بخشی از مقاله
چکیده
در بهسازی لرزهای سازهها و ساختمانها، یکی از روشهای کاهش نیروی جانبی ناشی از زلزله، استفاده از میراگرها می-باشد، که سیستمهای مهاربندی به منظور افزایش میرایی در ساختمانها بسیار مناسب هستند. مهاربند کمانشتاب به عنوان سیستم مهاربندی جدیدی که وظیفهی تحمل بارهای جانبی ناشی از زلزله را بر عهده دارد، در سالهای اخیر به طور چشمگیری مورد استفاده قرار گرفته است. مهمترین مسئله در این نوع مهاربند مقاومت پس از کمانش عضو مهاربند است که در آن عضو با یک افت مقاومت میتواند تغییر شکلهای بیشتری را تحمل کند و این امر سبب افزایش جذب انرژی و کمک به رفتار بهتر سازه میگردد، ولی با این وجود یکی از نقاط ضعف این مهاربند، اتصالات آن است.
اتصالات تحت فشار این مهاربند قبل از آنکه به حد تسلیم برسند، کمانش می کنند. برای جلوگیری از کمانش زودرس و افزایش ظرفیت ورق های اتصال در برابر نیروی فشاری مهاربند در این تحقیق به معرفی چند روش مقاوم سازی پرداخته شده است. هدف کلی از این مقاله، بررسی هندسه مهاربند کمانشتاب، انواع اتصالات آن و طراحی و روش های تقویت ورق های اتصال به منظور جلوگیری از ناپایداری سازه هنگام انتقال ماکزیمم نیرو از مهاربند به آنها میباشد.
-1 مقدمه
مهاربند کمانشتاب اولین بار تقریبأ در 43 سال پیش مورد بررسی قرار گرفت. در سال 1971، یوشینو 1 صفحات فولادی مسطحی را در پانلهای بتن مسلح مورد آزمایش قرار داد که در واقع این آزمایش، همان دیوار برشی بود که در آن از عضو مهاربندی استفاده شده بود، با این تفاوت که فاصلهای میان صفحات فولادی و بتن دیوار برشی تعبیه شده بود. وی به این نتیجه رسید که این سیستم جدید قابلیت جذب انرژی بالاتری نسبت به حالتی دارد که این فاصله، بین صفحهی فولادی و بتن دیوار برشی وجود نداشته باشد .
واکابایاشی2 در سال 1973 با انجام آزمایشهایی بر روی صفحات فولادی نشان داد که به منظور بالا بردن استهلاک انرژی، بایستی بین صفحات فولادی و بتن دیوار برشی از مادهای غیرچسبنده و لزج استفاده کرد تا میزان مقاومت در مقابل کمانش در عضو مهاربندی افزایش یابد
براساس تحقیقات، مهاربندی کمانشتاب بر اساس پوشش مقاوم خارجی به 3 دسته تقسیم میشود:
.1 هسته ی کمانشتاب با پوشش فولادی و ملات بتنی،
2. هسته ی کمانشتاب با بتن مسلح پیرامونی با اعضای دیگر،
3. هسته ی کمانشتاب با پوشش فولادی - مهاربند کمانشتاب فولادی - .
