در این مقاله چه چیزهایی یاد میگیریم؟
احتمالا برای شما هم پیش آمده که بر اثر یک اتفاق، فیوز برق در خانه یا محل کار شما بپرد. فیوز برق خانه یا دفتر شما به محض اینکه متوجه خطری شود خود را فدا می‌کند و با قطع جریان برق؛ از آسیب به سیم کشی خانه جلوگیری می‌کند.
در واقع فیوز نقش یک جان فدایی را بازی می‌کند. مهندسان برق نیز با آگاهی، فیوز را در قسمتی از سیستم قرار می‌دهند که می‌خواهند آسیب به صورت کنترل شده در آن جا رخ دهد.
فیوز در سازه چیست؟
در مهندسی سازه نیز دقیقا این استراتژی وجود دارد. مهندس طراح ساختمان قسمتی از سازه را به گونه ای طراحی می‌کند تا آسیب های ناشی از زلزله عمدا به آن قسمت وارد شود ولی بقیه المان های سازه ای سالم بمانند. به این قسمت از سازه فیوز Structural Fuse System (SFS) می‌گویند.
استراتژی طراحی فیوز به گونه ای است که طراح اجازه می‌دهد المان فیوز از ناحیه الاستیک خارج شود و وارد ناحیه پلاستیک شود، اما گسیخته نشود. در عوض بقیه المان های سازهای در ناحیه الاستیک باقی بمانند. این کار باعث می‌شود بعد از زلزله، با تعویض یا تعمیر المان هایی که از قبل تعیین شده اند (فیوزها)، سازه به سرویس دهی خود ادامه دهد.
فیوز در سازه های بتنی و فولادی
دست طراح برای استفاده از فیوز در سازه های فولادی، بازتر از سازه های بتنی است. در سازه‌های تمام بتن‌آرمه، تیرهای هم بند در دیوارهای کوپله نقش فیوز را ایفا میکنند. اما در سازه های فولادی، تنوع فیوز ها بسیار بیشتر است که در ادامه به بررسی تعدادی از آن ها خواهیم پرداهت:
امروزه محققین، دنبال استفاده از این تکنیک در سازه‌های بتن آرمه هستند. در این راستا، یکی از ایده‌‌ها، ضعیف کردن تیر و تقویت ستون است. تضعیف تیر مطابق شکل زیر، با استفاده از یک لوله داخل تیر، در نزدیکی اتصال تیر به ستون رخ می‌دهد. تقویت محل اتصال نیز با استفاده از FRP صورت می‌پذیرد.
مهاربند های کمانش تاب:
این نوع مهاربندها یکی از به‌روزترین و جدیدترین متدهای جهان است. این سیستم باربر جانبی به خاطر مقاومت و تاب آوری فوق العاده خود در برابر فشار، می‌تواند نیروی بسیار زیادی را تحمل کند و سپس به عنوان یک فیوز سازهای وارد ناحیه پلاستیک شود. در حالی که سایر اعضای سازهای وارد ناحیه پلاستیک نشده‌اند. اما مشکل اصلی این المان که مهندسان هنوز پاسخ قابل توجهی برای آن پیدا نکرده‌اند؛ بحث اتصالات این المان است. در بسیاری از تحقیقات قبل از آن که BRB (مهاربند کمانش تاب) به عنوان یک فیوز به حداکثر بازدهی مدنظر طراح برسد، اتصال آن به تیر و ستون دچار مشکل می‌شود و از مدار خارج می‌شود. یکی از راه‌کارهای مقابله با این مشکل، در مقاله زیر عنوان شده است. آن را از دست ندهید.
دیوار برشی فولادی
چگونه ساختمان اداری ۳۵ طبقه کوبه از زلزله وحشتناک جان سالم به در برد؟
تقویت شدن با سیستم دیوار برشی فولادی!
