تأثیر بازتوزیع لنگر بر پایداری ساختمان های بتن آرمه قاب خمشی تحت اثر زمین لرزه

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی سازه، گروه مهندسی عمران، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران

2 دانشیار، مرکز تحقیقات ژئوتکنیک لرزه‌ای و بتن توانمند، گروه مهندسی عمران، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران

چکیده

تحت اثر زمین‌لرزه‌های قوی پاسخ دینامیکی سازه از محدوده خطی و الاستیک عبور نموده و وارد ناحیه غیرالاستیک می‌شود. به منظور اطمینان از ایمنی سازه‌ها در ناحیه غیرالاستیک، پایداری و رفتار غیرخطی سازه می‌بایست به دقت مورد بررسی قرار گیرد. در ساختمان­های بتن‌آرمه هنگامی که فولاد کششی تسلیم می‌شود، سختی مقطع کاهش یافته و به تبع آن با افزایش بار، انتقال نیروهای داخلی به نواحی سخت‌تر صورت می‌گیرد. در حالیکه تغییرشکل در ناحیه بحرانی به طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد، بازتوزیع نیروها تا حصول ظرفیت تغییرشکل در مقطع ادامه می‌یابد. ازاینرو ظرفیت دوران پارامتر کلیدی در بازتوزیع لنگر و پایداری سازه می‌باشد. لذا به منظور بررسی اثر بازتوزیع لنگر بر پایداری ساختمان­های بتن­آرمه با سیستم قاب خمشی در این مقاله 4 مدل ساختمانی، با تعداد طبقات 4، 7، 10و 13طبقه در نظر گفته شده است. در این سازه­ها رفتار غیرخطی اجزای اسکلتی توسط مفصل اندرکنشی PMM در نظر گرفته شده است. با انجام تحلیل تاریخچه­زمانی غیرخطی تحت اثر هفت رکورد زمین‌لرزه و همچنین تحلیل بارافزون و ذخیره نمودن ماتریس سختی برای 5 نقطه، میانگین دوران پلاستیک و با انجام تحلیل کمانش ضرایب کمانش به دست آمده است. با استفاده از تحلیل مودال، فرکانس طبیعی محاسبه و سعی گردید ارتباط منطقی بین دوران پلاستیک با ضرایب کمانش و فرکانس طبیعی برقرار گردد. نتایج نشان دادند با افزایش مقدار دوران پلاستیک ضرایب کمانش تا حدود 96 درصد کاهش می­یابد. هنگامی که میانگین دوران پلاستیک برابر 006/0 رادیان شود سازه وارد حالت ناپایدار می‌گردد. در سازه­های 4 و7  طبقه، مود اول کمانش باعث ناپایداری سازه شده و در سازه­های 10 و13 طبقه مود دوم هم در ناپایداری سازه اثرگذار بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of moment redistribution on the stability of reinforced concrete moment resisting frame buildings under the ground motion

نویسندگان [English]

  • Mahdi Golpayegani 1
  • Alireza Mortezaei 2
1 MSc of Structural Engineering, Civil Engineering Department, Semnan Branch, Islamic Azad University, Semnan, Iran
2 Associate Professor, Seismic Geotechnical and High Performance Concrete Research Centre, Civil Engineering Department, Semnan Branch, Islamic Azad University, Semnan, Iran
چکیده [English]

In recent years some studies have been done on the moment rredistribution in buildings and new methods offered for calculating of redistribution. Observations demonstrated that the combination of moment and shear force is important in analysis of reinforced concrete structures. But little research is done about the effect of redistribution by using moding in software. In order to study the effect of moment redistribution on the stability of RC moment resisting frame structures, four buildings with 4, 7, 10 and 13 story have been considered. In these models, the nonlinear behavior of elements (beam and column) is considered by the use of interaction PMM hinges. The average plastic rotation was calculated by performing pushover analysis and storing stiffness matrix for 5 points and then the buckling coefficients were obtained by conducting buckling analysis. By the use of modal analysis natural frequency was calculated and it was attempted to be related the average plastic rotation with the buckling coefficients and the natural frequency.   It could be concluded that increase in the plastic rotation reduce the buckling coefficients to about 96% which this amount of reduction is related to the average plastic rotation. Moreover, the buildings experience instability state when the average plastic rotation reached to 0.006 radian.

