پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
مهاربندهای همگرا معمولاً برای پایداری قاب‌ها در برابر نیروهای جانبی در طراحی لرزه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. طبق فلسفه طراحی لرزه‌ای انتظار می‌رود که سیستم‌های مهاربندی همگرا تحت زلزلههای شدید بتوانند پاسخ غیر ارتجاعی پایدار و مداومی از خود نشان دهند. در این گونه قاب‌ها بادبندها به وسیله ورق به تیرها و ستون‌ها متصل می‌شوند و تغییر شکل غیر الاستیک در زمان تسلیم عضو به صورت کششی و کمانش غیر الاستیک اتفاق می‌افتد. آزمایشات تجربی جدید نشان می‌دهند که عملکرد لرزه‌ای بادبندهای همگرا با طراحی ورق اتصال و با اجازه یافتن ورق اتصال به تسلیم شدن بهبود می‌یابد.
با بررسی اجمالی خسارت‌های وارد بر سازه‌ها در زلزلههای گذشته مشخص میشود که سازه‌های فـولادی بـه جهـت شـکل پـذیری و قابلیـت جـذب انـرژی عملکـرد بهتـر و اقتصادی‌تری نسبت بـه سـایر سـازه‌هـا دارنـد. امـروزه از سیستم‌های مختلفی برای مقابله با بارهـای جـانبی وارد بـر ساختمان‌های فولادی استفاده میشود. استفاده از سیسـتم مهاربندی در این ساختمان‌ها قدمت بیشتری نسبت بـه سـایر سیستم‌های سازه‌ای دارد.
طراحی مهاربندهای همگرا
به طور کلی قاب‌های با مهاربندی همگرا به گونه‌ای طراحـی می‌شوند که تحت بارهای لرزه‌ای، انرژی به وسیله کمانش و یا جـاری شـدن بادبنـد مسـتهلک شود. سـایر اعضـاء و اتصالات برای تحمل سطح باری طراحی می‌شوند که منجر به کمانش و جاری شدن بادبنـد شـود. ایـن روش طراحـی ناشــی از دیــدگاه طراحــی بــرای ظرفیــت اســت کــه در دستورالعمل‌های مختلف طراحی لرزه‌ای ساختمان‌های فولادی مطرح است.
ایده اسـتفاده از ورق اتصـال بـرای متصـل نمـودن اعضـای مهاربند به قاب فولادی بهتـرین ایـده‌ای بـود کـه در ابتـدا معرفی شد و تاکنون نیز اصلی ترین روش اتصال مهاربند به قاب است. ورق اتصال مهاربند عضوی صفحه‌ای است کـه نیروهای مهاربند را به قاب منتقل می‌کند. به دلیل پیچیدگی رفتـار اتصـالات بـا ورق در قاب‌هـای بـا مهاربنـدی همگـرا، طراحی این گروه از اجزای سازه‌ای معمولاً با سـاده سـازی‌های بسیاری انجام می‌گیرد.ه از آن جملـه مـی‌تـوان بـه روش ویتمور بـرای طراحـی ورق‌هـای اتصـال تحـت بارهای کششی یکنواخـت و نیـز روش تورنتـون بـرای تعیین مقاومت فشاری اتصالات با ورق اشاره نمود.
محققین طی یک تحقیق آزمایشـگاهی و عـددی بـر روی رفتار کمانشی اتصالات با ورق تحت بارهای فشـاری یکنواخت دریافتند که کمانش ورق‌های نازک، تحـت بـاری بسیار پایین‌تر از باری اتفاق می‌افتد که با اسـتفاده از روش ویتمور بدست می‌آید. همچنین تحلیـل‌هـای عـددی آنهـا نشان داد افزایش سختی بین ورق اتصال و بادبند، منجر بـه افزایش مقاومت کمانشی ورق اتصال میشود.
خصوصیات مهاربندها همگرا
قاب‌های فولادی دارای مهاربنـد هـم مرکـز ویـژه (SCBFs) بسیار قوی و مقاوم هستند، به شرط اینکه مشخصات مـورد نیاز طراحی لرزه‌ای را داشته باشند. جابجایی غیر الاسـتیک در این قاب‌ها به وسیله تسـلیم کششـی و کمانشـی بادبنـدها ایجاد میشود. به عنوان مثال محدودیت در مـورد محـل بادبند و لاغری موضعی و کلی بادبندها باعث ایجاد تغییـر شکل‌های پلاستیک و کمانش بادبندها مـیشونـد. برای جلو گیری از تخریـب نابهنگـام و شکسـتگی اتصـال، باید ظرفیت بـاربری محـوری ورق اتصـال بـیش از میـزان باربری محوری عضو مهاربند (ظرفیت کششـی و فشـاری) منظور شود.
ورق اتصال بایـد دوران چرخـه‌ای انتهـای بادبنـد در یـک بادبند کمانش یافته کـه در آن نیروهـای کششـی و فشـاری نسبت به ظرفیت بادبند افزایش می‌یابند، را تحمل کند.
برای بهبود نتایج رفتار لرزه‌ای این قاب‌هـا و بهبـود طراحـی آنها، بر شناسایی ابتدایی مکـانیزم تسـلیم اولیـه (کمـانش و تسلیم کششی بادبند) و موازنه کردن آن بـا مکـانیزم تسـلیم ثانویه (تسلیم ورق اتصال) تاکید میشود. در حالـت خاص، افزایش شکل پذیری اتصال در یک جابجـایی نسـبی بزرگ باعث بهبود رفتار لرزه‌ای قاب میشود و مـی‌تـوان در این حالت از بادبند HSS استفاده نمود.
با افزودن ورق اتصال بادبند به گوشه‌های قاب، سـختی جانبی ۳۰ درصد افزایش می‌یابـد. تغییـر شـکل زاویـه‌ای اتصالات قاب در حـدود ۵۰ درصـد کـاهش یافتـه وشـکل پذیری و جذب انرژی قاب به میزان ۵۵ درصد کـاهش مـی‌یابد. بنابراین فرض اتصال ساده میان تیر و ستون در طراحی قاب‌های با مهاربندی همگرا صحیح نیست و بخشی از سختی جانبی قاب بدلیل صلبیت اتصال تیر و ستون است.
افـزایش ضـخامت ورق اتصـال باعـث افـزایش سـختی اتصال، کاهش دوران انتهای بادبند، افزایش ظرفیت کمانش فشـاری، کـاهش تـنش در ورق اتصـال و افـزایش زودرس تنش در تیرها و ستون‌ها میشود.
در قــاب بــا ورق اتصــال مخروطــی، شکســت بادبنــد دردریفت‌های مشابه با قاب دارای ورق اتصال چند ضـلعی رخ می‌دهد. در ورق‌هـای اتصـال مخروطـی میـزان تـنش محلی در تیرها و ستون‌های کنار ورق اتصال کاهش می‌یابد. همچنین استفاده از ورق اتصـال چنـد ضـلعی (مخروطـی) باعث کاهش ابعاد ورق اتصال و کـاهش سـختی در منطقـه انتهای بادبند مـیشود، بنـابراین رفتـار بهتـری در اتصـال مفصلی دارد.