معرفی مهاربند کمانش تاب (BRB)
مهاربند کمانش تاب (BRB) با جلوگیری از کمانش، جذب انرژی بالا و عملکرد بهبود یافته در زلزله، بهینه سازی مقاومت سازه ها را فراهم میکند. نوآوریهای اخیر نیز بهبودهای بیشتری داشته‌اند.
- تعریف مهاربند کمانشتاب (BRB)
- اجزای اصلی BRB
- دلیل پیدایش BRB
- عملکرد BRB در زلزله
- مقایسه BRB با مهاربندهای سنتی
- نوآوریهای جدید در BRB
مهاربند کمانش تاب BRB موضوعی است که در این مقاله قصد داریم به بررسی آن که یکی از مهم‌ترین اجزای مقاوم‌سازی سازهها در برابر زلزله است بپردازیم. در این مطلب ابتدا به تعریف مهاربند کمانش تاب BRB می‌پردازیم و دلایل پیدایش آن را بررسی می‌کنیم. سپس اجزا و نحوه عملکرد آن در زلزله‌ها را بررسی کرده و مقایسه‌ای با مهاربندهای سنتی خواهیم داشت. همچنین به آخرین پیشرفت‌ها و نوآوری‌ها در طراحی و مواد استفاده شده در مهاربند کمانش تاب BRB، از جمله مواد سیمانی با چقرمگی بالا و آلیاژهای حافظه‌دار اشاره می‌کنیم. در انتها، به شما کمک خواهیم کرد تا اهمیت استفاده از این مهاربندها را در سازه‌های خود درک کنید.
چرا باید این مقاله را بخوانید؟
در این مقاله به سوالات زیر پاسخ داده خواهد شد، که دانستن پاسخ آنها برای هر مهندس عمران ضروری است:
- مهاربند کمانش تاب چیست؟
- چرا مهاربند کمانش تاب BRB توسعه یافت؟
- اجزای اصلی مهاربند کمانشتاب چیست؟
- عملکرد BRB در برابر زلزله چگونه است؟
- تفاوت بین مهاربندهای کمانش تاب و سنتی در چیست؟
مهاربند کمانش تاب BRB چیست؟
مهاربند کمانش تاب (Buckling Restrained Brace) نوعی سیستم مهاربندی است که برای کنترل نوسانات و نیروهای لرزهای در سازهها طراحی شده است. این مهاربند برخلاف مهاربندهای سنتی از کمانش جلوگیری میکند، به این معنا که در هنگام تحت فشار قرار گرفتن، به جای خم شدن و کاهش کارایی، به خوبی نیروهای فشاری و کششی را جذب کرده و در برابر زلزله مقاومت میکند.
این مهاربندها معمولاً شامل یک هسته فولادی هستند که توسط یک غلاف مقاوم به کمانش احاطه شده است. این غلاف به هسته اجازه می‌دهد که تحت فشارهای زیاد، بدون خمیدگی و ترک‌خوردگی باقی بماند. مهاربندهای کمانش تاب (BRB) به دلیل توانایی بالای جذب انرژی و رفتار هیسترزیس پایدار، به‌عنوان یکی از بهترین گزینه‌ها برای مقاوم‌سازی سازهها در برابر زلزله شناخته می‌شوند.
دلیل پیدایش مهاربند کمانش تاب (BRB)
پیش از معرفی BRB، مهاربندهای سنتی در هنگام مواجهه با نیروهای فشاری ناشی از زلزله دچار کمانش می‌شدند. این پدیده باعث کاهش شدید ظرفیت باربری سازه و افزایش خرابی می‌شد. برای رفع این مشکل، مهندسان به دنبال راه‌حلی بودند که بتواند رفتار کششی و فشاری مصالح را به صورت متعادل مدیریت کند و از کمانش جلوگیری کند.
پیدایش مهاربند کمانش تاب (BRB)، به عنوان یک نوآوری در دهه‌های اخیر، توانست این مشکل را به‌طور کامل حل کند. این مهاربند با داشتن یک غلاف مقاوم، عملکردی همگن در شرایط فشار و کشش ایجاد میکند و از کاهش ناگهانی سختی جلوگیری میکند. این ویژگی باعث شده است تا BRB به یکی از اصلی‌ترین اجزای سیستم‌های مقاوم لرزهای تبدیل شود.
اجزای مهاربندهای کمانش تاب (BRB)
مهاربند کمانشتاب از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:
- هسته فولادی: که نیروی کششی و فشاری را تحمل میکند.
