(ب)
(الف)
(د)
(ج)
شکل۳-۴ : مقاطع پیشنهاد شده مهاربند BRB با مصالح پرکننده
(الف)فوجیموتو (ب)ناگائو و تاکاهاشی (ج)اینیوو (د)حوریی و یابه
هم­چنین چندین مقطع برای مهاربند BRB که در آن از مصالح پرکننده استفاده نشده بود، نیز ارائه شد که در زیر به چند نمونه از آنها اشاره شده است (شکل ۳-۵):

سوزوکی^[۲۷] و همکارانش]۱۳[ در سال ۱۹۹۴ یک مقطع بال­پهن که توسط یک لوله فولادی از کمانش جانبی آن جلوگیری می­شد، را به عنوان مقطع مهاربند BRB مورد آزمایش قرار دادند.
تادا^[۲۸] و همکارانش]۱۴[ در سال ۱۹۹۳ از دو مقطع دایره­ای تو در تو به عنوان مهاربند BRB استفاده کردند که لوله داخلی سختی خمشی لازم جهت جلوگیری از کمانش را فراهم می­ کند و بار محوری به لوله خارجی وارد می­ شود.
شیمیزو^[۲۹] و همکارانش]۱۵[ نیز یک لوله مربعی شکل به عنوان عضو محصور­کننده و هسته با مقطع صفحه­ای و صلیبی را مورد آزمایش قرار دادند.
سریدهارا]^[۳۰]۱۶[ یک هسته داخل غلاف نگهدارنده را پیشنهاد کرد که بار محوری فقط به هسته اعمال می­ شود. در این سیستم، با جلوگیری کردن از کمانش­های هسته توسط غلاف، هدف رسیدن هسته به تنش تسلیم است. رفتار هسته در این سیستم به نسبت سختی بین هسته و غلاف بستگی دارد. با اعمال بار، نمونه ابتدا در مود اول کمانش می­ کند و هسته در دو انتها و در وسط توسط غلاف نگهداشته می­ شود، با افزایش بار محوری امکان کمانش هسته در مودهای بعدی نیز وجود دارد.

(ج)
(د)
(ب)
(الف)
شکل۳-۵ : مقاطع پیشنهاد شده مهاربند BRB بدون مصالح پرکننده
(الف)سوزوکی (ب)تادا (ج)شیمیزو (د)سریدهارا
ایواتا]۱۷[ در سال ۲۰۰۰ بر روی ۴ مدل مختلف مهاربند BRB بررسی مقایسه­ ای انجام داد که در زیر به نتایج آن اشاره می­کنیم:
نمونه اول مدل پیشنهادی فوجیموتو بود. این قطعه در سخت­کننده­ های انتهایی دچار شکست شد و هم­چنین ماده پر کننده نیز آسیب دید. کرنش ماکزیمم ۳% شد که در سیکل ۱۴ اتفاق افتاد. (شکل۳-۶-الف)
نمونه دوم مدل پیشنهادی شیمیزو بود. این نمونه در مقایسه با نمونه­های دیگر عملکرد ضعیف­تری داشت. کمانش در وسط هسته فلزی در سیکل دوم اتفاق افتاد، در حالیکه کرنش ۱% بود. هم­چنین استهلاک انرژی این نمونه نیز پایین بود. (شکل۳-۶-ب)
نمونه سوم مدل پیشنهادی فوکودا بود که شامل یک صفحه فولادی تخت بود که توسط دو مقطع ناودانی که با پیچ­های با مقاومت بالا به هم متصل شده بودند، از کمانش جانبی هسته جلوگیری می­شد. کمانش جانبی در سخت­کننده­ های جانبی در حالی­که کرنش ۵/۲% بود، اتفاق افتاد و در کرنش ۳% پیچ­های اتصال نیز تسلیم شد. (شکل۳-۶-ج)
نمونه چهارم مدل پیشنهادی سوزوکی بود. همانند نمونه دوم از مصالح پرکننده استفاده نشده بود، در لحظه تغییر مکان متناظر با کرنش ۲%، کمانش جانبی در وسط مهاربند مشاهده شد و هم­چنین چندین ترک نیز در لوله مستطیلی دیده شد که در کرنش ۵/۲% شکست. هر دو در سیکل دوم بارگذاری اتفاق افتاد. (شکل۳-۶-د)

