ارزیابی عملکرد لرزه‌ای یک سیستم جدید با خسارت محدود؛ قاب خمشی مجهز شده به اتصالات پس کشیده و مهاربند اصطکاکی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده مهندسی سازه، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، جمهوری اسلامی ایران

2 کارشناس ارشد

چکیده

سیستم‌های سازه‌ای متداول با بهره گیری از روش‌های طراحی لرزه‌ای بر اساس شکل پذیری طراحی و اجرا می‌شوند. در این سیستم های سازه ای، ساختمان پس از وقوع زلزلۀ بزرگ، به دلیل تجربه کردن تغییر مکان‌های ماندگار قابل توجه، غیر قابل استفاده یا نیازمند تعمیرات زیاد و زمان بر می‌شود. به همین دلیل، امروزه استفاده از سیستم‌های سازه‌ای با آسیب محدود رو به گسترش است. تاکنون مطالعات محدودی در زمینه ترکیب سیستم های سازه ای خسارت محدود انجام شده است. لذا هدف از این تحقیق، معرفی یک سیستم سازه‌ای جدید ترکیبی خسارت محدود و همچنین مقایسه آن با یک سیستم متداول قاب خمشی فولادی دوگانه می‌باشد. در این سیستم پیشنهادی، از اتصال پس کشیدۀ کابلی برای اتصالات تیرها و ستون‌ها به منظور تأمین خودمرکزی و از اتصال لغزشی اصطکاکی نامتقارن در مهاربند برای تأمین اتلاف انرژی، استفاده شده است. به منظور ارزیابی عملکرد لرزه ای این سیستم پیشنهادی، از مدل‌های صحت سنجی شده اتصالات پس‌کشیده و مهاربند لغزشی و از نرم افزار اپنسیس بهره برداری شد. دو قاب خمشی فولادی دوگانه شش طبقه، چهار دهانۀ مشابه که یکی از آنها براساس سیستم پیشنهادی مجهز شده است با استفاده از تحلیل دینامیکی غیر خطی فزاینده تحت 10 رکورد زلزله ( 5 رکورد حوزۀ دور و 5 رکورد حوزۀ نزدیک) مورد ارزیابی قرار گرفتند. در انتها برای درک بهتر از عملکرد قاب خمشی دوگانه و قاب خمشی با اتصالات خاص، نمودارهای شکنندگی آنها در سطوح عملکردی مختلف با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان می‌دهدکه افزودن اتصال پس کشیدۀ کابلی و اتصال لغزشی اصطکاکی نامتقارن به قاب خمشی فولادی دوگانه، باعث کاهش جابجایی نسبی طبقات، جابجایی نسبی ماندگار طبقات و در نتیجه کاهش قابل ملاحظه آسیب پذیری آن می‌شود. لذا اجرای این سیستم پیشنهادی به منظور کاهش تغییرشکل ماندگار پس از و قوع زلزله در ساختمان ها توصیه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

On the seismic performance of a New low damage Structure; Moment Resisting Frame with Post-Tensioned Connections and Frictional Braces

نویسندگان [English]

  • Majid Mohammadi 1
  • nasimeh afkaneh 2
1 structural Engineering research center, IIEES, Tehran, I.I.Iran
2 MSc
چکیده [English]