- غلاف مقاوم به کمانش: که معمولاً از موادی مانند بتن یا فولاد ساخته می‌شود و هسته را در برابر نیروهای فشاری محافظت میکند.
- لایه جداکننده: که هسته فولادی را از غلاف جدا کرده و از انتقال مستقیم نیروهای جانبی جلوگیری میکند.
- اتصالات انتهایی: که وظیفه انتقال نیروهای لرزهای به مهاربند و سپس به سازه اصلی را دارند.
ترکیب این اجزا به مهاربند اجازه می‌دهد تا در طول زلزله بدون کمانش عمل کرده و رفتار پایدار داشته باشد.
رفتار مهاربند کمانش تاب در زلزله
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های مهاربند کمانش تاب (BRB)، توانایی آن در حفظ رفتار پایدار در برابر بارهای چرخه‌ای و لرزهای است. در آزمایش‌های انجام‌شده، مشخص شده است که این مهاربند می‌تواند انرژی زیادی را بدون کمانش و کاهش سختی جذب کند. در حقیقت، مهاربندهای BRB به دلیل طراحی ویژه خود، در برابر بارهای رفت‌وبرگشتی لرزهای عملکرد بسیار خوبی دارند و از تغییر شکل‌های بزرگ جلوگیری می‌کنند.
در تحقیقات اخیر، استفاده از بتن الیافی با عملکرد بالا (UHPFRC) و ترکیبات سیمانی با چقرمگی بسیار بالا (UHTCC) به عنوان غلاف مقاوم به کمانش باعث بهبود عملکرد لرزهای BRBs شده است. این مواد باعث افزایش ظرفیت باربری و کاهش آسیب‌های ناشی از زلزله می‌شوند.
مقایسه مهاربندهای سنتی و کمانش تاب
در مقایسه با مهاربندهای سنتی، مهاربند کمانشتاب مزایای زیر را دارد:
- جلوگیری از کمانش: مهاربندهای سنتی در مواجهه با نیروهای فشاری دچار کمانش می‌شوند، در حالی که BRB با غلاف مقاوم خود از این مشکل جلوگیری میکند.
- افزایش جذب انرژی: BRB به دلیل رفتار هیسترزیس پایدار و ظرفیت بالای جذب انرژی، عملکرد بهتری در برابر زلزله دارد.
- بهبود عملکرد چرخه‌ای: استفاده از مواد نوآورانه مانند UHTCC و UHPFRC باعث افزایش عمر و بهبود عملکرد چرخه‌ای BRB می‌شود.
- وزن کمتر: طراحیهای جدید با استفاده از هستههای فولادی توخالی وزن BRB را کاهش داده‌اند، بدون اینکه بر کارایی تأثیر منفی بگذارد.
مزیت مهاربندهای کمانش تاب (BRB) نسبت مهاربندهای همگرا و واگرای ویژه چیست؟
مهاربندهای کمانش تاب (BRB) نسبت به مهاربندهای همگرا (CBF) و مهاربندهای واگرای ویژه (EBF) مزایای متعددی دارند:
جلوگیری از کمانش در مهاربند های کمانش تاب
مهاربندهای همگرا و واگرا تحت فشار دچار کمانش می‌شوند که منجر به کاهش سختی و مقاومت می‌شود. در مقابل، BRB به دلیل طراحی خاص خود، از کمانش جلوگیری کرده و عملکردی پایدارتر دارد.
ظرفیت جذب انرژی بالاتر در مهاربندهای کمانش تاب
BRBها به دلیل رفتار هیسترزیس متقارن در بارهای فشاری و کششی، می‌توانند انرژی لرزهای بیشتری را نسبت به CBF و EBF جذب کنند، که به افزایش مقاومت لرزهای سازه کمک میکند.
عملکرد لرزهای بهتر در BRB
BRBها به دلیل رفتار غیرکمانشی و مقاومت یکنواخت در چرخه‌های بارگذاری، عملکرد بهتری در برابر زلزله دارند. این ویژگی به‌ویژه در زلزله‌های قوی که چرخه‌های بارگذاری زیاد است، اهمیت پیدا میکند.
پایداری در تغییر شکل‌های بزرگ
در حالی که مهاربندهای همگرا و واگرا تحت تغییر شکل‌های بزرگ آسیب‌پذیر هستند، BRB می‌تواند در بارهای چرخه‌ای بزرگ بدون کاهش کارایی عمل کند.
