Αντιλυγισμικός Σύνδεσμος Δυσκαμψίας

Ο Αντιλυγισμικός Σύνδεσμος Δυσκαμψίας (Βuckling Restrained Brace - BRB) είναι μια κατασκευαστική διάταξη, σχεδιασμένη έτσι ώστε να επιτρέπει στην κατασκευή να αντέχει κυκλικές (επαναλαμβανόμενες) πλευρικές φορτίσεις, συνήθως σεισμικές. Σε γενικές γραμμές αποτελείται από ένα εύκαμπτο χαλύβδινο πυρήνα, ένα περίβλημα από σκυρόδεμα ή άλλο κονίαμα έτσι ώστε να εξασφαλίζεται συνεχόμενα ο πυρήνας έναντι αξονικής θλίψης και να αποτρέπεται ο λυγισμός και μια ολισθηρή διεπιφάνεια που αποτρέπει ανεπιθύμητες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δύο υλικών. Τα διασυνδεδεμένα πλαίσια που χρησιμοποιούν συνδέσμους BRB - γνωστά ως Πλαίσια με Αντιλυγισμικούς Συνδέσμους Δυσκαμψίας (Buckling Restrained Braced Frames - BRBF) - έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα κλασικά διασυνδεδεμένα πλαίσια.

Ιστορική αναδρομή

Η ιδέα του BRB αναπτύχθηκε στην Ιαπωνία από την εταιρία Nippon Steel στο τέλος της δεκαετίας του 1980 και ήταν γνωστός με την εμπορική ονομασία "Σύνδεσμος χωρίς Συνάφεια (Unbonded Brace)". Εγκαταστάθηκαν για πρώτη φορά στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1999, στο Κτίριο Plant & Environmental Sciences Building ου Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια (U.C. Davis). 
Το 2002, οι εταιρίες CoreBrace LLC και Star Seismic LLC συγχωνεύτηκαν και ξεκίνησαν να ανταγωνίζονται  τη Nippon στην αγορά σχεδιασμού BRB. Η χρήση τους σήμερα έχει γίνει ευρέως αποδεκτή, με το σχεδιασμό τους να ρυθμίζεται σε τωρινές διατάξεις, σε διάφορες χώρες σε όλο τον κόσμο.

Συνιστάμενα Μέρη

Τρία βασικά μέρη των BRB μπορούν να διαχωριστούν και είναι: ο χαλύβδινος πυρήνας, το ολισθηρό στρώμα αποτροπής συνεργασίας και το περίβλημα. 
Ο χαλύβδινος πυρήνας σχεδιάζεται ώστε να παραλαμβάνει την πλήρη αξονική δύναμη που αναπτύσσεται στο σύνδεσμο. Η επιφάνεια διατομής μπορεί να είναι σημαντικά μειωμένη σε σχέση με τους κλασικούς συνδέσμους, μιας και η αποδοτικότητά του δεν περιορίζεται από το λυγισμό. Ο πυρήνας αποτελείται από την περιοχή στο μέσον του μήκους που σχεδιάζεται ώστε να διαρρέει ανελαστικά στην περίπτωση του σεισμού σχεδιασμού και άκαμπτες ακραίες περιοχές που δεν διαρρέουν. Η αυξημένη διατομή των περιοχών αυτών εξασφαλίζουν ότι παραμένουν ελαστικές, και συνεπώς η πλαστικότητα περιορίζεται στο μεσαίο τμήμα του πυρήνα. Αυτή η διάταξη παρέχει υψηλή αξιοπιστία στην προβλεπόμενη συμπεριφορά του στοιχείου και κατά την αστοχία. 
Το ολισθηρό στρώμα αποσυνδέει το περίβλημα από τον πυρήνα. Αυτό επιτρέπει στον πυρήνα να αναλάβει την πλήρη αξονική δύναμη που αναπτύσσεται στο σύνδεσμο, όπως είχε σχεδιαστεί. .  
Το περίβλημα μέσω της καμπτικής ακαμψίας του παρέχει την πλευρική αντιστήριξη έναντι καμπτικού λυγισμού του πυρήνα. Συνήθως αποτελείται από χαλύβδινους σωλήνες γεμισμένους με σκυρόδεμα. Το κριτήριο σχεδιασμού για το περίβλημα είναι η παροχή επαρκούς πλευρικής αντιστήριξης (ακαμψίας) έναντι λυγισμού του χαλύβδινου πυρήνα

