مقایسه لرزهای قابهای مهاربندی كمانش تاب و قابهای فیوز تسلیم شونده
به دلیل عملكرد نامطلوب قابهای مهاربند همگرا در زلزله‌های شدید، تاكنون راهكارهای مختلفی برای بهبود این سیستم باربر ارائه شده است كه می‌توان به استفاده از مهاربندهای كمانش تاب BRB به جای بادبندهای معمولی و همچنین اضافه كردن فیوز فولادی CSY جانبی به انتهای مهاربند، برای جذب انرژی وارده بر آن، اشاره كرد. از آن جا كه فیوز CSY به تازگی معرفی گشته است، بررسی عملكرد لرزهای آن نیازمند تحقیقات بیشتری است. یكی از ابزارهای مهم جهت بررسی عملكرد لرزهای یك سیستم، استفاده از تحلیل دینامیكی افزایشی برای ایجاد منحنی‌های شكنندگی سازه در سطوح عملكرد مختلف است.
عملكرد مطلوب سازههای طراحی شده در برابر نیروهای وارده در طول عمر مفید آن از اهداف طراحی سازهها است. قابهای مهاربندی همگرا علیرغم ویژگی‌های مطلوبی نظیر دقت در طراحی و راحتی در اجرا، به دلیل كمانش بادبند تحت بارهای فشاری حاصل از زلزله‌های شدید، عملكرد مطلوبی از خود نشان نمی‌دهند. تا به حال راهكارهای متفاوتی برای بهبود عملكرد این سیستم ارائه شده كه دو راهكار مهم آن شامل استفاده از مهاربند كمانش تاب به جای مهاربند معمولی و اضافه كردن فیوز فولادی تسلیم شونده به انتهای بادبند معمولی برای جذب انرژی وارده به بادبند و جلوگیری از كمانش آن است.
دو سیستم مهاربندی ذكر شده دارای تفاوت‌ها و شباهت‌هایی هستند. از آنجا كه سیستم مهاربندی با فیوز CSY به تازگی ابداع و معرفی گشته است، بررسی عملكرد لرزهای آن نیازمند تحقیقات بیشتری است.
برای این كار می‌توان به كمك نتایج حاصل از تحلیل‌های دینامیكی افزایشی IDA منحنی‌های شكنندگی سازه در سطوح مختلف را به دست آورد.
سیستم مهاربندی BRB
از آنجا كه اكثر مشكلات قابهای مهاربند همگرا ناشی از كمانش بادبند، تفاوت بین ظرفیت فشاری و كششی و همچنین تنزل ظرفیت مهاربند تحت بارهای سیكلی است، تحقیقات زیادی از سوی محققین برای ساخت مهاربند بارفتار ایده‌آل الاستوپلاستیك در كشش و فشار صورت گرفته است. در واقع مهاربند در كشش رفتار مناسبی داشته و اگر بتوان با محصور ساختن بادبند از كمانش آن جلوگیری كرد، ظرفیت فشاری بادبند نیز افزایش پیدا می‌كند و یك رفتار هیسترزیس كاملاً متقارن به بادبند اعطاء میشود.
برای جلوگیری از كمانش بادبند آن را به كمك یك پوسته‌ی فلزی محصور كرده و درون این پوسته را به كمك بتن پر می‌كنند و برای جلوگیری از انتقال تنش برشی از هسته‌ی فلزی بادبند به بتن و پوسته باید یك فضای خالی به اندازه ۰/۷ تا ۳/۵ میلیمتر بین ملات و هسته ایجاد كرد و سطح هسته‌ی بادبند را نیز به مواد جداكننده‌ای نظیر روغن سیلیكون آغشته نمود.
