مطالعه ی آزمایشگاهی عملکرد لرزه‌ای مهاربندهای کمانش‌ ناپذیر سه هسته‌ای

مهاربندها به عنوان نوعی سیستم کنترل غیرفعال، نقش موثری در ایجاد مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد دارند. یکی از روش های بهره گیری بیشتر و اقتصادی تر از قابلیت مهاربندها استفاده از ظرفیت غیر ارتجاعی آن ها است. مهاربندهای معمولی تحت کشش دارای عملکرد خوبی هستند، ولی تحت فشار دچار کمانش شده و رفتار نامطلوب از خود نشان می دهند. این مشکل می‌تواند باعث کاهش ظرفیت اتلاف انرژی و شکل پذیری شود، که نقش مهمی در بارگذاری چرخه ای مانند زلزله به دلیل ماهیت بارهای لرزه ای دینامیکی دارد. به همین دلیل مهاربندهای کمانش ناپذیر در کشورهای مختلف به شکل قابل توجهی محبوب شده اند. مهاربندهای کمانش ناپذیر شامل هسته و غلاف فولادی می باشند. اگر چه هسته فولادی دارای ظرفیت فشاری ناچیز است، ولی ظرفیت آن را می توان با استفاده از یک غلاف فولادی یا غلاف محدود کننده ی کمانش افزایش داد. به همین منظور در این مقاله جهت بهبود رفتار لرزه‌ایی مهاربند‌های کمانش ناپذیر تک هسته‌ایی، مهاربند‌های کمانش ناپذیر سه هسته‌ایی پیشنهاد گردید که در آن از سه هسته با تنش تسلیم متفاوت به صورت موازی استفاده شده است. مهاربندهای کمانش ناپذیر به دو صورت تک هسته ایی و سه هسته ایی با ظرفیت کششی و فشاری یکسان ساخته شد و تحت پروتکل بارگذاری atc-24 به صورت یک عضو محوری در آزمایشگاه تحت نیروی کشش و فشار قرار گرفتند. نمودار چرخه هیسترزیس هر کدام از مهاربندها به دست آمد و مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد حلقه ی هیسترزیس مهاربند سه هسته ایی نسبت به مهاربند تک هسته ایی   16.3 %  چاق تر و مساحت بیشتری دارد، این مطلب نمایان گر این است که مهاربند سه هسته ایی از ظرفیت جذب و استهلاک انرژی بالاتر و عملکرد لرزه‌ایی بهتری برخوردار است، همچنین میرایی در مهاربند سه هسته‌ای از دریفت 0.25% تا 1% با اختلاف 15.6% ، از دریفت 1% تا 1.5% با اختلاف 10.1% و در دریفت 2.5% با اختلاف 8.8%  نسبت به مهاربند تک هسنه‌ای بیشتر است.

experimental investigation of seismic performance of three-core buckling restrained braces

as a passive control system, braces have an effective role in creating structural resistance to lateral forces such as earthquakes and winds. one of the ways to make the braces more economical is to use their inelastic capacity. ordinary braces perform well in tension; however they buckle under pressure and exhibit undesirable behavior. this problem can reduce dissipated energy due to lack of plasticity, which plays an important role in cyclic loading such as earthquakes. for this reason, buckling-restrained brace (brb) have become increasingly popular in different countries. brbs include yielding steel core and an outer steel hollow section. although the yielding steel core has a low compressive capacity, its capacity in pressure can be increased by limiting its buckling due to the outer steel hollow section. in general, buckling-restrained-braces have three zones. an unrestrained elastic zone, a restrained elastic zone, and a restrained plastic zone. the unrestrained elastic zone is designed to provide a connection between the brb and the gusset plate. when the plastic zone yields under pressure and tension demands, the unrestrained elastic zone resists axial forces without buckling. the restrained plastic zone is a transition part of the core plate between elastic and plastic behaviors. even though under pressure and compression load this zone has elastic behavior, the steel casing prevents it from buckling. the restrained plastic zone resists tension and compression forces elastically and plastically. the steel core inside the steel casing must be separated and must be able to move freely. hence, separating or isolating the steel core must be done either using isolation material such as rubber, silicone grease, and foam or by placing an air gap to prevent friction between the steel core and the steel casing and to consequently prevent the additional axial load capacity during compression demands. so far brbs introduced as mentioned have a single yielding core, however in this paper, in order to improve the seismic behavior of brbs, buckling-restrained brace with three parallel cores with different yield stress have been suggested and introduced. the buckling braces were made in one and three steel core with the same tensile and compressive capacity. these braces were subjected to cyclic tensile and compressive loads in the laboratory under the atc-24 loading protocol. hysteresis cyclic performances of each brace were obtained and examined. the experimental results show that: 1) the hysteresis loop of the 3-core brace is thicker and higher than the 1-core brace, 2) indicating that the three core brace has 16.3% and 8.8% higher energy absorption and dampingcapacity, respectively compared to that of the single core brace. furthermore, it has better seismic performance. three-core brbs are better alternatives for single-core brbs as lateral loading resistance systems, especially for seismicloading with hysteresis loops, because of several reasons. the hysteresis loop of the three-core brb has a convex shapeand a fat loop as compared to the single-core brb. the hysteresis loops in three-core brbs have better performanceand a fat loop as they move toward a higher drift ratio, especially at 2.5% drift. the hysteresis loop of the three-corebrb has a more stable behavior than the single-core brb after 1% drift.