ارزیابی لرزه ای میراگر هیسترزیس پوسته ای تودرتو

رئیسی, علیرضا; میردامادی, حمیدرضا; رهگذر, محمد علی

doi:10.22065/jsce.2021.246832.2228

ارزیابی لرزه ای میراگر هیسترزیس پوسته ای تودرتو

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانش آموخته دکتری سازه، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اصفهان (خوراسگان)، اصفهان، ایران

² دانشکده مکانیک- دانشگاه صنعتی اصفهان- اصفهان-ایران

³ دانشگاه اصفهان

10.22065/jsce.2021.246832.2228

چکیده

با بهره‌گیری از ایده‌ی مهار سازه‌ها، به‌تازگی میراگر هیسترزیس پوسته‌ای تودرتو توسط نویسندگاه این پژوهش به هدف افزایش میرایی در سازه‌ها پیشنهاد شده است. این ابزار برپایه رفتار پوسته‌ای همواره می‌تواند توانایی افزون‌تری در میرانمودن انرژی زلزله نسبت به سایر میراگرهایی که برپایه ورق طراحی شده‌اند، داشته باشد. چیدمان عضوهای این میراگر به گونه‌ای طراحی شده اند که در فرایند بارگذاری لرزهای میتوانند بهسان فنرهای فرابازگشتی با ترکیب سری و موازی سبب بالارفتن عملکرد دستگاه شوند. افزون بر سازوکار مکانیکی سودمند این میرا گر که پیشتر در مدل‌سازی‌های عددی و آزمون نمونه‌های هم‌اندازه به اثبات رسیده است، ساخت و به-کارگیری آسان و ارزان آن نیز مورد نظر پیشنهاد دهندگان آن بوده است. دراین پژوهش برای ارزیابی لرزه‌ای میراگر پیشنهادی، این میراگر در سازههایی با بلنداهای گوناگون چهار، هشت و دوازده طبقه مورد آنالیز لرزهای دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی قرار گرفته است. آنالیز لرزه‌ای با یازده نگاشت زلزله که واجد ویژگی‌های پهنه‌بندی خطر زلزله در یک جغرافیای ویژه بوده است برای سازه‌های پیش گفته با وجود میراگر پیشنهادی و بدون وجود میراگر پیشنهادی مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این ارزیابی کارایی بهینهی این میراگر در میرایی انرژی زلزله و کاهش در پاسخهای جابهجایی و برش پایه، برای سازههای بهرهمند از این میراگر آشکار گردید. از این رو با مدلسازی این میراگر در سازه‌ها مشخص گردید که این میراگر در سازه می‌تواند موجب میرایی تا 35 درصد از انرژی ورودی به سازه‌ها و کاهش به طور میانگین 50 درصد در جابجایی و کاهشی از 7 تا 27 درصد در برش پایه برای سازه‌های بلند تا کوتاه تر دربرداشته باشد. از سویی با ارزیابی کلی رفتار لرزه‌ای مشخص شد، استفاده از میراگر پوسته‌ای تودرتو در سازه‌های میان مرتبه می‌تواند رفتار بهتری در کاستن از پاسخ سازه‌ها نسبت به سازه‌های بلند مرتبه داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

کنترل فعال و غیر فعال سازه ها

عنوان مقاله [English]

Seismic Performance of the Nested-Eccentric-Shells Damper

نویسندگان [English]

Alireza Reisi ¹
Hamid Reza Mirdamadi ²
Mohammad Ali Rahgozar ³

¹ Ph.D., Department of Civil Engineering, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran

² Department of mechanical engineering, Isfahan University of Technology,Isfahan,Iran

³ Department of Civil Engineering and Transportation, University of Isfahan

چکیده [English]

Respect to the concept of the control structures, the author of this study recently suggested a novel hysteresis damper with named nested-eccentric-cylindrical shells damper (NESD) for increasing the damping in structures.
According to the greater ability of the shell structures versus the plate structures, the NESD is designed based on the shell structures. The configuration of the shells in the NESD is designed in such a way that it can be increasing the performance and stability of the device. These members are as well as the multi-springs with the combination of series and parallel form. Also, the configuration of this device is designed by the simple form and with an easy way to install in structures. However, to evaluate the seismic performance of the proposed damper, the NESD used into the structures with various heights with four, eight, and twelve floors and analyzed by dynamic nonlinear time history. The seismic analyses are run with eleven records by particular geography characteristics of seismic hazard zone. In this evaluation, the efficiency of this damper in damping seismic energy and reducing the displacement and base shear responses is approved. In the seismic analysis, Therefore, by modeling this damper in structures, it was found that by using this damper in structures could be a damping of up to 35% of the seismic energy in the structures and reduce an average of 50% in displacement and could cause a reduction of 7 to 27% in the base shear for the structures. However, it was found that the NESD could be better behavior for reducing the response of mid-rise structures.

