مهاربند کمانش تاب BRB چیست؟ صفر تا صد عملکرد تا مزایا و معایب

مقاومت سازه در هنگام زلزله یکی از مسائل مهمی است که همواره مورد توجه مهندسان عمران قرار داشته است. سیستم‌های باربر جانبی مانند مهاربندها به این منظور اجرا می‌شوند. مهاربند کمانش تاب یکی از انواع مهاربندهای همگرا است که در آن از ایجاد کمانش در مهاربند جلوگیری می‌شود. با توجه به عملکرد خوب این سیستم، استفاده از آن در حال گسترش است.

ما در این مقاله از آکادمی عمران به بررسی هر آنچه که لازم است درباره مهاربند کمانش تاب بدانید از تعریف گرفته تا مزایا و معایب آن پرداخیتم. همچنین اجزای این سیستم، کاربرد و نحوه عملکرد آن را توضیح دادیم. با ما همراه باشید.

مهاربند کمانش تاب چیست؟

مهاربندها به عنوان یکی از سیستم‌های باربر جانبی هستند که مهمترین ضعف آن‌ها این است که در صورت وارد شدن نیروی فشاری دچار کمانش می‌شوند. برای جلوگیری از کمانش قاب‌های همگرا قاب‌های مهاربندی کمانش تاب یا به اختصار BRB معرفی می‌شوند که از جدیدترین سیستم‌های باربر جانبی هستند.

قاب‌های مهاربندی کمانش تاب یا کمانش ناپذیر باعث بهبود عملکرد لرزه‌ای قاب‌های مهاربندی همگرا شده و به دلیل داشتن رفتار متقارن در برابر نیروی کششی و فشاری راه مناسبی برای کنترل کمانش مهاربند هستند. به عبارتی در این قاب‌ها به کمک غلاف، از کمانش عضو فشاری جلوگیری می‌شود.

ضوابط طراحی قاب‌های کمانش تاب برای اولین بار در آیین نامه AISC 341-10 در سال 2005 وارد شد. همچنین از سال 1393 نکات اجرایی این قاب‌ها در استاندارد 2800 اضافه گردید. به طور کلی قاب‌های مهاربند کمانش تاب به علت جذب انرژی بالا و تسلیم بودن تحت کشش و فشار دارای عملکرد مناسبی در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد بوده همچنین شکل پذیری خوب و استهلاک انرژی بالایی دارند.

مهاربندهای همگرا ظرفیت کششی بالاتری نسبت به ظرفیت فشاری دارند چرا که ظرفیت مهاربند در فشار به دلیل کمانش کمتر می‌شود. در مهاربند کمانش تاب به علت حذف کمانش از عضو فشاری، بار بحرانی در این عضو تا سطح تسلیم افزایش یافته و رفتار آن در فشار و کشش یکسان می‌شود. در مهاربند کمانش تاب کاهش مقاومت در عضو مهاربند در تمام مدت زلزله به وجود نمی‌آید بلکه چرخه‌های هیسترزیس پایدار تشکیل شده و باعث مستهلک شدن انرژی زلزله می‌گردد. هیسترزیس در واقع وابستگی حالت فعلی یک سیستم به حالت‌های قبلی آن را مشخص می‌کند. به طور کلی از مهاربند کمانش ناپذیر می‌توان در طراحی ساختمان‌های جدید و همینطور مقاوم سازی سازه‌ها استفاده کرد.

تاریخچه مهاربند کمانش تاب

حالا که با تعریف مهاربند کمانش تاب آشنا شدید شاید برایتان جالب باشد که تاریخچه این مهاربند چیست. از دهه 80 میلادی تحقیقات برای بهینه سازی مهاربندها آغاز شد. هدف اصلی بررسی‌ها کنترل کمانش فشاری به وجود آمده در مهاربندها بود.

مهاربندهای کمانش تاب برای اولین بار در سال 1989 میلادی در ژاپن اجرا شده و به علت عملکرد مطلوبی که دارند به مرور استفاده از آن‌ها توسعه یافته است. از طرفی با ورود این سیستم باربر جانبی به آیین‌نامه‌های طراحی استفاده از آن رواج بیشتری پیدا کرده و طراحی آن برای مهندسان راحت‌تر شده است.

طوفان تخفیفی آکادمی عمران تو راهه

مشاهده جزئیات

رفتار مهاربند کمانش ناپذیر

همانطور که در ابتدا گفتیم یکی از مشکلات اساسی کار با مهاربندهای همگرای معمولی، کمانش به وجود آمده به علت اختلاف بین ظرفیت فشاری و کششی این مهاربندها است که سبب از بین رفتن مقاومت در مهاربند تحت بارگذاری چرخه‌ای می‌شود. پس با استفاده از مهاربند کمانش تاب یا کمانش ناپذیر تلاش می‌کنیم تا با استفاده از مکانیزم مناسبی در مقابل ایجاد کمانش فشاری مهاربند مقاومت کنیم.

در مهاربند کمانش تاب با محصور کردن یک هسته فلزی شکل پذیر درون حجمی از بتن که خود در غلافی فلزی قرار گرفته است شرایطی ایجاد می‌شود تا قاب مهاربندی کمانش تاب در چرخه‌های هیسترزیس بدون کاهش مقاومت و سختی بمانند.

