ارزیابی رفتار لرزهای قاب های فولادی
قابهای فولادی مهاربندی شده با مهاربندهای ضربدری عموماً به منظور تأمین سختی و مقاومت جانبی ساختمانهای با ارتفاع کم تا متوسط در برابر باد و زلزله استفاده میشوند. فرض رایج برای اتصال مهاربند به صورت مفصلی است. ولی در عمل با توجه به جزئیات اتصال ممکن است اندکی گیرداری حاصل شود.
همچنین در مهاربندهای ضربدری معمولاً یک قطر به صورت پیوسته و قطر دیگر در وسط به صورت منقطع اجرا میشود، به طوری که اتصال میانی قطر منقطع میتواند شرایط اتصال متفاوتی داشته باشد. در حالی که در مدلسازی مهاربندهای ضربدری فرض میشود قطرها پیوسته هستند. از طرف دیگر بار کمانشی مهاربند متأثر از ضریب طول مؤثر کمانشی مهاربند است که این ضریب نیز متأثر از شرایط انتهایی عضو است. از این رو تغییر شرایط اتصال مهاربند بر روی ظرفیت کمانشی آن تأثیر میگذارد.
امروزه طرح لرزهای اقتصادی ایجاب میکند که از رفتار جاذب انرژی در محدوده تغییر شکلهای غیر ارتجاعی در مقابل زلزلههای شدید استفاده شود. طراحی لرزهای سازهها معمولاً بر این اساس صورت میگیرد که اعضایی در آنها باشند که در زلزلههای شدید، رفتار غیر ارتجاعی از خود نشان داده و انرژی لرزهای را جذب نمایند. در سازههای فولادی، شکل پذیربودن مصالح و قابلیت جذب انرژی مناسب آنها باعث شده که عملکرد آنها بهتر و اقتصادیتر شود.
هم اکنون به دلیل سختی و مقاومت زیاد، محبوبیت مهاربندهای ضربدری در کاربرد بیشتر شده است. ولی بیشتر تحقیقات و مطالعات، در بررسی رفتار و مد لسازی مهاربندهای تک قطری متمرکز است. از این رو اطلاعات فنی و مهندسی موجود در آیین نامهها و ادبیات فنی، رفتار لرزهای و پارامترهای غیر ارتجاعی نظیر ضریب طول مؤثر کمانشی، ضریب رفتار و ضریب تغییر شکل پلاستیک مهاربندهای ضربدری را بر مبنای رفتار و عملکرد مهاربندی قطری در نظر میگیرد. در حالی که این رفتار و معیارها برای این دو نوع شکل مهاربندی متفاوت از هم بوده و بسته به مقدار سختی انتقالی و سختی خمشی که مهاربند مکمل (کششی) برای مهاربند فشاری تأمین میکند، منحنی هیسترزیس جذب انرژی در سیستم ضربدری کاملاً تغییر مییابد. رفتار سیکلی سیستم مهاربندی، علاوه بر اینکه به رفتار مهاربندهای انفرادی بستگی دارد، به طور جدی به اندرکنش میان دو عضو مهاربندی که به هم متصلل اند، نیز وابسته. تاکنون روابط مختلفی برای پیشگویی رفتار غیر ارتجاعی مهاربندها ارائه شده است. نوع و مقدار سختی که توسط اتصال وسط فراهم میشود، تأثیر مستقیم بر رفتار مهاربند میگذارد.
در حالت کلی، اتصالات مهاربند باید دارای سختی و مقاومت مناسب باشد تا ظرفیت مهاربند افزایش یابد. اما سختی و مقاومت زیاد اتصالات با متمرکز کردن تسلیم در وسط مهاربند بر روی ظرفیت تغییر شکل غیر الاستیک و شکل پذیری سیستم تأثیرگذار است. در بیشتر بررسیهای صورت گرفته، تنها اثرات نیروهای محوری در شرایط تسلیم مهاربندها در نظرگرفته شده، ولی به خمش به وجود آمده و تشکیل مفصل پلاستیک ناشی از تغییر شکل غیر ارتجاعی توجه نشده است. با کمانش مهاربند، خمش در آن ایجاد میشود و در نهایت منجربه تشکیل مفصل پلاستیک در محل لنگر حداکثر (در وسط عضو) میشود. به وجود آمدن کمانش غیر ارتجاعی باعث میشود که مهاربند فشاری به منبع مهمی برای جذب انرژی تبدیل شود.
هدف آیین نامههای لرزهای پیشرفته کنونی برای طراحی قاب مهاربندی شده با مهاربند ضربدری این است که روند طراحی طوری صورت پذیرد که رفتار شکلپذیر و مستهلک کننده انرژی از طریق تسلیم مهاربندها قبل از سایر آسیبهای سازهای صورت پذیرد. این هدف معمولاً با محدود کردن لاغری مهاربندها و ایجاد اضافه مقاومت صورت میگیرد که منجر به استفاده از مقاطع بزرگتر میشود.
اتصالات مهاربندهای ضربدری شامل اتصال انتهایی و اتصال میانی بوده و اتصال میانی میتواند شرایط مفصلی، صلب یا نیمه صلب را در کمانش مهاربند فشاری تأمین نماید. با طراحی مناسب اتصال میانی میتوان ظرفیت باربری سیستمهای با مهاربند ضربدری را افزایش داد. مثلاً در حالتی که از مقاطع دوبل برای مهاربند استفاده میشود، میتوان در هر قطر فقط یک مقطع را قطع کرد و سختی چرخشی خارج از صفحه عضو را افزایش داد.
در مورد رفتار سیکلی قابهای فولادی با مهاربند ضربدری نشان میدهد که استفاده از مقادیر ضرایب طول مؤثر تئوریک عناصر قطری مهاربند ضربدری، منجر به رفتار هیسترتیک مناسب به همراه ظرفیت جابجایی غیر الاستیک زیاد سیستم میشود.