بخشی از مقاله
چکیده:
زلزله یکی از فرایندهای طبیعی بسیار مخرب زمین است و شاید بتوان آن را مهیبترین نیروی ویرانگر در طبیعت نامید که تنها در طی قرن اخیر جان بیش از 1,5 میلیون نفر در جهان را گرفته و خسارات مالی فراوان به همراه داشته است. درساختمان ها برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی از سیستم های مقاوم جانبی استفاده میشود. به منظور طراحی مناسب سازههای فولادی در برابر زلزله، می بایست رفتار آن ها را تحت بارهای رفت و برگشتی زلزله - دینامیکی - شناسایی نمود و هر طرحی که صرفا الزامات آیین نامهای را برآورده نماید، ارضا کننده رفتار مناسب سازه نمی باشد. لذا توجه خاص به مصالح و رفتار لرزهای سیستمدهی فولادی تامین کننده رفتار، ساخت مناسب و طرح مقاوم خواهد بود.
یکی از متداولترین راههای مقاوم سازی لرزهای ساختمانهای فولادی استفاده از سیستم مهاربندی است. مهاربندی سیستمی اقتصادی برای مقابله با بارهای جانبی است. مقاومت جانبی توسط اعضای قطری مهاربندی که در مجموع همواره با ستون ها و تیرها تشکیل یک خرپای طره ای قائم می دهند، تامین شود. مهاربندها و تیرها نقش جان خرپا و ستون ها عمل یال های خرپا را انجام می دهند، از آنجا که اعضای قطری تحت اثر تنش های محوری هستند و حداقل ابعاد را برای ایجاد سختی و مقاومت در برابر برش های افقی نیاز دارند، بسیار کارا و پربازده می باشند. کارایی سیستم مهاربندی در ایجاد یک سازه سخت جانبی و صرف حداقل مصالح، آن را به عنوان سیستمی اقتصادی برای انواع ساختمانها شناسانده است.
-1مقدمه
زلزله یکی از فرایندهای طبیعی بسیار مخرب زمین است و شاید بتوان آن را مهیبترین نیروی ویرانگر در طبیعت نامید که در تنها در طی قرن اخیر بیش از 1,5 میلیون نفر در جهان را گرفته و خسارات مالی فراوان به همراه داشته است. کشور ایران نیز با قرار گرفتن بر روی کمربند زلزله آلپ هیمالیا یکی از کشورهای لرزه خیز جهان است .[1] بررسی زلزلههای مختلف نشان میدهد که حدود 99 درصد مرگ و میرهای زلزله به دلیل ویران شدن ساختمانهایی است که بشر از آن بعنوان سرپناه زندگی خود استفاده کرده است. لذا چگونگی ویرانی ساختمان ها تحت تحریکات زمین، از مهمترین مباحث آسیب شناسی زلزله است. در جریان اکثر زمین لرزهها، بسیاری از سازه-های نامناسب طی اولین لرزشهای تخریب گردیدهاند
در ساختمانها برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی از سیستم های مقاوم جانبی استفاده میشود. این سیستمها به چهار دسته تقسیم میشوند. قاب های صلب باز ، قاب های دیواری ، دیوار های برشی و قاب های مهاربندی می شوند. مطابق پیوست 2 آیین نامه 2800 انواع مهاربند ها شامل مهاربند ضربدری ، مهاربند قطری ، مهاربند 7 و 8 و مهاربند K می باشند.
-2-1 معرفی انواع مهاربند:
در ساختمانهای فولادی، سیستمهای باربر جانبی قاب خمشی و مهاربندها هستند. قابهای مهاربندی عموما" به دو دسته تقسیم می-شوند:
-1 قاب های با مهاربندی بدون خروج از مرکزیت. - CBF - Fames Braced Concentrically - -2 قاب های با مهاربندی دارای خروج از مرکزیت - EBF - Fames Braced Eccentrically -
هر دو مورد فوق متداولترین سیستم هستند، اما استفاده ازآنها همواره میسر نیست و از مهاربندهای اصلاح شده استفاده میشود.
-1-2-1 قابهای با مهاربندی بدون خروج از مرکزیت - CBF -
CBF به سیستمی اطلاق میشود که اعضای مهاربند همدیگر را قطع کنند که در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل -1 انواع مهاربندیهای CBF
-2-2-1 قابهای با مهاربندی خارج از مرکز - EBF -
همان گونه که مشاهده نمودیم، CBFها دارای شکلپذیری کمی بودند، اما در EBF ها انتقال نیروی محوری مهارها به ستونها از طریق خمش و برش در تیرها به عمل میآید و در صورت طراحی مناسب دارای شکلپذیری بیشتر نسبت به CBF خواهد بود، در حالی که همچنان خاصیت تغییر مکان کم آن را حفظ میکند. در شکل 7 نمونهای از این نوع مهاربندها نشان داده شده است.
