بخشی از مقاله
بررسی جزییات مقاوم سازی قاب مهاربندی فولادی با بادبند زیپر
چکیده
سیستم مهار بندی شورون، بالاترین سختی و شکلپذیری متوسطی را از طریق تسلیم یا کمانش مهارها فراهم میکند ولی رفتار پس کمانشی ضعیفی از خـود نشان میدهند،درحالیکه سایر اعضای سازهای مانند: تیرها،ستونها و اتصالات در محدوده الاستیک رفتار میکنند در اثر کمانش مهار بند در یک طبقـه یـک نیروی نامتعادل کننده قائم در وسط دهانه تیر وارد میشود که این امر باعث تمرکز خرابی در آن طبقه شده، که آن طبقه را مستعد مکانیسم طبقه نرم کـرده و در نهایت انهدام سازه میشود.برای مقابله با این وضعیت میتوان المانهای قائم(زیپر) را ما بین تیرها،به گونهای قرارداد که رأس مهار بنـدها را در ارتفـاع بـه همدیگر اتصال دهد تا نیروی نامتعادل ایجادشده در طبقه را به طبقات بالاتر انتقال دهد، به چنین قابیاصطلاحاً ((قاب زیپر)) گفته میشـود. انتظـار مـی رود در صورت طراحی درست پیکربندی زیپر،مشکلات و نقاط ضعف سیستم مهار بندی شورون را برطرف نموده و جایگزین مناسبی برای این نـوع سیسـتم مهـار بندی باشد. با به کار بردن المان قائم در بادبند شورون و تبدیل آن به قاب زیپر، باعث بالا بردن مقاومت قاب،شکلپذیری بهتر و افزایش جذب انرژی میشود.
واژه های کلیدی: شورون ، قاب زیپر ، شکلپذیری ، جذب انرژی ، مهار بند،قاب فولادی
مقدمه
سیستم بار بر جانبی باید از سختی و مقاومت لازم جهت حفظ و کنترل تغییر شکلهای جانبی ساختمان برخوردار باشد.در صورت افزایش تغییر شکلهای جانبی ساختمان علاوه بر افزایش خسارت در عناصر غیر سازهای، امکان ناپایداری و مکانیسم طبقه نیز وجود دارد. سیستم مهار بندی همگرا از متداولترین سیستم های باربر جانبی است که از نظر مقاومت در برابر بار جانبی به 2 دسته معمولی((CBF و ویژه SCBF)) تقسیمبندی میشوند. تفاوت اصلی مهار بند ویژه نسبت به نوع معمولی آن توانایی آنها در جذب تغییر شکلهای غیرخطی بزرگ و میرایی آن است. قابهای مهار بندی همگرای ویژه (زیپر) شکل1 نسبت به قابهای شورون شکل2 از عملکرد لرزهای بهتری برخوردار میباشند.
شکل:1مکانیسم خرابی در قاب مهار بندی زیپر
شکل:2مکانیسم خرابی قاب مهار بندی شورون
به منظور کاهش تشکیل طبقه نرم و برای رسیدن به پاسخ لرزهای غیر الاستیک پایدار در قابهای شورون شکل 3،افزودن ستون زیپر در محل اتصال مهار بندها و تیر پیشنهاد میشود. که هدف اصلی از اضافه کردن ستون زیپر ، به قاب مهار بندی شورون را میتوان کمانش به یکباره تمام مهار بندهای فشاری و تسلیم تمام مهار بندهای کششی دانست که با این کار مقدار زیادی انرژی مستهلک خواهد شد.
