ارزیابی رفتار غیرخطی سیستم دوگانه قاب-دیوار برشی فولادی تحت گروهی از زلزله‌های واقعی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی زلزله، پژوهشگاه مدیریت بحران شاخص پژوه، اصفهان، ایران

2 استاد، دانشکده عمران و محیط‌زیست دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

سیستم دوگانه قاب – دیوار برشی فولادی نسبت به سایر سیستم‌های سازه‌ای دارای مزایای زیادی است که توجه پژوهشگران و مهندسان را به خود معطوف نموده است. از چهار دهه اخیر استفاده از این سیستم دوگانه در سازه‌های جدید و موجود رو به افزایش است. مواردی از قبیل شکل‌پذیری، مقاومت و سختی بالا، هم‌جنس بودن با قاب‌های فولادی، کاهش وزن ساختمان و به‌تبع آن کاهش نیروهای جانبی وارده و سرعت ساخت بالا باعث گردیده این سیستم باربر جانبی نسبت به سایر سیستم‌ها متمایز شود. مطالعه حاضر با هدف بررسی رفتار لرزه‌ای سیستم دوگانه قاب - دیوار برشی فولادی در مقایسه با رفتار لرزه‌ای قاب خمشی فولادی با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی انجام شده است. این دو سیستم باربر جانبی از دو ساختمان ۴ طبقه که بر اساس آیین‌نامه‌های موجود طراحی شده انتخاب گردیده است. ارتفاع هر طبقه 5/3 متر در نظر گرفته شده است. بررسی رفتار لرزه‌ای قاب‌ها با انجام تحلیل‌های غیرخطی دینامیکی انجام شده است. برای این منظور 7 رکورد زلزله دور از گسل انتخاب و به قاب‌ها اعمال گردیده است. جابجایی نسبی طبقات، میزان انرژی ورودی و پراکندگی پاسخ قاب‌ها در ارتفاع تحت دو سطح خطر زلزله با یکدیگر مقایسه شده و نتایج حاصله مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Nonlinear Behavior of Dual Steel Frame-Shear Wall System by a Group of Real Earthquakes

نویسندگان [English]

  • Reza Bemanian 1
  • Hamzeh Shakib 2
1 Ph.D. Student in Earthquack Engineering, Shakhes Pajouh Institute of Natural Hazards
2 Professor, School of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Dual system of steel moment frame and steel plate shear wall has many advantages in comparison to the other systems. Since the last four decades the dual system has been used more frequently in new and existing structures. the steel shear wall has many advantages such as high ductility, strength, stiffness and it has light weight, it consequent reduce lateral forces and time efficiency in contracture procedure. The aim of this study is to evaluate the seismic performance of the dual steel frame steel plate shear wall system in comparison with the moment resisting frame using nonlinear dynamic analysis. A dual System of Steel Moment frame and steel Plate shear walls system and a moment resisting frame is chosen a frame of four stories building were designed by used existing code. The height of each floor is 3.5 m. Seismic behavior of frame evaluate using nonlinear dynamic analysis. For this purpose a set of seven earthquake ground motions were appropriately selected and applied to the systems. Interstory drift ratio, input energy, distribution frames responses in height were compared for the systems under two different hazard level of ground motion and the results were analyzed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seismic Performance
  • Nonlinear dynamic analysis
  • Dual system
  • steel plate shear wall
[1] Takanashi, Y. Takemoto, T. Tagaki, M.; “Experimental study on thin steel shear walls and particular bracing under alternative horizontal load Preliminary Report”; In: IABSE. symp. On resistance and ultimate deformability of structures acted on by well-defined repeated loads, 1973.

[2] Wagner, H.; “Flat sheet metal girder with very thin metal web”; Report of National Advisory Committee for Aeronautics, pp. 524-558, 1931.

[3] Basler, K.; “Strength of Plate Girders in Shear”; Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 87, No. 7, pp. 150-180, 1961.

[4] Tromposch, E.W. and Kulak, G.L.; “Cyclic and static behavior of thin panel steel plate shear walls”; Univ. of Alberta, Dep. Civ. Eng., Struct. Eng. Rep. n 145 April 1987, 158p.

