ترکیبات مصالح BRB هیبریدی
BRB های هیبریدی با ترکیب مصالح فولادی مختلف با مقاومت تسلیم متفاوت در یک مهاربند هیبریدی مجزا توسعه یافتند. همچنین فرض شد که هسته‌های فولادی مختلف به‌صورت موازی متصل شده و درنتیجه در مدل عددی، دو یا سه المان مهاربندی بر روی یکدیگر تخصیص داده شدند. شکل 2 نشان‌دهنده BRB با هسته متشکل از چند متریال مورد استفاده در مدل‌ها است. شایان‌ذکر است که نمونه آزمایشگاهی BRB متشکل از چند مصالح دارای پیکربندی مشابه مطابق شکل 2 است.
هنگام مدل‌سازی BRB متشکل از چند متریال، سختی و مقاومت کل مهاربند مشابه با BRB استاندارد، حفظ شد. همچنین سختی نیز در میان المان‌های مختلف تغییر نکرد، زیرا به‌منظور مقایسه بین قاب‌های معمولی و هیبریدی، این قاب‌ها باید نیروی لرزه‌ای یکسانی را جذب کنند. همچنین، با توجه به این‌که طراحی تیر و ستون در BRBF ها وابسته به مقاومت‌های تنظیم شده مهاربند است، مقاومت کل مهاربند نیز تغییر نکرد به‌نحوی‌که می‌توان از مقاطع یکسان تیر و ستون استفاده کرد (اصل طراحی ظرفیت). این موارد جزو الزامات نیستند و می‌توان یک BRB هیبریدی را با مقاومت و سختی کل متفاوت، مدل‌سازی کرد. بااین‌حال، در تحلیل‌ها و مدل‌های BRB هیبریدی ارائه شده در این مقاله، کل سختی مهاربند و مقاومت BRBF هیبریدی مشابه با BRBF معمولی در نظر گرفته شدند. جداول 1 و 2 نشان‌دهنده خصوصیات مصالح و ترکیبات سه پیکربندی متفاوت از BRB هیبریدی بوده که در مدل‌های عددی استفاده شده‌اند. در جدول 2، مساحت هسته فولادی، سختی کل و مقاومت کل، به‌صورت نسبت نشان داده شده‌اند. مساحت‌های نواحی هسته فولادی به نحوی تخصیص یافته‌اند که سختی و مقاومت کل BRB ها یکسان باشند.
در BRBF استاندارد، صرفاً فولاد سازه‌ای (A36) با مقاومت تسلیم 290MPa استفاده شد. در BRB های هیبریدی، LYP100, HPS100W و HPS70W نیز به‌عنوان مصالح اضافی هسته استفاده شدند. مقادیر ارائه شده در جدول 1، تطبیق مطلوبی با داده‌های آزمون سیکلی استفاده شده جهت کالیبراسیون داشته که در شکل‌های 3 و 4 ارائه شده‌اند. ماده فولادی جیوفره- منگتو- پینتو (نرم‌افزار OpenSees متریال STEEL02) با سخت شدگی کرنشی ایزوتروپ، جهت کالیبراسیون کلیه فلزات استفاده شد.
نتایج آزمون BRB در پژوهش‌های رومرو و همکاران و چن و همکاران به‌منظور کالیبراسیون مصالح A36 و LYP100 هسته‌های BRB مورد استفاده قرار گرفتند. کالیبراسیون مصالح فولاد پر مقاومت (HPS70W) با استفاده از داده‌های آزمایش در پژوهش داسیکا و همکاران صورت گرفت. از آنجایی که نمی‌توان داده‌های آزمون سیکلی در مورد HPS100W را در منابع پژوهشی یافت، ضرایب یکسان مصالح HPS70W برای HPS100W به جز مقاومت تسلیم، استفاده شدند که این پارامتر نیز به میزان 745MPa بر اساس داده‌های خصوصیات کششی اکسلورمتیال برآورد شد.
