بررسي رفتار مهاربندهاي كمانش تاب فلزي در بهسازي لرزه‌اي ساختمان‌هاي بتن‌مسلح

The Behavior of Steel Unbonded Bracing in Seismic Rehabilitation of Reinforced Concrete Buildings

يكي از انواع روش‌هاي مقاوم‌سازي ساختمان‌هاي بتن‌مسلح، بهبود رفتار لرزه‌اي اين‌گونه سازه‌ها به كمك مهاربندهاي فلزي است. مهاربندهاي متداول فلزي هنگامي كه تحت تاثير تنش‌هاي فشاري قرار مي‌گيرند، دچار كمانش شده و فاقد هرگونه شكل‌پذيري است. از اين‌رو، تلاش‌هاي صورت گرفته به منظور جلوگيري از مساله كمانش مهاربندها، منجر به خلق مهاربندهاي كمانش تاب فلزي شد. در اين مهاربندها، از كمانش اويلري هسته فولادي مركزي به وسيله‌ي قرار دادن آن در يك قوطي فولادي، كه با ملات پر شده، جلوگيري مي‌شود. بنابراين در اين مقاله ابتدا سازه‌هاي 6، 12 و 18 طبقه بتن‌مسلح بر اساس استاندارد 2800 (ويرايش دوم) طراحي شده و آنگاه بر اساس دستورالعمل بهسازي لرزه‌ايساختمانهاي موجود (نشريه شماره 360) و ويرايش سوم استاندارد 2800 كنترل شده‌اند. در ادامه و به منظور بهبود رفتار لرزه‌اي، اين ساختمان‌ها با استفاده از مهاربندهاي معمولي و نوعي خاص از ميراگرهاي هيسترزيس تحت عنوان مهاربند كمانش تاب، مورد تقويت قرار گرفته و ستون‌هاي قاب‌هاي مهاربندي‌شده در كليه مدل‌‌ها به وسيله‌ي زره‌پوش بتني تقويت شده‌اند. در مجموع 42 مدل تحليل استاتيكي غيرخطي (بارافزون) شدند و نتايج به دست آمده مبين اين نكته است كه، سازه‌هاي داراي مهاربند معمولي به دليل كمانش مهاربند فشاري، در نسبت تغييرمكان‌هاي بالا دچار ضعف بوده و ميزان جذب انرژي آنها در سازه هاي 12 و 18 طبقه حتي از سازه بدون تقويت هم كمتر مي‌شود. اما اين نقيصه با به كارگيري مهاربند كمانش تاب، به دليل رفتار تقريباً يكسان در كشش و فشار و بهره‌گيري از تمام ظرفيت اين نوع مهاربند‌ها، برطرف شده و ميزان جذب انرژي بالايي نسبت به سازه داراي مهاربند معمولي و سازه بدون تقويت به دست مي‌آيد.

One of the rehabilitation methods in reinforced concrete frame buildings is improving seismic behavior of such structures by means of steel bracing. Traditional steel braces would buckle when influenced by compressive stresses. As a result, attempts in order to restrain buckling problem insteel braces has led to creation of steel buckling-restrained braces. In these braces, Euler buckling of the central steel core is prevented by encasing it over its length in a steel tube filledwith mortar.There is a slip surface or unbonding layer between the steel core and the nearby concrete, so that axial loads are taken only by the steel core .The concrete and steel tube element provides adequate flexural strength and stiffness to prevent global buckling of the brace, allowing the core to undertake reversed axial yield cycles without loss of stiffness or strength .The brace exhibits nearly identical properties in tension and compression and has the ability to undergo many cycles of inelastic deformations without degradation. Since these braces do not need to be designed to resist buckling, the brace forces are generally lower .The initial proposal for production of such brace was presented by Kimura et al. Variety of this type of brace was made in Japan during the 1980s and 1990s. After the introduction of the brace to America in 1998 ,the first experiment was conducted in 1999s . This system in RC buildings is used, generally in order to strengthen and improve the seismic behavior of existing buildings. These buildings because of various reasons need to be strengthened .In this paper, RC buildings of 6, 12 and 18 stories are designed firstly based on standard 2800-V2and then controlled based on the rehabilitation regulation and the third edition of standard 2800. After analyzing, and in order to improve seismic behavior, these buildings are strengthened by the use of common braces and steelbuckling-restrained braces. The columns of braced frames are also reinforced by concrete jacket. Totally, 42 models are analyzed by nonlinear static analysis (pushover analysis). The results indicate that due to the buckling of compressive braces, structures with traditional braces have weakness in high level of drifts; and the energy absorption in 12 and 18 stories structures is even lower than non-strengthened structures. Nevertheless, this problem is removed by applying buckling-restrained braces because of the nearly same behavior in both direction as well as utilizing total capacity of these kinds of brace.