طراحی قاب های فولادی با مهاربندی خارج از مرکز

قاب های فولادی مهاربندی شده کاربرد روز افزونی در ساخت و سازهای صنعتی و ساختمانی دارند. در سال های اخیر تحقیقات فراوانی از نقطه نظر عملکرد و رفتار این نوع سازه ها در حالت های الاستیک و غیرالاستیک انجام شده است. نتایج حاصل در بهبود ضوابط طراحی و چگونگی اجرای آنها مؤثر بوده است.

در این نوع قاب ها، مهاربند با خروج از مرکزیت نسبت به محل اتصال تیر و ستون قرار داده می شود و قطعه ای از تیر که مابین دو مهاربند و یا یک مهاربند و ستون قرار دارد، بنام عضو پیوند (Link) شناخته می شود. این عضو همانند یک فیوز شکل پذیر جهت جلوگیری از خرابی کل سازه عمل می کند.

رفتار شکل پذیر پیوندها تحت اثر زلزله باعث می شود تا خرابی سازه بر روی این عضو متمرکز شود و سایر قسمت های سازه از جمله اعضای مهاربندها، ستون ها به هنگام وقوع زلزله ای شدید در محدوده الاستیک باقی بمانند. سختی جانبی EBF ها عمدتاً تابع نسبت طول پیوند به طول تیر است. هر قدر طول پیوند کوتاهتر باشد قاب سختر خواهد بود. سختی چنین سیستمی با میل کردن طول پیوند به مقدار صفر به سختی قاب با مهاربند هم مرکز نزدیک خواهد شد.

قاب های فولادی با مهاربندهای خارج از مرکز

هدف اصلی در طرح سیستم های EBF این است که اعضای خارج از پیوند در محدوده الاستیک باقی بمانند. البته می توان پیش بینی کرد عضو پیوند در بارگذاری نهائی دچار تغییر شکل های غیرالاستیک به همراه اتلاف انرژی و شکل پذیری بالا خواهد شد. اکثر ضوابط آیین نامه ای در طرح EBF ها برای اطمینان از این موضوع است که مهاربندها، تیرها، ستون ها و اتصالات در محدوده الاستیک باقی بمانند و فقط اعضای پیوند به شکل پایدار وارد محدوده غیرالاستیک شوند. مهندسان سازه در طرح EBF اغلب با سه عامل مهم مواجه اند که شامل موارد زیر است.

• پیکربندی مهاربندها
• طول پیوندها
• مشخصات هندسی پیوندها

اگر سه عامل فوق به شکل منطقی در نظر گرفته شده باشند طرح اجزاء باقیمانده قاب تأثیری بر سه پارامتر فوق نخواهند داشت. حدس اولیه مناسب برای اعضاء مهاربند و ستون ها امکان پذیر است. بعد از اینکه پیکربندی و اندازه اولیه اعضاء مشخص شد جهت تحلیل الاستیک سازه و توزیع نیروها مابین اعضاء از برنامه های کامپیوتری موجود استفاده می شود.

در ویرایش های جدید برنامه هایی نظیر ETABS علاوه بر امکان مدلسازی و طرح قاب های EBF، امکان تحلیل غیرخطی استاتیکی (Over-Push) وجود دارد. همچنین به منظور درک بهتر رفتار شکل پذیر قاب EBF و چگونگی تشکیل مفاصل پلاستیک (برشی) در عضو پیوند، از برنامه تحلیل اجزاء محدود ABAQUS استفاده شده است.