به دلیل وجود پوسته فلزی اطراف هسته مهاربند، امكان بازبینی و مشاهده آن وجود نداشته و لذا شناسایی خرابی در این مهاربندها مشكل است. ضمن آن كه بیشینه مقاومت فشاری مهاربند، اندكی بیشتر از بیشینه مقاومت كششی آن بوده (در حدود ۱۰٪) و لذا در صورت استفاده از مهاربند
، یك نیروی نامتعادل در هنگام زلزله در تیر تشكیل میشود. هر چند كه این نیروی نامتعادل در مقایسه با نیروی نامتعادل در قابهای مهاربند معمولی كاهش فراوانی پیدا كرده است. همچنین یك موضوع مهم در بادبندهای BRB وابستگی مقاومت نهایی بادبند به سختی آن است. از آنجا كه در یك دهانه‌ی بادبندی، تنها پارامتر قابل تغییر توسط مهندس طراح، سطح مقطع بادبند BRB است و در ساختمان‌های با تعداد طبقات زیاد، رعایت ضوابط آیین‌نامه مبنی بر كنترل جابه‌جایی نسبی بین طبقات، اهمیت می‌یابد، به ناچار نیاز است كه در این قاب‌ها از بادبندهای BRB با سطح مقطعع زیاد برای تامین سختی مورد نیاز استفاده شود. در حالی كه مقاومت سیستم در این حالت بیش از حد نیاز خواهد بود و لذا طراحی سیستم، غیراقتصادی تلقی خواهد گشت.
سیستم مهاربندی با فیوز CSY
بازبینی و تعمیر سازه پس از وقوع زلزله‌های شدید، یكی از مهم‌ترین مباحث پیشروی مهندسین عمران است. و در جهت تسهیل و تسریع این فرآیند، رویكرد مبتنی بر متمركز ساختن خسار‌ت‌های سازه‌ای در یك المان یا یك دسته المان می‌تواند پاسخ مناسبی باشد. بدین صورت كه المان مذكور بتواند در حین زلزله بخش اعظم یا تمامی انرژی ورودی به سازه را در خود متمركز كند و دیگر اعضای سازه‌ای را از آسیب مصون دارد، ضمن این به راحتی قابل تعویض باشد. چنین عضوی در نقش یك فیوز عمل می‌كند كه وظیفه‌ی آن جلوگیری از آسیب رسیدن به سایر الما‌ن‌های سازه است.
فلسفه‌ی اصلی طراحی فیوز بدین صورت است كه زودتر از اجزای سازه‌ای وارد مرحله‌ی پلاستیك شود، در حالی كه سایر اجزاء همچنان الاستیك باقی می‌مانند. لذا پس از زلزله تنها بازدید و بررسی فیوزها كفایت می‌كند و در وقت و هزینه بازرسی از سازهها صرفه جویی میشود. محققین به تازگی نوعی فیوز فولادی را ابداع كرده‌اند كه می تواند در قابهای مهاربندی همگرا به كار رود. این فیوز را به اصطلاح فیوز فولادی جاری شونده و قابهای مهاربندی مجهز به این فیوز را قاب YBS می‌گویند. این فیوز كه به انتهای بادبند متصل میشود، به نوعی طراحی شده تا بتواند یك پاسخ پایدار غیرالاستیك از طریق خمش یك سری انگشت را فراهم آورد و با این كار تمامی اثرات ناشی از كمانش فشاری بادبند و تسلیم كششی آن را از بین ببرد.
استفاده از سیستم مهاربندی با فیوز موجب بهبود عملكرد سازه در سطح عملكرد خدمت رسانی بی‌وقفه میشود كه نتیجه‌ی آن آسیب كمتر به اجزای غیر سازه‌ای در اثر زلزله‌های خفیف است.
به طور كلی می‌توان گفت كه قابهای مهاربندی با فیوز تسلیم شونده، از نظر فرو ریزش سازه، به دلیل داشتن خاصیت سخت شوندگی فیوز پس از تسلیم، بهتر از سیستم‌های مهاربندی با بادبند BRB عمل می‌كنند. ولی چون سخت‌شوندگی ثانویه در فیوز، وابستگی زیادی به شكلپذیری سازه دارد كه این پارامتر به طور معمول با افزایش ارتفاع، كاهش می‌یابد، لذا منحنی‌های شكنندگی فروریزش سازه BRB، با افزایش ارتفاع سازه به منحنی‌های شكنندگی فروریزش قابهای YBS نزدیك شده و در سازههای بلند، عملاً عملكرد بهتری از آنها نشان می‌دهند.
با توجه به منحنی‌های شكنندگی فروریزش برای قابهای YBS و BRB می‌توان گفت كه استفاده از فیوز YBS در سازههای تا ارتفاع متوسط موجب بهبود رفتار لرزهای آنها شده و این نوع سازهها عملكرد بهتری در مقابل پدیده‌ی ایجاد طبقه‌ی نرم در سازه از خود نشان می‌دهند.