پیاده‌سازی در عمل
می‌توان BRB های هیبریدی را در سیستم‌های با هسته اضافی به صورت عملی، پیاده‌سازی کرد. BRB های با هسته اضافی دارای چندین هسته در چندین لوله بوده و در جهت رسیدن به ظرفیت بالا استفاده می‌شوند. در BRB های هیبریدی، مصالح مختلف فولادی در این لوله‌ها استفاده خواهند شد. شکل 5 نشان‌دهنده یک نمونه BRB با هسته اضافی و مقطع عرضی آن است.
در این سیستم‌ها، یک بست (طوقه) جهت اتصال کلیه مهاربندها به‌منظور ایجاد افزایش طول مساوی در انتهای مهاربند، استفاده می‌شود. این حالت متناظر با مدل تحلیلی است که در آن BRB هیبریدی با اتصال موازی مهاربندها ایجاد می‌شود. همچنین بست سبب افزایش پایداری کل مهاربند با پیشگیری از افزایش مقطع هسته ناشی از کمانش خارج صفحه می‌شود. لازم به ذکر است اتصالات مفصلی در انتهای مهاربند این سیستم‌ها استفاده می‌شوند. همچنین استفاده از مجموعه بست‌ها و مفاصل سبب استفاده از چندین مهاربند گروهی جهت ایجاد مهاربندهایی با ظرفیت بالا می‌شود. در BRB های هیبریدی چندهسته‌ای، سطوح متفاوت تسلیم می‌توانند موجب ایجاد برون‌محوری شده و ممکن است لنگر داخلی ایجاد شود. می‌توان این مسئله احتمالی را با فشرده‌سازی (ساندویچ کردن) هسته HPS در هسته LYP (یا بالعکس) با استفاده از مقطع مشابه در شکل 5(b) حل کرد. علاوه براین، ممکن است این مسئله هنگامی رخ دهد که مصالح فولادی مختلف در یک لوله استفاده شوند. در سیستم دارای هسته اضافی، مصالح مختلف فولادی در لوله‌های مختلف قرار گرفته و هرکدام دارای قالب‌های فولادی مختص به خود هستند. بنابراین در صورت طراحی مطلوب این قالب‌ها با ایجاد سختی خمشی کافی، ممکن است مسئله لنگر داخلی (خمش ثانویه) به حداقل برسد.
شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرابریس) با سابقه سال ها فعالیت در زمینه طراحی، تولید، تأمین و ترویج فناوری‌های نوین لرزه‌ای از جمله جداسازها و میراگرهای لرزه‌ای و با در نظر گرفتن نیاز مبرم صنعت ساخت و ساز کشور به فناوری‌های نوین حفاظت سازه‌ها در برابر زمین لرزه، از اواخر سال 1390 موضوع بومی‌سازی و تولید داخلی تجهیزات کنترل ارتعاشات لرزه‌ای را در دستور کار خود، قرار داده است.
جهت مطالعه مقاله قاب‌های مجهز به مهاربند کمانش تاب هیبریدی (ترکیبی)-پارت اول کلیک کنید.
نتیجه‌گیری
در این مقاله، یک تحلیل نسبتا گسترده در مورد مهاربندهای کمانش تاب هیبریدی ارائه شد. می‌توان به نتایج زیر بر اساس پژوهش‌های صورت گرفته پیرامون BRBF هیبریدی دست یافت:
1)نتایج بسیار مطلوبی در مورد BRBF های هیبریدی از حیث عملکرد کلی لرزه‌ای به دست آمدند. متوسط بیشینه دریفت بین طبقات به میزان %10 در کلیه زمین‌لرزه‌ها تا هنگام فروریزش رسید. بهبود عملکرد در شتاب طبقات، چندان قابل‌توجه نبود. مهم‌ترین پیشرفت در کاهش تغییر مکان پسماند به میزان %30 تا %40 در تمامی زمین‌لرزه‌ها با شدت‌های متفاوت بود.
2)در BRBF های هیبریدی، هرچند که عملکرد سیستم ارتقا می‌یابد، هزینه سیستم بسیار نزدیک به سیستم‌های غیرهیبریدی معمولی، باقی می‌ماند. تنها افزایش هزینه، ناشی از افزایش بسیار ناچیز مساحت کل هسته مهاربند و استفاده از فولاد کم مقاومت و فولاد پر مقاومت به‌جای فولاد کربن دار است. این اثر اقتصادی حداقلی موجب جذابیت بیشتر BRBF های هیبریدی می‌شود.
