معرفی و بررسی رفتار سیستم های مهاربندی کمانش تاب

 قاب های مهاربندی کمانش تاب که شکل آن در زیر نشان داده شده است، دارای شکل پذیری بالا و سختی جانبی مناسبی هستند، و پس از زلزله می توان به آسانی آن ها را تعمیر نمود. قاب های مهاربندی نچسبیده، که می توان از آن ها به عنوان گروه ویژه BRBF ها نام برد شامل یک هسته فولادی است که توسط ملات دردرون یک پوسته قرار گرفته است. 

 عاملی که باعث عدم چسبندگی می شود به هسته درونی اعمال می شود تا از انتقال نیروهای محوری به مکانیسم کمانش تاب توسط هسته جلوگیری کند. المان مهاربندی غیرچسبیده، متداولا یک عضو قطری است که شامل قسمت جاری شونده مهاری، قسمت های فولادی  غیر جاری شونده مهاری و قسمت های غیرجاری شونده غیر مهاری می باشد. قطعه جاری شونده  که معمولا از آن به عنوان هسته یاد می شود به طور معمول از ورق فولادی تشکیل شده است. قطعه غیر جاری شونده به طور معمول دارای شکل صلیبی است. کل سیستم به صورت واحد از پیش مونتاژ شده تهیه می شود تا نیازهای عملکردی که توسط مهندسین مشخص می شود را اغنا کند. در دو شکل زیر مولفه های شماتیک دو نوع مهاربندی مشاهده می شود.

شک فوق نشان دهنده روکش دایروی و شکل اول نشان دهنده محفظه با مقطع HSS مربعی می باشد.

 به این دلیل که مهار ها توانایی جاری شدن در فشار بدون کمانش را دارند، هنگامی که مهار ها تحت اثر بار های متناوب معکوس شونده قرار می گیرند حلقه های هیسترسیس یا هیجانی خوش تعریف، پایدار و متقارنی شکل می گیرد. که این مسئله منجر به پیدایش خصوصیات استهلاک انرژی فوق العاده ای می گردد. استفاده از BRBF به عنوان سیستم مقاوم در برابر بار های جانبی لرزه ای تقریبا یک سیستم جدید محسوب می شود. اگر چه که این سیستم شبیه قاب مهاربندی همگرای ویژه است، اما در آن سیستم همچنین چهارچوب مثلثی عمودی از اعضا که به صورت کشش و فشار محوری در بار های جانبی مقاومت می کردند وجود داشت. تفاوت اصلی آن است که مهار های کمانش تاب با توجه به حذف موثر کمانش و عملکرد هیستریک یا هیجانی مطلوب دارای ویژگی های شکل پذیری و استهلاک انرژی بسیار بیشتری می باشند. به این دلیل، رفتار کششی و فشاری مهار های سیستم کمانش تاب بسیار به یکدیگر شباهت دارد. در این سیستم یک قطعه نسبتا بلند می تواند در فشار و همچنین در کشش جاری شود. قطعه جاری شونده قسمتی از هسته فولادی مقاوم  در برابر بار محوری می باشد. همچنین لاغری موثر آن بسیار کم است زیرا کمانش به دلیل مهار جانبی به وجود امده در اثر  محفظه فولادی پر شده با ملات حاکم نمی باشد. برای جلوگیری از کمانش، این محفظه می بایست تحت اثر بار های محوری قرار نگیرد. روش های متعددی برای محدود کردن نیرو های محوری به هسته فولادی وجود دارد. اکثر این روش ها توسط آیین نامه های اختصاصی منتشر شده است و برخی از آنان نیز به ثبت رسیده است. از آن جا که مهار های کمانش تاب معمولا به عنوان یک ایتم آیین نامه ای محسوب می شوند مقاومت های مورد نیاز مهار ها معمولا توسط مهندس محاسب مشخص می گردد. به طور معمول، تولید کنندگان مهارها را به گونه ای طراحی می کنند تا مطابق با نیاز مندی های دیکته شده برای ماده و نوع  مهار ها توسط آیین نامه ها باشد. از ان جا که نوع  ماده دارای تاثیر چشمگیری بر روی سختی مهار ها دارد، هر چقدر که تنش حد جاری شدن کمتر باشد، سطح مورد نیاز فولاد بیشتر می شود و مهار سخت تری را نتیجه می دهد. با کاهش طول جاری شونده، کرنش غیر الاستیک متمرکز می شود و ظرفیت استهلاک انرژی تجمعی کاهش می یابد. 
با توجه به این مسئله که، مقاومت های فشاری و کششی مهار های کمانش تاب یکسان است، پیکر بندی شورن طراحی تیر متصل شده به مهار های شورن را تحت تاثیر قرار نمی دهد. 

