اضافه مقاومت قاب‌های مهاربندی واگرای فولادی طراحی شده بر مبنای تغییرمکان

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی سازه، دانشکده عمران و معماری، دانشگاه ملایر

2 استادیار، دانشکده عمران و معماری، دانشگاه ملایر

چکیده

روش طراحی مستقیم برمبنای تغییرمکان یکی از روش‌های طراحی لرزه‌ای بر مبنای عملکرد می‌باشد که در دو دهه‌ی گذشته برای طراحی قاب‌های بتن‌آرمه، دیوارهای برشی و پل‌ها پیشنهاد و توسعه یافته است. هدف از این مطالعه، ارزیابی اضافه مقاومت روش طراحی مستقیم بر مبنای تغییرمکان برای قاب‌های واگرا با انواع تیر پیوند کوتاه، متوسط و بلند می‌باشد. برای این منظور در این مطالعه دوازده قاب مهاربندی‌شده واگرا با تعداد طبقات 3، 5، 9 و 12 طبقه با انواع عملکرد تیرهای پیوند با استفاده از روش طراحی مستقیم بر مبنای تغییرمکان طراحی شده‌اند. برای ارزیابی اضافه مقاومت قاب‌های واگرای موردنظر، ابتدا لازم است تا رفتار چرخه‌ای غیرخطی تیرهای پیوند به نحو مناسبی مدل گردد. برای این منظور، در این مطالعه از مدل ماکروی پیشنهادی ریچاردز برای شبیه‌سازی رفتار غیرخطی تعدادی از تیرهای پیوند آزمایش شده موجود در ادبیات فنی استفاده می‌شود. پس از اعتبار سنجی روش مدل‌سازی المان محدود، رفتار قاب‌های واگرای مورد بررسی در این مطالعه تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی ارزیابی می‌گردد. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که مقدار ضریب اضافه مقاومت حاصل از روش طراحی مستقیم بر مبنای تغییرمکان برای قاب‌های واگرا بسته به طول نسبی تیر پیوند متغیر بوده و ممکن است از عدد پیشنهادی در این روش (5/1) نیز کمتر شود. مقدار این ضریب برای قاب‌های مورد بررسی در این تحقیق با تیرهای پیوند کوتاه، متوسط و بلند به ترتیب برابر با 51/1، 37/1و 19/1 به دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Overstrength of Displacement-Based Designed Eccentrically Braced Steel Frames

نویسندگان [English]

  • Sina Farahani 1
  • Amin Mohebkhah Amin Mohebkhah 2
1 MSc in Structural Engineering, Department of Civil Engineering, Malayer University
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Malayer University
چکیده [English]