تنها ایراد اساسی این مهاربندها اتصالات آنها است، زیرا تحت نیروی فشاری مهاربند، قبل از رسیدن به حد تسلیم، کمانش میکنند و در واقع فلسفهی کمانشناپذیری زیر سؤال میرود. مطابق نتایج آزمایشگاهی که روی نحوهی اتصال مهاربند به ورق انجام شده است، مشاهده میشود که عملکرد سه نوع اتصال پیچ، پین و جوش برای افزایش ظرفیت باربری ورق و همچنین جلوگیری از کمانش خارج از صفحه آنقریباًت با هم یکساناند. انواع اتصالات مهاربند کمانشتاب در شکل 1 نشان داده شده است
شکل :1 اتصال مهاربند کمانشتاب به صورت پیچ و پین و جوش به ورق
-2 تعریف هندسی مهاربند کمانشتاب
عمومیترین شکل برای انواع مهاربندهای کمانشتاب، یک هستهی فولادی است که درون یک غلاف فولادی قرار میگیرد. فضای خالی بین هسته و غلاف توسط یک مادهی پر کنندهی مناسب، مانند ملات پر میشود. قبل از ریختن ملات یک مادهی غیرچسبندهکنندهی مناسب، با یک گپ هوای کوچک بین هستهی فولادی و ملات فراهم میشود. این ماده و همچنین گپ هوا، جهت جلوگیری از انتقال نیروی محوری از هستهی مهاربند به غلاف و ملات تعبیه میشود. در حقیقت غلاف فولادی و ملات، فقط نقش جلوگیری از کمانش مهاربند را بر عهده دارد و تحمل نیروی محوری بر عهدهی هستهی فولادی است. شکل 2 اجزای تشکیلدهندهی یک نمونه مهاربند کمانشتاب را نشان میدهد
شکل :2 اجزای تشکیل دهندهی یک نمونه مهاربند کمانشتاب
به طور دقیقتر و با دید حرفهایتر، میتوان اجزای سازندهی مهاربند کمانشتاب را شامل پنج قسمت زیر دانست:
1. قطعهی جاریشوندهی محصور شده:3 این قطعه میتواند مستطیلی یا صلیبی شکل باشد. همچنین از یک یا چند ورق فولادی به صورت محصور شده نیز استفاده میشود. به دلیل اینکه این قطعه برای جاری شدن تحت بار سیکلیک طراحی میشود، فولاد نرمه که شکلپذیری بیشتری را از خود نشان میدهد، کاربرد بیشتر دارد.
2. قطعهی الاستیک محصور شده: این قطعهمعمولاً دارای مساحت بزرگتری نسبت به هستهی مرکزی میباشد، تا از پاسخ الاستیک آن اطمینان حاصل شود. این امر میتواند با عریض کردن هستهی فولادی میسر گردد.
3. قطعهی الاستیک محصورنشده:4 این قطعه ادامهی قطعهی الاستیک محصورشده میباشد که مهاربند را به اتصال گاست پلیت وصل میکند. در طراحی این قطعه باید به کمانش موضعی آن و تسهیل نصب و جدا کردن این مهاربند توجه شود.
4. مصالح جداکننده و انبساطی:5 مصالح لغزندهای که به طور مؤثری انتقال برش بین هستهی فولادی و ملات را حذف میکنند و یا به حداقل میرسانند. موادی مانند لاستیک، پلیاتیلن، روغن سیلیکون، نوار ماستیک و غیره، از جملهی این مواردند. به دلیل مکانیسم محصورشدگی، امکان کمانش هستهی فولادی در مودهای بالاتر وجود دارد. به همین دلیل، این فضای خالی باید به اندازهی کافی بزرگ باشد تا به فولاد اجازهی انبساط در حالت فشاری را بدهد.
در غیر این صورت اصطکاکی که توسط نیروهای تماسی بین فولاد منبسط شده و ملات به وجود میآید، باعث میشود مکانیسم محصورشدگی مقداری نیروی محوری را تحمل کند. از سوی دیگر، اگر این فضای خالی خیلی بزرگ باشد، کمانش و انحنای همراه با آن نیز، بسیار بزرگ میشود و میتواند مقاومت خستگی مهاربند را در برابر بارهای دورهای6 کاهش دهد.
5. مکانیسم محصورشدگی: این مکانیسم به طور معمول از ملات و غلاف فلزی تشکیل شده است، اما برخی از BRBها که از ملات استفاده نکردهاند، در شکل 3 نشان داده شدهاند.
شکل :3 سطح مقطعهای مختلف BRB با ملات و بدون ملات
-3 طراحی چندمنظورهی مهاربندهای کمانشتاب
از سال 2001 مهاربند کمانشتاب با شکلها، ویژگیها و تنظیمات مختلف در دانشگاه ملی و مرکز تحقیقات پدیدهی طبیعی زلزله کشور تایلند مورد مطالعه قرار گرفت. به عنوان یک تاریخچهی کوتاه یا سیر تکاملی از گسترش مهاربند کمانش-تاب میتوان به BRBهای جوششده در انتها و BRBهای دوجدارهی دوهسته و BRBهای جداشونده و همچنین BRBهای دوغلافه اشاره کرد. ما در این بخش به طور اجمالی به بررسی این نوع مهاربندها میپردازیم .
