بررسی خرابی پیشرونده در ساختمانهای مهاربندی شده همگرا و واگرا با استفاده از تحلیل غیر خطی

جلالی لاریجانی, رضا; دشتی ناصر آبادی, حیدر; آقایان, ایمان

doi:10.22065/jsce.2020.203435.1964

بررسی خرابی پیشرونده در ساختمانهای مهاربندی شده همگرا و واگرا با استفاده از تحلیل غیر خطی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجو دکتری سازه، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد چالوس، ایران

² گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد چالوس، چالوس، ایران

³ استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

10.22065/jsce.2020.203435.1964

چکیده

امروزه خطرات زیادی سازه های ساختمانی را تهدید میکند. بسیاری از بارگذاری های غیر عادی در طراحی سازه ها در نظر گرفته نمی شود. حذف ناگهانی ستون می تواند در اثر اشتباهات ناشی از ساخت، انفجار، ضربه و یا هر علت غیرعادی دیگری در سازه رخ دهد. پاسخ سازه در سناریوی حذف ناگهانی ستون در صورتی که به تعادل مجدد منتهی شود باعث ایمن ماندن سازه و در صورتی که تعادل نیرویی در سازه ایجاد نشود می تواند باعث ایجاد خرابی پیشرونده در سازه ها شود. سازه ها برای سناریو های خرابی پیشرونده مانند حذف ناگهانی ستون طراحی نمی شود. ارزیابی رفتار سازه ها در سناریوی خرابی پیشرونده می تواند به درک صحیحی از مقاوت سازه ها در این سناریوها بیانجامد. در این تحقیق سعی شده است تا با استفاده از روش مسیر بار جایگزین و تحلیل های استاتیکی و دینامیکی غیر خطی رفتار و پاسخ سازه های مهاربندی شده ی فولادی به حذف ناگهانی پرداخته شود. به این منظور سازه های 10 و 20 طبقه پس از طراحی اولیه به صورت غیر خطی در نرم افزار Opensees مدلسازی شده و در معرض حذف ستون قرار گرفته اند. منحنی های غیر خطی استاتیکی و دینامیکی سازه ها به عنوان معیار ارزیابی رفتار سازه ها در نظر گرفته شده اند. نتایج نشان داد نه تنها نوع مهاربند ها بر رفتار و پاسخ ساز ه ها در سناریوی خرابی پیشرونده موثر بوده بلکه هندسه ی مهاربند نیز در این سناریو موثر است. نتایج تحقیق نشان می دهد وجود قید فشاری در هندسه ضربدری و هفتی باعث کاهش پاسخ این سازه ها به حذف ناگهانی ستون است. با افزایش تعداد طبقات اثر حذف ناگهانی ستون بر پاسخ سازه کاهش می یابد و سازه های سه بعدی پاسخ کمتری را نسبت به قاب دو بعدی از خود نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Progressive collapse investigation of buildings with concentric and eccentric braced frames using nonlinear procedure

نویسندگان [English]

Reza Jalali Larijani ¹
Heydar Dashti Nasserabadi ²
Iman Aghayan ³

¹ Ph.D Candidate in Civil Engineering (Structural Engineering), Department of Civil Engineering. Islamic Azad University, Chaloos, Iran

² Department of Civil Engineeringو Islamic Azad University, Chalous Branch, Chaloos, Iran

³ Assistant Professor, Department of Civil Engineering , Shahrood University of Technology, Shahrood , Iran

چکیده [English]

These days a lot of dangers threaten the construction structures. Many abnormal loads are not considered in the design of structures. The column sudden removal can occur due to the errors during construction, explosion, shock or any other abnormal causes in the structure. If the structural response leads to a rebalance during the sudden column removal, this causes the structure to remain safe, and if the force balance is not created in the structure, it can cause Progressive Collapse (PC) in the structures. Structures are not designed toward PC scenarios, such as the sudden column removal. The assessment of structures behavior in PC scenario lead to a correct understanding about the resistance of structures in these scenarios. This research investigated the behavior and response of braced steel structures to the sudden column removal using the alternate load path method and nonlinear static and dynamic analysis. For this purpose, the 10 and 20-story structures were modeled nonlinearly by OpenSees software after the initial design and they are subjected under sudden column removal. Static and dynamic pushdown curves of the structures are considered as a criterion to assess the behavior of structures. The results showed that not only the type of braces is effective on the behavior and response of the structures during the PC scenario, but also the geometry of bracing in this scenario is.

کلیدواژه‌ها [English]

Progressive collapse
Column sudden removal
Steel braced frame
Concentric brace
Eccentric brace

مراجع

[1] Kim, J., Choi, H., Min, K. W. (2011). Use of rotational friction dampers to enhance seismic and progressive collapse resisting capacity of structures. The structural design of tall and special buildings, 20(4), 515-537.

