شهر تاب آور شهری است که بتواند به سرعت پس از یک فاجعه (مانند زلزله) که باعث فروریختنسازه‌ها، تلفات جانی و مالی، اختلال در عملکرد زیرساخت‌ها و وقفه در فعالیت‌های تجاری شده است، به روند طبیعی خود بازگردد. اگرچه امروزه اکثر سازه‌های منطبق با آیین‌نامه‌ها در اثر زلزله‌های سطح طراح، مقاومت در برابر فروریزش رضایت‌بخشی دارند با این وجود تعمیر آسیب‌هایسازه‌های و غیرسازه‌ای دائمی می‌تواند دشوار و زمان‌بر باشد. در نتیجه چالش بزرگیپیش روی جوامع آسیب‌دیده برای بازسازی خدمات ضروری ایجاد می‌شود. پس از زلزله Christchurchدر سال 2011، تعداد زیادی از ساختمان‌ها در منطقه آسیب‌دیدهتخریب شدند و تخمین زده شد که کل هزینه بازسازی 20 درصد از تولید ناخالص داخلی سالانه نیوزلند را به خود اختصاص می‌دهد. یک مطالعه مستقل ادعا کرد که در یک منطقه توسعه‌یافته مانند کالیفرنیا،یک زلزله با سناریوی 7.8 ریشتری حدود 113 میلیارد دلار خسارت به ساختمان‌ها و شریان‌های حیاتی و نزدیک به 70 میلیارد دلار به فعالیت‌های کسب وکار داشته است.

درس‌های گرفته شده از زمین لرزه‌های بزرگ گذشته نیاز مبرم به تغییر اساسی در اهداف طراحی ساختمان ها در مناطق لرزه خیز را برانگیخت و انگیزه‌ای برای توسعه جایگزین‌های کم آسیب و با عملکرد بالا برای سیستم‌های سازه ایمتعارف فراهم می کند. یکی از امیدوارکننده‌ترین راهبردها، معرفی قابلیتخودبازگشتی در یکسازه است. هدف اصلی طراحی سازه‌ای خودبازگشتی، به حداقل رساندن آسیب‌های سازه ای پس از زلزله و از بین بردن دریفت پسماند میان-طبقه‌ای است. یکی از راه‌های امکان پذیر، استفاده از یک کلاس منحصر به فرد از فلزات هوشمند، یعنی آلیاژهای حافظه دار شکلی[1]، برای دستیابی به تاب‌آوری لرزه ای است. اینگروه از مواد با توجه به حالت حرارتی-مکانیکی، قادر به بازیابی کرنش‌های بزرگ به صورت خود به خود یا با حرارت دادن هستند. از زمان توسعه اولیه این مواد در دهه 1960، آنها با موفقیت در صنایع پزشکی، هوافضا، رباتیک و خودرو استفاده شده‌اند. در نظر گرفتن SMA به عنوان مواد نوظهور برای حفاظت لرزه ای در دهه 1990 شروع شد و از آن زمان پیشرفت‌های تحقیقاتی زیادی حاصل شده است. با این حال، تا حدودی به علت عدم تبادل دانش مؤثر بین دانشمندان علم مواد و مهندسان عمران،کاربرد عملیمواد حافظه‌دار شکلی در صنعت ساخت و ساز رایج نبوده است.

این کتاب به منظور ایجاد خلاصه ای جامع از دستاوردهای تحقیقاتی به روز در ترویج استفاده از مواد حافظه‌دار شکلیدر مهندسی عمران نگاشته شده و به حذف موانع بین رشته‌های مختلف کمک می کند و فرصت تجاری سازی محصولات حافظه‌دار را در برابر خطر لرزه ایآشکار می‌سازد. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل با تأییدهایآزمایشگاهی تکمیل شده توسط تحقیقات عددی و تحلیلی نشان داده شده است. این کتاب عمدتاً برای دانشجویانسال آخر کارشناسی، دانشجویان کارشناسی ارشد، محققان دانشگاهی و مهندسین شاغل در رشته‌های مهندسی عمران و لرزه‌نگاری نوشته شده است. تحقیقات پیشرفته معرفی شده در این کار با هدف ارائه انگیزه‌های فنی برای تشویق متخصصان طراحی، پیمانکاران و مسئولان صنعت ساختمان به استفاده از مصالح هوشمند با کارایی و عملکرد بالا در طراحی سازه، به آنها امکان می دهد در خط مقدم فناوری ساخت و ساز باقی بمانند. در حالی که این کتاب می‌تواند برای جامعه مهندسان مکانیکو مواد نیز مورد توجه علمیباشد ولی تاکید زیادی بر سهولت یادگیری موضوعات مرتبط توسط مهندسان عمران شده است و در اغلب موارد، ارائه مطالب مطابق با مفاهیم و اصطلاحات مهندسی عمران است.

