رفتار لرزه ای قاب های مهاربندی شده کمانش ناپذیر

یکی از متداول ترین سیستم ها برای مقابله با بارهای لرزه ای در سازه های فولادی، مهاربندی همگرا است که استفاده از آن به دلایل اقتصادی و طراحی و اجرای آسان رواج روز افزونی یافته است. تمایل مهندسان به استفاده از این سیستم و خسارت های غیر منتظره ای که در جریان آن به قاب های خمشی فولادی وارد آمد، به طور چشمگیری در سراسر جهان افزایش یافته است.گرچه پس از تحقیقات گسترده درباره علت های این خسارت ها، راه حل های مناسبی برای بر طرف ساختن مشکلات قاب های خمشی وجود دارد، اما با وجود این، از پیشنهاد کاربرد مهاربندهای همگرا کاسته نشده است.

رفتار چرخه ای مهاربندهای متداول به دلیل کمانش مهاربند در فشار، بسیار نامنظم و ناپایدار بوده و زوال زیادی را در مقاومت نشان می دهد. به دلیل رفتار چرخه ای پیچیده این مهاربندها، توزیع واقعی نیروهای داخلی و تغییرشکل ها در قاب های مهاربندی شده با آنچه که به وسیله روش های متداول طراحی پیش بینی می شود، بسیار متفاوت است. از سوی دیگر ملاحظات اجرایی معمولاً به طرح هایی منجر می شود که در آنها ظرفیت مهاربندهایی که برای برخی طبقات انتخاب شده بسیار بیشتر از نیاز لرزه ای آنها است. در حالی که در طبقات دیگر، ظرفیت مهاربندها به نیاز لرزه ای آنها بسیار نزدیک است.

این دو عامل به همراه کاهش شدید مقاومت مهاربندها در مرحله پس کمانشی، باعث تمرکز خسارت در برخی از طبقات و در نتیجه افزایش نیاز لرزه ای مهاربندها و اتصالات آنها در طبقات مذکور می شود. چنین نیاز لرزه ای معمولاً در طراحی سازه پیش بینی نشده و در اکثر موارد بیش از ظرفیت لرزه ای مهاربندها و اتصالات آنها است.

در حال حاضر مهم ترین نگرانی در باره مهاربندهای متداول گسیختگی آنها بر اثر خستگی سیکل کم است.گسیختگی مهاربندهای متداول بر اثر خستگی، در زمین لرزه های گذشته و در آزمایش ها بسیار مشاهده شده است. مطالعات گذشته نشان داده است که احتمال فروریزش قاب های مهاربندی شده همگرای متداول در زمین لرزه هایی با احتمال وقوع 2 درصد در 50 سال، به دلیل گسیختگی مهاربندها بر اثر خستگی، بیشتر است.

در دو دهه گذشته تلاش های زیادی برای ارتقای عملکرد لرزه ای قاب های مهاربندی شده همگرا انجام شده که مهم ترین آنها ایجاد سیستم مهاربندی کمانش ناپذیر است. در این سیستم از مهاربندهای ویژه ای استفاده می شود که در فشار کمانش نمی کنند. این مهاربندها که مهاربندهای کمانش ناپذیر یا کمانش تاب نامیده می شوند، می توانند هم در کشش و هم در فشار (بدون کمانش) جاری شوند.

استفاده از مهاربندهای کمانش تاب به جای مهاربندهای متداول، علاوه بر بهبود عملکرد لرزه ای سازه، موجب صرفه جویی قابل ملاحظه ای در هزینه های ساخت می شود. عوامل فوق موجب شده که تمایل به استفاده از این مهاربندها در ساخت و سازها افزایش روز افزونی یابد. پیش بینی می شود که این سیستم در آینده سهم زیادی از ساخت و سازها را به خود اختصاص دهد.