مهاربند کمانش تاب (Buckling Restrained Brace)
مقدمه
یکی از سیستم‌های نوین در حوزه طراحی ، ساخت ، بهسازی و مقاوم سازی سازه ها که در سال‌های اخیر مورد توجه بسیاری از مهندسان و کارفرمایان فعال در حوزه صنعت ساختمان قرار گرفته، مهاربند کمانش تاب است که با در نظر گرفتن مزایای متعدد، یک گزینه ایده آل جهت طراحی و ساخت یک سازه ضد زلزله به تعبیر عام و یا به تعبیر فنی، سازه ای تاب آور در برابر زلزله به حساب می آید. در واقع مهاربند های کمانش تاب به دلیل اینکه سختی مناسبی در برابر نیروهای جانبی نظیر زلزله دارند، می‌توانند به عنوان یک سیستم مقاوم جانبی مورد استفاده قرار گیرند. این مزیت سبب شده که BRB از معدود میراگرهایی باشد که به تنهایی قابلیت استفاده در یک قاب مفصلی را دارد.
جهت آشنایی با سایر مزایای مهاربند کمانش تاب ، لازم است پیش از شروع مقاله، مروری بر معایب استفاده از مهاربند های سنتی در ساختمان داشته باشیم.
معایب مهاربند های سنتی
به طور کلی هنگام وقوع زلزله و زمانی که مهاربند تحت اثر نیروی فشاری به کمانش می‌افتد، تاثیر ناگهانی و نامطلوب ناشی از کمانش بر ساختار مهاربند، عامل کاهش سختی و افزایش میزان چرخش انتهای عضو می‌گردد و از آنجایی که ماهیت زلزله رفت و برگشتی است، مهاربند های معمولی طی سیکل‌های بارگذاری متناوب، مقاومت خود را از دست داده و بخش قابل توجهی از بار به اعضا سازه‌ای دیگر نظیر تیر و ستون‌ها منتقل می‌گردد. در واقع تبعات ناشی از عدم وجود رفتار متقارنِ مهاربند در کشش و فشار، باعث افزایش میزان آسیب سازه ای خواهد شد و همچنین جابجایی خارج از صفحه ناشی از کمانش نیز می‌تواند به تیغه‌ها و دیوارها آسیب رسانده و حتی باعث ریزش دیوار بیرونی گردد.
مقایسه اجمالی BRB با مهاربند های سنتی
بر خلاف مهاربند های سنتی که عموماً در سازه های ساختمانی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند و مشکلاتی اساسی از جمله رفتار لرزه‌ای نامناسب از نظر شکل پذیری، کمانش ناگهانی به دلیل اعمال نیروهای فشاری و ….. که در ابتدا ذکر شد را دارند، مهاربند های کمانش تاب (BRB) انرژی را به وسیله تسلیم کششی و فشاری عضو به صورت یکنواخت مستهلک می‌کنند. همچنین BRB علاوه بر قابلیت جذب انرژی بالا، به دلیل کاهش وزن فولاد مصرفی که در سازه رقم می‌زنند، سختی بالایی در آن ایجاد می‌کنند که تغییر مکان ناشی از زلزله را به مقدار قابل توجهی کاهش می‌دهد. در واقع این سیستم اجازه تغییر شکل بیش از حد مجاز را نمی دهد و تمرکز اصلی آن بر روی سختی محوری اعضای مهاربند است.
احداث و مقاوم سازی سازه ها با مهاربند (BRB)
شکل‌پذیری بالا و اطمینان از عملکرد مناسب مهاربند کمانش تاب ، باعث شده که در آیین نامه‌ها و دستورالعمل‌های مختلف ملی و بین المللی، جهت طراحی و کاربرد آن، ضوابط و ضرایب مربوطه تعریف شده باشند. کاربرد BRB در سازه های جدید الاحداث می‌تواند موجب صرفه‌جویی در مصرف مصالح و در عین حال موجب افزایش عملکرد سازه در برابر زلزله شود.
در رابطه با مقاوم سازی نیز، با بررسی رفتار ساختمان‌ها هنگام وقوع زلزله، طراحان سازه دریافتند که افزایش سختی و جذب انرژی بالا، راه مؤثری جهت کاهش جابجایی سازه و خسارات ناشی از زلزله است. در واقع مهاربند کمانش تاب را می‌توان به عنوان یک مستهلک کننده الاستوپلاستیک انرژی برشمرد و جهت کنترل تغییر شکل جانبی ساختمان ها و محدود کردن آسیب تحت بارهای لرزه‌ای از آن استفاده کرد.
