در سه دهه بعد از آن تعداد زیادی ساختمان بلند با قاب فولادی مهاربندی شده در شیکاگو و نیویورک ساخته شد. ساختمان 75 طبقه وولورد به ارتفاع 241 متر که در سال 1913 تکمیل گردید رکورددار ساختمان های بلند در آن زمان بود.
از سیستم های باربر جانبی رایج و موثر مقاوم در برابر نیروی جانبی، می توان قاب های مهاربندی جانبی را نام برد. استفاده از قاب های مهاربندی شده به اوایل قرن بیستم میلادی برمی گردد. سختی، مقاومت و اقتصادی بودن قاب های مهاربندی شده باعث شده که این سیستم ها یکی از رایج ترین سیستم های باربر جانبی در ساختمان های فولادی در مناطق با خطر لرزه خیزی بالا باشند.
طراحی سیستم های مهاربندی در محدوده ارتجاعی غیر اقتصادی است. بنابراین این سیستم ها در ناحیه تغییر شکل های غیرارتجاعی طراحی می شوند. طراحی سیستم به نحوی است که مهاربند در نیروهای فشاری بزرگ، کمانش غیرارتجاعی کند و در نیروهای کششی بزرگ تسلیم شود.
- ایده مهاربندهای کمانش تاب اولین بار در ژاپن مطرح شد. او برای جلوگیری از کمانش عضو فولادی پیشنهاد کرد که این عضو می تواند ما بین پانلهای بتنی تحت فشار قرار گیرد. این سیستم مهاربندی پس از زلزله نرثریج در آمریکا مورد استقبال و پذیرش واقع شد و در فاصله ی نسبتاً کمی در آیین نامه های آمریکا معرفی و ضوابطی برای آن ارائه شد. در مهاربندهای کمانش تاب هدف مقابله با آثار نامطلوب ناشی از کمانش مهاربند فشاری است.
این طرح چند سال بعد توسط یک تیم تحقیقاتی ژاپنی، اصلاح گردید و منجر شد به آنچه امروزه به عنوان مهاربند کمانش تاب می شناسیم. طی این تحقیق رفتار نوعی مهاربند متشکل از هسته فولادی محصور شده در داخل حفاظ فولادی که از ملات پر شده است مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. ایده اصلی این طرح جداسازی تحمل بار فشاری توسط هسته مرکزی و جلوگیری از کمانش این هسته توسط حفاظ فولادی بود.
رفتار هسته فولادی در داخل حفاظ کاملاً به سختی نسبی هسته و حفاظ فولادی وابسته است.
نوع دیگری از مهاربندهای کمانش تاب، مهاربندهای کمانش تاب تمام فولاد است. در این مهاربندها هسته ی داخلی بین مکانیزم کمانش تاب ساخته شده تمام فولاد محصور شده بنابراین از هزینه ی ملات جلوگیری می شود. زمان ساخت کوتاه تر شده و می توان بعد از زلزله به منظور بازرسی به راحتی جدا کرد.
علت پیدایش مهاربند کمانش ناپذیر چه بود؟
فولاد به عنوان یکی از اصلی ترین مصالح مورد استفاده در ساختمان، قابلیت خوبی در جذب انرژی دارد. به این معنا که فولاد پس از تسلیم شدن و با ورود به ناحیه ی غیر الاستیک، می تواند جابه جایی های بزرگی را بدون آن که افت قابل ملاحظه ای در مقاومت آن ایجاد شود، تحمل نماید. به این قابلیت مصالح شکل پذیری گفته می شود. در صورتی که یک عضو سازه ای چنین رفتاری داشته باشد و بتواند در هنگام زلزله انرژی ورودی به سازه را مستهلک نماید، این رفتارسبب می شود که سایر بخش های ساختمان مانند تیرها و ستون ها سالم باقی مانده و آسیب سازه ای جدی نبینند. امروزه در بسیاری از سازه ها، المان هایی به عنوان فیوز سازه ای طراحی می شوند تا با خرابی این المان که با جذب انرژی زلزله همراه خواهد بود، سایر اعضای سازه ای آسیب جدی نبینند.
