معرفی مهاربند کمانش تاب (BRB)

بسياري از نقايص رفتاري مهاربندهاي فولادی متداول نتيجه اختلاف بين ظرفيت فشاري و كششي اين مهاربندها و زوال در مقاومت اين مهاربندها تحت بارگذاري چرخه ­اي مي باشد. از اين رو تحقيقات بسياري صرف بهینه ­سازی و اصلاح اين مهاربندها جهت رسيدن به يك رفتار الاستوپلاستيك ايده ­آل گرديده است. براي رسيدن به اين هدف لازم بود تا با استفاده از مكانيزم مناسبي از كمانش فشاري مهاربند جلوگيري شود تا امكان تسليم فشاري فولاد نیز فراهم شود. تلاش­ های صورت گرفته توسط محققین منجر به اختراع مهاربند کمانش تاب (Buckling Restrained Brace) یا همان BRB شد.

 

مقایسه منحنی هیسترزیس مهاربند کمانش تاب (منحنی سبز) با مهاربند فولادی متداول (منحنی قرمز)

 

مباني اصلي عملكرد اين نوع مهاربند (که در کشور ژاپن از آن به عنوان نوعی میراگر استفاده می ­شود)، جلوگيري از وقوع كمانش هسته فولادي به منظور امكان وقوع پديده تسليم فشاري در آن و در نتيجه امكان جذب انرژي در اين عضو از سازه مي باشد. اين امر با قراردادن هسته فولادي در لوله فولادي پر شده با بتن ميسر مي­ گردد.

 

 

هر مهاربند کمانش تاب متشکل است از:

  1. هسته فولادی میانی مهاربند که باید تحت فشار و کشش جاری شود. به همین دلیل بهتر است که نوع فولاد هسته از جنس فولاد نرمه و با مقاومت پايين تر باشد تا در بارگذاري هاي رفت و برگشتي تسليم در فولاد اتفاق بيفتد و عمل استهلاك انرژي به خوبي صورت گيرد. همچنین دو قسمت انتهایی این مهاربند باید بگونه ­ای طراحی شود که تحت اثر بارهای وارده در محدوده الاستیک باقی بماند.
  2. مصالح جداکننده­ای که بر روی سرتاسر طول هسته فولادی محاط در بتن چسبانده شده تا هسته فولادی از غلاف فولادی جدا کند. در نتیجه نیروی محوری وارد بر مهاربند تنها توسط هسته فولادی تحمل شده و غلاف پیرامونی بر مبنای سختی خمشی مانع از کمانش هسته فولای خواهد شد.
  3. غلاف پیرامونی که متشکل از یک بخش بتنی یا ملاتی که در اطراف هسته فولادی قرار گرفته است و یک مقطع جدار نازک فولادی پیرامونی که با استفاده از سختی خمشی جلوی کمانش جانبی هسته فولادی را می­ گیرند.

 

 

مزایا و معایب مهاربندهای کمانش‌تاب

مزایای استفاده از مهاربندهای کمانش‌تاب به شرح ذیل است:

  • افزایش شکل‌پذیری و قابلیت اطمینان رفتار سازه در برابر زلزله، و در نتیجه افزایش سطح عملکرد سازه نسبت به دیگرسیستم­های متداول باربر جانبی.
  • کاهش حجم مصالح مصرفی در اعضاء سازه ­ای و اتصالات آنها و پی.
  • عدم ایجاد خسارت در دیوارهای غیرسازه­ ای پس از وقوع زلزله­ به دلیل عدم کمانش مهاربندها.
  • پیش ساخته بودن، نصب آسان و سریع، و در نتیجه کاهش زمان اجرایی پروژه.
  • امکان نصب در انواع سازه های بتن مسلح و فولادی، بدون وجود محدودیت در طول مهاربند.
  • قابلیت تغییر و تنظیم جداگانه سختی و مقاومت مهاربند.
  • مدلسازی آسان در نرم­افزارهای مهندسی و امکان طراحی به کمک تحلیل های خطی.
  • عدم نیاز به تعویض مهاربند پس از وقوع زلزله ­های کوچک و متوسط، و قابل تعویض پس از وقوع زلزله های بسیار شدید با هزینه کم و بدون ایجاد اختلال در روند خدمت رسانی.
  • تأثیر ناپذیری از عوامل جوی و شرایط محیطی، و در نتیجه عدم نیاز به نگهداری در زمان بهره­ برداری از سازه.

 

معایب استفاده از مهاربندهای کمانش‌تاب به صورت زیر است:

- بزرگتر بودن بعد غلاف پیرامونی مهاربند­ نسبت به مهاربندهای متداول.

- نیازمند تعویض پس از وقوع زلزله ­های بزرگتر از زلزله طرح، در مقایسه با دیگر میراگرهای لرزه­ ای.

به دلیل ضریب رفتار بزرگ سیستم مهاربند کمانش‌تاب، و همچنین اختلاف ناچیز ظرفیت کششی و فشاری مهاربندهای کمانش‌تاب (و عدم ایجاد پدیده کمانش در آن‌ها)، نیروی جانبی وارده بر پی و سازه مجهز به این سیستم کمتر از دیگر سیستم های باربر جانبی بوده که این عوامل منجر به کاهش 5 تا 20 درصدی حجم یا وزن مصالح مصرفی در سازه ­های مجهز به مهاربندهای کمانش‌تاب می ­شود.

 

 

کاربرد مهاربندهای کمانش‌تاب

این نوع از مهاربندها را در کلیه سازه ­هایی که امکان نصب مهاربند در آنها وجود دارد، می­ توان به کار برد. با توجه به تنوعی که در نحوه اتصال این نوع مهاربندها به سازه وجود دارد، امکان استفاده از آن‌ها در طراحی و یا مقاوم­ سازی کلیه سازه­های صنعتی، پل­ ها و ساختمان­های فولادی و بتن مسلح وجود دارد. نمونه­ هایی از کاربرد مهاربندهای کمانش‌تاب در پروژه ­های مختلف خارج از کشور در انتها ارائه شده است.

به دلیل اینکه ظرفیت نیرویی این مهاربند در کشش و فشار برابر است، در نتیجه دیگر نیازی به استفاده از مهاربندهای کششی و فشاری نمی ­باشد. جانمایی‌های مختلف قابل استفاده برای این نوع از مهاربندها در شکل زیر ارائه شده است.

 

 

برای مطالعه بیشتر در موضوع «مهاربند کمانش تاب و طراحی با خسارت محدود» به آدرس http://parsseismic.com/papers/brb-and-low-damage-design/ از وبسایت شرکت پارس سایزمیک (http://parsseismic.com/) مراجعه نمایید.