مهاربند مقاوم در برابر کمانش
مقدمه
امروزه تحقیقات زیادی در
زمینه کنترل ارتعاشات نامطلوب سازهها انجام گرفته است و روشهای جدیدی در این
راستا پیشنهاد و آزمایش شده است. در روشهای قدیمیتر، ساختمان با توجه به خصوصیات
ذاتی خود به گونهای طراحی میشود که در بارگذاریهای سنگین جانبی همچون زلزله، با
رفتار غیر خطی اعضای اصلی سازهای یا مهاربندها موجبات استهلاک انرژی را فراهم
آورد تا بتواند به این شکل پایداری خود را حفظ کند.]2[
این مسئله موجب مشکلاتی میشود
که در زیر به چند مورد از آنها اشاره میشود:
1.
در قابهای مهاربندی همگرا، مهاربندها شکلپذیری محدود و
استهلاک انرژی کم در بارگذاری چرخهای دارند و شکست اتصالات بصورت ترد میباشد. همچنین
رفتار چرخهای مهاربند پیچیده بوده و رفتار نامتقارن در کشش و فشار از خود نشان میدهد
و بخصوص در مقابل بارهای فشاری یکنواخت یا بارهای چرخهای در محدوده غیر الاستیک
ذاتاً با زوال مقاومت مواجه میشود. این
رفتار پیچیده باعث شده است که در طراحی مهاربند همگرا رفتار الاستیک در نظر گرفته
شود. این روش طراحی باعث میشود که در بعضی از طبقات، مهاربند طراحی شده قویتر از
مهاربند مورد نیاز باشد و نیروهای طراحی توزیع شده در تیرها و ستونها اغلب با
مقادیر واقعی توزیع نیرو در زلزله تفاوت داشته باشد.]3[
2.
در قابهای مهاربندی شده، عضو مهاربند ممکن است در اثر
نیروی فشاری وارده دچار کمانش جانبی شود. این کمانش ایجاد شده در عضو باعث ایجاد
یک نقص در مقطع مهاربند میشود که باعث میشود که مقطع مورد نظر در سیکلهای بعدی
بارگذاری رفتار مطلوب مورد انتظار را از خود نشان ندهد. همچنین کمانش جانبی ایجاد
شده در مهاربند ممکن است به اعضای غیرسازهای
نیز آسیب برساند.]3[
3.
هنگامیکه از اعضای اصلی یک سیستم برای جذب انرژی استفاده
میشود احتمال فروپاشی و ناپایداری سیستم افزایش مییابد. به این شکل که با از بین
رفتن یک یا چند عضو اصلی که شرایط بحرانیتری دارند و این خود ناشی از عدم توانایی
ما در توزیع یکنواخت نیرو میباشد، پیشروی گسیختگی در اعضا با سرعت بیشتری انجام
میشود و در نهایت موجبات فروپاشی سیستم فراهم
میگردد.
4.
اجزای اصلی سازهای معمولا برای انجام وظایفی طراحی میشوند
و این در حالی است که ترکیب نیروهای مختلف و طراحی مناسب آن برای انجام وظایف دیگر
سخت و پیچیده و با ریسک بالایی همراه است. به بیان سادهتر اعضایی که موظف به تحمل
بارهای قائم میباشند، هنگامیکه در معرض
بارهای جانبی قرار میگیرند از عهده وظایف خود به خوبی برنمیآیند. این در حالی
است که در صورت گسیختگی اعضایی که دارای وظایف مختلفی هستند، سیستم از چند ناحیه
آسیب میبیند. از طرف دیگر امکان آنالیز و طراحی درست نیز سخت و دشوار میشود.
5.
در زمان بعد از زلزله، به علت ایجاد تغییرشکلهای غیرخطی برای اعضای اصلی
سازه، امکان استفاده مجدد از آن و ترمیم اعضای اصلی از بین میرود و این باعث هدر
رفتن سرمایههای مالی و زمان میشود.
6.
در صورت استفاده از اعضای اصلی سازه برای کنترل ارتعاشات،
نمیتوان در طول عمر مفید سازه این اعضا را ترمیم و نوسازی کرد.
7.
عملکرد سیستمهای سازهای با رفتار غیرخطی محدود میباشد و
امکان بهبود عملکرد سازه تحت بارهای ناگهانی وجود ندارد.]2[
تمامی این نقطه ضعفها باعث
شده تا فکر استفاده از سیستمهای جدیدتر به سرعت رشد و گسترش پیدا کند. در دهههای
اخیر افزایش استهلاک انرژی که ناشی از رفتار سازه تحت بارهای دینامیکی میباشد،
موضوع عنوان بسیاری از مقالات شده است و روشهای متعددی پیشنهاد شده است.