مطالعه آزمايشگاهي و عددي رفتار مهاربند كمانش ناپذير با غلاف تركيبي فولادي و پلي آميد

Experimental and Numerical Study of Buckling Restrained Bracing Behavior with Combined Steel and Polyamide Sheath

يكي از سيستم‌هاي پركاربرد مقاوم در برابر بارهاي جانبي در طراحي و مقاوم‌سازي سازه‌هاي بتني و فولادي‌، مهاربند فولادي است. يكي از روش‌هاي ابداع شده توسط محققان، استفاده از اعضاي محصور كننده براي جلوگيري از كمانش كلي مهاربند و كاهش اثرات ناشي از آن است. در اين سيستم مهاربندي كه به "مهاربند كمانش‌ناپذير" موسوم است، بار محوري توسط هسته مهاربند تحمل شده و با استفاده از يك غلاف محصور كننده از كمانش كلي آن جلوگيري مي‌شود. در اين مقاله مطالعه آزمايشگاهي و عددي اثرات ناشي از نوع فولاد هسته و فاصله هسته از غلاف بر رفتار مهاربند كمانش‌ناپذير مورد بررسي قرار گرفته است. مدل‌هاي آزمايشگاهي شامل شش مهاربند با هسته‌اي از جنس فولاد ST37 معمولي و ST37-n (نرم شده در دماي 1000 درجه به روش اونيل) است كه در آن‌ها فاصله هسته از غلاف برابر صفر، دو و سه ميلي‌متر است. نتايج آزمايشگاهي نشان مي دهد كه استفاده از فولاد نرم‌تر با تنش تسليم پايين‌تر و با ضخامت برابر در هسته موجب كاهش ظرفيت باربري و مقاومت مهاربند مي گردد. اما مهاربند در تغييرمكان‌هاي كوچكتري شروع به اتلاف انرژي كرده است. افزايش فاصله هسته از غلاف نيز موجب كاهش ظرفيت باربري و استهلاك انرژي مهاربند مي گردد. همچنين افزايش فاصله هسته از غلاف به بيش از 2 ميلي‌متر، موجب از بين رفتن تقارن و پايداري رفتار هيسترزيس مهاربند شده و اعوجاج‌هاي ناشي از كمانش موضعي مهاربند در فشار، شدت بيشتري يافت.

One of the most widely used system resisting against lateral loads in the design and retrofit of concrete and steel structures is steel bracing. One of the methods developed by the researchers is the use of confining members to prevent general buckling of bracing and reducing the effects of it. In this bracing system known as "Buckling Restrained Bracing, the axial load is born by bracing core and by using surrounding sheath, its overall buckling can be avoided. In this paper, experimental and numerical study of the effects caused by steel type of core of the distance of core from sheath on buckling restrained bracing was studied. Experimental models consist of six bracings with core of conventional ST37 and ST37-n steel (softened at a temperature of 1000 degrees by O'Neill method), in which the distance of core from sheath is zero, two, and three mm. Experimental results show that the use of softer steel with lower yield stress and with equal thickness in the core reduces bearing capacity and resistance or strength of bracing. However, bracing in smaller displacements started to energy waste. Increasing distance of the core from sheath also reduces bearing capacity and energy dissipation of bracing. In addition, increasing the distance of core from sheath to more than 2 mm causes the loss of symmetry and stability in hysteresis behavior of bracing and distortions resulting from local buckling in the bracing in pressure were intensified. Polyamide filler material had good resistance against pressure from the core and no certain damage was seen in it. Therefore, due to having less specific gravity, it could be a good alternative to concrete and reduce the overall weight of the bracing.