مهاربند EBF واگرا – تیر پیوند (فیوز)

در: سیستم مهاربندی (بادبند), مهاربند واگرا

مقاومت هر سازه در برابرزلزله به نوع ساخت سازه و به کار گیری اصول و قوانین مهندسی در طراحی و اجرای آن و به بزرگی و قدرت زلزله بستگی دارد. قابهای مهاربندی برون محور دارای سختی و شکل پذیری مناسبی می باشند . در این قابها مهاربند تامین کننده سختی سازه و
لینک (تیر پیوند ) باتوجه به مقدار طول آن تامین کننده شکل پذیری میباشد .

مهاربند های واگرا Eccentrically Braced Frames

ایده اولیه مهاربند های EBF و تیر پیوند توسط پوپوف ارائه شد.اصل در استفاده این نوع باد بند اغنای شکلپذیری بهتر و استهلاک بیشتر انرژی زلزله توسط سازه می باشد.اما گاه به اشتباه هدف اصلی استفاده از این نوع بادبند مسائل معماری (بازشو ها شامل در و پنجره و ….) بیان میشود.

به طور کلی به همه المان هایی که در زلزله نقش استهلاک کننده انرژی را دارند المان فیوز گفته می شود تیر پیوند نیز به نام تیر فیوز شناخته می شود.  همانطور که در برق کشی ساختمان به محض ورود یک نوسان جریان برق، فیوز برق قطع شده تا سایر قطعات برقی و سیم کشی ساختمان آسیب نبیند، در سازه نیز المان های فیوز به محض وارد شدن ارتعاشات لرزه ای شروع به جذب و استهلاک انرژی می کنند تا دیگر قسمت های سازه آسیب نبیند.

طول تیر پیوند

هیچ مقدار مشخصی برای تیر پیوند نمی‌توان در نظر گرفت و همچنین اعمال درصدی از طول دهانه به عنوان طول تیر پیوند نیز کار درستی نیست ولیکن توصیه اکید می‌شود طول تیر پیوند به میزانی در نظر گرفته شود که در برش جاری شود. طراح می‌بایست در مراحل اولیه یک طول مناسب برای تیر پیوند حدس بزند. تیرهای پیوند با طول بلند دارای محاسن معماری از جمله بازشوهای بزرگ برای درب و پنجره و ... در قاب می‌باشند، لیکن رفتار پیوندهای با طول زیاد تحت بارگذاری تناوبی شدید، عموماً در مقایسه با پیوندهای با طول کوتاه ضعیف بوده و نتیجه آن سختی، مقاومت و ظرفیت استهلاک انرژی کم می‌باشد. بنابراین برای رفتار صحیح سیستم قاب مهاربندی واگرا استفاده از پیوندهای کوتاه با تسلیم برشی توصیه شده است.
 
در سیستم قاب مهاربندی واگرا صحیح طراحی شده، تیر پیوند می‌بایست بتواند فعالیت غیرارتجاعی قاب را که در لرزه‌ای شدید تولید شده، تحمل نماید. تیر پیوند یک مکانیزم استهلاک انرژی پایدار را فراهم ساخته و باقی قاب را با محدود کردن حداکثر بار انتقال یافته به مهاربندها، تیرها و ستون‌های قاب محافظت می‌نماید. برای پیوندهای خیلی کوتاه، برش تعیین کننده رفتار غیرارتجاعی تیرپیوند بوده در صورتی که برای پیوندهای طویل‌تر خمش تعیین کننده می‌باشد. برای تیرهای پیوند خیلی کوتاه قبل از اینکه لنگرهای انتهایی به مقدار Mp برسند، نیروی برشی Vp می‌رسد و تیرپیوند در برش تسلیم شده و تشکیل مفصل برشی می‌دهد. برای پیوندهای خیلی بلند، قبل از اینکه تسلیم برشی بتواند روی دهد، لنگرهای انتهایی به مقدار Mp رسیده و در هر دو انتهای تیر پیوند تشکیل لولای خمشی می‌دهند. به علت تأثیر بسیار مهم کرنش سخت شوندگی بر روی رفتار تیرپیوند، هم تسلیم برشی و هم تسلیم خمشی می‌توانند بر دامنه‌ی وسیعی از طول پیوند واقع شوند.
بطور کلی توصیه می‌شود، طول تیر پیوند e از مقدار زیر کمتر باشد:
e که در آن Vp برش پلاستیک مقطع تیر و Mp لنگر پلاستیک مقطع تیر است. مقدار این دو پارامتر را باید از روابط 10-3-12-3 و 10-3-12-4 تعیین نمایید.
@AlirezaeiChannel