با دانش ارائه شده در اینمجلد، انتظار می رود خوانندگان با خواص اساسی مواد حافظه‌دار شکلی آشنا شوند و درک عمیقی از مکانیسم‌های کاری دقیق و کاربردهای مجموعه ای از عناصر سازه‌ای مبتنی بر این مواد و تجهیزات به دست آورند. به طور خاص، تحقیقات پیشرفته در مورد اتصالات، مهاربندها و میراگرها مبتنی بر حافظه شکلی به تفصیل ارائه شده است و پاسخ‌های دینامیکی سیستم‌های سازه‌ای خودبازگشتی تحت انواع مختلف تحریکات زلزله نشان داده می‌شوند. علاوه بر این، این کتاب تلاش می‌کند تا توصیه‌های طراحی در سطح عضو و سیستم را ارائه دهد که با مفاد طراحی لرزه‌ای موجود سازگار باشد. خسارات لرزه ای اقتصادی نیز ارزیابی می شود که به خواننده اجازه می دهد تا شناخت مستقیم‌تری از رقابت پذیری فناوریحافظه شکلی از نقطه نظر مالی داشته باشد. امید است که این کار بتواند محققان و دست اندرکاران را در زمینه‌های مرتبط دیگر مانند مهندسی باد، مهندسی انفجار، کنترل ارتعاش و غیره که در آن فناوریحافظه شکلی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، روشن کند.

این کتاب بیشتر از یافته‌های تحقیقاتی است که در دهه گذشته توسط تیم تحقیقاتی دانشگاه Tongji منتشر شده است. تحقیقات بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی مستقل دیگر که با تفاسیر نویسندگان تکمیل شده‌اند نیز در این کتابگنجانده شده‌اند. نویسندگان حمایت‌های مالی بنیاد ملی علوم طبیعی چین (NSFC)، آزمایشگاهمرجع دولتی کاهش بلایا در مهندسی عمران چین(SLDRCE) ، آزمایشگاه تحقیقات مشترک بین المللی مهندسی زلزله (ILEE) و صندوق دانشگاه Tongji برای تحقیقاتمیان رشته ای را ارج نهاده و علاوه بر این می‌خواهند صمیمانه قدردانی خود را از افراد ذیل ابراز نمایند:

Prof. Yiyi Chen, Prof. Michael Yam, Prof. James Ricles, Prof. Richard Sause, Prof. Roberto Leon, Prof. Yunfeng Zhang, Prof. Bing Qu

از پروفسور Canxing Qiu برای به اشتراک گذاری داده‌هایفصل‌های دوم و پنجم، دکتر Yue Zhengبرای ارائه پشتیبانی فنیدر تولید کابل‌های حافظه‌دار شکلی وهمچنین دانشجویان فارغ التحصیل شده:

Hongliang Shao، Ce He، Jia Liu، Xiao Yang، Ao Zhang، Qiuming Zhong، Weikang Feng، Junbai Chen، Linting Huang، Dong Liang

و Shuling Hu به دلیل کار عالی خود در این زمینه در طول سالها و Zong Caoبرای کمکدر آماده‌سازیگرافیکی کتاب.

