مهاربندهای کمانش ناپذیر
یکی از مشکلات مهمی که در مهاربندهای معمولی در هنگام زلزله رخ می‌دهد، مسئله کمانش عضو فشاری است. در واقع در هنگام زلزله به تدریج طول مهاربند افزایش ماندگار یافته و در برگشت این افزایش طول غیرالاستیک منجر به کمانش زودرس مهاربند میشود. در سیکل‌های بعدی مقاومتی دیر هنگام ازخود نشان می‌دهد و این باعث جذب بیشتر انرژی در اعضا و اتصالات غیر قابل تعویض قاب خمشی و همچنین افزایش بیشتر تغییر مکان جانبی سازه میشود.
سیستم مهاربندهای کمانش ناپذیر
این سیستم به دلیل جلوگیری از کمانش بادبند، قابلیت جذب انرژی بسیار بیشتری را نسبت به سیستم‌های رایج بادبندهای همگرا دارد. این سیستم از یک غلاف و یک هسته فلزی تشکیل‌شده است. هسته فلزی در برابر نیروی محوری وارد شده مقاومت می‌کند و سختی خمشی غلاف نیز مانع از کمانش هسته میشود.
مبانی اصلی عملکرد این میراگر، جلوگیری از وقوع کمانش هسته فولادی به منظور امکان وقوع پدیده تسلیم فشاری در آن و در نتیجه امکان جذب انرژی در این عضو از سازه است.
در این سیستم نیاز به فراهم آوردن یک سطح لغزش یا لایه ناپیوستگی بین هسته فلزی و بتن محصورکننده وجود دارد. سطح مقطع هسته فولادی در دو انتهای بادبند که خارج از غلاف فولادی بوده، برای اطمینان جهت عدم کمانش بیشتر است. هدف از این امر آن است که نیروی مهاربندی فقط توسط هسته فولادی تحمل شود.
طراحی سیستم مهاربند کمانش ناپذیر
مصالح و هندسه لایه لغزشی مذکور باید به گونه‌ای طراحی شود که امکان حرکت نسبی بین هسته فولادی و بتن که به سبب وجود برش و اثر پواسون ایجاد می گردد، فراهم شود و در نتیجه ضمن جلوگیری از کمانش موضعی هسته، امکان تسلیم آن در حالت بارگذاری فشاری فراهم شود. بتن و محفظه لوله‌ای شکل فولادی سختی و مقاومت خمشی لازم را برای جلوگیری از کمانش کلی مهاربند فراهم می‌آورد. امکان تحمل بار توسط هسته فولادی را تا حد تسلیم، بدون آن که کاهشی در سختی و مقاومت مهاربند طی چرخه‌های بارگذاری ایجاد شود، فراهم می‌آورد. همچنین بتن و محفظه فولادی از کمانش موضعی هسته جلوگیری می‌کند. رفتار چرخه‌ای غیر الاستیک این مهاربندها با انجام آزمایش‌های زیادی بررسی شده است. این آزمایش‌ها که با مطالعات اجزا محدود نیز همخوانی داشت، نشان داد که برخلاف مهاربندهای معمول، چرخه‌های هیستریسیس پایدار در کشش و فشار حاصل شده و در نتیجه ظرفیت بالایی برای جذب انرژی زلزله در سازه ایجاد میشود.
مقایسه مهاربند معمولی با مهاربند کمانش ناپذیر
برخلاف مهاربندهای معمولی، مهاربندهای کمانش ناپذیر قادر به حصول رفتار چرخه‌ای هیسترتیک پایدار و متعادل و شکل پذیری قابل توجه همساز با تسلیم شدگی فشاری است. مشخصه بار، تغییر شکل اعضا پایدار است و عضو قادر است بار فشاری را تا حد مقاومت تسلیم کششی تحمل کند. نوعی از مهاربندهای کمانش ناپذیر شامل یک عضو فولادی تسلیم شونده مرکزی که متحمل تمام بار محوری و در فشار و کشش در وضعیت تسلیم شدگی است.
برای جلوگیری از کمانش تحت فشار، هسته فولادی داخل غلاف فولادی که با بتن یا هر پرکننده پر و باید بین هسته و مصالح پرکننده چسبندگی وجود نداشته باشد. ضریب اصلاح پاسخ با در نظر گرفتن شکل پذیری، مقاومت افزون سازه و تفاوت در سطح تنش‌های طراحی محاسبه میشود. ضرایب مقاومت افزون، شکل پذیری و اصلاح پاسخ با افزایش ارتفاع ساختمان کاهش می‌یابد. ملاحظه شد که ضریب اصلاح پاسخ، بستگی به نوع پیکره بندی مهاربندی دارد. می‌توان پی برد ضریب مقاومت افزون در صورت افزایش تعداد طبقات بشدت کاهش می‌ابد. تحلیل الاستیک سازه تحت زلزله می‌تواند نیروی برش پایه و تنش که خیلی بزرگتر از پاسخ واقعی سازه است را ایجاد می‌کند. سازه می‌تواند هنگامی که وارد ناحیه غیر خطی شود بسیاری از انرژی زلزله را جذب و مقاومت نماید.
