مرکز منطقه ای اطلاع رساني علوم و فناوري - مطالعه ي آزمايشگاهي عملكرد لرزه اي مهاربندهاي كمانش ناپذير سه هسته اي

چكيده فارسي :

مهاربندها به عنوان نوعي سيستم كنترل غيرفعال، نقش موثري در ايجاد مقاومت سازه در برابر نيروهاي جانبي مانند زلزله و باد دارند. يكي از روش هاي بهره گيري بيشتر و اقتصادي تر از قابليت مهاربندها استفاده از ظرفيت غير ارتجاعي آن ها است. مهاربندهاي معمولي تحت كشش داراي عملكرد خوبي هستند، ولي تحت فشار دچار كمانش شده و رفتار نامطلوب از خود نشان مي دهند. اين مشكل مي تواند باعث كاهش ظرفيت اتلاف انرژي و شكل پذيري شود، كه نقش مهمي در بارگذاري چرخه اي مانند زلزله به دليل ماهيت بارهاي لرزه اي ديناميكي دارد. به همين دليل مهاربندهاي كمانش ناپذير در كشورهاي مختلف به شكل قابل توجهي محبوب شده اند. مهاربندهاي كمانش ناپذير شامل هسته و غلاف فولادي مي باشند. اگر چه هسته فولادي داراي ظرفيت فشاري ناچيز است، ولي ظرفيت آن را مي توان با استفاده از يك غلاف فولادي يا غلاف محدود كننده ي كمانش افزايش داد. به همين منظور در اين مقاله جهت بهبود رفتار لرزه ايي مهاربند هاي كمانش ناپذير تك هسته ايي، مهاربند هاي كمانش ناپذير سه هسته ايي پيشنهاد گرديد كه در آن از سه هسته با تنش تسليم متفاوت به صورت موازي استفاده شده است. مهاربندهاي كمانش ناپذير به دو صورت تك هسته ايي و سه هسته ايي با ظرفيت كششي و فشاري يكسان ساخته شد و تحت پروتكل بارگذاري ATC-24 به صورت يك عضو محوري در آزمايشگاه تحت نيروي كشش و فشار قرار گرفتند. نمودار چرخه هيسترزيس هر كدام از مهاربندها به دست آمد و مورد بررسي و مقايسه قرار گرفت. نتايج نشان مي دهد حلقه ي هيسترزيس مهاربند سه هسته ايي نسبت به مهاربند تك هسته ايي 16/3 % چاق تر و مساحت بيشتري دارد، اين مطلب نمايان گر اين است كه مهاربند سه هسته ايي از ظرفيت جذب و استهلاك انرژي بالاتر و عملكرد لرزه ايي بهتري برخوردار است، همچنين ميرايي در مهاربند سه هسته اي از دريفت 25/0% تا 1% با اختلاف 6/15% ، از دريفت 1% تا 1/5% با اختلاف 10/1% و در دريفت2/5% با اختلاف 8/8% نسبت به مهاربند تك هسنه اي بيشتر مي باشد.مهاربندها به عنوان نوعي سيستم كنترل غيرفعال، نقش موثري در ايجاد مقاومت سازه در برابر نيروهاي جانبي مانند زلزله و باد دارند. يكي از روش هاي بهره گيري بيشتر و اقتصادي تر از قابليت مهاربندها استفاده از ظرفيت غير ارتجاعي آن ها است. مهاربندهاي معمولي تحت كشش داراي عملكرد خوبي هستند، ولي تحت فشار دچار كمانش شده و رفتار نامطلوب از خود نشان مي دهند. اين مشكل مي تواند باعث كاهش ظرفيت اتلاف انرژي و شكل پذيري شود، كه نقش مهمي در بارگذاري چرخه اي مانند زلزله به دليل ماهيت بارهاي لرزه اي ديناميكي دارد. به همين دليل مهاربندهاي كمانش ناپذير در كشورهاي مختلف به شكل قابل توجهي محبوب شده اند. مهاربندهاي كمانش ناپذير شامل هسته و غلاف فولادي مي باشند. اگر چه هسته فولادي داراي ظرفيت فشاري ناچيز است، ولي ظرفيت آن را مي توان با استفاده از يك غلاف فولادي يا غلاف محدود كننده ي كمانش افزايش داد. به همين منظور در اين مقاله جهت بهبود رفتار لرزه ايي مهاربند هاي كمانش ناپذير تك هسته ايي، مهاربند هاي كمانش ناپذير سه هسته ايي پيشنهاد گرديد كه در آن از سه هسته با تنش تسليم متفاوت به صورت موازي استفاده شده است. مهاربندهاي كمانش ناپذير به دو صورت تك هسته ايي و سه هسته ايي با ظرفيت كششي و فشاري يكسان ساخته شد و تحت پروتكل بارگذاري ATC-24 به صورت يك عضو محوري در آزمايشگاه تحت نيروي كشش و فشار قرار گرفتند. نمودار چرخه هيسترزيس هر كدام از مهاربندها به دست آمد و مورد بررسي و مقايسه قرار گرفت. نتايج نشان مي دهد حلقه ي هيسترزيس مهاربند سه هسته ايي نسبت به مهاربند تك هسته ايي 16/3 % چاق تر و مساحت بيشتري دارد، اين مطلب نمايان گر اين است كه مهاربند سه هسته ايي از ظرفيت جذب و استهلاك انرژي بالاتر و عملكرد لرزه ايي بهتري برخوردار است، همچنين ميرايي در مهاربند سه هسته اي از دريفت 0/25% تا 1% با اختلاف 15/6% ، از دريفت 1% تا1/5% با اختلاف 10/1% و در دريفت 2/5% با اختلاف 8/8% نسبت به مهاربند تك هسنه اي بيشتر مي باشد.

چكيده لاتين :

As a passive control system, braces have an effective role in creating structural resistance to lateral forces such as earthquakes and winds. One of the ways to make the braces more economical is to use their inelastic capacity. Ordinary braces perform well in tension; however they buckle under pressure and exhibit undesirable behavior. This problem can reduce dissipated energy due to lack of plasticity, which plays an important role in cyclic loading such as earthquakes. For this reason, buckling-restrained brace (BRB) have become increasingly popular in different countries. BRBs include yielding steel core and an outer steel hollow section. Although the yielding steel core has a low compressive capacity, its capacity in pressure can be increased by limiting its buckling due to the outer steel hollow section. So far BRBs introduced as mentioned have a single yielding core, however In this paper, in order to improve the seismic behavior of BRBs, buckling-restrained brace with three parallel cores with different yield stress have been suggested and introduced. The buckling braces were made in one and three steel core with the same tensile and compressive capacity. These braces were subjected to cyclic tensile and compressive loads in the laboratory under the ATC-24 loading protocol. Hysteresis cyclic performances of each brace were obtained and examined. The experimental results show that: 1) the hysteresis loop of the 3-core brace is thicker and higher than the 1-core brace, 2) indicating that the three core brace has 16.3% and 8.8% higher energy absorption and damping capacity, respectively compared to that of the single core brace. Furthermore, it has better seismic performance.