکرده اند تا امروزه به عنوان يکي از مناسب ترين گزينه ها به صورت گسترده در بسياري از کشورهاي لرزه خيزاز جمله آمريکا، ژاپن ، چين ، تايوان و … مورد استفاده قرار گيرد.

رفتار نامطلوب عمده اي که در مهاربندها مشاهده مي شود کمانش مهاربند فشاري است ، که اين امـر باعـث کـاهش شـکل – پذيري و ظرفيت استهلاک انرژي در سازه به دليل اثر ثانوي تغيير شـکل هـاي غيرخطـي هندسـي مـيگـردد. ايـن موضـوع در بارگذاري هاي تناوبي مانند زلزله با توجه به ماهيت کاهش بيشتر سختي تحـت بارهـاي دينـاميکي لـرزه اي، از اهميـت ويـژه اي برخوردار است . استفاده از مهاربندي که در فشار و کشش رفتار يکساني داشته باشد و کمانش نکند، هميشه مطلوب طراحان سازه

بوده است . در حقيقت اين بهسازي، رفتارهاي نامناسب زير را اصلاح مي کند:

١-  کاهش مقاومت

٢- کاهش سختي

٣- کاهش شکل پذيري

شکل ١ نحوه رفتار سيستم مهاربندي کمانش گريز (BRBF) و مهاربندي متداول هم محور (CBF) را نمـايش مـي دهـد، همان طور که ملاحظه مي گردد اين سيستم داراي رفتار لرزه اي مناسب و منحني چرخه اي پايدار و متقارني در کشـش و فشـار نسبت به مهاربندهاي هم محور مي باشد.