بایگانی ماه دسامبر, 2017

مهاربند کمانش تاب (BRB)

سازه‌های واقع در مناطق لرزه‌خیز نیازمند سیستمی در جهت مقاومت دربرابر بارهای جانبی زلزله هستند. این سیستم باید علاوه بر مقاومت و سختی کافی، اقتصادی نیز باشد و بتواند در تحریکات شدید رفتار غیر ارتجاعی زیاد به جهت جذب و مستهلک کردن انرژی از خود نشان دهد. از نظر تاریخی، مهاربندها از پایان قرن ۱۹ تاکنون برای پایداری جانبی اکثر ساختمانهای بلند دنیا مورد استفاده بوده‌اند. به عنوان مثال مجسمه آزادی که در سال ۱۸۸۳ در نیویورک ساخته شد، یکی از سازه‌های مهاربندی شده بزرگ است. در سه دهه بعد از آن تعداد زیادی ساختمان بلند با قاب فولادی مهاربندی شده در شیکاگو و نیویورک ساخته شد. ساختمان ۷۵ طبقه وولورد به ارتفاع ۲۴۱ متر که در سال ۱۹۱۳ تکمیل گردید رکورددار ساختمانهای بلند در آن زمان بود.

از سیستم‌های باربر جانبی رایج و موثر مقاوم در برابر نیروی جانبی، می‌توان قاب‌های مهاربندی جانبی را نام برد. استفاده از قاب‌های مهاربندی شده به اوایل قرن بیستم میلادی باز می‌گردد. سختی، مقاومت و اقتصادی بودن قاب‌های مهاربندی شده باعث شده که این سیستم‌ها یکی از رایج‌ترین سیستم‌های باربر جانبی در ساختمان‌های فولادی در مناطق با خطر لرزه‌خیزی بالا باشند.

طراحی سیستم‌های مهاربندی در محدوده ارتجاعی غیر اقتصادی است. بنابراین این سیستم‌ها در ناحیه تغییر شکل‌های غیرارتجاعی طراحی می‌شوند. طراحی سیستم به نحوی است که مهاربند در نیروهای فشاری بزرگ، کمانش غیرارتجاعی کند و در نیروهای کششی بزرگ تسلیم شود.

ایده مهاربندهای کمانش تاب اولین بار در ژاپن در سال ۱۹۷۱ مطرح شد. او برای جلوگیری از کمانش عضو فولادی پیشنهاد کرد که این عضو می‌تواند مابین پانلهای بتنی تحت فشار قرار گیرد. این سیستم مهاربندی پس از زلزله نرثریج در آمریکا مورد استقبال و پذیرش واقع شد و در فاصله‌ی نسبتا کمی در آیین‌نامه‌های آمریکا معرفی و ضوابطی برای آن ارائه شد.

در مهاربندهای کمانش تاب هدف مقابله با آثار نامطلوب ناشی از کمانش مهاربند فشاری است.

این طرح چند سال بعد توسط یک تیم تحقیقاتی ژاپنی، اصلاح گردید و منجر شد به آنچه امروزه به عنوان مهاربند کمانش‌تاب می‌شناسیم. طی این تحقیق رفتار نوعی مهاربند متشکل از هسته فولادی محصور شده در داخل حفاظ فولادی که از ملات پر شده است مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. ایده اصلی این طرح جداسازی تحمل بار فشاری توسط هسته مرکزی و جلوگیری از کمانش این هسته توسط حفاظ فولادی بود. رفتار هسته فولادی در داخل حفاظ کاملا به سختی نسبی هسته و حفاظ فولادی وابسته است.

نوع دیگری از مهاربندهای کمانش تاب، مهاربندهای کمانش تاب تمام فولاد است. در این مهاربندها هسته داخلی بین مکانیزم کمانش تاب ساخته شده تمام فولاد محصور شده بنابراین از هزینه‌ی ملات جلوگیری می شود. زمان ساخت کوتاه‌تر شده و می توان بعد از زلزله به منظور بازرسی به راحتی جدا کرد.