علاوه بر آن دیگر چه ساختمان هایی در زلزله شگفت انگیز عمل کردند؟
۱.مرکز درمانی در چارلستون
۲.کتابخانه ایالتی اورکان در آمریکا
۳.بیمارستان ۶ طبقه در لس آنجلس
مزایای دیوار برشی فولادی
۱.وزن کمتر نسبت به دیوار برشی بتنی
۲.ضریب رفتار (R) بالا (R=7) برای سیستم های دوگانه (R=8) بر اساس پیشنهاد آیین نامه ASCE
۳.افزایش شکل پذیری سازه و استهلاک قابل توجه انرژی
۴.حمل و نقل و نصب آسان به دلیل وزن کم و انعطاف پذیری بالا
۵.کاهش حجم جوش کاری نسبت به سایر سازه های فولادی
۶.افزایش سرعت اجرا مخصوصا در مقایسه با سیستم دیوار برشی
۷.اشغال فضای کمتر(ضخامت این نوع ورق ها معمولا در بازه ی ۳ ~ ۱۰ میلیمتر است)
۸.امکان تعبیه بازشو(به شرط در نظر گرفتن سخت کننده های لازم)
ساختمان هایی که از این تکنولوژی استفاده کردند:
۱.نیپون استیل(nippon steel)
۲.شینجوکونومورا(shinjukunomura)
برج ۳۵ طبقه تالار شهر کوبه زلزله ۱۹۹۵ کوبه؛ خرابی های گزارش شده جزئی و شامل کمانش های موضعی ورق در طبقه ۲۶ و مقداری تغییر شکل جانبی ماندگار بود
ژاپنی ها در ساختمان های اخیر خود برای ورق فولادی دیوار از فولاد با تتش تسلیم پایین (lys) استفاده نموده اند
از این سیستم باربر جانبی در کشور آمریکا هم بسیار استفاده شده است.
- انواع میراگرها (مستهلک کننده های انرژی)
اکثر مستهلک کننده‌های انرژی، یک واسط بین مهاربند و تیر (یا ستون) هستند که در زیر عکس یک نوع آن‌ها را می‌بینید.
تیرهای پیوند
این نوع تیرها عمدتا در قاب های با مهاربند واگرا کاربرد دارند. نوع پیچی آن ها عمدتا عملکرد بهتری از نوع جوشی آن ها دارد. این تیر، با تشکیل مفصل پلاستیک، بخش زیادی از انرژی زلزله را مستهلک می‌کند. هرچه طول مفصل پلاستیک بیشتر باشد، مقدار استهلاک انرژی بیشتر است.
اگر رفتار این تیر، برشی باشد، یعنی طول آن به قدری کوتاه باشد که برش باعث جاری شدن آن بشود، طول مفصل پلاستیک زیاد است. اما اگر رفتار تیر پیوند، خمشی باشد؛ طول مفصل پلاستیک کوتاه‌تر خواهد بود. چون مفصل پلاستیک فقط در دوسر تیر تشکیل می‌شود. اما در حالت برشی، کل تیر جاری می‌شود.
برای اینکه تیر پیوند حکم فیوز سازهای را داشته باشد، باید جاری شود. شرط جاری شدن در این نوع سیستم این است که مهاربندها بتوانند نیرو را به طور کامل به تیر پیوند برسانند. اگر مهاربندها قبل از انتقال نیرو، کمانش کنند، دیگر نیرو به تیر پیوند نمی‌رسد، تیر پیوند جاری نمی‌شود، در نتیجه فیوز در سازه تشکیل نمی‌شود.
پس برخلاف سیستم CBF که خود مهاربندها وظیفه جاری شدن و ایجاد فیوز در سازه را دارند، در سیستم مهاربندی واگرا، مهاربندها باید در محدوده ارتجاعی باقی بمانند و کمانش نکنند.
اتصالات RBS
اتصالات RBS (Reduced Beam Section) یا اتصالات با مقطع کاهش یافته؛ اتصالاتی هستند که قسمتی از مقطع تیر را به طور عمد کوچک‌تر طراحی می‌کنیم تا خرابی ها در آن جا رخ دهد و به عنوان یک فیوز سازه عمل کنند. این ایجاد ضعف در مقطع، باعث می‌شود آن نقطه سریع‌تر به جاری شدگی برسد و وارد ناحیه غیرالاستیک شود. درحالی که سایر المان‌های سازه؛ جاری نشده‌اند.
- قاب ستون پیوند LCF (Linked column frame)
سیستم قاب فولادی با ستون پیوند شده (LCF) یک سیستم باربر جانبی-ثقلی جدید است؛ که با بهره گیری از تیرهای پیوند شکل پذیر قابل تعویض، دارای رفتار سازه ای مطلوب در سطوح عملکردی مختلف می‌باشد. در این سیستم، پس از رویداد لرزه ای با سطح خطر شدید، آسیب های وارده به سازه محدود و منحصر به تیرهای پیوند می باشد. بنابراین، ساختمان های با این سیستم سازه ای، پس از رویداد لرزه ای با سطح خطر متوسط به سرعت و با کمترین هزینه به حد خدمت رسانی باز می گردند.
