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."BRBF have more ductility and energy absorption than SCBF because overall brace buckling, and its associated strength degradation, is precluded at forces and deformations corresponding to the design story drift."

 Ιστορική αναδρομή 
Η ιδέα του BRB αναπτύχθηκε στην Ιαπωνία από την εταιρία Nippon Steel στο τέλος της δεκαετίας του 1980Black, C., Makris, N., and Aiken, I. Component Testing, Stability Analysis and Characterization of Buckling-Restrained Unbonded Braces. 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).Unbonded Brace Facts, n.d. http://www.unbondedbrace.com/facts.htm.
Το 2002, οι εταιρίες CoreBrace LLC και Star Seismic LLC συγχωνεύτηκανCoreBrace, About Us. http://www.corebrace.com/about.html .Fullmer, Brad, "Trends in Steel: BRBF Systems becoming more popular in seismic areas." 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.Merritt, S., Uang, Ch.M., Benzoni, G., Subassemblage testing of Star Seismic buckling-restrained braces, Test report, University of California, San Diego, 2003.Newell, J., Uang, Ch.M., Benzoni, G., Subassemblage Testing of Corebrace Buckling-Restrained Braces (G-Series).L. Dunai: Type testing of Buckling Restrained Braces according to EN 15129 – EWC800 – Final report, 2011. http://www.starseismic.eu/pdf/110315%20Final%20report%20EWC800.pdf . Ανάλογα με τη διαμόρφωση των συνδέσμων οι Αμερικάνικοι ΚανονισμοίSee ANSI/AISC 341-10 - Seismic Provisions for Structural Steel Buildings 2010 ed. pg. 9.1-249. 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.

 Συνδέσεις 
Ο σκοπός των BRB είναι να απορροφήσει τις πλευρικές δυνάμεις από τους στύλους και τις δοκούς. Ως εκ τούτου, η σύνδεση των συνδέσμων μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την απόδοση του συνδέσμου στην περίπτωση ενός σεισμικού γεγονότος. Συνήθως, ο σύνδεσμος είναι συνδεδεμένος σε ένα κομβοέλασμα, το οποίο με τη σειρά του είναι συγκολλημένο στη δοκό ή/και κολώνα που ο σύνδεσμος θα επισυναφθεί. Συνήθως τρεις τύποι συνδέσεων χρησιμοποιούνται για BRB:
 συγκολλητή σύνδεση – ο σύνδεσμος συγκολλάται πλήρως πάνω στο κομβοέλασμα. Αν και αυτή η επιλογή απαιτεί επιπλέον εργατοώρες, μπορεί να αυξήσει την απόδοση του συνδέσμου, βελτιώνοντας το μηχανισμό μεταφοράς δυνάμεων και δυνητικά να οδηγήσει σε μικρότερες διατομές συνδέσμων.
 κοχλιωτή σύνδεση – ο σύνδεσμος είναι βιδωμένος στο κομβοέλασμα.
 αρθρωτή σύνδεση – ο σύνδεσμος και το κομβοέλασμα έχουν και τα δύο σχεδιαστεί για να δεχτεί μία άρθρωση (πείρο), που τα συνδέει μεταξύ τους και τους επιτρέπει ελεύθερη περιστροφή. Αυτό μπορεί να είναι ευνοϊκό για το σχεδιαστή μηχανικό, αν αυτός θα πρέπει να καθορίσει μια αρθρωτού τύπου σύνδεση.
Εκτός από τον τύπο σύνδεσης, οι λεπτομέρειες της σύνδεσης μπορούν επίσης να επηρεάσουν τη μεταφορά των δυνάμεων στο σύνδεσμο, και συνεπώς την οριακή του απόδοση. Συνήθως, η εταιρεία σχεδιασμού καθορίζει τις σωστές λεπτομέρειες σύνδεσης μαζί με τις διαστάσεις του συνδέσμου.

 Πλεονεκτήματα 
Συγκριτικές μελέτες καθώς και να ολοκληρωμένες κατασκευές, επιβεβαιώνουν τα πλεονεκτήματα των συστημάτων με πλαίσια αντιλυγισμικών συνδέσμων (BRBF).Dasse Design Inc.: Cost Advantages of Buckling Restrained Braced Frame Buildings. 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.See http://www.starseismic.eu/cost_saving  for an overview of the advantages listed in this section.

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.Moore Lindner Engineering Inc., Structural Cost Comparison Utilizing Buckling Restrained Braces.

 Κατασκευές αναφοράς 
μικρογραφία|Levi's Stadium, έδρα των San Francisco 49ers, χρησιμοποιεί BRBFs για το σύστημα ανάληψης σεισμικών δυνάμεων.
 Intermountain Ιατρικό Κέντρο
 Levi's Stadium - έδρα από το San Francisco 49ers
 L. A. Live - ξενοδοχείο και κατοικίες
 One Rincon Hill - πύργος
 Washington Mutual - πύργος, κτίριο γραφείων
 Rio Tinto Stadium - έδρα του Major Soccer League ομάδα της Ρεάλ Σολτ Λέικ.

 Δείτε επίσης 
 S. Hussain, P. V. Benschoten, M. A. Satari, S. Lin: Buckling Restrained Braced Frame Structures: Analysis, Design and Approvals Issues
 L. Calado, J. M. Proenca, A. Panao, E. Nsieri, A. Rutenberg, R. Levy: Prohitech WP5, Innovative materials and techniques, buckling restrained braces
 Bonessio, N., Lomiento, G., Benzoni, G., (2011). An experimental model of buckling restrained braces for multi-performance optimum design. Seismic Isolation and Protection Systems, Vol. 2, No. 1, pp. 75–90. 

 Αναφορές 

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
 CoreBrace
 CoreBrace México
 Nippon Steel's product page for the Unbonded Brace 
 Star Seismic Europe 
 Star Seismic 
 Unbonded Brace, η εμπορική ονομασία των BRB από τη Nippon Steel.

Κατηγορία:Σεισμική μηχανική