گروه صنعتی تولید

رفتار کمانشی کلی مهاربندهای کمانش تاب تمام فولادی

چکیده

یکی از ملزومات اصلی رفتار مکانیکی مطلوب مهاربندهای کمانش تاب (BRBs) تحت بارکنش شدید زمین لرزه، جلوگیری از کمانش سرتاسری است تا زمانی که قطعه مهاربند به تغییرشکل پلاستیک و شکل پذیری کافی برسد. این مقاله نتایج آنالیز المان محدود مهاربندهای تمام فولادی کمانش تاب را که پیشنهاد شده اند، ارائه می دهد. BRB های پیشنهادی دارای مقطع های مرکزی همانند ولی مکانیزم های کمانش ناپذیر (BRMs) متفاوت هستند. هدف از این آنالیز، انجام یک تحقیق پارامتری درباره BRB ها با مقدار شکاف متفاوت (بین هسته و BRM) و نواقص اولیه است تا رفتار کمانشی کلی مهاربند بررسی شود. نتایج این آنالیز نشان داد که سختی خمشی BRM می تواند تاثیر زیادی را بر رفتار کمانشی مهاربند بدون توجه به اندازه شکاف داشته باشد. بعلاوه، کمترین نسبت بار کمانشی اویلر قطعه گیردار به مقاومت تسلیم هسته ( ) به منظور طراحی پیشنهاد شد. این نسبت، پارامتر اصلی کنترل کننده ی کمانش کلی BRB ها است.

1. مقدمه

قاب های مهارشده کمانش تاب (BRBs) برای مقاومت بار لرزه ای کاربرد گسترده ای را در سالهای اخیر یافته اند. یک BRBF با یک قاب مهارشده متداول فرق دارد زیرا تحت تنش و تراکم بدون کمانش قابل توجهی، تسلیم می شود. بیشتر قطعات مهاربند کمانش تاب (BRB) موجود به وسیله قرار دادن یک صفحه فولادی درون یک لوله فولادی پرشده با ملات یا بتن ساخته می شوند. صفحه فولادی از کناره ها به ملات یا لوله فولادی محدود می شود و می تواند در فشار و تراکم و نیز تنش تسلیم گردد که این به مقاومت تسلیم و شکل پذیری قابل مقایسه و نیز رفتار هیستریکی پایدار در BRB ها می انجامد. اطلاعات زیادی درباره عملکرد BRBهای سنتی وجود دارد. بلک و همکارانش تست مولفه ای BRB ها را انجام دادند و یک منحنی هیستریکی را مدلسازی کردند تا نتایج تست را مقایسه نمایند (1). آنها دریافتند که منحنی هیستریکی یک BRB پایدار، متقارن و وسیع است. اینوئه و همکارانش مهاربندهای کمانش تاب را به عنوان میراگرهای هیستریکی معرفی کردند تا پاسخ لرزه ای سازه های ساختمانی را بهبود دهند (2). همانطور که در شکل 1 نشان داده شده، یک قطعه BRB معمولی شامل یک هسته فولادی، یک مکانیزم کمانش ناپذیر (BRM) و یک شکاف جداکننده یا عامل ضداتصال است که امکان تغییرشکل محوری مستقل هسته درونی را نسبت به BRM می دهد. محققان فراوانی آزمایشات و آنالیزهای عددی را روی BRB ها برای وارد کردن آنها در سیستم های مقاوم در برابر نیروی لرزه ای انجام داده اند. کیانگ درباره استفاده از BRB ها در کاربردهای عملی برای ساختمان ها در آسیا تحقیق نمود (3). کلرک و همکارانش یک فرآیند طراحی را برای ساختمان های دربردارنده BRB ها پیشنهاد کردند (4). سابلی و همکارانش ملزومات BRB ها در زمین لرزه را از طریق آنالیز پاسخ ارتعاشی قاب های BRB گزارش کردند (5). فانستاک و همکارانش آنالیز عددی و آزمایشات شبه دینامیکی قابل های BRB بزرگ مقیاس را در ایالات متحده ارائه کردند (6).

بیشتر بخوانید: تعمیر پمپ وکیوم چیست؟

رفتار کمانشی موضعی BRB ها توسط تاکئوچی و همکارانش مطالعه شده است (7). بار کمانش موثر BRB ها با در نظر گرفتن سختی اتصال سر آنها اخیرا توسط تمباتا و همکارانش (8) و کینوشیتا و همکارانش (9) مطالعه شده است. تحقیقات قبلی پتانسیل تولید سیستم های BRB تماما ساخته شده از فولاد را ثابت کرده اند (10). در یک BRB تمام فولادی متداول، هسته داخلی فولادی بین مکانیزم های کمانش ناپذیر کاملا ساخته شده از قطعات فولادی ساندویچ شده است، از این رو از هزینه ملات لازم در BRB های سنتی اجتناب شده است. این امر مراحل ساخت مربوط به ریختن و سخت شدن ملات یا بتن را حذف کرده و زمان و هزینه های ساخت را بسیار کاهش می دهد. بعلاوه چنین BRB را می توان به آسانی جدا کرد تا بعد از یک زمین لرزه آن را بازرسی نمود. مطالعات تحلیلی و تجربی درباره عملکرد تغییرشکل و پاسخ دینامیکی BRB ها توسط کاتو و همکارانش (11)، واتانبل و همکارانش (12) و اوسامی و همکارانش (13) انجام شده اند. قطعه گیردار پیشنهاد شده قبلی یک مقطع فولادی پرشده از ملات بود که یک قطعه کاملا صلب را می ساخت. در چنین نوع BRB هایی، قطعه مهاربند و BRM به کار برده شده بودند و کمانش سرتاسری رخ نداده بود. با این همه در BRB های تمام فولادی که نسل جدیدی از BRB ها به شمار می روند، سیستم مهاربند کاملا از فولاد ساخته شده و سیستم BRM در مقایسه با BRB های سنتی سبک تر است و این پتانسیل بالایی را برای کمانش سرتاسری مهاربند ناشی از صلبیت و سختی اندک BRM نتیجه می دهد. رفتار هیستریکی BRB های تمام فولادی توسط ترمبلی و همکارانش (10) به صورت تجربی بررسی شدند. یک مطالعه تجربی درباره رفتار هیستریکی BRB های تمام فولادی نیز توسط اریاسا و همکارانش (14) ارائه شد.