وبلاگ

از جمله سیستم های مقاوم در برابر بار جانبی، قابهای مهار بندی شده هم محور می باشد.  درصورتیکه اتصال  بین اعضای مختلف این نوع قاب به صورت مفصلی باشد از آن با نام قاب ساده (قاب مفصلی) با مهار بندی هم محور نام برده می شود. در قابهای با مهار بندی هم محور، محور تیرها ستونها و اعضای مهاری در یک نقطه مشترک با هم تلاقی می کنند. هسته مقاوم خرپایی یا شبکه مقاوم خرپایی عامل پایداری سیستم قاب ساده می باشد. ملزومات تشکیل شبکه خرپایی عناصر قائم یا همان ستون ها، عناصر قطری مورب یا همان مهار بندها و تیرها اگر سیستم مهار بندی دارای مهار بندی هایی باشد که با تیر اندر کنش دارند مانند سیتم مهار بندی هفتی وهشتی می باشد. در این نوع از قاب ها اعضای مقاوم در برابر بارهای جانبی، نیروی جانبی را از طریق عملکرد محوری اعضاء به زمین انتقال می دهند و به دلیل همین عملکرد محوری اعضاء این نوع از قاب ها دارای سختی زیاد و تغییر مکان کم می باشند.
مهار بندهای هم محور به طور گستردهای جهت تأمین سختی و مقاومت در ساختمانهای کوتاه و متوسط جهت مقاومت در برابر باد و زلزله به کار می روند. جهت پاسخهای لرزه ای مناسب این مهار بندها باید به گونه ای طراحی شوند که به مقاومت و شکل پذیری مناسبی دست یابند. در روشی که سازگار با فلسفه طراحی لرزه ای مقاوم می باشد توقع بر پاسخهای غیر الاستیک در مهار بندهای هم محور در خلال زلزله های شدید می باشد. طراحی مهاربندهای قطری هم محور باید به نحوی  باشد که توانایی تحمل تغییر شکلهای پلاستیک و قابلیت اتلاف انرژی در حالتی پایدار به صورت کمانش در فشار و تسلیم در کشش را داشته باشد. طراحی صحیح به نحوی می باشد که اطمینان حاصل شود که تغییر شکلهای پلاستیک تنها در مهار بندها اتفاق می افتد و اتصالات هیچ گونه آسیبی نمی بینند. بنابراین اجازه داده می شود که سازه قادر به تحمل زمین لرزه های قوی بدون از دست دادن مقاومت ثقلی خود باشد. زلزله های گذشته نشان داده است که رفتار شرح داده شده تحقق پیدا نخواهد کرد مگر آنکه قابهای مهار بندی و اتصالات آنها به طور صحیح طراحی شوند.
 
 
 
 
مهار بندهای هم محور مطابق شکل (1-1) به شکل ضربدری، قطری، K، هفتی (شورن) و هشتی (شورن) می باشند.