[2] Lu, D. G., Cui, S. S., Song, P. Y., Chen, Z. H. (2012). Robustness assessment for progressive collapse of framed structures using pushdown analysis methods. International Journal of Reliability and Safety, 6(1), 15-37.

[3] GSA, U. (2003). Progressive collapse analysis and design guidelines for new federal office buildings and major modernization projects. Washington, DC. : General Services Administration.

[4] Unified Facilities Criteria, UFC–DoD (2009). Design of buildings to resist progressive collapse.

[5] Saad, A., Said, A., Tian, Y. (2008, August). Overview of progressive collapse analysis and retrofit techniques. In: The Proceedings of the 5th International Engineering and Construction Conference.

[6] Marjanishvili, S., Agnew, E. (2006). Comparison of various procedures for progressive collapse analysis. Journal of Performance of Constructed Facilities, 20(4), 365-374.

[7] Kim, J., Park, J. H., Lee, T. H. (2011). Sensitivity analysis of steel buildings subjected to column loss. Engineering Structures, 33(2), 421-432.

[8] Ellingwood, B. R., Smilowitz, R., Dusenberry, D. O., Duthinh, D., Lew, H. S., Carino, N. J. (2007). Best practices for reducing the potential for progressive collapse in buildings (No. NIST Interagency/Internal Report (NISTIR)-7396).

[9] Menchel, K. (2009). Progressive collapse: comparison of main standards, formulation and validation of new computational procedures. Universite Libre de Bruxelles, Faculte des Sciences Appliquees, Ph. D. Thesis.

[10] Kim, J., Kim, T. (2009). Assessment of progressive collapse-resisting capacity of steel moment frames. Journal of Constructional Steel Research, 65(1), 169-179.

[11] Marjanishvili, S., Agnew, E. (2006). Comparison of various procedures for progressive collapse analysis. Journal of Performance of Constructed Facilities, 20(4), 365-374.

[12] Guo, W., Gilsanz, R. (2003, May). Simple nonlinear static analysis procedure for progressive collapse evaluation. In: Proceedings of blast and progressive collapse symposium. AISC.

[13] Tsai, M. H., Lin, B. H. (2008). Investigation of progressive collapse resistance and inelastic response for an earthquake-resistant RC building subjected to column failure. Engineering structures, 30(12), 3619-3628.

[14] Song, B. I., Sezen, H., Giriunas, K. A. (2010). Experimental and analytical assessment on progressive collapse potential of two actual steel frame buildings. In: Structures Congress 2010.

[15] Gerasimidis, S., Baniotopoulos, C. C. (2011). Steel moment frames column loss analysis: The influence of time step size. Journal of constructional steel research, 67(4), 557-564.

[16] McKay, A., Marchand, K., Diaz, M. (2012). Alternate path method in progressive collapse analysis: Variation of dynamic and nonlinear load increase factors. Practice Periodical on Structural Design and Construction, 17(4), 152-160.

[17] Tavakoli, H., Afrapoli, M. M. (2018). Robustness analysis of steel structures with various lateral load resisting systems under the seismic progressive collapse. Engineering Failure Analysis, 83, 88-101.

[18] Larijani, R.J, Celicag, M., Kazemi, M. (2013). Progressive collapse analysis of two existing steel buildings using a linear static procedure, Structural Engineering and Mechanics, 48(2), 207-220.

[19] Larijan, R. J., Nasserabadi, H. D., Aghayan, I. (2017). Progressive collapse analysis of buildings with concentric and eccentric braced frames. Structural Engineering and Mechanics, 61(6), 755-763.

[20] Foyuz, A., Hashemi, S Khaledi, M. (2015). Progressive collpase evaluation of concentric bracing steel frames using nonlinear dynamic analysis. Fourth national conference of new materials and structures in civil engineering (In Persian).

[21] Salimi, P., Farimani, A. (2017). Progressive collpase evaluation of steel frames with eccentric barcing systems in number of different floors using push down analysis. Sixth national conference and second international of new materials and structures in civil engineering (In Persian).

[22] Hosseini, S., Ghodrati Amiri, G. (2018). Evaluating the Effect of Stability Control on Progressive Collapse of Structures with EBF Systems. Building Engineering & Housing Science, 12(22), 1-12 (In Persian).

[23] Liu, Z., Zhu, Y. (2019, January). Progressive collapse of steel frame-brace structure under a column-removal scenario. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing.

[24] Salmasi, A. C., Sheidaii, M. R. (2017). Assessment of eccentrically braced frames strength against progressive collapse. International Journal of Steel Structures, 17(2), 543-551.

[25] Naji, A., Khodaverdi Zadeh, M. (2019). Progressive collapse analysis of steel braced frames. Practice Periodical on Structural Design and Construction, 24(2), 04019004-1 04019004-9.

[26] Tavakoli, H. R., Kiakojouri, F. (2014). Progressive collapse of framed structures: Suggestions for robustness assessment. Scientia Iranica. Transaction A, Civil Engineering, 21(2), 329-338.