مطالعه ی آزمایشگاهی عملکرد لرزه‌ای مهاربندهای کمانش‌ ناپذیر سه هسته‌ای

Abstract

چکیده- مهاربندها به عنوان نوعی سیستم کنترل غیرفعال، نقش موثری در ایجاد مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد دارند. یکی از روش­های بهره­گیری بیشتر و اقتصادی­تر از قابلیت مهاربندها استفاده از ظرفیت غیر ارتجاعی آن­ها است. مهاربندهای معمولی تحت کشش دارای عملکرد خوبی هستند، ولی تحت فشار دچار کمانش شده و رفتار نامطلوب از خود نشان می­دهند. این مشکل می‌تواند باعث کاهش ظرفیت اتلاف انرژی و شکل­پذیری شود، که نقش مهمی در بارگذاری چرخه­ای مانند زلزله به دلیل ماهیت بارهای لرزه­ای دینامیکی دارد. به همین دلیل مهاربندهای کمانش ناپذیر در کشورهای مختلف به شکل قابل توجهی محبوب شده­ اند. مهاربندهای کمانش ناپذیر شامل هسته و غلاف فولادی می­باشند. اگر چه هسته فولادی دارای ظرفیت فشاری ناچیز است، ولی ظرفیت آن را می­توان با استفاده از یک غلاف فولادی یا غلاف محدود کننده­ی کمانش افزایش داد. به همین منظور در این مقاله جهت بهبود رفتار لرزه‌ایی مهاربند‌های کمانش ناپذیر تک هسته‌ایی، مهاربند‌های کمانش ناپذیر سه هسته‌ایی پیشنهاد گردید که در آن از سه هسته با تنش تسلیم متفاوت به صورت موازی استفاده شده است. مهاربندهای کمانش ناپذیر به دو صورت تک هسته­ایی و سه هسته­ایی با ظرفیت کششی و فشاری یکسان ساخته شد و تحت پروتکل بارگذاری ATC-24 به صورت یک عضو محوری در آزمایشگاه تحت نیروی کشش و فشار قرار گرفتند. نمودار چرخه هیسترزیس هر کدام از مهاربندها به دست آمد و مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان می­دهد حلقه­ی هیسترزیس مهاربند سه هسته­ایی نسبت به مهاربند تک هسته­ایی 3/16 % چاق­تر و مساحت بیشتری دارد، این مطلب نمایان­گر این است که مهاربند سه هسته­ایی از ظرفیت جذب و استهلاک انرژی بالاتر و عملکرد لرزه‌ایی بهتری برخوردار است، همچنین میرایی در مهاربند سه هسته‌ای از دریفت 25/0% تا 1% با اختلاف 6/15% ، از دریفت 1% تا 5/1% با اختلاف 1/10% و در دریفت 5/2% با اختلاف 8/8% نسبت به مهاربند تک هسنه‌ای بیشتر می‌باشد.مهاربندها به عنوان نوعی سیستم کنترل غیرفعال، نقش موثری در ایجاد مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد دارند. یکی از روش­های بهره­گیری بیشتر و اقتصادی­تر از قابلیت مهاربندها استفاده از ظرفیت غیر ارتجاعی آن­ها است. مهاربندهای معمولی تحت کشش دارای عملکرد خوبی هستند، ولی تحت فشار دچار کمانش شده و رفتار نامطلوب از خود نشان می­دهند. این مشکل می‌تواند باعث کاهش ظرفیت اتلاف انرژی و شکل­پذیری شود، که نقش مهمی در بارگذاری چرخه­ای مانند زلزله به دلیل ماهیت بارهای لرزه­ای دینامیکی دارد. به همین دلیل مهاربندهای کمانش ناپذیر در کشورهای مختلف به شکل قابل توجهی محبوب شده­ اند. مهاربندهای کمانش ناپذیر شامل هسته و غلاف فولادی می­باشند. اگر چه هسته فولادی دارای ظرفیت فشاری ناچیز است، ولی ظرفیت آن را می­توان با استفاده از یک غلاف فولادی یا غلاف محدود کننده­ی کمانش افزایش داد. به همین منظور در این مقاله جهت بهبود رفتار لرزه‌ایی مهاربند‌های کمانش ناپذیر تک هسته‌ایی، مهاربند‌های کمانش ناپذیر سه هسته‌ایی پیشنهاد گردید که در آن از سه هسته با تنش تسلیم متفاوت به صورت موازی استفاده شده است. مهاربندهای کمانش ناپذیر به دو صورت تک هسته­ایی و سه هسته­ایی با ظرفیت کششی و فشاری یکسان ساخته شد و تحت پروتکل بارگذاری ATC-24 به صورت یک عضو محوری در آزمایشگاه تحت نیروی کشش و فشار قرار گرفتند. نمودار چرخه هیسترزیس هر کدام از مهاربندها به دست آمد و مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان می­دهد حلقه­ی هیسترزیس مهاربند سه هسته­ایی نسبت به مهاربند تک هسته­ایی 3/16 % چاق­تر و مساحت بیشتری دارد، این مطلب نمایان­گر این است که مهاربند سه هسته­ایی از ظرفیت جذب و استهلاک انرژی بالاتر و عملکرد لرزه‌ایی بهتری برخوردار است، همچنین میرایی در مهاربند سه هسته‌ای از دریفت 25/0% تا 1% با اختلاف 6/15% ، از دریفت 1% تا 5/1% با اختلاف 1/10% و در دریفت 5/2% با اختلاف 8/8% نسبت به مهاربند تک هسنه‌ای بیشتر می‌باشد.