مطالعه رفتار لرزه‌ای قاب‌های مهاربندی فولادی با عملکرد گهواره‌ای مجهز به فیوزهای استهلاک انرژی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

2 استادیار، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

سیستم‌های باربر جانبی متداول، انرژی لرزه‌ای وارد بر سازه را از طریق تغییرشکل‌های ماندگار در اعضای اصلی سازه‌ای خود مستهلک می‌کنند. این عملکرد منجر به وقوع خرابی‌های سازه‌ای قابل ملاحظه‌ای در ساختمان‌ها پس از وقوع زمین‌لرزه‌های شدید می‌شود که در بسیاری از موارد تعمیر این خرابی‌ها حتی در صورت امکان‌پذیر بودن، توجیه اقتصادی نخواهد داشت. سیستم‌های با عملکرد گهواره‌ای نوع جدیدی از سیستم‌های باربر جانبی هستند که با هدف کاهش تغییرشکل‌های ماندگار در سازه پس از وقوع زمین‌لرزه‌های ‌شدید و جلوگیری از ایجاد خرابی در اعضای کلیدی سازه‌ای از طریق هدایت این خرابی‌ها به سمت اعضایی قابل تعویض، ایجاد شد‌ه‌اند و به سرعت در حال توسعه هستند. در یک قاب با عملکرد گهواره‌ای پای ستون‌ها در قاب باربر لرز‌ه‌ای به پی متصل نمی‌شود و قاب قادر است آزادانه روی پی دوران کند. کابل‌های پس‌تنید‌ه‌ای که بالای قاب را به پی متصل می‌کنند، وظیفة بازگرداندن قاب دوران یافته به حالت اولیة خود را دارند و انرژی لرزه‌ای در هر دوران قاب، از طریق تغییرشکل‌های پلاستیک در المان‌های قابل تعویض که فیوز نامیده می‌شوند، مستهلک می‌گردد. در این پژوهش، رفتار لرزه‌ای یک قاب مهاربندی سه طبقه با عملکرد گهواره‌ای از طریق انجام آنالیز دینامیکی غیرخطی تاریخچة زمانی، تحت دو شتابنگاشت Kobe و Northridge و هر یک با سه مقیاس سطح  MCE، 2/1 برابر سطح MCE و 5/1 برابر سطح MCE، ارزیابی شده است. نتایج نشان می‌دهد که سیستم قاب مهاربندی شده با عملکرد گهواره‌ای عملکرد بسیار مطلوبی در استهلاک انرژی لرزه‌ای حتی تحت بارگذاری‌های سطح MCE دارد. همچنین، تغییرمکان ماندگار در سازه در انتهای مسیر بارگذاری ناچیز است. تنها نگرانی در مورد این سیستم‌، احتمال وقوع خستگی در کابل‌های پس‌تنیده است که در اثر افزایش شدت تحریک‌های تکیه‌گاهی، قابلیت مرکزگرایی سیستم را تحت تأثیر قرار داده و پایداری آن را به خطر می‌اندازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Seismic Behavior of Steel Braced Frames with Controlled Rocking System and Energy Dissipating Fuses

نویسندگان [English]

  • Hassan Amirzehni 1
  • Abazar Asghari 2
  • Erfan Shafei 2
1 MSc student, Urmia University of Technology, Urmia, Iran
2 Assistant Professor, Urmia University of Technology, Urmia, Iran
چکیده [English]

The self-centering rocking steel braced frames are new type of seismic lateral-force resisting systems that are developed with aim to limiting structural damages, minimizing residual drifts on systems and creating easy and inexpensive reconstruction capability, after sever earthquakes. In Steel braced frames with controlled rocking system, column bases on seismic resisting frame are not attached to the foundation and the frame allowed to rock freely. The task of restoring the rotated frame to its initial location is on post-tensioned cables, which attaches top of the frame to foundation. The design of post tensioned stands and braced frame members is such that during earthquakes they remain in elastic region. Seismic energy, dissipates by plastic deformations in replaceable elements on each rock of frame. In current research work, the seismic behavior of this type of lateral resisting systems is evaluated. The research conducted on a one bay steel braced frame with controlled rocking system that is analyzed using nonlinear dynamic time history analysis (NLTHA) procedure. The frame is subjected to JMA-Kobe and Northridge ground motions records that are scaled to unit, 1.2 and 1.5 times of maximum considered earthquake (MCE) ground motion level intensity. Extracted results show that seismic behavior of this type of lateral force resisting systems are so desirable even under MCE ground motion levels. The only anxiety is about occurring fatigue in post-tensioned strands that endangers overall stability of system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Controlled Rocking System
  • Self-Centering Systems
  • Post-tensioned cable
  • Energy Dissipating Fuses
  • Nonlinear time-history

[1]           Deierlein, G., Ma, X., Hajjar, J., Eatherton, M., Krawinkler, H., Takeuchi, T., & Kasai, K. (2010). Large-scale shaking table test of steel braced frame with controlled rocking and energy dissipating fuses. In 9th US National and 10th Canadian Conference on Earthquake Engineering.

[2]           Tanamal, A., Eatherton, M., Hajjar, J, F. (2007). Controlled Rocking of Steel-Framed Buildings with Replaceable Energy Dissipating Fuses Post-Tensioning Strand Material Tests. Internal report, Department of Civil and Environmental Engineerin University of Illinois at Urbana-Champaign Urbana, Illinois 61801.

[3]           Ma, X., Borchers, E., Pena, A., Krawinkler, H., & Deierlein, G. (2010). Design and behavior of steel shear plates with openings as energy-dissipating fuses. John A. Blume Earthquake Engineering Center Technical Report, (173).

[4]           Eatherton, M. R., Hajjar, J. F., Deierlein, G. G., Krawinkler, H., Billington, S., & Ma, X. (2008, October). Controlled rocking of steel-framed buildings with replaceable energy-dissipating fuses. In Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering (pp. 12-17).

[5]           Eatherton, M. R., Ma, X., Krawinkler, H., Deierlein, G. G., & Hajjar, J. F. (2014). Quasi-static cyclic behavior of controlled rocking steel frames. Journal of Structural Engineering, 140(11), 04014083.

[6]           Ma, X., Krawinkler, H., & Deierlein, G. G. (2011). Seismic design and behavior of self-centering braced frame with controlled rocking and energy dissipating fuses, blume earthquake Eng (Vol. 174). Center TR.

 

[7]           Ma, X. (2010). Seismic Design and Behavoir of Self-Centering Braced Frame with Controlled Rocking and Energy-Dissipating Fuses. PhD, Stanford University.

[8]           OpenSees Website, http://opensees.berkeley.edu.

[9]           Amirzehni, H. (2016). Seismic Response Evaluation of Steel Braced Frames with Controlled Rocking and Energy Dissipaters. Master of Science. Urmia University of Technology, Civil Engineering College.

[10]         Takeuchi, T., Kasai, K., Midorikawa, M., Matsuoka, Y., Asakawa, T., Kubodera, I., & Ando, H. (2008). Shaking table test using multipurpose test bed. Proceedings of 14WCEE.

[11]         Gupta, A., & Krawinkler, H. (1999). Seismic demands for the performance evaluation of steel moment resisting frame structures (Doctoral dissertation, Stanford University).

[12]         ASCE 7. (2005). Minimum design loads for buildings and other structures, ASCE 7- 05, American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia.