مهاربند کمانش تاب
فناوری مهاربند کمانش تاب (Buckling Restrained Brace[1]) یا همان مهاربند کمانش ناپذیر برای اولین بار در ۱۹۸۹ در ژاپن مورد استفاده قرار گرفت و امروزه به عنوان یکی از سیستمهای شکلپذیر لرزه ای در کشورهای زلزله خیز دنیا، مانند ژاپن، ایالات متحده، تایوان، چین، ترکیه، و نیوزیلند به صورت گستردهای به کار برده میشود.
در ایران نیز از اوایل دهه نود، فعالیتهای آکادمیکی برای ساخت و آزمایش این فناوری در دانشگاههایی مانند دانشگاه تهران صورت پذیرفت. ساخت صنعتی این سیستم نیز در سالهای اخیر در کشور ایران آغاز شدهاست.
بسیاری از نقایص رفتاری مهاربندهای فولادی متداول نتیجه اختلاف بین ظرفیت فشاری و کششی این مهاربندها و زوال در مقاومت این مهاربندها تحت بارگذاری چرخه ای میباشد. از این رو تحقیقات بسیاری صرف بهینهسازی و اصلاح این المانها جهت رسیدن به یک رفتار الاستوپلاستیک ایدهآل شدهاست. برای رسیدن به این هدف لازم بود تا با استفاده از مکانیزم مناسبی از کمانش فشاری مهاربند جلوگیری شود تا امکان تسلیم فشاری فولاد نیز فراهم شود. تلاشهای صورت گرفته توسط محققین منجر به اختراع مهاربند کمانش تاب (Buckling Restrained Brace[1]) یا همان BRB شد..[2]
مقدمه
مهاربند کمانش تاب (BRB) به عنوان یکی از تجهیزات کنترل ارتعاشات لرزه ای،[3] از یک هسته فولادی محوری تسلیم شونده و یک مکانیزم جلوگیری از کمانش تشکیل شدهاست که مانع کمانش هسته فولادی میشود. زمانی که هسته فولادی به صورت کامل تسلیم شود، رفتار هیسترسیس پایدار و نسبتاً متقارنی را نتیجه میدهد و به دلیل محدود شدن کمانش، افت مقاومتی در چرخههای فشاری دیده نمیشود. مفهوم مهاربند کمانش تاب اولین بار در دهه ۱۹۷۰ مطرح شد، زمانی که موفقیتهایی در تحقیقات ژاپنیها و هندیها گزارش شد. اولین نمونه عملی مهاربند کمانش تاب توسط سائیکی، وادا، و همکاران ساخته شد. آنها از یک قوطی فولادی مستطیلی شکل که داخل آن را به منظور محدود کردن کمانش با ملات پر کرده بودند، استفاده کردند. همچنین به منظور رسیدن به رفتار پایدار و متقارن از یک ماده جداکننده بین ملات و فولاد بهره گرفتند. در ۱۹۸۹ این نوع از مهاربند کمانش تاب در دو ساختمان اداری ۱۰ و ۱۵ طبقه فولادی به کار برده شد.[4]
اجزاء تشکیل دهنده مهاربند کمانش تاب (BRB)
هر مهاربند کمانش تاب متشکل است از:
- هسته فولادی میانی مهاربند که باید تحت فشار و کشش جاری شود. به همین دلیل بهتر است که نوع فولاد هسته از جنس فولاد نرمه و با مقاومت پایینتر باشد تا در بارگذاریهای رفت و برگشتی تسلیم در فولاد اتفاق بیفتد و عمل استهلاک انرژی به خوبی صورت گیرد. همچنین دو قسمت انتهایی این مهاربند باید بگونه ای طراحی شود که تحت اثر بارهای وارده در محدوده الاستیک باقی بماند.
