معرفی مهاربند کمانش تاب (BRB)
مقدمه مهاربند کمانش تاب
بسیاری از نقایص رفتاری مهاربندهای فولادی متداول نتیجه اختلاف بین ظرفیت فشاری و کششی این مهاربندها و زوال در مقاومت این مهاربندها تحت بارگذاری چرخه ای می باشد. از این رو تحقیقات بسیاری صرف بهینه سازی و اصلاح این مهاربندها جهت رسیدن به یک رفتار الاستوپلاستیک ایده آل گردیده است. برای رسیدن به این هدف لازم بود تا با استفاده از مکانیزم مناسبی از کمانش فشاری مهاربند جلوگیری شود تا امکان تسلیم فشاری فولاد نیز فراهم شود. تلاش های صورت گرفته توسط محققین منجر به اختراع مهاربند کمانش تاب (Buckling Restrained Brace) یا همان BRB شد.
مبانی اصلی مهاربند کمانش تاب
مبانی اصلی عملکرد این نوع مهاربند (که در کشور ژاپن از آن به عنوان نوعی میراگر استفاده می شود)، جلوگیری از وقوع کمانش هسته فولادی به منظور امکان وقوع پدیده تسلیم فشاری در آن و در نتیجه امکان جذب انرژی در این عضو از سازه می باشد. این امر با قراردادن هسته فولادی در لوله فولادی پر شده با بتن میسر می گردد.
اجزای مهاربند کمانش تاب
هر مهاربند کمانش تاب متشکل است از:
- 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 پایین تر باشد تا در بارگذاری های رفت و برگشتی تسلیم در فولاد اتفاق بیفتد و عمل استهلاک به خوبی صورت گیرد. همچنین دو قسمت انتهایی این مهاربند باید بگونه ای طراحی شود که تحت اثر بارهای وارده در محدوده الاستیک باقی بماند.
- 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.
- 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.
مزایای مهاربند کمانش تاب
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.
- 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 ۵ تا ۲۰ درصدی حجم یا وزن مصالح مصرفی در سازه های مجهز به مهاربندهای کمانشتاب می شود.
کاربردهای مهاربند کمانش تاب
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.
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.