(د)
(ج)
(ب)
(الف)
شکل۳-۶ : منحنی رفتار چرخه­ای چهار نمونه
(الف) رفتار مدل فوجیموتو (ب) رفتار مدل شیمیزو (ج) رفتار مدل فوکودا (د) رفتار مدل سوزوکی
فوجیموتو بر روی پنج نمونه با مقطع کلی یکسان با شکل مقطع ۳-۴-الف، آزمایش­های متعددی انجام داد. در این نمونه­ها ابعاد هسته ثابت بوده و فقط خصوصیات غیرخطی مصالح متفاوت انتخاب شدند. نسبت بار کمانشی اولر به بار تسلیم مصالح ( P_E/P_y ) در بازه ۵۵/۰ تا ۸۲/۳ متفاوت است. نمونه­ها تحت بارگذاری چرخه­ای آزمایش شدند، تا جایی­که به زاویه متناظر تغییر شکل طبقات و بار طراحی برسند. آزمایش­ها نشان می­داد که در نمونه­هایی که نسبت مقاومت کمانشی اعضای محصورکننده بزرگ­تر از مقاومت تسلیم باشد، رفتار چرخه­ای سازه مطلوب­تر می­ شود که در شکل ۳-۷ نشان داده شده است.
(ب)
(الف)
شکل۳-۷ : نتایج آزمایش نمونه­های مختلف (الف) P_E/P_y=0.75(ب) P_E/P_y=3.53
هم­چنین فوجیموتو با انجام آزمایش­های متعدد بر روی مواد غیرچسبنده و جداکننده، در نهایت برای مقطع مهاربند ارائه داده، یک نوار وینیل- ماستیک پر شده با مصالح پلی­استر پیشنهاد کرد. هم­چنین تغییر مکان اولیه موجود در هسته (اعم از نقص اولیه یا مشکلات اجرا) نیز مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. نشان داده شد که نقص اولیه فقط در مواردی­که مقدار بار بحرانی مصالح پرکننده با بار تسلیم هسته تفاوت چندانی نداشته باشد، حائز اهمیت می­ شود.

قاب­های با مهاربند مقاوم در برابر کمانش^[۳۱]

سبلّی^[۳۲] ]۱۸[ در سال ۲۰۰۳ مطالعات متعددی برای مشخص کردن رفتار قاب­های با مهاربند مقاوم در برابر کمانش تحت بارهای ناشی از زلزله انجام داد. چندین قاب ۳ و ۶ طبقه با شکل مختلف که بصورت V شکل مهاربندی شده بودند را با روش تحلیل دینامیکی غیر­خطی آنالیز کرد. نیروی معادل استاتیکی به جای نیروی زلزله به قاب اعمال شد، ضریب کاهش ® برای قاب با مهاربند مقاوم در برابر کمانش برابر ۸ و برای قاب با مهاربند معمولی برابر ۶ در نظر گرفته شد. نوع خاک D و ضریب اهمیت سازه نیز برابر یک در نظر گرفته شد. مقطع مهاربند فقط بر اساس معیار مقاومت و بدون در نظر گرفتن معیار کمانش جانبی طراحی گردید. در تمام قاب­ها اتصالات تیر به ستون از نوع اتصالات صلب و اتصال مهاربندها به قاب از نوع اتصالات ساده در نظر گرفته شد. نتایج برای مدل ۶ طبقه تحت بار g98/0 نشان داد که تغییرمکان نسبی حداکثر برابر ۰۱۶/۰ است. هم­چنین از آنالیز استاتیکی نتیجه شد که رفتار قاب­های با مهاربند BRB در برابر ضریب رفتار ( R ) چندان حساس نیستند و رفتار کلی آنها در برابر تغییرمکان حداکثر نسبت به قاب­های با مهاربند معمولی و قاب­های خمشی بهتر است.
یاماگوچی^[۳۳] و همکارانش]۱۹[ در سال ۲۰۰۲ یک آزمایش در ابعاد واقعی جهت بررسی رفتار قاب­های خمشی متداول و قاب­های مهاربندی شده انجام داد. اجزای آزمایش از یک میز لرزان و یک سیستم آونگ و فنر جهت ایجاد پریود طبیعی ساختمان­های بلند تشکیل شده بود. (شکل ۳-۸ )
شکل۳-۸ : تصویر شماتیک آزمایش میز لرزه
داده ­های سه زلزله با دو شدت حرکت زمین ( شدت۱ و شدت۲ ) که از نظر سرعت حداکثر زمین با هم تفاوت داشتند، مورد استفاده قرار گرفت. ( سرعت زمین در شدت۱ برابر ۲۵ سانتی­متر بر ثانیه و سرعت پیک زمین در شدت۲ برابر ۵۰ سانتی­متر بر ثانیه است). برای مهاربند استفاده شده در آزمایش از مقطع ارائه شده فوجیموتو استفاده شد. قاب خمشی در طول آزمایش یک رفتار خطی با استهلاک انرژی کم در شدت۱ نشان داد، با وجود این تغییر مکان نسبی طبقات و کرنش تیرها از حد تسلیم تجاوز کردند. در شدت۲ قاب دچار آسیب شد و تغییر شکل­های خیلی بزرگ اتفاق افتاد. تسلیم تیرها باعث استهلاک انرژی در قاب شد. نتایج به­دست­آمده نشان داد که تا زمانی­که اعضا در حالت الاستیک بودند، اتلاف انرژی نتایج مشابهی در مدل­های مختلف داشته است. ولی تغییر مکان نسبی طبقات و کرنش تیرها در حدود تا حد تسلیم شد. حداکثر تغییر مکان نسبی طبقات در حدود ۲۷% حداکثر مقدار به دست آمده از قاب خمشی بود.
این آزمایش محاسن استفاده از مهاربند ضد کمانش در قاب جهت کنترل تغییرمکان­های جانبی را نشان می­داد.