اجزای مهاربند کمانش تاب

مهاربند کمانش تاب دارای چهار بخش اصلی است که هر یک را بررسی می‌کنیم.

1) هسته فولادی:

هسته فولادی اصلی ‌ترین بخش از اجزای تشکیل‌ دهنده‌ی مهاربند کمانش تاب یا BRB است. این المان باید طوری طراحی شود که کل نیروی محوری مهاربند یعنی هم کشش و هم فشار محوری ناشی از نیروهای جانبی وارد به سازه را تحمل می‌‌کند. هسته فولادی معمولا با مقطع مستطیلی یا صلیبی طراحی می‌شود.

2) غلاف یا پوشش فولادی:

غلاف فولادی همانطور که در تصویر مشخص است به صورت پوششی برای اجزای مهاربند بوده و نباید هیچ گونه نیروی محوری را تحمل کند. به عبارتی دلیل استفاده از غلاف این است که از کمانش هسته فولادی جلوگیری شده تا امکان جذب انرژی در مهاربند وجود داشته باشد.

3) ماده پر کننده:

در مهاربند کمانش تاب بین هسته و غلاف از ماده پر کننده استفاده می‌شود. در واقع با پوشاندن سر تا سر طول هسته به کمک ماده پر کننده که می‌تواند بتن یا ملات باشد امکان تسلیم هسته فراهم می‌گردد.

بتن و غلاف فولادی علاوه بر اینکه سختی و مقاومت خمشی لازم برای حذف کمانش کلی مهاربند را تامین می‌کنند، باعث جلوگیری از کمانش موضعی هسته نیز می‌شوند.

4) ماده لغزنده یا جداکننده:

در مهاربند کمانش تاب برای اینکه نیروی مهاربندی فقط توسط هسته فولادی تحمل شود لازم است از یک سطح لغزش یا لایه ناپیوستگی بین هسته و ماده پر کننده استفاده شود. در واقع این لایه باید طوری طراحی شود که امکان حرکت نسبی بین هسته فولادی و بتن فراهم شود. چرا که در صورت چسبندگی فولاد و بتن، رفتار مهاربند تغییر کرده و عملکرد مورد نظر را نخواهد داشت.

کاربرد مهاربند کمانش ناپذیر

از آنجایی که مهاربندهای کمانش تاب نوعی از مهاربندهای همگرا هستند می‌توان آن را در کلیه سازه‌هایی که در آن‌ها از مهاربند استفاده می‌شود اجرا نمود. برای اتصال این مهاربند می‌توان از روش‌های مختلفی مانند قطری، 7، 8 یا X در دو طبقه از ساختمان استفاده کرد. این تنوع در نحوه اتصال باعث شده تا بتوان از این مهاربند در بسیاری از پروژه‌ها از پل گرفته تا سازه‌های فلزی و بتنی استفاده کرد. از طرفی مهاربند کمانش تاب هم از نظر فنی و هم اقتصادی می‌تواند جایگزین مهاربندهای معمولی یا دیگر سیستم‌های باربر جانبی مانند دیوار برشی شود.

مزایا و معایب مهاربند کمانش تاب

با توجه به کارایی این سیستم و در عین حال جدیدتر بودن آن نسبت به روش‌های سنتی در ادامه به بررسی مزایا و معایب مهاربند کمانش تاب می‌پردازیم.

• کاهش حجم مصالح مصرفی در اعضای سازه
• نصب سریع و آسان به علت پیش ساخته بودن
• امکان اجرا در سازه‌های فولادی و بتن آرمه
• مقاومت در برابر شرایط جوی مختلف و تاثیرناپذیری از آن
• بالا بردن شکل پذیری و قابلیت اطمینان سازه در هنگام زلزله
• قابلیت تنظیم مقاومت و سختی مهاربند
• آسیب نرساندن به اعضای غیر سازه‌ای
• مدلسازی آسان به کمک نرم افزار
• دارای قابلیت تعویض بعد از زلزله‌های شدید

در انحصار شرکت­‌های خصوصی هستند.

در صورت استفاده از فولادی که دارای بازه مقاومتی زیادی است، نیروهای اضافه‌ای به سازه وارد می‌شود.

نصب مهاربند کمانش تاب نیازمند دقت بالایی است.

جمع بندی

مهاربند کمانش تاب یکی از جدیدترین سیستم‌های باربر جانبی است که استفاده از آن با توجه به مزایایی که دارد در حال توسعه است. اطلاع از کاربرد این مهاربند و اجزای آن برای فهم بهتر عملکرد مهاربند کمانش تاب ضروری به نظر می‌رسد که در این مقاله به طور کامل آن را بررسی کردیم.

در انتهای این مقاله امیدواریم به خوبی با مفهوم مهاربند کمانش تاب یا کمانش ناپذیر آشنا شده باشید. در صورتی که در این مورد سوالی دارید می‌توانید آن را در بخش دیدگاه با ما به اشتراک بگذارید.

مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران

مشاهده مسیر یادگیری