• انواع مهار بندهای هم محور

 
مطابق آئین نامه 2800 ایران ]1[، استفاده از مهاربندهای هم محور در ساختمانهای تا ارتفاع 50 متر، در قابهای با اتصالات مفصلی و برای ساختمانهای بلندتر در قابهای مختلط مجاز می باشد. سهولت اجرا و هزینه های پائین اتصالات مفصلی  نسبت به اتصالات گیردار  موجب استفاده افزون تر این نوع از مهاربندی ها به عنوان عناصر مقاوم در برابر بارهای جانبی شده است.  پائین بودن میزان مصرف فولاد در هر متر مربع این سازه ها در مقایسه با سازه های خمشی از دیگر مزیت آنها است. بعلاوه حساسیت کمتر این قابها به میزان و کیفیت جوش یکی دیگر از محاسن این قابها نسبت به سازه های قاب خمشی است.
در کنار محاسن سازه های با مهاربندی هم محور باید از شکل پذیری کم آنها در مقایسه با سازه های قاب خمشی، به عنوان نقطه ضعف اصلی این نوع از قابها یاد کرد. سیستم مهار بندی هم محور با تحریک جانبی تغییر شکل می دهد در این حالت یکی از قطرها در فشار قرار می گیرد و در خلال زلزله با افزایش سطح انرژی وارد بر سیستم زمانیکه نیرو در قطری تحت فشار به حدود R برابر نیروی زمان طراحی می رسد این المان دچار تسلیم و کمانش می شود. با تشکیل مفصل پلاستیک روی این عضو سختی و ظرفیت باربری آن کاهش می یابد، زمانیکه  در سیکلهای بعدی این المان مجدداً در فشار قرار می گیرد به دلیل آسیبهای ایجاد شده قبلی و کاهش سختی و مقاومت ناشی از آن دچار کمانش بیشتری می شود و تغییر شکلهای خمیری در محل مفصل پلاستیک ایجاد شده تشدید می گردد. براساس تستهای بار گذاری لرزه ای سیستم های مهاربندی هم محور عنوان می شود سختی و مقاومت این مهاربندها پس از چند سیکل سنگین بارگذاری لرزه ای به 25% تا 35% شرایط اولیه تنزل می یابد. با استناد به موارد مشروح اگرچه مهاربندهای هم محور تحت بارهای نه چندان بزرگ و در محدوده جابه جایی های کوچک مقاومت مناسبی از خود نشان می دهند ولی در بارگذاریهای سنگین لرزه ای استعداد زیادی به کمانش و ناپایداری دارند.  به عبارتی قابلیت اعتماد پذیری لرزه ای آنها مناسب نمی باشد. شکل پذیری از رفتار غیر الاستیک اعضا و اتصالات سازه حاصل می شود. رفتار غیر الاستیک در سازه های خمشی با تسلیم شدن دورترین تارمقطع شروع شده و تا تشکیل کامل مفصل پلاستیک ادامه پیدا می کند. تشکیل مفاصل پلاستیک در نقاط مختلف سازه موجب جذب انرژی و تامین شکل پذیری سازه می گردد. در مقابل در سازه های با مهار بندی هم محور انتقال نیرو جانبی از طریق نیروی محوری اعضاء انجام می شود. نیروی محوری موجب کمانش مهار بندهای فشاری قبل از رسیدن آن به مرحله غیرالاستیک و جذب انرژی می باشد. در نتیجه منحنی هیسترزیس سازه های با مهاربندی هم محور کم عرض و میزان شکل پذیری آنها پائین می باشد.
سرعت باز سازی از جمله فاکتورهای مهم در ارزیابی سیستم های مقاوم در برابر زلزله است که در سالهای اخیر مورد مورد توجه فراوان قرار گرفته است. سازه های با مهاربندی هم محور، بدلیل محدود شدن خسارات سازه ای آنها به اعضاء و اتصالات مهاربندها، در مقایسه با سازهای خمشی از سرعت بازسازی بالا و هزینه پایینی برخوردارند. به عنوان جمع بندی محاسن سازه های با مهاربند هم محور را می توان به شرح زیر بیان نمود:
بازسازی و تعمیر این سازه ها، عموماً به اعضاء و اتصالات مهاربند خلاصه می شود و در نتیجه نواحی بازسازی آنها محدود، کم هزینه و سرعت بازسازی زیاد است.
حساسیت عملکرد این سازه ها به میزان و کیفیت جوش نسبت به دیگر سازه های فولادی کمتر است و در نتیجه قابلیت اعتماد آنها بیشتر خواهد بود.
خسارات غیر سازه ای  این سازه ها در مقایسه با سازه های خمشی کمتر و بهره برداری آنها بلافاصله بعد از زلزله امکان پذیر خواهد بود.
مقاوم سازی سازه های فولادی یا بتنی با مهاربند هم محور به عنوان یک راه حل ساده و اقتصادی همیشه مورد توجه است. فراوانی این سازه ها باعث شده است که تجربه پیمانکاران ساختمانی در ساخت این سازه ها بیشتر باشد. میزان کمتر مصرف فولاد در هر متر مربع این سازه ها در مقایسه با سازه های قاب خمشی نیز از جمله نکات مثبت این سازه ها می باشد.
علیرغم محاسن زیاد سازه های با مهار بند هم محور، شکل پذیری کم آنها موجب شده است که استفاده از آنهامحدود باشد. بدیهی است، هر گونه اصلاحی که منجر به افزایش شکل پذیری این سازه ها گردد، امکان بهره مندی از ویژگیهای مثبت آنها را فراهم خواهد کرد. در دو دهه اخیر تحقیقات و پژوهشهای گسترده ای به منظور افزایش شکل پذیری مهار بند های هم محور انجام شده است. در هریک از این تحقیقات کوشش شده است، که با اصلاح اتصالات یا تعبیه عضو شکل پذیر در مهار بندهای هم محور شکل پذیری آنها افزایش یابد. به اختصار پژوهشهای صورت گرفته در این زمینه را می توان به سه دسته تقسیم کرد:
الف- استفاده از اتصالات اصطکاکی در مهاربندهای هم محور.
ب- استفاده از غلاف به منظور افزایش بار کمانش مهاربند.
ج- استفاده از عضو شکل پذیر در محلی از مهار بند.