مقایسه مهاربند مقاوم در برابر کمانش با مهاربندهای معمولی

در این بخش ابتدا مقایسه­ ای که توسط اسکودرو^[۳۴] و ناکاشیما^[۳۵] ]۲۰[ بین مهاربندهای معمولی با مهاربند مقاوم در برابر کمانش از نظر پریود ارتعاشات، سختی جانبی و تغییر مکان نسبی طبقات بر اساس نتایج تحلیل­های عددی انجام گرفته است، بیان شده و در ادامه یک مقایسه اقتصادی که توسط شرکت داسه^[۳۶]]۲۱[ بین هزینه اجرای ساختمان­های ساخته شده با مهاربند همگرای معمولی و مهاربند مقاوم در برابر کمانش انجام گرفته است، بیان خواهد شد.

مقایسه پریود ارتعاشی، سختی و تغییر مکان نسبی

رفتار پس از کمانش مهاربندها بسیار پیچیده است و بحث درباره آن در آنالیزهای ساده مشکل است. برنامه ­های کامپیوتری معمولی نیز قادر به در نظر گرفتن این رفتار نیستند. ولی در این مطالعه با بهره گرفتن از برنامه CLAP که توسط تادا نوشته شده و قادر به در نظر گرفتن رفتار پس از کمانش اعضا در فشار است، به آنالیز و مقایسه مهاربندها پرداخته شد. اسکودرو نمونه­های مختلف کامپیوتری را که از نظر تعداد طبقات، مشخصات مصالح، شکل مقطع و مولفه­های زمین­لرزه وارد به سیستم با هم متفاوت بودند، جهت انجام مقایسه دو نوع مهاربند در نظر گرفت.
شکل ۳-۹ مدل­های ایجاد شده در برنامه را نشان می­دهد. همه اعضا شامل تیرها، ستون­ها و مهاربندها بصورت مفصلی به هم متصل شده ­اند. در این حالت کلیه بارهای جانبی ناشی از ارتعاش زمین توسط اعضای قطری (مهاربند) تحمل می­شوند. جرم طبقات در محل اتصال تیرها با ستون­های هر طبقه قرار گرفته است. در این مطالعه، دو قاب با جزئیات نشان داده شده در شکل ۳-۹ که یکی سه طبقه و دیگری دوازده بود، طبقه مورد بررسی قرار گرفتند.
شکل۳-۹ : شکل کلی مدل مورد مطالعه]۲۰[
مهاربند
مفصل
جرم فعال جهت در نظر گرفتن ∆P-
صلب
اعضای الاستیک
برای طراحی مهاربندها نیروی معادل استاتیکی را به همه گره­های ستون­های A اعمال کردند. اثر P-∆ با اعمال جرم فعال عمودی در همه گره­های ستون C در نظر گرفته شد. از آنجایی­که اتصال قاب به صورت مفصلی بود، در نظر گرفتن یک قاب پشتیبان مفید می­باشد. این قاب پشتیبان، از ستون­های C و تیرهای متصل به آن تشکیل شدند که یک سختی مضاعف برای قاب مورد مطالعه ایجاد می­کرد که با کاهش رفتار غیر­پایدار ممکن به دلیل اثر P-∆ صورت می­گرفت. یک روش دیگر جهت تامین سختی قاب مفصلی به وسیله پارامترهای سخت­شدگی کرنشی فولاد بود که افزایش سخت­شدگی کرنشی باعث افزایش سختی قاب می­شد.