مقایسه رفتار لرزه‌ای قاب‌های فولادی مجهّز به مهاربند‌های کمانش‌تاب ساخته‌شده از هسته فولادی و آلیاژ حافظه‌دار شکلی بر پایه آهن

مهاربند‌ها از جمله عناصر سازه‌ای می‌باشند که برای مقابله با نیروهای جانبی و تامین شکل‌پذیری و سختی در سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، با توجه به ضعف سیستم‌های مهاربندی معمولی از جمله افت شکل‌پذیری، کمانش در اثر نیروهای فشاری و همچنین کاهش ظرفیت استهلاک انرژی در بارگذاری‌های چرخه‌ای، نسل جدیدی از مهاربند‌ها با نام مهاربند‌های کمانش‌تاب، به عنوان جایگزینی برای سیستم‌های مهاربندی معمولی ارائه شده است. در سال‌های اخیر، از مصالح نوینی نظیر آلیاژهای حافظه‌دار شکلی در صنعت ساختمان استفاده گردیده است. از این رو نسل جدیدی از این نوع آلیاژها، با نام آلیاژهای حافظه‌دار شکلی بر پایه آهن با ویژگی‌هایی از جمله جوش‌پذیری، شکل‌پذیری بالا، قابلیت نورد بالا و ارزان قیمت بودن، توجه بسیاری از مهندسین و محقّقین را برای استفاده در اجزای سازه‌ای به خود جلب کرده است. با توجه به اینکه مصالح آلیاژ حافظه‌دار شکلی بر پایه آهن تقریباً هم‌قیمت فولاد بوده و در عوض عمر خستگی بسیار بالایی داشته و سختی پس از تسلیم آنها نیز به مراتب بیشتر از فولاد نرمه می‌باشد، کاربرد آنها در هسته مهاربندهای کمانش‌تاب قابل‌توجیه می‌باشد. برای همین منظور، سازه‌های 4، 10 و 15 طبقه، مهاربندی کمانش‌تاب با هسته ساخته شده از فولاد نرمه و آلیاژ حافظه‌دار شکلی بر پایه آهن مدل‌سازی و طراحی شدند و با انجام تحلیل‌های غیرخطی در نرم‌افزار سایزمواستراکت رفتار لرزه‌ای آن‌ها مورد بررسی قرار داده شدند. با استفاده از تحلیل‌های دینامیکی افزایشی، مقادیرضریب شکل پذیری، اضافه مقاومت و ضریب رفتار در دو سیستم مهاربندی ارزیابی و مقایسه شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، مقدار ضریب شکل‌پذیری 5.11، ضریب اضافه مقاومت 1.76، ضریب رفتار8.67 برای سیستم‌های مهاربندی کمانش‌تاب با هسته فولادی و برای سیستم‌های مهاربندی کمانش‌تاب با هسته آلیاژ حافظه‌دار شکلی بر پایه آهن مقدار ضریب شکل‌پذیری 4.69، ضریب اضافه مقاومت 2.29 و ضریب رفتار 10.62 بدست آمد.

comparison of seismic response of steel frames equipped with buckling-restrained braces made of steel and fe-based shape memory alloy cores

braces are one of the structural elements used to withstand lateral forces and provide ductility and stiffness in structures. however, due to the weaknesses of conventional bracing systems such as deformation reduction, buckling under compressive forces, and reduced energy dissipation capacity in cyclic loading, a new generation of braces called shape memory braces has been introduced as a replacement for conventional bracing systems. in recent years, innovative materials such as iron-based shape memory alloys have been used in the construction industry. as a result, a new generation of these alloys, known as iron-based shape memory alloys, with features such as weldability, high formability, high rollability, and cost-effectiveness, has attracted the attention of many engineers and researchers for use in structural components. given that shape memory alloys based on iron are almost the same price as steel, but have a much higher fatigue life and post-yield stiffness than soft steel, their use in the core of shape memory braces is justified. for this purpose, 4, 10, and 15-story structures were modeled and designed with shape memory bracing with a core made of soft steel and iron-based shape memory alloys, and their seismic behavior was investigated by performing non-linear analyses in seismostruct software using incremental dynamic analyses, the values of ductility coefficients, additional resistance, and behavior coefficients in the two bracing systems were evaluated and compared. according to the obtained results, the value of ductility factor is 5.11, additional resistance factor is 1.76, behavior factor is 8.67 for buckling bracing systems with steel core and for buckling bracing systems with iron-based shape memory alloy core, the value of ductility factor is 4.69 the added resistance coefficient was 2.29 and the behavior coefficient was 10.62.