تیر پیوند (تیر فیوز) یا تیر لینک

تیر پیوند معمولا دارای مقطعی مشابه با تیر خارج از تیر پیوند است.
تیر پیوند باید از نوع I شکل نورد شده یا ساخته شده از ورق و یا از نوع قوطی ساخته شده از ورق باشد.
وجود نیروهای زیاد در تیر پیوند سبب می‌شود که تیرهای پیوند جاری شود. البته این مورد بایستی کنترل شود. بدین معنی که تیر خارج از تیر پیوند برای ظرفیت تیر پیوند کنترل شود.
هر چه اندازه‌ی طول تیر پیوند، کوتاه‌تر باشد، سهم برش در آن بیشتر است و در صورت ورود سازه به محدوده‌ی عملکرد غیرارتجاعی این ناحیه به طور کامل تسلیم می‌شود. این عمل باعث دوران‌های بزرگ غیرالاستیک بدون ایجاد کرنش‌های موضعی زیاد خواهد بود. همچنین چون در پیوند برشی (کوتاه)، نیروهای برشی در تمام طول تیر پیوند ثابت است، لذا کرنش‌های غیرالاستیک به طور یکنواخت در طول تیر پیوند توزیع می‌شود. اما اگر طول پیوند زیاد شود، سهم برش آن کم شده و سهم لنگرهای انتهایی آن افزایش می‌یابد و به جای خمیری شدن کل تیر پیوند در برش، در محل اتصال مهاربند به تیر، مفاصل خمیری خمشی بوجود می‌آید و عملاً ناحیه تسلیم به شدت کاهش می‌یابد و به این ترتیب تا قبل از انهدام کل سازه مقدار انرژی کمی با تسلیم شدن قسمت های بسیار محدودی از سازه جذب و مستهلک می‌شود. ایجاد کرنش‌های پلاستیک موضعی بزرگ باعث ایجاد تغییر مکان‌های بزرگ و احتمال وقوع ناپایداری و به تبع آن کاهش سختی زیاد در حالت رفتار غیرارتجاعی می‌گردد. البته آیین‌نامه تنها در حالتی که نیروی محوری تیر پیوند زیاد باشد، طول آن را محدود می‌کند. علت اصلی این مورد در بند 10-3-12-4 مبحث دهم، کاهش ظرفیت خمشی، در اثر وجود نیروی محوری است.

اگر طول تیر پیوند e2.6Mp/Vp باشد، جاری شدگی تیر پیوند در خمش است و برش موجود در تیر پیوند برابر V_p=(2M_p)/eمی‌باشد. برای طول تیر پیوند بین این دو مقدار از یک درون‌یابی خطی استفاده می‌شود. در این روابط Mp لنگر پلاستیک مقطع و Vp نیز برش پلاستیک مقطع که از روابط داده شده در صفحه 233 مبحث دهم تعیین می‌شوند. پس بنابراین با داشتن مقطع تیر پیوند و طول آن می‌توان فهمید که در برش جاری می‌شود یا در خمش.
دیاگرام برش در تیر پیوند تحت بارهای جانبی، بصورت یکنواخت است. در این حالت اگر تیر پیوند بتواند در برش جاری شود، کل آن جاری می‌شود. یعنی یک فیوز سازه‌ای با اتلاف انرژی زیاد. حال اگر روی آن بار ثقلی قرار گیرد، شکل یکنواخت خود را از دست داده و به صورت درجه یک در می‌آید. بنابراین بخشی از آن جاری شده و بخشی دیگر یا جاری نشده یا دیرتر جاری می‌شود و از کل طول تیر به طور خوب و بهینه استفاده نمی‌شود.
پس بهتر است تیرریزی روی تیر پیوند در قاب با مهاربند واگرا قرار نگیرد.
منبع:@AlirezaeiChannel