[5] Elgaaly, M. and Caccese, V.; “Post-buckling behavior of steel-plate shear walls under cyclic loads”; Journal of Structural Engineering (ASCE), 119, No. 2, 1993, pp. 588-605.

[6] Driver, R.G.; Kulak, G.L.; Kennedy, D.J.L. and Elwi, A.E.; “Seismic Behaviour of Steel Plate Shear Walls”; Structural Engineering Report No. 215, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada, 1997.

[7] Rezai, M.; “Seismic Behavior of Steel Plate Shear Walls by Shake Table Testing”; Ph.D. Dissertation, University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada, 1999.

[8] Adam S. Lubell, Helmut G. L. Prion, Carlos E. Ventura, Member, ASCE. and Mahmoud Rezai.; “Unstiffened Steel Plate Shear Wall Performance under Cyclic Loading”; J. Struct. Eng126, pages 453-460, 2000.

[9] Kharrazi, M. H. K.; “Analytical Method for Analysis and Design of Steel Plate Walls”; Report to Steel Structures Education Foundation (CISC), Department of Civil Engineering, The University of British Columbia,Vancouver, BC, Canada, 2005.

[10] Sabouri-Ghomi, S. and Gholhaki, M.; “Cyclic tests on two specimens of three-story ductile steel plate shear wall”; Report of Tests, Building and Housing Research Center (BHRC), 167 pages, 2006.

[11] Sabouri-Ghomi, S. Gholhaki, M.; “Experimental Study of Two Three-Story Ductile Steel Plate Shear Walls”; Journal Amirkabir, no. 19, pages 29-42, 2008.

[12] Sabelli, Rafael. Bruneau, Michel. Driver Robert, G.; “Steel Plate Shear Walls in the Upcoming 2010 AISC Seismic Provisions and 2009 Canadian Standard S16”; Journal of Structural Engineering (ASCE), 2008.

[13] American Institute of Steel Construction, AISC 341-10 an American National Standard, Seismic Provisions for Structural Steel Buildings dated June 22, 2010.

[14] Topkaya, Cem. Ozan Kurban, Can.; “Natural periods of steel plate shear wall systems”; Journal of Constructional Steel Research 65, pages 542–551, 2009.

]15[ قدرتی امیری، غ. میرمیران، ب؛ «روش‌های مدل‌سازی بهینه‌ی دیوارهای برشی فولادی»؛ مجلة مهندسی عمران شریف، دوره 2-27، شماره 1، صفحه 133 تا 138، زمستان 1390.

[16] Bhowmick, A. Grondin, G. & Driver, R.; “Estimating fundamental periods of steel plate shear walls”; Engineering Structures, 33(6), pages 1883-1893, 2011.

[17] Ricky Chan. Faris Albermani and Kitiporchai, S.; “Stiffness and Strength of Perforated Steel Plate Shear Wall”; Journal of Procedia Engineering, 2011.

[18] Jian-Guo Nie, Li Zhu, Jian-Sheng Fan, Yi-Lung Mo.; “Lateral resistance capacity of stiffened steel plate shear walls”; Journal of Thin-Walled structures, 2013.

[19] Wang, M. Yang, W. Shi, Y. Xu, J.; “Seismic behaviors of steel plate shear wall structures with construction details and materials”; Journal of Constructional Steel Research 107, pages 194–210, 2015.

]20[ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 2800 ایران (ویرایش سوم). تهران، مؤلف، 1384.

[21] American Institute of Steel Construction, ANSI/AISC 360-10 an American National Standard, Specification for Structural Steel Buildings dated March 9, 2005.

[22] American Institute of Steel Construction, Design Guide 20: Steel Plate Shear Walls.

[23] Hamburger, R.O.; “A Framework for PerformanceBased Earthquake Resistive design”; NISEE: National Information Service for Earthquake Engineering, 1997.

[24] Bertero, V.V. Uang, C.M.; "Use of Energy as a Design criterion in Earthquake Resistant Design"; UCB/EERC-88/18. University of California. Berkeley, 1988.