پیشگفتار مولفان. 13

فصل1

مقدمه ­ایبرآلیاژهای حافظه­ دار شکلی

چکیده 17

1-1 آلیاژهای حافظه­ دارشکلی: مختصریازتاریخچه وروندهای آتی   17

1-2 ویژگی­های اساسی آلیاژهای حافظه ­دارشکلی.. 19

1-3 آلیاژهای حافظه­ دارشکلی درمهندسی عمران. 26

1-4 تولیدوتاب‌کاری.. 32

1-4-1 رویکردهای متداولتولید. 32

1-4-2 تاب‌کاری.. 34

1-5 مشخصات آزمایشگاهی.. 40

1-5-1 دماهایتبدیل.. 41

1-5-2 ویژگی­های مکانیکی: آزمایش‌های تک ­محوری   44

1-5-3 ویژگی­های مکانیکی: آزمایش­های برشی.. 49

1-6 مدلسازی آلیاژهای حافظه­ دارشکلی.. 51

منابع. 60

فصل2

اجزاء حافظه­دار شکلی

چکیده 67

2-1 مقدمه­ ایبراجزاءاصلی آلیاژهای حافظه­ دارشکلی   67

2-2 مفتول‌هاوکابل‌ها 69

2-2-1 مفتول‌های تک­ رشته­ای.. 69

2-2-2 کابل‌ها 70

2-3 میلگردهاوبولت.. 80

2-3-1 رفتارتک­محوریبولتها 80

2-3-2 رفتاربرشیبولتهایحافظه‌دار 85

2-4  فنرهایمارپیچی.. 88

2-5  واشرهایفنریمخروطیحافظه‌دار 95

2-5-1 اطلاعاتپایه. 95

2-5-2 بررسی­هایعددیوتحلیلی.. 96

2-5-3 مطالعاتتجربی.. 98

2-6 فنرهایحلقویحافظه‌دار 106

2-6-1 اطلاعات پایه. 106

2-6-2 بررسی­هایعددی.. 109

2-6-3 روابط  تحلیلی.. 114

2-6-4 بررسی­های آزمایشگاهی.. 118

منابع. 122

فصل3

اتصالات فولادی تیر به ستون با اجزاء حافظه­دار شکلی

چکیده 127

3-1 مقدمه. 127

3-2 اتصالاتباپیچ‌هایحافظه‌دار 130

3-2-1 رفتارپایه‌ایاتصال. 131

3-2-2 تحقیقاتآزمایشگاهی.. 133

3-2-3 اثردالهایکف.. 142

3-3 اتصالاتترکیبی.. 151

3-3-1 اتصالاتترکیبیباواشرهاوپیچ‌هایحافظه‌دار 151

3-3-2  اتصالاتترکیبیباپیچهایحافظه‌دارونبشی­هایفولادی   157

3-3-3 طراحیاتصالاتترکیبی.. 164

3-4 اتصالاتبافنرهایحلقویحافظه‌دارشکلی.. 171

3-4-1 اتصالاتفلنجیبافنرهایحلقویحافظه‌دارشکلی   171

3-4-2 اتصالبهبودیافتهبدونانبساطقاب.. 177

منابع. 180

فصل4

مهاربندهای خودبازگشتی با اجزاء حافظه­دار شکلی

چکیده 185

4-1 مقدمه. 185

4-2 مهاربندهایخودبازگشتیبامفتول‌هایحافظه‌دارشکلی   190

4-3 مهاربندهایخودبازگشتیباپیچ­هایحافظه‌دارشکلی   195

4-4 مهاربندهایخودبازگشتیبافنرهایحلقویحافظه‌دارشکلی   201

4-4-1 اصولورفتاراساسی.. 201

4-4-2 بررسیآزمایشگاهیهستۀحافظه‌دار 205

4-4-3 طراحیهستۀحافظه‌دار 214

منابع. 220

فصل5

پاسخ­های سازه­ای: سیستم­های یک­درجه آزادی (SDOF)

چکیده 223

5-1 مقدمه. 223

5-2 مبانیتحلیلسیستم‌هاییکدرجهآزادی.. 225

5-2-1 پارامترهایاساسی.. 226

5-2-2 پارامترهاینیازمهندسی.. 230

5-2-3 جنبشزمین.. 230

5-3 رفتارکلیسیستم­هایSDOF. 234

5-4 عواملمؤثربررفتارسیستم­هایSDOF. 241

5-4-1 مقاومتتسلیم. 241

5-4-2 سختیپساتسلیم. 244

5-4-3 نسبتاستهلاکانرژی.. 247

5-4-4 نسبتمیرایی.. 249

5-5 نسبتجابجاییغیرارتجاعی.. 252

5-6 جابجاییپسماند. 256

5-7 استفادهازداده­هایتحلیلSDOF. 259

فصل6

پاسخ­های سازه­ای: قاب­های ساختمانی چندطبقه

چکیده 269

6-1 مقدمه. 269

6-2 ساختمان­هایچندطبقهباقاب­هایساده 271

6-2-1 طراحیومدلسازی.. 271

6-2-1-1 نمونهاولیهقاب‌هایخمشی.. 271

6-2-1-2 قاب­هایسادهBRB.. 273

6-2-1-3  قاب­هایمهاربندیشدهخودبازگشتی.. 278

6-2-2 ملاحظاتبرایزمین‌لرزه­هایحوزهنزدیک... 280

6-2-3 خلاصهرفتارساختمان. 287

6-2-4 تاثیرپارامترهایمهاربند. 292

6-2-5 پیش­بینیدریفتپسماندمیان-طبقه­ای.. 296

6-3 قاب‌هایخمشیخودبازگشتیبااتصالاتحافظۀشکلی   299

6-3-1 مروریبرساختمان. 299

6-3-2 طراحیومدلسازیاتصال. 301

6-3-3 پاسخ­هایلرزه­ایومقایسه­ها 307

منابع. 311

فصل7

ارزیابی اقتصادی خسارت لرزه­ای

چکیده 315

7-1 مقدمه. 315

7-2 روش‌شناسیارزیابیخسارتلرزه‌ای.. 317

7-2-1 چهارچوبارزیابیخسارتلرزه‌ای.. 317

7-2-2 روش‌هایارزیابیخسارتلرزه‌ای.. 320

7-3 ساختمان‌هاینمونهآزمایشیبرایارزیابیخسارتلرزه­ای   324

7-3-1 قاب‌هایفولادیمعمولی.. 324

7-3-2 قاب‌هایمهاربندیشدهخودبازگشتی.. 325

7-3-3 اجزاوشکنندگیاجزا 330

7-4 تحلیلدینامیکیافزایشیومنحنیشکنندگی.. 333

7-5 خساراتاقتصادیلرزه‌ای.. 337

منابع. 340