کنترل بهتر جابجایی طبقه‌ها توسط مهاربند های BRB
مهاربند کمانش تاب (BRB) به دلیل جذب انرژی بالا و عملکرد پایدار، نسبت جابجایی طبقه‌ها را بهتر کنترل می‌کنند و سازه در برابر تغییر شکل‌های زیاد بهتر مقاومت میکند.
در کل، BRBها نسبت به مهاربندهای همگرا و واگرا به خصوص در شرایط زلزله‌های شدید، عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند و ایمنی و پایداری سازه را بیشتر تضمین می‌کنند.
منظور از شکل‌پذیری غیرارتجاعی تجمعی مهاربند چیست؟
شکل پذیری غیرارتجاعی تجمعی یک ویژگی مهم در سیستم‌های مهاربندی مانند مهاربند کمانش تاب (BRB) است و به توانایی مهاربند برای تحمل تغییر شکل‌های پلاستیک بدون کاهش قابل توجه مقاومت اشاره دارد. این ویژگی بیانگر این است که مهاربند می‌تواند تحت بارهای رفت و برگشتی بزرگ و تغییر شکل های چرخه‌ای ناشی از زلزله، به طور مکرر وارد ناحیه پلاستیک (ناحیه غیرارتجاعی) شود و همچنان عملکرد مطلوبی داشته باشد.
تجمعی بودن شکل پذیری غیرارتجاعی به این معناست که مهاربند قادر است در طول زلزله‌های طولانی مدت یا چندین چرخه بارگذاری، تغییر شکل‌های زیادی را بدون شکست یا آسیب جدی تحمل کند. این تجمع تغییر شکل‌ها در چرخه‌های بارگذاری و تخلیه مکرر باعث کاهش سختی نمی‌شود و مهاربند به جذب انرژی ادامه می‌دهد. در واقع، شکل‌پذیری غیرارتجاعی تجمعی معیار مهمی برای ارزیابی دوام و کارایی مهاربند در برابر نیروهای لرزهای است. مهاربندی که شکل‌پذیری غیرارتجاعی تجمعی بالایی دارد، می‌تواند بارهای لرزهای شدید را بدون فروپاشی یا کاهش کارایی تحمل کند و آسیب‌پذیری سازه را کاهش دهد.
در مهاربندهای کمانش تاب (BRB)، این ویژگی به‌واسطه جلوگیری از کمانش و حفظ رفتار پایدار در برابر نیروهای فشاری و کششی به خوبی تامین می‌شود، که BRB را به یک گزینه مناسب برای بهبود شکل‌پذیری غیرارتجاعی تجمعی سازه تبدیل میکند.
نوآوری‌ها و تحقیقات اخیر در BRBها
تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که استفاده از مواد جدید مانند آلیاژهای حافظه‌دار و هستههای فولادی چندلایه، بهبودهای قابل توجهی در رفتار BRB ایجاد کرده‌اند. سیستم‌های هیبریدی که BRBها را با این مواد ترکیب می‌کنند، توانسته‌اند نسبت جابه‌جایی طبقه‌ها را به طور قابل توجهی کاهش دهند و عملکرد لرزهای سازه را بهبود بخشند.
به عنوان مثال، مهاربندهای کمانش تاب بهبود یافته با UHTCC توسط تانگ و همکاران در سال 2024 نشان داده است که ظرفیت باربری 13 درصد افزایش یافته و ترک‌ها با تأخیر بیشتری شروع می‌شوند. همچنین، BRBهایی با چندین هسته فولادی که توسط ژانگ و همکاران معرفی شده‌اند، وزن و استحکام را بهینه کرده و ظرفیت اتلاف انرژی بهتری را فراهم کرده‌اند.
نتیجه‌گیری
مهاربندهای کمانشتاب (BRB) یکی از بهترین گزینه‌ها برای افزایش مقاومت سازهها در برابر زلزله هستند. با توجه به مزایای متعدد آنها از جمله جلوگیری از کمانش، افزایش جذب انرژی و بهبود رفتار چرخه‌ای، این مهاربندها به سرعت در صنعت ساختمان جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. همچنین، استفاده از مواد نوین و طراحیهای هیبریدی BRBها را به یک ابزار اساسی برای مقاوم سازی لرزهای تبدیل کرده است.
لطفا به این مطلب امتیاز دهید
0%
امتیاز این مطلب بر اساس نظر کاربران
