در این مقاله به صورت خلاصه به بررسی جزییات و عملکرد مهاربند کمانش تاب (Buckling Restrained Brace) خواهیم پرداخت.
1- کلیاتی در مورد مهاربند BRB
این نوع مهاربندها جهت مقابله با نیروهای تناوبی چون زلزله در سازه ها به کار برده می شوند و قاب هایی که شامل مهاربندهای کمانش تاب هستند به اختصار [1]BRBF گویند. سازه این مهاربند از یک هسته فولادی باریک که توسط یک روکش بتنی احاطه شده است که به منظور حفاظت از هسته و جلوگیری از کمانش هسته تحت نیروهای محوری فشاری کاربرد دارد. این مهاربند هم در کشش و هم در فشار به حالت خمیری در می آید و قابلیت جذب انرژی زیادی نسبت به دیگر مهارندها دارد و از طرفی به دلیل سادگی نصب و عدم نیاز به نیروی متخصص در کشور عزیزمان ایران می تواند بسیار کاربردی باشد و طراحی BRB با استفاده از تحلیل غیر خطی انجام می گیرد.
2- تاریخچه
برای اولین لفظ مهاربند کمانشی در کشور ژاپن توسط Nippn Steel در اواخر دهه 1980 میلادی، با نام تجاری مهاربند منفرد مایل[2] وارد بازار ساخت و ساز گردید که دست آخر برای اولین بار از این نوع مهاربند در ساختمان علوم محیط زیستی و زمین UC Davis در ایالات متحده آمریکا به کار گرفته شد. با توجه به مزایای این مهاربند، شرکت های دیگری چون Core Brace LLC و Star Seismic LLC با شرکت ژاپنی Nippn جهت طرح و اجرا وارد رقابت شدند.
3- المان های تشکیل دهنده مهاربند BRB
شامل سه عضو هسته فولادی، لایه محافظ ممانعت کننده و پوشش است.
● هسته فولادی: این هسته باید تحت نیروهای محوری فشاری و کششی جاری شود، از همین رو بهتر است هسته از جنس فولاد نرمه و با مقاومت پایین باشد تا در بارگذاری های چرخه ای زلزله، فولاد در حد مورد نظر تسلیم شده و استهلاک انرژی به بهترین شکل ممکن انجام شود. لازم به ذکر است، دو انتهای مهاربند به گونه ای طراحی شود تا تحت بارهای وارده در محدوده الاستیک باقی بماند.
● مصالح جداکننده: در تمام طول هسته فولادی وجود دارد و هسته را از غلاف فولادی جدا می کند تا نیروی محوری وارد بر مهاربند تنها توسط هسته فولادی تحمل شود و غلاف پیرامون آن با توجه به سختی خمشی آن، مانع از کمانش هسته فولادی خواهد شد.
● غلاف پیرامونی: از دو بخش تشکیل شده است یک لایه بتنی و جدار نازک فولادی که با سختی خمشی خود، نقش تکیه گاه جانبی را بازی کرده و مانع از کمانش جانبی هسته فولادی می گردد.
4- روش طراحی مهاربند کمانش تاب
در سه مرحله انجام می گیرد:
● طراحی المان شکل پذیر و تسلیم شونده برای نیروی زلزله کاهش یافته به کمک ضریب R
● کنترل تغییر شکل‌های غیرالاستیک عضو تسلیم شونده و مقایسه‌ی آن با مقادیر مجاز
● طراحی سایر بخش های سازه، با توجه به ظرفیت قابل انتظار عضو شکل پذیر
توجه شود طراحی این نوع از مهاربندها توسط آیین نامه [3]ASCE7 صورت می پذیرد و از روش های تحلیلی چون روش بارجانبی معادل (ELF) و روش تحلیل طیفی (MRSA)استفاده می شود.
5- اتصالات
از مهمترین نکاتی که باید به آن توجه داشت نحوه اتصال مهاربند به تیر و ستون است زیرا نحوه عملکرد آن را هنگام زلزله تعیین می نماید. در مهاربندهای کمانش تاب سه نوع اتصال داریم:
● اتصالات جوشی؛ مهاربند به طور کامل به گاست پلیت جوش شود. البته باید توجه شود که این فرآیند زمانبر خواهد بود ولی عملکرد مهاربند در انتقال نیروی برشی را تقویت می نماید.
● اتصالات پیچی؛ مهاربند در محل گاست پلیت پیچ و مهره شود.
● اتصالات پیینی؛ طراحی مهاربند به گونه ای است که در محل اتصال از پین استفاده می شود تا چرخش آزاد باشد.
6- مزایای مهاربندهای کمانش تاب
در ادامه مقاله بررسی مهاربند کمانش تاب (Buckling Restrained Brace) به مزایای زیر می پردازیم:
● انعطاف پذیری مورد قبول، زیرا امکان تغییر سختی و مقاومت وجود دارد.
● صرفه اقتصادی در اجرای اسکلت
● مدل کردن رفتار چرخه‌ای این مهاربندها به منظور تحلیل غیرخطی آسان است.
● در مقایسه با قاب‌های خمشی سختی جانبی الاستیک بالاتری دارند و ضوابط تغییر مکان نسبی در آئین‌نامه های لرزه‌ای ایران را ارضاء می‌کنند.
● امکان تعویض راحت مهاربند آسیب‌دیده پس از وقوع زمین لرزه
● مقاومت مهاربند در فشار بیشتر از کشش است، به این دلیل که نیروی محوری در فشار از هسته به مکانیسم جلوگیری از کمانش انتقال می‌یابد.
● در کشش و فشار بدون کمانش تسلیم می‌شوند، درنتیجه توانایی جذب انرژی بالا رفته و به تبع آن استهلاک انرژی بیشتر خواهد شد و در طی زلزله های شدید آسیب کمتری به میانقاب ها و اجزای غیر سازه‌ای وارد خواهد شد.
7- معایب مهاربند های کمانش تاب
● آیین‌نامه ASCE7، برای تشخیص میزان خسارت وارد شده بر مهاربندهای BRB، انجام آزمایشاتی را ضروری می‌داند.
● امکان بازرسی هسته مهاربند ها پس از زلزله های شدید وجود ندارد.
● پارامترهای مورد نیاز طراحی برای این نوع از مهاربندها توسط شرکت‌های مختلف، متفاوت است.
● مشکلات اجرایی متعددی ناشی از بتن‌ریزی در محل و همچنین سنگینی مهاربند وجود دارد.
● سختی غیرالاستیک مهاربندهای کمانش تاب نسبتاً کم بوده و در هر چرخه نسبت به چرخه قبل کاهش می‌یابد.
● در زلزله های شدید تغییرشکل های دائمی بزرگی در سیستم ممکن است ایجاد شود، زیرا فاقد مکانیزم بازگرداننده است.
● هنوز معیاری جهت تشخیص میزان خسارت وارد شده بر مهاربندهای کمانش تاب و تشخیص نیاز به تعویض آنها از سوی مراجع رسمی معرفی نشده است.
8- مراجع
● اربابی, فریدون، ۱۳۹۱، مهاربند کمانش تاب، سومین کنفرانس ملی سازه و فولاد و اولین کنفرانس ملی سازه های سبک فولادی (LSF)، تهران، انجمن سازه های فولادی ایران
● سیویل 808
● سبز سازه
● پارس سیسمیک (parsseismic)
● باستان پل (bastanpol)
● ویکی پدیا