همراه با ساده سازی های مشخصی، ورق های گاست اتصالات مشابه با قاب های مهاربندی همگرا طراحی می شوند. اگر چه که BRBF ها نیاز به سازگاری خود با کمانش مهار ها ندارند. نیاز به تشکیل نقاط مفصل وجود ندارد، هم چنین ورق های گاست نیاز به مقاومت خمشی بیشتر ازمهارها را ندارند. 
 در صورتی که دوران های به وجود آمده در مهارها همچنان در محدوده آزمایش شده باشد، خروج  از مرکزیت های کوچک ممکن است در طراحی اتصالات مجار باشد. 
نیروی  بیشینه اتصال با استفاده از پارامتر های مقاومت β و اضافه مقاومت ω که از آزمایشات بدست می اید، محاسبه می شود. پارامتر β نشان گر اضافه مقاومت در در فشار است(مهار های کمانش تاب در فشارمقداری از کشش مقاوم تر هستند)، و ω نشان دهنده سخت شوندگی کرنشی در بازه تغییر شکل مورد انتظار می باشد. پارامتر R_y که نشان دهنده ی مقاومت حد جاری شدن مورد انتظار می باشد و در مقایسه با مقاومت حد جاری شدن اسمی مطرح می گردد، فرض می شود که در تعیین اندازه  مقاطع مهار ها کاربردی ندارد زیرا که اندازه نهایی مقاطع مهار های کمانش تاب معمولا با در نظر گرفتن مقاومت حد جاری شدن ماده که توسط نمونه آزمایش بدست می آید محاسبه می شود. در نتیجه مقاومت حد جاری شدن مهار ها  بدون حدسیات انجام شده در ارتباط با مقاومت مورد نیاز و ضرائب مقاومت بدست می آید. 
نیروهای طراحی ستون ها با استفاده از ترکیب بار های ویژه لرزه ای که در آیین نامه ها مشخص شده اند، تعیین می گردد. اگر چه این کار را می توان مشابه با SCBF ها انجام داد، اما BRBF ها دارای اضافه مقاومت کمتری هستند. بنابراین با در نظر گرفتن ظرفیت مهارها می توان به نیرو های طراحی کمتری برای ستون ها رسید که منتج به شرایط بهینه تری در ستون ها و فنداسیون می شود. 
همان طور که قبلا اشاره شد،قاب های مهار بندی شده  کمانش تاب  نوع ویژه ای از سیستم های مهار بندی هم گرا هستند. مشابه با حالت قاب های مهار بندی شده همگرا خط مرکزی اعضای BRBF در نقطه ای همگرا می شوند تا یک سیستم خرپای عمودی را به وجود آورند. سیستم های BRBF  دارای شکل پذیری بیشتر و ظرفیت جذب انرژی بیشتری نسبت به قاب های مهار بندی هم گرا هستند. زیرا که کمانش مهار ها و کاهش مقاومت نظیر با آن در نیروها و تغییر شکل ها متناظر با طراحی های رانش یا دریفت طبقه، حذف شده است. قاب های مهاربندی شده کمانش تاب متشکل از ستون ها، تیر ها و المان ها مهاری است که تمامی آن ها عمدتا  تحت اثر نیرو های محوری قرار می گیرند.  مهار های سیستم کمانش تاب متشکل از یک هسته فولادی و یک سیستم محفوظ کننده که هسته فولادی را پوشانده است تا از کمانش جلوگیری کند. 
هسته فولادی درالمان مهاری منبع اصلی استهلاک انرژی محسوب می شود. و در هنگام یک زلزله متوسط تا شدید از هسته فولادی انتظار می رود تا تغییر شکل های غیر الاستیک چشمگیری را تجربه کند. 
سیستم های BRBF می توانند سختی ارتجاعی در حد سیستم های EBF یا SCBF را به وجود آورند. و شکل پذیری و توانایی استهلاک انرژی این سیستم در حد سیستم EBF و SMF وبیشترازسیستم SCBF  می باشد. و شکل پذیری بالای آن توسط حذف کمانش هسته فولادی به وجود آمده است.
در مقالات آتی به بررسی ضوابط طراحی این سیستم می پردازیم.

منبع

دپارتمان سازه سامانه کارگشا

————————————————————————————————————————————–

برای بهرهمندی از خدمات محاسبات طراحی و اجرا سازه های ساختمانی درخواست خود را در لینک زیر ثبت نمایید.

(مشاوره آنلاین دپارتمان سازه سامانه کارگشا)