ارزیابی و مقایسه رفتار لرزه ای قاب های مهاربندی شده با بادبندهای کمانش تاب و متعارف

1- مقدمه: رفتار نامطلوب و ناهمگون قاب های مهاربندی شده با مهاربندهای متعارف را می توان با ایجاد رفتار یکسان عضو مهاربندی در فشار و کشش، با جلوگیری از کمانش تحت بارهای فشاری، بهبود بخشید. چنین مهاربندی، مهاربند کمانش تاب نامیده می شود. مهاربندهای کمانش تاب که سختی و قابلیت استهلاک انرژی بالائی دارند ابتدا توسط محققین ژاپنی در دهه ی1970 پیشنهاد و مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق هدف بررسی و مقایسه رفتار لرزه ای قاب های مهاربندی شده با دو نوع مهاربند متعارف و کمانش تاب انجام شده است. سعی شده تا با استفاده از روش های احتمالاتی مبتنی بر دو متغیر نیاز و ظرفیت لرزه ای در سطوح مختلف خطر به بررسی عملکرد سازه پرداخته شود. ابتدا به مقایسه آماری نیاز لرزه ای دو سامانه تحت نگاشت های یکسان پرداخته شده و سپس با استفاده از روش تحلیل دینامیکی فزاینده احتمال فراگذشت از هر یک از سطوح عملکردی تعیّنی را محاسبه و در پایان با استفاده از روش تحلیل شکنندگی لرزه ای به بیان احتمال آسیب پذیری دو سامانه در سطوح خطر یکسان در قالب منحنی های شکنندگی لرزه ای پرداخته شده است. 2- مدلسازی: برای انجام تحلیل ها از ساختار نرم افزاری opensees استفاده گردید. در ادامه توسعه مدل رفتار چرخه ای مهاربند متعارف و کمانش تاب بررسی می شود. ? رفتارچرخه ای شبیه سازی شده ی مهاربند متعارف: همانطور که گفته شد برای شبیه سازی رفتار چرخه ای مهاربند متعارف از مدلی شامل المان nonlinear beam-column و مدل رفتار چرخه ایsteel02 استفاده شده است. پارامترهای مدل رفتار چرخه ای مصالح مطابق با پیش فرض ها انتخاب گردیده است. برای بررسی صحّت نتایج مدل توسعه یافته از نتایج آزمایش انجام شده توسط یوریز و مهین استفاده گردیده است. آزمایش مزبور بر روی عضوی با مقطع مربعی شکل توخالی صورت گرفته و رفتار چرخه ای منتج از شبیه سازی در اشکال زیر آورده شده است. مطابقت مناسب نتایج جز اختلافی در بیشینه مقادیر در نواحی فشاری و کششی دیده می شود. ? رفتارچرخه ای شبیه سازی شده ی مهاربند کمانش تاب: برای شبیه سازی رفتار چرخه ای مهاربند کمانش تاب از مدلی شامل المان truss و مدل رفتار چرخه ای steel02 استفاده گردید. پارامترهای این مدل با استفاده از نتایج آزمایش های انجام شده توسط بلک و همکارانش در سال های 1999 و 2000 بر روی این مهاربندها استفاده گردید. ? سازه مورد مطالعه: از یک ساختمان سه طبقه با دو سامانه لرزهای قاب مهاربندی شده ی متعارف و کمانش تاب برای مطالعه و بررسی رفتار و عملکرد دو سامانه استفاده شده است. سعی بر آن بوده تا مشخصات این سازه مطابق با یکی از سازه های طرح شده با سامانه قاب خمشی مورد استفاده در پروژه ی sac باشد. 3- نتایج: 3-1 ارزیابی عملکرد لرزه ای: در این مطالعه با توجه به مبنا قرار دادن پروژه یsac از شتاب نگاشت های فراهم شده برای این پروژه در یکی از ساختگاه ها (لس آنجلس) استفاده