شکل -2 مهاربندی خارج از مرکز
-3-2-1 مهاربندهای اصلاحشده
همان گونه که مشاهده نمودیم، میزان شکلپذیری CBFها پایین است و در بارهای بزرگ رفتار مناسبی ندارد بنابراین باید برای این نقیصه چارهای اندیشید. در تحقیقاتی که برای رفع این نقیصه صورت گرفته روی این موضوع تمرکز صورت گرفته تا سیستمی طراحی شود که ضمن تأمین شکلپذیری و سختی جانبی مناسب برای قاب، اولین عضوی که در بارهای بزرگ مانند زلزله منهدم میشود اعضای مهاری باشند، که به این ترتیب کمترین آسیب به اعضای اصلی سازه وارد شود. به این ترتیب سیستمهای مختلفی طراحی شد که به صورت زیر معرفی می شوند:
-1 قابهای با مهاربندی زانویی - Knee Bracing Frames -KBF -
-2 قاب با مهاربند دارای میراکننده تسلیمشدن - Yielding Damped Bracing Fame -
-3 قاب با مهاربندی دارای آلیاژ حافظه شکلی - - Shape Memory Alloy Bracing Frame
-4 قاب با مهاربندی نیمه فعال - - Semi-Active Bracing Frame
-2 بررسی مهاربندها تحت بارهای رفت و برگشتی
به منظور طراحی مناسب سازههای فولادی در برابر زلزله، می بایست رفتار آن ها را تحت بارهای رفت و برگشتی زلزله - دینامیکی - شناسایی نمود و هر طرحی که صرفا الزامات آیین نامهای را برآورده نماید، ارضا کننده رفتار مناسب سازه نمی باشد. لذا توجه خاص به مصالح و رفتار لرزهای سیستمهی فولادی تامین کننده رفتار، ساخت مناسب و طرح مقاوم خواهد بود.
-1-2 رفتار هیسترزیس سیستم قاب خمشی فولادی
به هنگام زلزله، سازه تحت حرکت نوسانی قرار گرفته و تغییر شکلهای رفت و برگشتی تجربه میکند. آزمایشهای چرخهای که چنین شرایطی را مشابه سازی میکنند، بر روی اعضاء اتصالات، مدل های با مقیاس کوچک و حتی مدلهای تمام مقیاس انجام شده است. نتایج نشان میدهد که نمودار نیرو-تغییر شکل تحت تغییر مکانهای دورهای، تشکیل منحنی های حلقهای میدهد که منحنی هیسترزیس نامیده میشود.
بطور کلی رفتار هیسترزیس خوب دارای شرایط زیر است :[5] الف - عدم کاهش مقاومت در اثر تناوب بارگذاری ب - عدم کاهش مقاومت در اثر جابهجایی های زیاد
ج - عدم کاهش سختی در اثر تناوب بارگذاری و جابهجاییهای زیاد در شکل زیر نمونهای از نمودار هیسترزیس نشان داده شده است.
-2-2 سیستم قاب مهار بندی شده
یکی از مزایای قاب های مهاربندی شده پایداری جانبی ستونهای آن می باشد. به طوریکه طول موثر ستون ها برای کمانش حدود از ./8 H تا H تغییر می کند .[3] مزیت دیگر این سیستم ساده بودن اتصالات و در نتیجه سرعت ا جرا می باشد مزیت دیگر مهاربندی قطری این است که اجازه می دهد تیرها حداقل دخالت در بارهای جانبی را داشته باشند و در نتیجه سیستم کف ها مستقل از تراز ساختمان و به صورت تکراری طرح و اجرا گردد. عیب اصلی مهاربندی مانع بودن مهاربندها در طراحی داخلی ساختمان و جایگزینی درو پنجره در محل مطلوب است.
-1-2-2رفتار اعضاء مهاربندی
مهاربندها ممکن است برای تحمل کشش و فشار و یا تنها به صورت کششی طرح گردند. در ساختمانهای کوتاه با بارهای جانبی نسبتا کم، استفاده از بادبندهای فقط کششی رایج تر است. شکل 3 رفتار هیسترزیس یک مهاربند کششی را تحت اثر بار تناوبی نشان می دهد.