3)نسبت‌های حاشیه فروریزش افزایش یافته و احتمال فروریزش در BRBF های هیبریدی کاهش یافته است. به‌طور مثال، در شدت ارزیابی فروریزش الگو، 7 زلزله (از کل 44 زلزله) موجب فروریزش در BRBF های معمولی شدند درحالی‌که 3 فروریزش در BRBF های هیبریدی در مدل BOB و مطالعه موردی نخست، رخ داد.
4)نسبت‌های افزایش یافته حاشیه فروریزش یا کاهش احتمال فروریزش BRBF های هیبریدی نشان می‌دهند که ضریب اصلاح پاسخ (R) بزرگ‌تر از 8 که برای BRBF های غیرهیبریدی به کار می‌رود، برای سیستم‌های BRBF هیبریدی نیز قابل استفاده است. افزایش ضریب R مربوط به BRBF های هیبریدی موجب می‌شود تا BRBF های هیبریدی مشابه با BRBF های غیرهیبریدی عمل کنند، هرچند که یک سیستم مقرون‌به‌صرفه تر نسبت به BRBF های معمولی به دست می‌آید. درصورتی‌که ضریب R=9 BRBF های معمولی برای BRBF های هیبریدی نیز استفاده شود، هزینه مشابه بوده اما عملکرد بهبود می‌یابد.
5)BRBFهای هیبریدی سختی منفی پسا تسلیم را که به دلیل اثرات پی-دلتا رخ می‌دهد، خنثی می‌کنند. بنابراین، کاربرد آن‌ها در ساختمان‌هایی که اثرات پی-دلتا در آن‌ها بحرانی‌تر است، مفیدتر خواهد بود. تأثیر پی-دلتا بر روی ساختمان‌های بلند و ساختمان‌هایی با بارهای ثقلی بزرگ و ساختمان‌هایی که در دسته طراحی مناطق با لرزه‌خیزی بسیار زیاد طراحی نشده‌اند، بیشتر مشاهده می‌شود.
6)مزیت‌های BRBF های هیبریدی برای ساختمان‌های با دوره تناوب کوتاه (1-2 طبقه) که در دسته‌های با لرزه‌خیزی زیاد طراحی شده‌اند، کمتر از ساختمان‌های دیگر است.
7)هزینه‌های تعمیر ساختمان‌های دارای BRBF های هیبریدی کمتر از هزینه تعمیر ساختمان‌های معمولی با توجه به دریفت های پسماند کمتر، خواهد بود.
8)BRBF های هیبریدی منجر به پراکندگی کمتر نسبت به سیستم‌های معمولی به دلیل تحلیل‌های دینامیکی افزایشی می‌شوند. درواقع قابلیت اطمینان BRBF های هیبریدی بیشتر از BRBF های معمولی است.
9)با توجه به این‌که سختی اولیه و مقاومت BRB های هیبریدی مشابه با BRB های معمولی است، BRB های هیبریدی به‌طور خودکار با اصول طراحی ظرفیت منطبق هستند. بنابراین، انجام کار اضافی به‌منظور ایجاد قوانین طراحی آیین‌نامه‌ای در مورد BRBF های هیبریدی، ضروری نیست.
10)در فرآیند کنونی طراحی BRB، بست فولادی BRB به نحوی طراحی می‌شود که مقاومت کمانش الاستیک آن به میزان 1.5 برابر مقاومت تسلیم هسته BRB با احتساب سخت شدگی کرنشی و ضریب مقاومت باشد. ممکن است یک رویکرد محافظه‌کارانه‌تر نسبت به طراحی مهاربند معمولی جهت طراحی بست مهاربند هیبریدی موردنیاز باشد.
11) با افزایش اثر ترکیبی قاب‌ها، پاسخ نیز مطلوب‌تر خواهد بود. همواره بهترین نتایج در مورد قاب هیبریدی که دارای بیشترین مقدار فولاد کم مقاومت (LYP100) است، به دست آمده است.
ثبت ديدگاه