- مصالح جداکنندهای که بر روی سرتاسر طول هسته فولادی محاط در بتن چسبانده شده تا هسته فولادی از غلاف فولادی جدا کند. در نتیجه نیروی محوری وارد بر مهاربند تنها توسط هسته فولادی تحمل شده و غلاف پیرامونی بر مبنای سختی خمشی مانع از کمانش هسته فولای خواهد شد.
۳- غلاف پیرامونی که متشکل از یک بخش بتنی یا ملاتی که در اطراف هسته فولادی قرار گرفتهاست و یک مقطع جدار نازک فولادی پیرامونی که با استفاده از سختی خمشی جلوی کمانش جانبی هسته فولادی را میگیرند.[5]
مهاربند کمانش تاب (BRB) به عنوان میراگر
با گسترش مصالح فولادی پرمقاومت و شکلپذیر، مهندسین این امکان را دارند که از مهاربند کمانش تاب (BRB) به عنوان میراگرهای هیسترتیک جهت دستیابی اقتصادی به سطح عملکرد استفاده بیوقفه در اعضاء سازه ای، استفاده کنند.
مقاومسازی با استفاده از مهاربند کمانش تاب
سیستمهای مهاربند BRB دارای مشخصههای سازه ای مطلوبی هستند که استفاده از آنها را در پروژههای مقاومسازی از لحاظ فنی و اقتصادی توجیه میکند. اضافه کردن BRB به عنوان عضو شکلپذیر و تلفکننده انرژی در قابهای خمشی غیر شکلپذیر یکی از روشهای معمول مقاومسازی است. همچنین بهکارگیری مهاربندها به عنوان بخشی از سیستم نمای سازه، دغدغه زیباییشناسی معماران و کارفرمایان را نیز تا حد زیادی مرتفع کردهاست.
از سیستم مهاربند کمانش تاب در سال ۱۳۹۷ برای اولین بار در ایران در مقاومسازی سازههای آسیب دیده از زلزله سرپل ذهاب، مورد استفاده قرار گرفت و به این ترتیب این تکنولوژی در کشور بومی سازی شد.
منابع
1- راهنمای طراحی سازه مجهز به مهاربند کمانش تاب با استفاده از تحلیلهای خطی در نرمافزار ETABS V.13~16
2 - مقایسه بهکارگیری سیستمهای مدرن جاذب انرژی در بهسازی لرزه ای ساختمان اسکلت فولادی
3 - طراحی و مدلسازی مهاربندهای کمانش تاب در نرمافزار ETABS 2015
4 - مقایسه هزینه سازه ای استفاده از مهاربندهای کمانش تاب (BRB)
5 - طراحی قابهای مهاربندی شده کمانش تاب
6 - درک بیشتر مهاربندهای کمانش تاب
- "Buckling-restrained brace". Wikipedia. 2018-04-03.
- "معرفی مهاربند کمانش تاب (BRB)". virabrace.com. Retrieved 2018-10-20.
- «مقدمه ای اجمالی بر روشهای کنترل ارتعاشات لرزه ای | پارس سایزمیک». ۱۳۹۷-۰۶-۱۱T14:41:43+04:30. بایگانیشده از اصلی در ۲۰ اکتبر ۲۰۱۸. دریافتشده در 2018-10-20. تاریخ وارد شده در
|تاریخ=
را بررسی کنید (کمک) - «مهاربند کمانش تاب (مهاربند کمانش ناپذیر) - تاریخچه، طراحی و کاربرد | پارس سایزمیک». ۱۳۹۷-۰۷-۲۵T12:18:18+03:30. بایگانیشده از اصلی در ۲۰ اکتبر ۲۰۱۸. دریافتشده در 2018-10-20. تاریخ وارد شده در
|تاریخ=
را بررسی کنید (کمک) - «معرفی سیستم مهاربند کمانش تاب (BRB) - مفهوم، ساختار و استفاده در مقاومسازی| پارس سایزمیک». بایگانیشده از اصلی در ۲۰ اکتبر ۲۰۱۸. دریافتشده در ۲۰۱۸-۱۰-۲۰.