برآورد مشخصات بهینه هسته فولادی تسلیم شونده در مهاربندهای کمانش ناپذیر و تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای سازه های فولادی مسلح به این اعضا

سازه های مسلح به مهاربندهای کمانش ناپذیر از جمله معدود سازه های مقاوم در برابر زلزله هستندکه دو خصوصیت سختی جانبی بالا و قابلیت فوق العاده ای در استهلاک انرژی زلزله را بطور همزمان دارا میباشند. با توجه به لرزه خیزی کشور و کاربرد روزافزون این سازه ها در جهان، استفاده و بومی سازی این نوع سیستم مهاربندی در ایران اجتناب ناپذیر بوده و ورود این سیستم باربر جانبی به آیین نامه های طراحی خصوصا آیین نامه زلزله ایران الزامی است. این نوع سیستم مهاربندی علاوه بر بهبود چشمگیر عملکرد لرزه ای، موجب کاهش ابعاد مقاطع اعضای سازه و همچنین کاهش هزینه های تعمیر سازه های مسلح به این اعضا پس ازرخداد زلزلهمی شود. در این تحقیق نشان داده می شود که مهاربند کمانش ناپذیر (brb) با چند هسته تسلیمی موازی دارای عملکرد لرزه ای بهتری نسبت به brb تک هسته ای می باشد. حالت بهینه و ابتکاری این سیستم مهاربندی، استفاده از چند هسته موازی با طول هسته تسلیمی یکسان و با تنش حد تسلیم متفاوت می باشد. مزیت این سیستم، افزایش ضریب رفتار، شکل پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی و محدود کردن جابجایی طبقات تحت انواع زلزله های خفیف تا شدید می باشد. دلیل آن، اتلاف انرژی توسط غیر خطی شدن هسته تسلیمی با تنش حد تسلیم کمتر و حفظ پایداری brb به دلیل وجود هسته تسلیمی با تنش حد تسلیم بیشتر می باشد. در این راستا، این پایان نامه به بررسی پارامترهای موثر در بهبود عملکرد لرزه ای قاب های فولادی با مهاربند کمانش ناپذیر از جمله طول و مساحت هسته تسلیمی، طول و مساحت ناحیه غیر تسلیمی، نوع فولاد هسته تسلیمی، نحوه ترکیب هسته های تسلیمی در یک عضو brb(سری یا موازی)، تعداد طبقات و نوع پیکره بندی مهاربند (ضربدری، شورون و قطری) پرداخته است و پارامترهای عملکرد لرزه-ای از جمله ضریب مقاومت افزون، ضریب شکل پذیری، ضریب کاهش مقاومت وابسته به شکل پذیری وضریب رفتار این سازه ها (با brbهای تک هسته ای و چند هسته ای) را به روش تحلیل استاتیکی غیر خطی (پوش آور) برآورد می نماید. سپس عملکرد این سازه ها تحت تحلیل دینامیکی فزاینده (ida) مورد بررسی قرار می گیرد. با توجه به مطالعات انجام شده و یافته های این پایان نامه، مشخص شد که طول هسته تسلیمی، تنش حد تسلیم، نحوه ترکیب (سری یا موازی بودن) و تعداد هسته های تسلیمی ازجمله پارامترهای اصلی در عملکرد این سازه ها می باشند. محدوده مناسب برای طول هسته تسلیمی، 50 تا 70 درصد طول کل مهاربند می باشد. طول هسته تسلیمی کوتاه موجب شکل پذیری کم و طول هسته تسلیمی زیاد موجب غیراقتصادی شدن محفظه محصور کننده می شود. محدوده تنش حد تسلیم بهینه از 100 مگاپاسکال تا 300 مگاپاسکال است. همچنین هرچه تنش حد تسلیم فولاد مورد استفاده کمتر باشد، شکل پذیری و در نتیجه اتلاف انرژی بیشتری در سازه وجود خواهد داشت. brb با فولاد تنش حد تسلیم کمتر در مقایسه با فولاد معمولی، در زلزله های خفیف تا متوسط کارایی مناسبی داشته ولی در زلزله های شدید موجب تغییر شکل های زیاد و در نتیجه خرابی بالا می شود. در ترکیب سری، پارامترهایی مثل: طول هسته غیر تسلیمی و انتقالی، مساحت ناحیه غیرتسلیمی و تعداد هسته های تسلیمی تاثیر چندانی در میرایی سیستم نداشته و تنها سختی معادلbrb را تغییر می دهند. این در حالی است که برای ترکیب موازی ضریب رفتار ها حدود پنجاه درصد افزایش یافته و یا نیروهای طراحی حدود پنجاه درصد کاهش و تغییرمکان ها در حد مجاز آیین نامه ای کنترل می شوند. برای برآورد پارامترهای لرزه ای، قاب های 5، 10 و 15 طبقه با سه پیکره بندی شورن، قطری و ضربدری تحت آنالیز استاتیکی و دینامیکی غیرخطی فزاینده قرار گرفتند. به طور کلی ضریب رفتار با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. ضریب رفتار محاسبه شده برای حالت تک هسته ای با مقاومت 200 مگاپاسکال، بدون توجه به ساختار (نحوه پیکره بندی مهاربندها)، برای قاب پنج طبقه حدود 6/7، برای قاب ده طبقه 1/17 و برای قاب پانزده طبقه 7 بدست آمدند. همچنین ضریب رفتار محاسبه شده برای حالت موازی 4، بدون توجه به ساختار، برای قاب پنج طبقه حدود 9/14، برای قاب ده طبقه 6/32 و برای قاب پانزده طبقه 13 بدست آمدند. به طور میانگین ضریب رفتار برای همه قاب های مسلح به brb تک هسته ای 6/10 و برای brb حالت موازی 4، 2/20 بدست آمده است. نسبت اتلاف انرژی زلزله در ترکیب موازی brb به اتلاف انرژی زلزله در brb تک هسته ای در زلزله های خفیف گاهی بیش از 3 برابر می رسد و این نسبت در زلزله های متوسط و شدید تقریبا با هم برابرند. این در حالی است که تغییر مکان طبقات برای brb تک هسته ای و موازی در حد مجاز می باشند. طول و تعداد دهانه ها در قاب مفصلی مسلح به brb تاثیر چندانی روی عملکرد سازه ندارد و ساختار شورن از لحاظ اتلاف انرژی و کنترل جابجایی نسبی طبقات عملکرد بهتری نشان می دهد.