مهاربند کمانش تاب چگونه رفتار می کند؟
قاب های مهاربندی شده کمانش تاب به عنوان یکی از جدیدترین انواع سیستم های لرزه بر مورد استفاده در طراحی ساختمان های مدرن شناخته می شوند که طی 20 سال اخیر، به صورت گسترده تر در دنیا و به تبع آن به صورت محدودتر در کشورمان، ایران و به ویژه، در مناطقی با زلزله خیزی بالا از آن بهره گرفته شده است. علیرغم شباهت بسیار زیاد پیکربندی هندسی کلی این مهاربندها با مهاربندهای رایج همگرا، اعضا، اتصالات و رفتار آن ها از رفتار قاب های رایج مهاربندی شده همگرای معمولی و ویژه متمایز است. استفاده از رفتار کمانش تاب بودن این مهاربندها، اختلاف کلیدی بین آن هاست.
در ادامه این مقاله، به اصول اساسی عملکرد مهاربندهای کمانش تاب پرداخته می شود.
اصول رفتار مهاربند کمانش تاب
قاب های مهاربندی شده همگرا با مهاربندهای فولادی رایج به صورت گسترده ای استفاده می شوند، اما پاسخ لرزه ای غیرالاستیک آن ها به شدت تحت تاثیر کمانش مهاربند قرار می گیرد که منجر به زوال مقاومت و سختی قاب می گردد. با وجود این که مهاربندهای کمانش تاب در پیکربندی هندسی خود به شکل همگرا قرار می گیرند، رفتار آن ها حتی از قاب های مهاربندی همگرای ویژه که شکل پذیرترین نوع قاب های همگرای مرسوم هستند، متفاوت می باشد.
برای اصلاح و حذف پاسخ سازه ای نامطلوب مربوط به کمانش مهاربندهای رایج، مهاربندهای کمانش تاب به گونه ای طراحی شدند که بتوانند نیروی محوری فشاری را بدون کمانش تحمل نمایند. این مهم از طریق جداسازی مکانیزم تحمل بار محوری از مکانیزم مقاوم در برابر کمانش (سختی کمانش) مهاربند انجام شده است.
یک هسته فولادی که میتواند مقاطع مختلفی مانند ورق تخت، T شکل یا صلیبی داشته باشد، نیروی محوری مهاربند را تحمل می نماید. هسته مهاربند کمانش تاب شامل چند ناحیه مجزا در طول آن است که پاسخ چرخه ای پایداری را ممکن می سازد. این هسته همانند یک کوپن کششی دارای یک ناحیه تسلیم با مساحت کاهش یافته در مرکز طول آن است. این روش تضمین می کند که پاسخ غیرارتجاعی به قسمتی از مهاربند کمانش تاب محدود می گردد که کاملا مهار شده است. ناحیه تسلیم باید مقطع ثابتی داشته باشد تا کرنش پلاستیک به صورت یکنواخت در طول آن توزیع گردد. علاوه بر این، طول ناحیه تسلیم باید به گونه ای انتخاب شود تا کرنش های اضافی مهاربند منجر به گسیختگی هسته نگردد. خارج از ناحیه تسلیم، مقطع مهاربند در نواحی انتقال افزایش می یاید. این نواحی به صورت مقطعی در مکانیزم مهار قرار می گیرند؛ با این وجود، حتی پس سختشوندگی کرنشی ناحیه تسلیم، به صورت الاستیک باقی می مانند. نواحی اتصال در هر انتها از مهاربند کمانش تاب به منظور جلوگیری از کمانش موضعی و تسهیل در انجام اتصالات پیچی، جوشی یا پینی به تیرها و ستون های اطراف قاب مهاربندی شده مجهز می گردند.
نمای کلی و نمای هسته BRB
سختی لازم به منظور جلوگیری از کمانش اعضا معمولا توسط یک مقطع قوطی پر شده با گروت تامین می شود. این مکانیزم مهار باید سختی کافی به منظور جلوگیری از مودهای کمانشی موضعی و کلی را داشته باشد. هسته در راستای محوری از مکانیزم مهاری جدا شده است تا انبساط پواسون هسته در فشار همانند تغییرشکل های محوری در فشار و کشش به گونه ای تنظیم گردد تا مکانیزم مهار نیروی محوری محسوسی را در سطوح بالای تغییرشکل متحمل نگردد.
تسلیم متناسب BRB در کشش و فشار سبب می شود تا این مهاربندها رفتار چرخه ای شکلپذیر با اتلاف انرژی قابل توجه ای داشته باشند که رفتار چرخه ای نیرو – تغییرمکان آن ها گواه این مدعاست. مهاربندهای کمانش ناپذیر سخت شوندگی ترکیبی ایزوتروپیک و سینماتیک از خود نشان می دهند و معمولا به دلیل انبساط پواسون و اصطکاک در سطح مابین هسته و مکانیزم مهار، در فشار اندکی قویتر از کشش می باشند.
ثبت ديدگاه