چکیده ×
قاب های مهاربندی شده در برابر نیروهای زلزله عملکرد مناسبی از خود نشان نمیدهند. علت این رفتار نامناسب کمانش مهاربندها تحت نیروهای فشاری بزرگ است. از این رو مهاربند دارای رفتار هیسترزیس نامتقارن و افت مقاومت تحت بارهای سیکلیک میشود و در نتیجه سازه قابلیت جذب انرژی را از دست داده و منهدم میشود. قاب های مهاربندی شده مقاوم در برابر کمانش (Buckling-Restrained Braced Frame (BRBF)) نوع جدیدی از سیستم های مهاربندی همگرا هستند که استفاده از آن در سال های اخیر بشدت روبه گسترش است. این قاب ها با توجه به جلوگیری از کمانش مهاربند، دو خصوصیت سختی جانبی بالا و قابلیت فوق العاده در استهلاک انرژی زلزله را بطور همزمان دارا میباشند. با توجه به لرزهخیزی کشور و کاربرد روزافزون این سازه ها در جهان، استفاده و بومیسازی این نوع سیستم مهاربندی در ایران اجتنابناپذیر بوده و ورود این سیستم باربر جانبی به آیین نامه های طراحی خصوصا آیین نامه زلزله ایران الزامی است. از طرفی برآورد پارامترهای لرزهای سیستم های باربر جانبی از الزامات آیین نامه های زلزله کنونی است. ×

واژه های کلیدی: مهاربند کمانش ناپذیر، رفتار هیسترزیس، جذب انرژی، بارسیکلی، افت مقاومت

-۱مقدمه

×ٌ

×

×

استفاده از سیستم های غیرفعال اتلاف انرژی روش موثر در کاستن از اثرات زلزله در ساختمان ها است. نقش عملی این سیستم ها اضافه نمودن میرایی ساختمان ها و به تبع آن کاهش دامنه تغییرمکانها و نیروهای ناشی از اثرات زلزله در سازه است. امروزه ثابت شده است که طراحی سازه ها به صورتی که برای مقابله با زلزله های شدید رفتار کاملا الاستیک داشته باشند، از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمی-باشد. در نتیجه در طراحی سازه ها از روش هایی مانند کنترل غیرفعال سازه ها در برابر زلزله استفاده میشود.

در این روش، برخی اعضای سازهای خسارت هایی را در هنگام زلزله های شدید متقبل میشوند تا بدین وسیله تلاشهای وارد بر اعضای اصلی سازه مانند ستونها کاهش یافته و از این طریق سازه از آسیب های عمده در امان بماند. روش های غیرفعال به طور کلی به دو دسته سیستم های مستهلک کننده انرژی و جداگرهای پی تقسیم میشوند.

مهاربندهای مقید شده در برابر کمانش نیز به دلیل عدم کمانش، قادر به اتلاف انرژی زیادی بوده و در کنترل غیرفعال سازه ها مورد استفاده قرار میگیرند. بسیاری از نقایص رفتاری مهاربندهای همگرای متعارف نتیجه اختلاف بین ظرفیت فشاری و کششی این مهاربندها و زوال در مقاومت این مهاربندها تحت بارگذاری چرخهای میباشد.

-۲مهاربندهای کمانشناپذیر

مهاربندهای کمانشناپذیر (Buckling Restrained Braces) ابزارهای ضدزلزلهای هستند که در هنگام قرار گیری در معرض بارگذاری های چرخهای وسیع قادر به اتلاف مقدار زیادی انرژی میباشند. بنابراین استفاده از این نوع مهاربندها باعث کاهش قابل ملاحظه بار زلزله وارد بر قاب های مجهز به BRB میشود (Lopez et al, 2004:10) از این رو تحقیقات بسیاری صرف بهسازی این مهاربندها جهت رسیدن به یک رفتار الاستوپلاستیک ایدهال گردیده است. برای رسیدن به این هدف لازم بود تا با استفاده از مکانیزم مناسبی از کمانش فشاری مهاربند جلوگیری شود و امکان تسلیم فشاری فولاد فراهم شود. روشی که مدنظر قرار گرفت عبارت بود از محصورسازی یک هسته فلزی شکلپذیر در میان حجمی از بتن که خود توسط یک غشای فلزی در بر گرفته شده است. وقتی این نوع بادبندها به صورت مناسب طراحی و جزئیاتبندی شوند، غلاف فولادی نباید هیچگونه نیروی محوری را تحمل کند.

رفتار قابهای دارای مهاربندهای کمانش ناپذیر به رغم مشابهت ظاهری، تفاوت زیادی با قابهای مهاربندی متداول هم محور دارد.×در سیستم مهاربندی کمانش ناپذیر حلقه های هیسترزیس از نوع پایدار بوده و طی چرخه های بارگذاری و باربرداری متعدد، افت در مقاومت و سختی سیستم مشاهده نمی شود(رهگذر و روحانی، .(۵ :۱۳۹۱ در حالیکه تحقیقات دو دهه اخیر نشان می دهد که در سیستم مهاربندی های هم محور این مهاربندها در مود فشاری دچار کمانش کلی می شوند و در نتیجه سیستم دچار زوال در مقاومت و سختی می شود و در واقع پایین افتادگی منحنی هیسترزیس را موجب می شود. ×مود شکننده موجود در سیستم مهاربندی هم محور به مود شکل پذیر در مهاربندهای کمانش ناپذیر تبدیل می شود. در صورتی که مکانیزم مقاوم در کمانش دارای ابعاد مناسبی باشند، هسته میتواند در فشار جاری شده و مقاومت فشاری و کششی یکسانی را با رفتار منظم هیسترزیس تا کرنشهای بالای %۲ از خود بروز دهد.

×ٍ

×

×

شکل-۱رفتار مهاربند معمولی در مقایسه با مهاربند کمانشناپذیر

-۳تحقیقات انجام شده بر روی مهاربندهای کمانشناپذیر ×

تحقیقات بر روی مهاربندهای کمانشناپذیر در ژاپن و چند کشور دیگر از حدود ۳۰ سال قبل آغاز گردیده و ایده آن در طی این مدت ارتقاء پیدا کرد. استفاده گسترده از این سیستم مهاربندی بعد از زلزله نورثریج آمریکا در سال ۱۹۹۴ و زلزله کوبه ژاپن در سال ۱۹۹۵شروع شد. تا سال ۲۰۰۳ بیش از ۲۵۰ ساختمان در ژاپن و ۲۵ ساختمان در آمریکا با این سیستم ساخته شدند. این تحقیقات بعد از زلزله نورثریج ادامه یافت و توسط کلارک و همکاران در سال ۱۹۹۹، لوپز در سال ۲۰۰۱، آیکن و همکاران در سال ۲۰۰۲ و سابلی و همکاران در سال ۲۰۰۳ از نظر تئوری گسترش و ارتقاء یافت؟