مقاله تحلیلی‌:‌ ترک ‌های تیر پیوند در سیستم مهاربندی برون ‌محور

 به‌جز چند مورد خاص که تعدادشان کم است، مابقی سازه‌های فولادی شهر کرایست‌چرچ واقع در نیوزلند تحت زلزله‌های سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۱، عملکرد خوبی داشته‌اند. در این زلزله‌ها شتاب زمین یک و نیم برابر شتاب طراحی بوده است. باید به این نکته اشاره کرد که سازه‌های فولادی شهر کرایست چرچ از محصولات و مصالح نسبتاً نوین ساخته‌شده بودند بنابراین عملکرد آن‌ها ازلحاظ ضوابط طراحی لرزه‌ای به‌روز مطلوب است. مورد خاص و استثنایی قابل‌توجه، ترک‌های ظاهرشده در تیر پیوند دو مهاربند برون‌محور است که بحث و بررسی بیشتری می‌طلبد.

اولین تیر پیوند ترک‌خورده در طبقه بیست و دوم برج مسکونی Pacific بلندترین برج شهر کرایست‌چرچ که در سال ۲۰۱۰ به اتمام رسید مشاهده شد. ساختمان دارای مهاربندی برون‌محور محیطی در ضلع غربی تا طبقه ششم و تا طبقه یازدهم در ضلع شمالی است که از طریق دال‌های منتقل دهنده طراحی‌شده برای توزیع نیروهای افقی زلزله، به هسته مرکزی مهاربندی ساختمان که دورتادور آسانسور است، متصل می‌گردند. تعدادی از مقاطع مهاربندهای برون‌محور در ترازهای پایین‌تر از طبقه ششم نمایان بودند چون این ترازها به سیستم پارکینگ مکانیکی متحرک چندطبقه اختصاص‌یافته بودند. پوسته‌پوسته شدن رنگ‌های تیر پیوند و تغییر شکل‌های برشی باقیمانده در آن در ترازهای مذکور به چشم می‌خورد.

طراحی تیرهای پیوند موجود در ساختمان بر اساس کنترل دریفت انجام شده است طوری که ضریب تغییر شکل طراحی برابر یک و نیم است (µ=1.5) با ذکر این نکته که در نیوزلند اجازه داده می‌شود که این ضریب تا عدد ۴ هم انتخاب شود. این موضوع عمومیت دارد که از تیرهای پیوند در ساختمان‌های بلند این شهر که در منطقه‌ای با لرزه‌خیزی متوسط قرار دارد، استفاده شود. محدوده تغییرات ضریب شکل‌پذیری ‌چنین ساختمان‌هایی از ۲ تا ۳ است. طبق بازدید میدانی انجام شده از ساختمان، آسیب‌های قابل‌توجه در معماری و دیگر اعضای غیر سازه‌ای به‌غیراز تراز طبقه ششم که تعدادی از درب‌های هتل باز و بسته نمی‌شدند و علت آن هم تغییر شکل‌های ماندگار بزرگ‌تر در این تراز بود،‌ مشاهده نشد. این تراز اولین ترازی بود که مورد بررسی قرار گرفت. یک عدد تیر پیوند فعال گسیخته شده در تراز همین طبقه مطابق شکل ۱ مشاهده شد. ترک از یک گوشه در بالای بخش فعال تیر پیوند گسترش یافته و در عرض تیر پخش شده و باعث ایجاد تغییر شکل‌های ماندگار قابل‌توجه در تیر پیوند شد.

تسمه‌های فولادی مهاری موقت به قاب تیر پیوند جوش شد تا مقاومت جانبی آن تأمین شود، اما بااین‌حال احتیاج به تعمیر و بازبینی مجدد در آن وجود داشت. بخش فعال تیر پیوند در ۴ طبقه بالای این قاب تقاضای تغییر شکل‌های فرا ارتجاعی بزرگ‌تری نسبت به سایر قاب‌ها داشتند. طول پیوند این چهار طبقه برابر ۴۰۰ میلی‌متر بود که این مقدار نسبت به سایر پیوندهای ساختمان نصف است که به دلیل تقاضای تغییر شکل بالا حائز اهمیت است. ۴ تیر پیوند مذکور تعویض شدند. این تعویض و جابجایی، شامل برش تیر پیوند فعال و برش بخشی از تیر جمع کننده و مهاربند بود. این روش برای تیر پیوند گسیخته شده ساختمان دوم نیز به‌صورت موفقیت‌آمیزی انجام شد (شکل ۲) که در حال حاضر تعمیر شده و مجدداً به فاز بهره‌برداری بازگشته است. جوشکاری به نحوی انجام شد که محبوس شدن تنش‌های پسماند در فولاد به حداقل مقدار ممکن برسد. جابجایی و تعمیر ۴ تیر پیوند گسیخته شده مذکور در مارس ۲۰۱۲ انجام شد و تنها تعمیری بود که برای سیستم سازه‌ای ساختمان احتیاج بود.