آشنایی با قاب مهار بندی زیپر
در سال 1988 برای از بین بردن نقص لرزهای بادبندهای شورون (معکوس-(v شکل 4 در تشکیل طبقه نرم، خطیب و همکاران1 [1] استفاده از ستونهای زیپی را پیشنهاد داد. ستونهای زیپی با اتصال به صورت عمودی و در حالت 90 درجه نسبت به تیر کف میتواند نیروهای نامتعادل کننده ناشی از کمانش عضو فشاری بادبند طبقه اول را به بادبند طبقات بالاتر منتقل کنند شکل 5 و در نتیجه باعث میشوند که بادبندهای فشاری کمانش کرده و بادبندهای کششی جاری شوند که این امر موجب ایجاد یک مکانیسم خرابی کلی در تمام بادبندها قبل از تخریب سازه میشود. در سال 2004 یانگ و همکاران [2] 2 مفهوم قاب زیپی معلق شکل 6 را پیشنهاد دادند بدین صورت که در طراحی اعضای بادبندی طبقه بام بعد از کمانش و تسلیم تمام اعضای بادبندی، این اعضا به صورت الاستیک باقی بمانند.در سال2007 یانگ پیشنهاد داد به منظور جلوگیری از کمانش بادبندهای طبقه بام،نیروی جانبی معادل نیروی زلزله را در تراز طبقه بام در ضریب 2 ضرب شود.
شکل.3قاب فولادی با مهار بند شورون(معکوس-(v
شکل.4مکانیسم قاب مهار بندی شورون(تشکیل طبقه نرم) شکل.5مکانیسم قاب زیپر در کل ارتفاع قاب
شکل.6قاب مهار بندی زیپر معلق
بررسی عملکرد قاب زیپر از نظر تغییر مکان
با توجه به تحقیقات انجامشده [3] توزیع تغییر مکان نسبی بین طبقاتی(drift) ،در قابهای مهار بندی شده زیپر بر خلاف قابهای مهار بندی شده شورون در ارتفاع سازه یکنواخت میباشد. یکی از نقاط ضعف قابهای مهار بندی شده شورون افزایش بیرویه تغییر مکانهای بین طبقاتی در طبقات بالاتر، به ویژه در سازههای بلند. با توجه به این که این مشکل در قاب زیپر وجود ندارد پس میتوان نتیجه گرفت که جایگزین مناسبی برای قاب شورون است. برای کنترل تغییر مکانهای جانبی بین طبقاتی قاب مهار بندی شورون در مناطقی با لرزهخیزی زیاد، میتوان از سیستم قاب مهار بندی زیپر استفاده کرد. بر اساس تحقیقات تا به امروز ، محدوده ارتفاعی قابلقبول برای طراحی قاب مهار بندی زیپر در حدود 15 طبقه 54)متر) در نظر گرفته میشود.
بررسی عملکرد قاب زیپر از نظر شکلپذیری
با توجه به تحقیقات انجامشده [4]شکلپذیری به عنوان توانایی مواد، اجزای تشکیلدهنده، متصل یا سازه برای تغییر شکلهای غیر الاستیک با کاهش سختی و قدرت قابلقبول تعریف شده است. بسیاری از سازهها طوری طراحی گردیدهاند که تحت زلزلههای قوی به دلایل اقتصادی، رفتار غیر الاستیکی داشته باشند. دامنههای پاسخ ارتعاشات زلزله به سطح میزان اتلاف انرژی سازهها وابسته میباشد که تابعی از تواناییشان برای جذب و اتلاف انرژی به وسیله تغییر شکلهای شکلپذیر میباشد. هنگامی که سطح مقطع کوچک است سازه شکلپذیری بالاتری ایجاد مینماید چون که تغییر شکل بیشینه سبب یک ظرفیت بالایی از اتلاف انرژی میباشد و برای قسمتهای بزرگتر شکلپذیری معمولاً اندک است ضرایب صلبیت سازه بزرگ است و دلالت بر یک ظرفیت اندک اتلاف انرژی دارد. سیستم مهار بندی زیپی بیشترین ظرفیت و شکلپذیری را ارائه میکند.ضعف لرزهای مهار بندهای هم محور افت مقاومت فشاری بعد از اولین کمانش آن می باشد رفتار مهار بندها دارای 2 جنبه مهم است :
-1توان جذب و اتلاف انرژی
-2 شکلپذیری و رفتار گسیختگی
بررسی عملکرد قاب زیپر در قابهای منظم و نامنظم
با توجه به تحقیقات انجامشده [5] جذب و اتلاف انرژی سیستم مهار بندی زیپی بیشتر از سیستم مهار بندی شورون است که این مسئله برای قابهای منظم نیز بیشتر از قابهای نامنظم است. با افزایش ارتفاع اختلاف جذب انرژی بین