اجزای تشکیل دهنده‌ی مهاربند کمانش‌تاب به شرح زیر می‌باشد :

بخش تسلیم شونده مهار شده : این بخش فولادی می تواند دارای مقطع مستطیلی یا صلیبی باشد. این بخش به منظور تسلیم شدن در هنگام بارهای سیکلی طراحی می‌شود. فولاد نرم که شکل‌پذیری بالایی دارد در این بخش مطلوب است.
بخش تسلیم نشدنی مهار شده : این بخش که از طریق ملات اینکسینگ محصور شده است، معمولا ادامه بخش تسلیم شونده مهار شده است اما برای اطمینان از رفتار ارتجاعی مساحتش زیاد است.
بخش تسلیم نشدنی مهار نشده : این بخش معمولا ادامه بخش تسلیم نشدنی مهار شده است که به منظور اتصال مهاربند به قاب مورد استفاده قرار می گیرد.
عامل جداکننده و ماده منبسط شونده : ماده خنثی مثل لاستیک که می‌تواند انتقال نیروی برشی بین فولاد محصور شده و ملات مورد استفاده را حذف کند و یا به حداقل برساند.
مکانیزم کمانش‌تاب : این مکانیزم از ملات یا فولاد محصور کننده مثل یک مقطع تو خالی تشکیل شده است.

مزایای مهاربندهای کمانش‌تاب

برخی از مزایای مهاربندهای کمانش‌تاب عبارتند از:

• هم در کشش و هم در فشار بدون کمانش جاری می‌شوند، درنتیجه توانایی جذب انرژی بالا رفته و طی زلزله‌های شدید آسیب کمتری به میانقاب‌ها و اجزای غیرسازه‌ای وارد می‌شود.
• امکان تعویض آسان مهاربند آسیب‌دیده پس از یک زلزله‌ی بزرگ وجود دارد.
• بسیار انعطاف‌پذیرند، چون امکان تنظیم مقاومت و سختی آن‌ها به آسانی امکان‌پذیر است.
• امکان تنظیم ابعاد مهاربند به منظور یکسان نمودن نیاز و ظرفیت لرزه‌ای وجود دارد در نتیجه احتمال تمرکز خسارت در یک طبقه کاهش می‌یابد.
• در هزینه‌های اجرای اسکلت صرفه‌جویی می‌شود.
• در مقایسه با قاب‌های خمشی سختی جانبی الاستیک بالاتری دارند و ضوابط تغییر مکان نسبی در آئین‌نامه‌‌های لرزه‌ای را به راحتی ارضاء می‌کنند.
• مدل کردن رفتار چرخه‌ای این مهاربندها به منظور تحلیل غیرخطی آسان است.
• مقاومت مهاربند در فشار بیشتر از کشش است، چون نیروی محوری در فشار از هسته به مکانیسم جلوگیری از کمانش انتقال می‌یابد.

معایب مهاربند کمانش تاب (BRB):

با وجود تمام مزایای مهاربندهای BRB، معایبی نیز وجود دارد که در ادامه به آن‌ها اشاره شده است:

• پارامترهای مورد نیاز طراحی BRB های ساخته‌شده توسط شرکت‌های مختلف، متفاوت است.
• آیین‌نامه برای تشخیص میزان خسارت وارده بر این مهاربندها، انجام آزمایشاتی را ضروری می‌داند.
• هنوز معیاری برای تشخیص میزان خسارت وارده بر این مهاربندها و تشخیص نیاز به تعویض آنها از سوی مراجع رسمی معرفی نشده است.
• در زمین‌لرزه‌های بزرگ تغییر شکل‌های ماندگار بزرگی در سیستم ممکن است ایجاد شود، زیرا فاقد مکانیزم بازگرداننده است.
• مشکلات زیاد اجرایی ناشی از بتن‌ریزی در محل و همچنین سنگینی مهاربند وجود دارد.
• امکان بازرسی هسته‌ی مهاربند پس از زمین‌لرزه‌های شدید وجود ندارد.
• سختی غیرالاستیک BRB ها نسبتاً کم بوده و در هر چرخه نسبت به چرخه‌ی پیش کاهش می‌یابد.