این نوع گسیختگی تیر پیوند مهاربند برون‌محور در نمونه‌های آزمایشگاهی انجام شده پیشین و در آسیب‌های ناشی از سایر زلزله‌ها گزارش نشده است. دلایل شکست و ترک‌های مذکور هنوز روشن نیست و هر ۴ تیر پیوند مذکور تحت اثر بررسی‌های دقیق متالوژی و سازه‌ای قرار گرفته‌اند.

شکست‌های مذکور در دو دهانه مهاربندی برون‌محوری یک گاراژ پارکینگ کوتاه مرتبه نیز دیده شده است (شکل 2). طبق دلایلی که قبلاً توسط Charles Clifton و همکاران ذکر شد، این گاراژ پارکینگ تحت تأثیر حرکتی مانند حرکت شدید زلزله کرایست‌چرچ قرار نگرفته است.

به‌هرحال این مهاربندی‌های برون‌محور توسط دریفت کنترل نشده‌اند و برای حداکثر تقاضای تغییر شکل برابر ۴ (µ=4) طراحی‌ شده‌اند. بر اساس مشاهدات می‌توان گفت که علت شکست تیر پیوند، فاصله ایجادشده بین بال مهاربند و سخت‌کننده تیر پیوند است.

خروج از مرکزیت مذکور یعنی فاصله بین بال مهاربند و سخت‌کننده باعث می‌شود که نیروی محوری کششی مهاربند به‌جای این‌که مستقیم به سخت‌کننده وارد گردد، از طریق بال انعطاف‌پذیر به تیر پیوند یا تیر جمع کننده وارد می‌شود. این امر باعث می‌شود که تجمع بار در محل اتصال افزایش یابد و موجب ایجاد ترک در بال و جان تیر می‌شود. پیشنهاد می‌شود که یک دیتیل اجرایی مناسب برای انتقال بار که موضوع مهمی هم است در نظر گرفته شود، به‌ویژه زمانی که انتظار تغییر شکل‌های فرا ارتجاعی وجود دارد. 

یادآوری می‌گردد که  در هر یک از جهات اصلی سازه و در هر تراز طبقه، حداقل از شش مهاربند برون‌محور استفاده شود تا موجب بهبود عملکرد لرزه‌ای قابل‌توجه سیستم شده و از بروز ترک جلوگیری شود. همچنین باید توجه داشت که دریفت-های پسماند در پارکینگ یا آسیب‌های ناشی از حذف ظرفیت باربری ثقلی سیستم قابل‌توجه نیست. همان‌گونه که ذکر شد، بخش آسیب‌دیده تیر پیوند قابل جداسازی و تعمیر و جایگزینی بوده تا سیستم به سرویس‌دهی خود بازگردد.

نتیجه‌گیری

اگرچه سازه‌های فولادی شهر کرایست چرچ در زلزله فوریه سال ۲۰۱۱ و در چندین زلزله مشابه دیگر بین این تاریخ و سپتامبر ۲۰۱۰ که در این شهر رخ داد، عملکرد مطلوبی از خود نشان دادند اما به یاد داشته باشید که حتی سیستم‌های قوی و تنومندی همچون مهاربند برون‌محور در زمانی که تحت اثر نیروهای بزرگ قرار می‌گیرند، مستعد شکست و ترک‌خوردگی هستند. انتظار می‌رود که بررسی‌های در حال انجام در خصوص جزئیات اجرایی و مصالح مورد استفاده، منجر به کاهش این نوع آسیب‌های موضعی و غیرمعمول گردد.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.