به منظور جلوگیری از کمانش در فشار، هسته فلزی درون یک غلاف فلزی که با بتن یا ملات پرشده است قرار می‌گیرد. قبل از پر کردن غلاف با بتن، مقداری ماده جداکننده یا خلا بین هسته فلزی و ملات قرار می‌گیرد تا انتقال نیروی محوری را از هسته فلزی به پوشش بتنی جلوگیری کند و یا آن را به حداقل برساند. اثر ضریب پواسون نیز باعث میشود تا هسته فلزی در فشار منبسط شده و این موضوع ایجاب می‌کند تا این فاصله لازم فراهم شود.
امروزه استفاده از میرا کننده‌های انرژی در سازه به منظور اتلاف انرژی زلزله مورد توجه فراوان قرار گرفته است. مزیت اصلی استفاده از میراگرها، جذب انرژی زلزله در اجزایی مجزا از قاب سازه است. این امر منجر به کاهش آسیب‌های سازه اصلی در هنگام وقوع زلزله میشود. در میان انواع مختلف میراگرها، میراگرهای هیسترزیس به دلیل هزینه کم، قابلیت اطمینان بالا و فقدان اجزای مکانیکی در آن از جایگاه ویژه‌ای برخوردار هستند.
استفاده از سیستم‌های غیرفعال اتلاف انرژی روش مؤثر در کاستن از اثرات زلزله در ساختمان‌ها است. نقش عملی این سیستم‌ها اضافه نمودن میرایی ساختمان‌ها و به تبع آن کاهش دامنه تغییر مکان‌ها و نیروهای ناشی از اثرات زلزله در سازه است.
امروزه ثابت شده که طراحی سازه‌ها به صورتی که برای مقابله با زلزله‌های شدید رفتار کاملاً الاستیک داشته باشند، از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست. در نتیجه در طراحی سازه‌ها از روش‌هایی مانند کنترل غیرفعال سازه‌ها در برابر زلزله استفاده میشود.
در این روش، برخی اعضای سازه‌ای خسارت‌هایی را در هنگام زلزله‌های شدید متقبل می‌شوند تا بدین وسیله تلاش‌های وارد بر اعضای اصلی سازه مانند ستون‌ها کاهش یافته و از این طریق سازه از آسیب‌های عمده در امان بماند. این سیستم به دلیل جلوگیری از کمانش بادبند، قابلیت جذب انرژی بسیار بیشتری را نسبت به سیستم‌های رایج بادبندهای همگرا دارد.
کاربرد بادبند کمانش ناپذیر و دیوار برشی در مقاوم سازی ساختمان بتنی موجود
ساختمان‌های آسیب پذیر و مقاوم سازی آنها از مسائل مهم برای مناطق زلزله خیز هستند. در دهه‌های اخیر مطالعات روی بهسازی و مقاوم سازی سازه‌های گوناگون شده است. اكثر این روش‌ها مستلزم وقفه در بهره برداری به منظور اتمام عملیات مقاوم سازی هستند. روش‌های زیادی همچون اضافه كردن اجزای سازه‌ای (دیوار برشی فولادی و بتنی، بادبندهای فولادی و بادبندهای كمانش ناپذیر)، تقویت اعضای سازه‌ای ضعیف و تغییر كاربری سازه را می‌توان برای بهبود عملكرد لرزه‌ای سازه نام برد. در پاسخ به بسیاری از مسائل عملی و ملاحظات اقتصادی، مهندسان معمولاً از قاب‌های بادبندی شده‌ی همگرای كمانش ناپذیر به عنوان سامانه‌ی مقاوم در برابر بارهای جانبی در طول یك زمین لرزه استفاده می‌كنند. این نوع بادبندها باعث افزایش سختی ومقاومت در سازه‌های بتنی می‌شوند.
كاربرد ورق‌های پلی اتیلنی در مهاربندهای كمانش ناپذیر
در مهاربندهای كمانش ناپذیر رایج، پوسته بادبندهای كمانش ناپذیر كه وظیفه آن جلوگیری از كمانش بادبند است، غالباً بتن یا ملاتی است كه در داخل غلاف فولادی ریخته شده و مشكلاتی مانند سنگینی پوسته بتنی، آماده كردن قالب، مشكلات بتن ریزی، مدت زمان لازم برای نگهداری و مراقبت از بتن در سنین اولیه، حمل و نقل و مشكلات عدیده اجرائی دیگر را دارد.
از ورق‌های پلی اتیلنی می‌توان به عنوان پوسته یا عامل جلوگیری از كمانش بادبند، به جای پوسته بتنی و غلاف فولادی استفاده نمود. همچنین می‌توان از آنها در تقویت سازه‌های موجود در جهت افزایش توان بابری بادبندهای نصب شده، استفاده كرد. سبكی، اقتصادی بودن، امكان نصب سریع، كاهش شدید مشكلات اجرا، عدم نیاز به قالب بندی و صرفه جوئی در زمان به علت عدم نیاز به دوره مراقبت از بتن از مزایای این نوآوری محسوب میشود.
