مقاوم سازی لرزه ای با سیستم مهاربند مقاوم در مقابل کمانش

جابه?جایی جانبی ساختمان?های فولادی? همواره موجب نگرانی?های شدیدی برای مهندسان سازه بوده است. لذا به منظور کاهش اثر نیروهای جانبی هم?چون باد یا زلزله، مهاربندها به?طور موفقیت?آمیزی به?کار گرفته شده?اند. بااین?وجود وقتی مهاربندها در معرض نیروهای فشاری بزرگ قرار می?گیرند، تغییر شکل?های کمانشی ارائه می?کنند و رفتار پسماند نا متقارنی در کشش و فشار را سبب می?شوند. در نتیجه?ی این رفتار، کاهش شدیدی در مقاومت مهاربندها تحت بارهای یکنواخت و یا چرخه?ای مشاهده می?گردد. پس وقوع کمانش مهاری?ها در قاب?های ساختمانی چند طبقه، ظرفیت سازه را به?طور قابل توجهی کاهش داده و منجر به تغییرات ناگهانی در پارامترهای دینامیکی سازه می?شود. حال چنانچه از کمانش مهاربند فولادی جلوگیری شود و مقاومت یکسانی در کشش و فشار حاصل گردد، جذب انر‍ژی توسط مهاربند و در نتیجه قاب مهاربندی شده به?طور مشخصی افزایش خواهد یافت. این ضرورت?ها، محققین و مهندسان را تهییج می?کرده که به هر شکل ممکن گسیختگی ناشی از کمانش اعضای فولادی به خصوص مهاربندها را حذف نمایند. راه?حل تئوری مسئله، ساده به?نظر می?رسد و آن، مهار جانبی یک المان فشاری در فواصل منظم نزدیک به هم است، به?طوری?که طول مهار نشده?ی المان تا حد امکان به صفر نزدیک گردد. بالاخره محققین موفق شدند تا این نظریه تئوری را با ابداع یک نوع جدید مهاربند با نام مهاربند کمانش?تاب یا brb (buckling–restrained brace) عملی نمایند. قاب مهاربندی کمانش?تاب، سیستم ثبت?شده?ی مبتکرانه?ای است که در آن از کمانش مهاربند ممانعت گردیده و انرژی ناشی از زلزله با تغییر شکل پلاستیک مهاری?ها، تحت سیکل?های فشاری و کششی در بارگذاری با یک رفتار پسماند پایدار مستهلک می?شود. رفتار متقارن مهاربند این اجازه را می?دهد تا مقاومت و سختی آن به?گونه?ای تنظیم شود که حدمطلوب و مجازی از جابه?جایی طبقات به همراه بیشینه?ی جذب انرژی در سازه حاصل گردد. در چند دهه?ی گذشته، قاب?های با مهاربند کمانش?تاب به دلیل کارایی مناسب در زمین?لرزه، به?طور فزاینده?ای به?ویژه در ژاپن و آمریکا محبوب شده?اند. کاربرد توامان این?گونه قاب?ها در ساختمان?های فولادی بلندمرتبه?ی تازه ساخت و همین?طور بهسازی لرزه?ای ساختمان?های موجود، چشم?انداز روشنی از کاربرد آنها را در صنعت ساختمان?سازی نشان می?دهد. ساماندهی مطالب پایان?نامه فصل اول در مورد زلزله و خطر آن در ایران و هم?چنین انواع سیستم?های مقاوم در برابر زلزله (مرسوم و مدرن) بحث می?کند. در فصل دوم سیستم مهاربندی کمانش?تاب معرفی می?گردد. فصل سوم معادلات و اصول حاکم بر مهاربندی?های کمانش?تاب را بیان و رفتار هیسترتیک آنها را تحت بارهای سیکلی و لرزه?ای بررسی می?کند. در فصل چهارم پیشینه سیستم مهاربندی کمانش?تاب، با معرفی و توضیح کارهای مطالعاتی صورت گرفته از سال 1971 تا سال 2009 مشخص می?شود. فصل پنجم ضوابط مربوط به مهاربندهای کمانش?تاب را بر اساس ضوابط لرزه?ای aisc 2005 و fema 450 بیان می?کند و شیوه طراحی قاب?های مهاربندی?شده کمانش تاب را بر اساس ضوابط aisc 2005 توضیح می?دهد. در فصل ششم با توجه به موضوع پایان?نامه?ی حاضر، نکاتی در مورد طراحی و بهسازی لرزه?ای سازه?ها بر اساس سطح عملکرد بیان می?شود. از آن?جا?که آنالیزهای صورت گرفته در این پروژ‍ه، دینامیکی غیرخطی هستند، نرم?افزار perform 3d که به ?نظر می?رسد نرم?افزار مطمئنی در انجام این?گونه آنالیزها باشد، انتخاب گردیده است. لذا در فصل هفتم توضیحاتی در مورد این نرم?افزار و نحوه مدل?سازی و انجام آنالیز در آن بیان شده است. در فصل هشتم سازه?های فولادی مورد مطالعه?ی این پایان?نامه یعنی سازه?های 3 و 6 و 9 طبقه، معرفی شده? و سپس با توجه به ضوابط آیین?نامه?ی بارگذاری ایران و استاندارد 2800 و مبحث دهم مقررات ملی ساختمان طراحی گردیده?اند. در پایان این فصل نتایج طراحی این سازه?ها آورده شده است. در فصل هشتم سازه?ها تنها بر اساس معیار مقاومت، طراحی شده?اند ولی در فصل نهم سازه?ها برای داشتن رفتار غیرخطی در نرم?افزار perform 3d مدل?شده و سپس تحت 7 زوج شتاب?نگاشت مقیاس شده?، آنالیز می?گردند. نتایج آنالیز هم در انتهای فصل استخراج می?شود. فصل دهم در مورد لزوم مقاوم‏سازی سازه‏های مورد مطالعه اولیه با توجه به نتایج حاصله از آنالیز در فصل نهم صحبت می‏کند و سپس در مورد روش‏های پیشنهادی یعنی جایگزینی مهاربندهای کمانش‏تاب به جای مهاربندهای همگرای مرسوم بحث کرده و نحوه طراحی سازه‏های با مهاربند کمانش‏تاب را ارائه می‏نماید. در فصل یازدهم، این‏بار سازه‏های مقاوم‏سازی شده با مهاربندهای کمانش‏تاب تحت هفت زوج شتاب‏نگاشت، آنالیز دینامیکی غیرخطی خواهد شد و در انتهای فصل نتایج آنالیز آنها استخراج خواهد گردید. و اما در آخرین فصل پایان‏نامه یعنی فصل دوازدهم با توجه به نتایجی که در فصل‏های نهم و یازدهم استخراج شده‏اند مقایسه‏ای روی رفتار سازه‏های اولیه و مقاوم‏سازی شده صورت می‏گیرد. کنترل نیرویی اعضای سازه، کنترل تغییرشکل اعضای سازه، حداکثر تغییر شکل محوری مهاربندها، دریفت طبقات سازه، مقدار برش طبقات سازه و نهایتاَ نمودارهای تغییر مکان بام ـ برش پایه، مواردی هستند که به‏صورت مقایسه‏ای روی دو نوع سازه، در این فصل بحث می‏گردند. در انتهای فصل نیز یک نتیجه‏گیری کلی از کار انجام شده صورت گرفته و پیشنهاداتی برای کارهای مطالعاتی آتی در این زمینه، بیان می‏شود.