شده است. سه دسته ی 20 تایی شتاب نگاشت که هر دسته از آن ها دارای سطح خطری معادل با احتمال وقوع 2، 10 و 50 درصد در 50 سال می باشند. در ارزیابی عملکرد سازه های مورد نظر تحت اثر زمین لرزه ها پاسخ هائی در نظر گرفته شدند و مورد مطالعه قرار گرفتند. پاسخ هائی همچون تغییرمکان نسبی بیشینه و پسماند طبقات، بیشینه دوران ستون و شکل پذیری بیشینه مهاربندها. مقایسه ی نتایج بدست آمده برای مقدار زاویه ی دوران ستون و بیشینه تغییرمکان نسبی طبقات را در هر سطح خطر برای هر دو سازه ی مهاربندی شده نشان می دهد که در تمامی سطوح برای سازه ی مهاربندی شده با مهاربند کمانش تاب کمتر از مقدار معادل آن برای سازه ی مهاربندی شده با مهاربند متعارف است. این موضوع بیانگر خسارت کمتر وارده بر سازه ی مهاربندی شده با مهاربند کمانش تاب می باشد. نسبت مقدار پارامتر زاویه ی دوران ستون به تغییرمکان نسبی طبقات در سازه ی مهاربندی شده با مهاربند کمانش تاب در حدود 0/5 و برای سازه ی مهاربندی شده با مهاربند متعارف در حدود یک می باشد. این نتیجه حاکی از تمرکز خسارت متوسط در سازه ی مهاربندی شده با مهاربند کمانش تاب و تمرکز خسارت شدید تری در سازه ی مهاربندی شده با مهاربند متعارف می باشد. «بیشینه نیاز شکل پذیری» (برابر با مقدار بیشینه تغییرشکل کششی و یا فشاری مهاربند بر تغییر مکان تسلیم مهاربند در کشش) مهاربندهای کمانش تاب در فشار و کشش در سطوح خطر مختلف مطابق با ظرفیت بیشتر انواع مهاربندهای کمانش تاب می باشد. چگونگی توزیع بیشینه تغییر مکان گذرا در طبقات در تمامی سازه ها و در تمامی سطوح خطر حاکی از رفتار خمشی سازه و غالب بودن مود اول ارتعاشی بر رفتار سازه می باشد. با افزایش شدت زمین لرزه، در هر دو سازه تمرکز خسارت در طبقه ی دوم مشاهده می گردد. بالاتر بودن تقاضای بیشینه تغییرمکان نسبی طبقات در طبقه ی اول برای هر دو سازه بخصوص سازه ی شامل مهاربند متعارف قابل مشاهده می باشد. 3-2 تحلیل شکنندگی لرزه ای: شکنندگی لرزه ای به عنوان احتمال شرطی برای شکست یا خرابی سامانه ی مورد نظر به ازای شدت زمین لرزه می باشد. با مقایسه ی منحنی های شکنندگی در هر سطح خطر بالاتر بودن احتمال شکنندگی و آسیب پذیری سازه ی مهاربندی شده با مهاربند متعارف را نسبت به سازه ی مهاربندی شده با مهاربند کمانش تاب قابل مشاهده می باشدمقایسه ی منحنی های شکنندگی در تمامی سطوح عملکردی به خصوص در دو سطح ایمنی جانی و آستانه ی فروریزش در سطح خطر 2% در50 سال احتمال شکنندگی و آسیب پذیری بالاتر سازه ی مهاربندی شده با مهاربند متعارف را نسبت به سازه ی مهاربندی شده با مهاربند کمانش تاب نشان می دهد. نتایج حاصل از مقایسه آماری نیاز لرزه ای دو سامانه تحت نگاشت های یکسان، محاسبه احتمال فراگذشت از هر یک از سطوح عملکردی تعینی با استفاده از تحلیل دینامیکی فزاینده و بیان احتمال آسیب پذیری دو سامانه در سطوح خطر یکسان در قالب منحنی های شکنندگی لرزه ای بیانگر رفتار مطلوب تر سامانه قاب مهاربندی شده با مهاربندهای کمانش تاب می باشد.