مهاربند کمانش تاب در سازه های بتنی و فولادی
طبق مطالعات انجام شده، درصد زیادی از ساختمان های بتنی که در سراسر دنیا ساخته شده اند، در برابر زلزله آسیب پذیر هستند. از آنجایی که تعداد بسیاری از این سازه ها با آیین نامه‌های لرزه‌ای جدید مطابقت ندارند و غالبا جهت تحمل بارهای ثقلی طراحی شده‌اند، فروپاشی آنها در نواحی با لرزه‌خیزی بالا منجر به آسیب‌های جبران ناپذیری می گردد. در نتیجه، نیاز فوری به بهبود ظرفیت باربری جانبی و شکل پذیری سازه ها در مناطق با لرزه خیزی بالا با روش‌های مقاوم سازی مناسب احساس می‌شود. در سال‌های اخیر از مهاربند کمانش تاب در قاب‌های فولادی و بتنی به منظور افزایش مقاومت و شکل پذیری جانبی استفاده می شود.
در این رابطه، مقاله مقاوم سازی سازه‌های بتنی با مهاربند کمانش تاب (BRB) جهت مطالعه بیشتر پیشنهاد می‌گردد.
عملکرد سیستم مهاربند کمانش تاب
رفتار فشاری و کششی مهاربند BRB در بارگذاری‌های چرخه‌ای یکسان و پایدار است. این سیستم به واسطه قابلیت شکل پذیری بالا، نقش فیوز را در سازه داشته و خسارات را در خود متمرکز و انرژی زلزله را مستهلک خواهد کرد. این امر موجب افزایش قابل توجه ایمنی در سازه و کاهش خسارات وارده بر المان‌های اصلی سازه مانند تیرها و ستون‌ها می‌شود. در حالت کلی زمانی که نیروهای جانبی به هسته مهاربند اعمال می‌شوند، این عضو باید کشش و فشار ناشی از نیروها را تحمل کند و به همین منظور ساختاری پیرامون هسته ایجاد می شود که از کمانش هسته جلوگیری کند و معیارهای عملکردی مورد نظر را برآورده سازد. یکی از مهمترین معیارهای عملکردی رفتاری تکرار پذیر و قابل پیش بینی است که ضوابط آن در استانداردها و آیین نامه های داخلی و بین المللی آورده شده است.
انواع اتصالات در مهاربند کمانش تاب
روش اجرای مهاربند کمانش تاب (BRB) متفاوت است و هندسه و ظرفیت مهاربند در نحوه نصب و اجرای آن تاثیرگذار است. به طور کلی برای اجرای مهاربند کمانش تاب، از چهار نوع اتصال استفاده می‌شود که عبارت اند از:
• اتصال جوشی
اتصال جوشی بر اساس مهاربندهای کمانش تاب WES و ابداع شده توسط NCEER است. در این روش مهاربند به صورت کامل به قسمت مورد نظر جوش داده می‌شود و مناسب پروژه‌هایی با نیاز به رواداری اجرایی بالا است. از جمله مزایای این نوع اتصال می‌توان به افزایش سرعت و کاهش هزینه‌های ساخت مهاربند ها اشاره کرد و این نکته نیز قابل ذکر است که نیاز به جوشکار ماهر در اجرای این نوع اتصال امری بدیهی است.
• اتصال پیچی
اتصالات پیچی ، اتصالاتی کوچکتر نسبت به اتصالات وصله‌ای هستند و در این نوع اتصالات ، مهاربند به صورت مستقیم به گاست پلیت پیچ می‌شود. جزئیات و ساختار اتصال با این روش می‌تواند بسیار دقیق باشد و مناسب پروژه‌هایی است که نیاز به کاهش میزان جوشکاری در محل پروژه است.
• اتصال پینی (مفصلی)
برای اتصال مهاربند و گاست پلیت به یکدیگر می‌توان از پین در بین آنها استفاده کرد. این نوع اتصال کوچکترین اتصال نسبت به انواع دیگر بوده و جهت اجرای مهاربندها به صورت اکسپوز مناسب است. همچنین از نقطه نظر معماری نیز، اتصالی ایده آل برای معماران محسوب می‌گردد اما این نکته را باید در نظر داشت که هزینه‌های ساخت و اجرای آن بالا است.
• اتصال وصله ای
این نوع اتصال نسبت به سایر اتصالات ، بزرگترین آنها محسوب می‌گردد اما ساده ترین اتصال جهت اجرا است و از طرفی مناسب‌ترین آنها جهت تعویض مهاربند پس از وقوع زلزله‌های شدید است.