Direct Displacement-Based Design (DDBD) is a performance-based seismic design method that has been proposed and developed over the past two decades for RC frame structures, shear walls and bridges design. The aim of this study is to evaluate overstrength of EBFs with short, intermediate and long link beams designed according to the DDBD method. For this purpose, twelve EBFs with 3, 5, 9 and 12 stories having short, intermediate and long link beams designed using the DDBD method. To investigate the seismic behavior of the considered EBFs, it is first necessary to model properly the nonlinear cyclic behavior of link beams properly. In this regard, the macro-model developed and proposed by Richards was utilized in this study to simulate the nonlinear behavior of some tested link beams available in the literature. After validating the finite-element model, the seismic behavior of the considered EBFs was studied using nonlinear static analyses. The results show that the overstrength factors of the DDB designed EBFs are variable depending on their links length ratio and may even be less than the factor proposed in the DDBD method (i.e. 1.5). This factor was evaluated as 1.51, 1.37 and 1.19 for the investigated EBFs in this study with short, intermediate and long link beams, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Direct Displacement-Based Design
  • Steel eccentrically braced frame
  • seismic behavior
  • performance level
  • Nonlinear static analysis
[1] Kasai K and Popov, EP. Cyclic web buckling contorl for shear link beams. J. Struct. Eng. ASCE; 112(3): 505-523, 1983.
[2] Malley JO and Popov, EP. Shear links in eccentrically braced frames. J.Struct. Eng. ASCE; 109(9): 2275-2295, 1984.
[3] Popov, EP. And Engelhardt,MD. "Seismic Eccentrically Braced Frames". Journal of Constructional Steel Research, Vol. 10,321-354, 1988.
[4] Engelhardt, MD. and Popov, EP. Experimental performance of long links in eccentrically braced frames. J.Struct. Eng. ASCE; 118(11): 3067-3088, 1992.
[5] Priestley, M.J.N. and Calvi, G.M. and Kowalsky, M.J. Displacement-based Seismic Design of Structures, IUSS Press, Pavia, Italy, 2007.
[6] Pettinga, J.D. Dynamic Behaviour of Reinforced Concrete Frames Designed with Direct Displacement-Based Design, Research No. ROSE-2005/02, European School of Advanced Studies in Reduction of Seismic Risk (Rose School), University of Pavia, Italy, 2005.
[7] Sullivan T.J. Highlighting Difference between Force-Based and Displacement-Based Design Solutions for Reinforced Concrete Frame Structures.StructEngInt 23(2):122-131, 2013.
[8] Lopez, R.G. Development of a Displacement Based Design Method For Steel Frame-RC Wall Buildings, MSc Dissertation, European School of Advanced Studies in Reduction of Seismic Risk (Rose School), University of Pavia, Italy, 2007.
[9] Sullivan, T.J. and Maley, T. and Calvi, G.M. Seismic response of steel moment resisting frames designed using a Direct DBD procedure, Proceedings of the 8th International Conference on Structural Dynamics, EURODYN 2011, Leuven, Belgium, 2011
[10] Macedo, L. and Castro, J.M. Direct Displacement-Based Seismic Design of Steel Moment Frames, 15 WCEE, Lisboa, Portugal, 2012.
[11] Wijesundara, K.K, Nascimbene R, Sullivan T.J. Equivalent viscous damping for steel concentrically braced frame structures, Bulletin of Earthquake Engineering, Vol.9 (5), 1535-1558, 2011.
[12] Wijesundara, K.K. Seismic design of steel Concentric braced frame Structures using direct displacement based design approach, South Asian Institute of Technology and Medicine P.O Box 11, Millennium Drive, Malabe, Sri Lanka, 2012.  
[13] SULLIVAN, T.J. Formulation of a direct displacement -based design of procedure for steel eccentrically braced frame structures, (15WCEE), Lisbon, Portugal, 2012.
[14] SULLIVAN, T.J. Direct displacement -based seismic design of steel eccentrically braced frame structures, Journal of the Bull Earthquake Eng, Springer Science, 2013.
[15] Maley, T.J. Seismic design of mixed MRF systems. Rose School PhD thesis, IUSS Pavia, Pavia, Italy, 2011.
[16] PEER. Open system for earthquake engineering simulation (OpenSess). Version 2.4.0. Berkeley: Pacific Earthquake Eng. Research Center, Univ. of California; http://opensees.berkeley.edu, 2005.
[17] Menegotto M., Pinto P.E. Method of Analysis for Cyclically Loaded R.C. Plane Frames Including Changes in Geometry and non-elastic Behavior of elements under combined normal force and bending. Symposium on the Resistance and Ultimate Deformability of Structures Acted on by Well Defined Repeated Loads. International Association for Bridge and Structural Engineering Zurich, Switzerland, pp.15-22, 1973.
[18] Richards, P.W. and Uang, C.M. Testing Protocol for Short Links in Eccentrically Braced Frames, Journal of Structural Engineering, Vol.132, No.8, 2006.
[19] Arce, G. Impact of higher strenght steels on local buckling and overstrength of links in eccentrically braced frames .Masters thesis, Univ. of Texas, Austin, Tex, USA. 2002.
[20] AISC, Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. Chicago: American Institute of Steel Construction. 2005.
[21] Richards, P.W. and Uang, C.M. Effect of flange width-thickness ratio on eccentrically braced frames link cyclic rotation capacity, Journal of StructEng ASCE; 131(10):1546-52. 2005.
[22] آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش سوم، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، تهران، 1385.
[23] مقررات ملی ساختمانی ایران مبحث دهم : طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی، ویرایش چهارم، 1392.
[24] فراهانی، س. ارزیابی روش طراحی مستقیم قاب‌های فولادی واگرا بر مبنای تغییرمکان، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده عمران و معماری، دانشگاه ملایر، 1393.
[25] ASCE7-10, Minimum design loads for buildings and other structures. American Society of Civil Engineers, Reston, 2010.
[26] Mohebkhah A. and Chegeni B., Overstrength and rotation capacity of EBF links made of European IPE sections, Thin-walled Structures, 74C, 255-260, 2014.