Regular structural systems have been designed based on supplying sufficient ductility in seismic events, which lead to considerable permanent deformation after major earthquakes. Buildings with Large permanent deformation usually are unusable or require extensive repairing. Therefore, low damage structural systems are recently focused. The present study aimed at introducing a new self-centering structural system having frictional sliding in their braces. It is compared with common dual steel moment frames. In the proposed system, post-tensioned cable is used in beam to column connections to provide self-centering. The frictional sliding connections in the braces are utilized as well, to provide energy dissipation capability for the system. Connections are modeled in OpenSees software and validated using previous experimental results. Then, Incremental dynamic analyses are carried out on some frame models under some real earthquake records. Then, their fragility curves are achieved for different performance levels and compared with those of regular dual systems. The results indicate that supplying post-tensioned cables and frictional sliding connections in dual moment frames, reduces the inter story drift, permanent relative displacement and vulnerability of the frames. Therefore, construction of such system for new buildings is recommended, regarding its high performance in earthquakes and repairability after intensive seismic events.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low damage structures
  • self-centering
  • post-tensioned
  • sliding brace
  • IDA
  • fragility curve
[1] Ricles, J. M., Sause, R., Garlock, M. M., & Zhao, C. (2001). Posttensioned seismic-resistant connections for steel frames. Journal of Structural Engineering, 127(2), 113-121.
[2] Christopoulos, C., Filiatrault, A., Uang, C. M., & Folz, B. (2002). Posttensioned energy dissipating connections for moment-resisting steel frames. Journal of Structural Engineering, 128(9), 1111-1120.
[3] Christopoulos, C., Filiatrault, A., & Uang, C. M. (2002). Self-centering post-tensioned energy dissipating (PTED) steel frames for seismic regions. University of California, San Diego.
[4] Christopoulos, C., Filiatrault, A., & Folz, B. (2002). Seismic response of self‐centring hysteretic SDOF systems. Earthquake engineering & structural dynamics, 31(5), 1131-1150.
[5] Chou, C. C., Chen, J. H., Chen, Y. C., & Tsai, K. C. (2006). Evaluating performance of post‐tensioned steel connections with strands and reduced flange plates. Earthquake engineering & structural dynamics, 35(9), 1167-1185.
[6] Garlock, M. M., Sause, R., & Ricles, J. M. (2007). Behavior and design of posttensioned steel frame systems. Journal of Structural Engineering, 133(3), 389-399.
[7] Ahmadi, O., Ricles, J. M., & Sause, R. (2018). Modeling and seismic collapse resistance study of a steel SC-MRF. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 113, 324-338.
[8] Jiang, H., Bu, H., & He, L. (2020). Study of a new type of self‐centering beam‐column joint in steel frame structures. The Structural Design of Tall and Special Buildings, 29(14), e1779.
[9] Danner, M., & Clifton, G. C. (1995). Development of Moment-Resisting Steel Frames incorporating Semi-Rigid Elastic Joints: 1994. 95 Research Report.
[10] Clifton, G. C. (2005). Semi-rigid joints for moment-resisting steel framed seismic-resisting systems (Doctoral dissertation, ResearchSpace@ Auckland).
[11] Mackinven, H., MacRae, G. A., Pampanin, S., Clifton, G. C., & Butterworth, J. (2007). Sliding Hinge Joint Tolerances for Steel Moment Frames. In Proceedings of the 8th Pacific Conference On Earthquake Engineering (PCEE), Paper (Vol. 200).
[12] Butterworth, J. W. (1999). Seismic Damage Limitation in Steel Frames Using Friction Energy Dissipators. 6th International Conference on Steel and Space Structures - September 1-2. Singapore.
[13] MacRae, G. A. (2008). A New Look at Some Earthquake Engineering Concepts. M. J. Nigel Priestley Symposium Proceedings, IUSS Press.
[14] Chanchí, J.C., MacRae, G.A., Chase, J.G., Rodgers, G.W., Clifton, G.C, & Munoz, A. (2012). Design considerations for braced frames with asymmetrical friction connections (AFC). STESSA 2012, Santiago de Chile, January.
[15] Golondrino, J. C. C., MacRae, G. A., Chase, J. G., Rodgers, G. W., & Clifton, G. C. (2018). Hysteretic Behaviour of Asymmetrical Friction Connections Using Brake Pads of D3923. In Structures (Vol. 16, pp. 164-175). Elsevier.
[16] Chanchi Golondrino, J. C., MacRae, G. A., Chase, J. G., Rodgers, G., & Clifton, G. C. (2020). Towards a better understanding of the development of the strength in Asymmetrical Friction Connections (AFCs).
[17] Chanchi Golondrino, J., Xie, R., MacRae, G. A., Chase, J. G., Rodgers, G. W., & Clifton, C. (2015). Braced Frame Using Asymmetrical Friction Connections (AFC).
[18] Inanlou,N. (2013) Effects of post tensioned cables on progressive damage. Master Thesis, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology.
[19] Iranian Seismic Design Provisions-2800 standard (fourth edition). (2013). Road, Housing and Development Research Center
[20] Iranian National Building code-Part 10, Design and costruction of steel structures. (2009).
[21] Mohammadi, M., Inanlou, N., (2019), Applying Post-Tensioned Connections to Prevent Progressive Collapse of Buildings, Bulletin of Earthquake Science and Engineering.
[22] FEMA. Quantification of building seismic performance factors. FEMA P695. Federal Emergency Management Agency, Washington, DC; June 2009.
[23] American Society of Civil Engineers. (2007). Seismic rehabilitation of existing buildings. American Society of civil engineers.‏