تاریخچه پیدایش مهاربند کمانش تاب
ایده مهاربندهای کمانش تاب اولین بار در سال 1971 در کشور ژاپن مطرح شد. محققین برای جلوگیری از کمانش عضو فولادی پیشنهاد کردند که این عضو می تواند ما بین پانل های بتنی تحت فشار قرار گیرد.این سیستم مهاربندی پس از زلزله نرثریج در آمریکا مورد استقبال و پذیرش واقع شد و در فاصله
نسبتاً کمی در آیین نامه های آمریکا معرفی و ضوابطی برای آن ارائه شد. در مهاربندهای کمانش تاب هدف اصلی مقابله با آثار نامطلوب ناشی از کمانش مهاربند فشاری است.
این طرح چند سال بعد توسط یک گروه تحقیقاتی ژاپنی، اصلاح گردید و به آنچه امروزه به عنوان مهاربند کمانش تاب می شناسیم، منجر شد
. طی این تحقیق رفتار نوعی مهاربند متشکل از هسته فولادی محصور شده در داخل حفاظ فولادی که از ملات پر شده است مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت.ایده اصلی این طرح جداسازی تحمل بار فشاری توسط هسته مرکزی و جلوگیری از کمانش این هسته توسط حفاظ فولادی بود.
اجزای تشکیل دهنده مهاربندهای کمانش تاب
مهاربند کمانش ناپذیر از چهار بخش اصلی تشکیل شده است :
- هسته ی فولادی : این قطعه اصلی ترین المان تشکیل دهنده ی BRB هاست که هم کشش و هم فشار محوری ناشی از نیروهای جانبی وارد به سازه را تحمل می کند.
- غلاف فولادی : این المان در اطراف هسته قرار گرفته و از کمانش آن جلوگیری می کند.
- ماده ی پرکننده : این بخش بین هسته و غلاف قرار گرفته و در مقابل کمانش مقاومت می کند. مصالح مختلفی به عنوان فیلر استفاده می شوند که یکی از مهم ترین آن ها بتن است.
ماده ی جداکننده : این ماده، هسته را از ماده ی پرکننده جدا
می نماید و سبب می شود که هسته بتواند آزادانه حرکت کرده و تحت فشار و کشش، تغییر شکل دهد. همچنین گاهی این آزادی حرکت سبب وارد شدن هسته به مدهای بالاتر تغییر شکل یافته که باعث افزایش قابلیت جذب انرژی مهاربند می شود. در صورت چسبندگی فولاد و بین رفتار مهاربند تغییر نموده و عملکرد به صورت ترکیبی(compsite) خواهد بود، که چندان مطلوب اهداف طراحی
مهاربند کمانش ناپذیر نیست.
اصلی ترین ویژگی این مهاربندها، قابلیت تسلیم شدن درک
شش و فشار است که رفتاری متقارن ایجاد می نماید.
این مهاربند از یک هسته ی فولادی تشکیل شده که از کمانش کلی آن جلوگیری به عمل می آید. در این سیستم از چسبندگی هسته ی فولادی داخلی، با ماده ی پرکننده ی بتنی جلوگیری می شود تا بتوان عملکرد هسته را به صورت تکی در نظر گرفت. هسته ی فولادی ممکن است در حین بارگذاری تسلیم شده که این امر سبب می شود بخشی از انرژی ورودی مستهلک شود. زمانی که عملکرد این هسته به صورت تکی در نظر گرفته می شود، امکان ورود هسته ی فولادی به مدهای بالاتر هم وجود داردکه همین امر سبب افزایش قابلیت جذب انرژی آن می شود.
در واقع با چسبیدن ماده ی پرکننده به هسته ی فولادی به نوعی سختی مجموعه بالاتر رفته و المان دیرتر تسلیم می شود در نتیجه جذب انرژی هم به تاخیر می افتد؛ در این حالت، ترکیب هسته ی فولادی و ماده ی پرکننده به صورت یک مجموعه ی واحد عمل کرده که جذب انرژی آن به مراتب کمتر از حالتی است که عملکرد هسته ی فولادی به صورت تکی باشد.