Χαρακτηριστικά των BRB

Επειδή επιτυγχάνουν υψηλό επίπεδο πλαστιμότητας και σταθερούς επαναλαμβανόμενους βρόχους υστέρησης, τα BRB μπορούν να αναλώνουν σημαντική ποσότητα ενέργειας κατά τις κυκλικές φορτίσεις, όπως σε ένα σεισμικό γεγονός. 
Η αποτροπή του λυγισμού οδηγεί σε παρόμοια αντοχή και πλάστιμη συμπεριφορά σε θλίψη και εφελκυσμό, κάτι που φαίνεται στην περιβάλλουσα των καμπυλών υστέρησης, γνωστή επίσης και ως καμπύλη backbone. Αυτή η καμπύλη θεωρείται σημαντική βάση του πρακτικού σχεδιασμού. Η ευμενής κυκλική συμπεριφορά του χάλυβα μπορεί έτσι να επεκταθεί σε επίπεδο μέλους και συνεπώς σε επίπεδο συνολικής κατασκευής. Μια κατασκευή εξαιρετικά αυξημένης ικανότητας ανάλωσης ενέργειας μπορεί να σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας BRB.
Τα πειραματικά αποτελέσματα αποδεικνύουν την πλάστιμη, σταθερή και επαναλαμβανόμενη υστερητική συμπεριφορά κατασκευών που ενσωματώνουν BRB. Ανάλογα με τη διαμόρφωση των συνδέσμων οι Αμερικάνικοι Κανονισμοί οι Αμερικάνικοι Κατασκευαστικοί Κανονισμοί επιτρέπουν τη χρήση ενός συντελεστή τροποποίησης απόκρισης (μείωσης δυνάμεων - γνωστό σαν συντελεστή συμπεριφοράς στους Ευρωπαϊκούς Κανονισμούς) έως 8, 
ο οποίος είναι συγκρίσιμος με αυτόν στα ειδικά καμπτικά πλαίσια (SMRF). Μία υψηλότερη μείωση των ελαστικών δυνάμεων σχετίζεται με μεγαλύτερη πλαστιμότητα και συνεπώς βελτιωμένη συμπεριφορά μετά τη διαρροή. Συνεπώς, τα σεισμικά φορτία που ασκούνται στην κατασκευή μειώνονται σημαντικά, κάτι που οδηγεί σε μικρότερες διατομές δοκών και υποστυλωμάτων των διασυνδεδεμένων πλαισίων, μικρότερες απαιτήσεις στις συνδέσεις και το σημαντικότερο, τα φορτία στη θεμελίωση μειώνονται δραστικά.

Πλεονεκτήματα

Συγκριτικές μελέτες καθώς και να ολοκληρωμένες κατασκευές, επιβεβαιώνουν τα πλεονεκτήματα των συστημάτων με πλαίσια αντιλυγισμικών συνδέσμων (BRBF). Τα συστήματα BRBF μπορεί να είναι ανώτερα από άλλα συνήθη συστήματα ανάλωσης ενέργειας, με παγκόσμιο σεβασμό ως προς την αποτελεσματικότητα του κόστους, για τους εξής λόγους:
Οι σύνδεσμοι αυτοί έχουν συμπεριφορά απορρόφησης ενέργειας που είναι πολύ βελτιωμένη σε σχέση με τα ειδικά κεντρικά διασυνδεδεμένα πλαίσια (SCBF). Επίσης, επειδή ο συντελεστής συμπεριφοράς τους είναι υψηλότερος από αυτό των περισσότερων άλλων σεισμικών συστημάτων (R=8) και τα κτίρια είναι συνήθως σχεδιασμένα με αυξημένη θεμελιώδη ιδιοπερίοδο, τα σεισμικά φορτία είναι συνήθως χαμηλότερα. Αυτό με τη σειρά του μπορεί να οδηγήσει σε μείωση των διαστάσεων των μελών (υποστυλώματα και δοκούς), σε μικρότερες και απλούστερες συνδέσεις, και τα μικρότερες απαιτήσεις θεμελίωσης. Επίσης, τα BRB είναι συνήθως γρηγορότερα σε ανέγερση από τα SCBF, με αποτέλεσμα την εξοικονόμηση κόστους για τον ανάδοχο. Επιπλέον, τα BRB μπορούν να χρησιμοποιηθεί στο σεισμικό ανασχεδιασμό. Τέλος, σε περίπτωση σεισμού, δεδομένου ότι οι βλάβες είναι συγκεντρωμένες σε μια σχετικά μικρή περιοχή (ο πυρήνας διαρροής του συνδέσμου), μετά το σεισμό η αποτίμηση και η αντικατάσταση είναι σχετικά εύκολες.
Μια ανεξάρτητη μελέτη κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η χρήση των BRBF αντί για άλλα σεισμικά συστήματα, παρήγαγε ένα κόστος με εξοικονόμηση έως και $5 ανά τετραγωνικό πόδι.