کلیدواژه‌ها [English]

passive control
hysteresis damper
energy dissipation device
seismic performance
time history analysis

مراجع

[1] Priestley, M.J.N., Calvi, G.M. and Kowalsky, M.J. (2007), “Displacement Based Seismic Design of Structures”, IUSS Press, Italy.

[2] Plevris, V., Kremmyda, G. and Fahjan, Y. (2017), “Performance-Based Seismic Design of Concrete Structures and Infrastructures”, IGI Global, USA.

[3] Soong, T.T., Costantinou, M.C. (1994). “Passive and Active Structural Vibration Control in Civil Engineering”. Springer. New York. John Wiley and Sons.

[4] Soong, T.T. and Dargush, G.F. (1997),“Passive Energy Dissipation System in Structural Engineering”, John Wiley and Sons, New York, USA.

[5] Soong, T.T. and Spencer Jr, B.F. (2002), “Supplemental energy dissipation: state-of-the-art and state of-the-practice”, Eng Struct, 24(3), 243–59.

[6] Bergman, DM. and Goel, SC. (1987), “Evaluation of cyclic testing of steel plate devices for added damping and stiffness”, Report no. UMCE87-10. Ann Arbor (MI, USA): The University of Michigan, USA.

[7] Tsai, K., Chen, H., Hong, C., and Su, Y. (1993), “Design of steel triangular plate energy absorbers for seismic-resistant construction”, Earthquake Spectra, 9(3), 505–28

[8] Suzuki, K. and Watanabe, A. (2000), “Experimental study of U-shaped steel damper,” Summary of technical papers of annual meeting, Architectural Institute of Japan, B-2.

[9] Ricky, W.K.C. and Faris, A. (2008), “Experimental study of steel slit damper for passive energy dissipation”, Eng Struct, 30, 1058–1066.

[10] Garivani1, S. Aghakouchak, A. A. and Shahbeyk, S. (2016), “Numerical and Experimental Study of Comb-Teeth Metallic Yielding Dampers”, International Journal of Steel Structures 16(1): 177-196.

[11] Motamedi, M., Nateghi-A., F., (2018), “Study on mechanical characteristics of accordion metallic damper”, Journal of Constructional Steel Research, 142, 68–77.

[12] Ahmadie Amiri, H., Pournamazian Najafabadi, E., Estekanchi, H.E., (2018), “Experimental and analytical study of Block Slit Damper”, Journal of Constructional Steel Research, 141, 167–178.

[13] Maleki, S. and Bagheri, S. (2010), “Pipe damper, Part I: Experimental and analytical study”, J. Constr. Steel Res., 66, 1088-1095.

[14] Maleki, S. and Mahjoubi, S. (2013), “Dual-pipe damper”, J. Constr. Steel Res, 85, 81–91.

[15] Mahjoubi S. Maleki S. 2016. Seismic performance evaluation and design of steel structures equipped with dual-pipe dampers, J. Constr. Steel Res, 122 (2016) 25–39.

[16] Cheraghi, A and Zahrai, S.M. (2016), “Innovative multi-level control system with concentric pipes to reduce seismic response of braced steel frames”, J. Constr. Steel Res., 127, 120-137.

[17] Reisi, A. Mirdamadi, H.R. Rahgozar, M.A. (2020), “Numerical and experimental study of the nested-eccentric-cylindrical shells damper”, Earthquakes and Structures, Vol. 30, No. 5.

[18] APL Specification 5L (2000), American Petroleum Institute, USA.

[19] ABAQUS Finite Element Analysis Program (2013), Version 6.13-1, User’s Manual.

[20] FEMA 461 (2007), Interim protocols for determining seismic performance characteristics of structural and nonstructural components, Federal Emergency Management Agency, Washington DC, USA.

[21] Xia, C. Hanson, R., (1992), “Influence of ADAS element parameters on building seismic response”, J. Struct. Eng. 118 (7) 1903–1918

[22] ASCE 7-16. (2016). “Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures”, American Society of Civil Engineers, ASCE/SEI. USA.

[23] FEMA-P1050-1. (2015). “Seismic Provisions for New Buildings and Other Structures”. Federal Emergency Management Agency. Washington, D.C.

[24] SAP2000. (2019). Integrated structural analysis and design software. Berkeley, Version 20, User’s Manual, Computers and Structures Inc.

[25] AISC 360–16. (2016). “Specification for Structural Steel Buildings”, American Institute of Steel Construction ANSI/AISC. USA.

[26] Newmark, N. M. Hall, W. J. (1982) "Earthquake Spectra and Design (Engineering monographs on earthquake criteria, structural design, and strong motion records)”. Earthquake Engineering Research Institute. USA.

[27] (PEER) ground motion database, the web-based Pacific Earthquake Engineering Research Center; https://ngawest2.berkeley.edu

[28] ASCE 41-17. (2017). “Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings”. American Society of Civil Engineers, ASCE/SEI. USA.