کلیدواژه‌ها [English]

  • plastic rotation
  • Buckling Stability
  • Buckling Analysis
  • Modal Analysis
  • Nonlinear time history analysis
  • Stability index

[1]               دفتر مقررات ملی ساختمان، مبحث نهم مقررات ملی ساختمان: طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه، تهران، نشر توسعه ایران، 1392.

[2]                Lopes, S. M. R., Harrop, J., Gamble, A. E. (1997). Study of moment redistribution in prestressed concrete beams. Journal of Structural Engineering, ASCE, 123(5): 561–566.

[3]                El-Refaie, S. A., Ashour, A. F., and Garrity, S. W. (2003). Sagging and hogging strengthening of continuous reinforced concrete beams using carbon fiber-reinforced polymer sheets. ACI Structural Journal, 100(4): 446–453.

[4]                Carmo, R. N. F., Lopes, S. M. R. (2005). Ductility and linear analysis with moment redistribution in reinforced high-strength concrete beams. Canadian Journal of Civil Engineering. 32(1): 194-203.

[5]                Chen, S., Jia,Y.  (2008). Required and available moment redistribution of continuous concrete composite beams. Journal of Constructional Steel Research 64: 167–175.                                                                            

[6]                Kheyroddin, A., Mortezaei, A. (2008). The Effect of Element Size and Plastic Hinge Characteristics on Nonlinear Analysis of RC Frames. Iranian Journal of Science & Technology, Transaction B, Engineering, 32(B5): 451-470.

[7]                Kassapoglou, C., Kaminski, M. (2010). Modeling damage and load redistribution in composites under  tension – tension fatigue loading. Journal ofComposites: Part A, 42: 1783–1792.                                                               

[8]                Farahbod, F., Mostofinejad, D. (2011). Experimental study of moment redistribution in RC frames strengthened with CFRP sheets. Journal of Composite Structures, 93(3): 1168–1177.  

[9]                Zhang, C., Wang, J. (2012). Interface stress redistribution in FRP-strengthened reinforced concrete beams using a three – parameter viscoelastic foundation model. Journal of Composites: Part B, 43(8): 3009–3019.                                    

[10]             Kara, I.F., Ashour, A.F. (2013). Moment redistribution in continuous FRP reinforced concrete beams. Journal of Construction and Building Materials, 49: 939–948. 

[11]             Bagge, N., O’Connor, A.,Elfgren, L., Pedersen, C. (2014). Moment redistribution in RC beams – A study of the influence of longitudinal and transverse reinforcement ratios and concrete strength, Engineering Structures, 80: 11-23,

[12]             Tajaddini, A.Ibell, T.Darby, A.Evernden, M. and Silva, P., (2017). Prediction of capacity for moment redistribution in FRP-strengthened continuous RC T-beams. ASCE Journal of Composites for Construction, 21(1): 04016066.

[13]             Eurocode 2. Design of concrete structures – part 1: general rules and rules forbuildings. European Committee for Standardization (CEN), Brussels, Belgium; (2004). 225p.

[14]             Building Code Requirements for Structural Concrete, ACI 318-14. American Concrete Institute, ACI Committee 318, USA; (2014). 503p.

[15]             CSA (Canadian Standards Association). (2014). “Design of concrete structures.” CSA-A23.3, National Standard of Canada, Toronto.

[16]             AS (Australia Standards). (2009). “Australian Standard for the design of reinforced concrete.” AS 3600, Home bush, NSW, Australia.

[17]             BSI (British Standard Institute). (2005). “Structural use of concrete. Code of practice for design and construction.” BS 8110BSI, London.

[18]             SAP2000, Integrated software for Structural analysis & design, Computers & structures, Inc., Berkeley, California, USA, V. 18.1.1.

[19]            آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله، استاندارد 2800، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی ، ویرایش چهارم، 1393.

[20]             ATC-40, Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings. Applied Technology Council Report.ATC-40. Redwood City (1966).                                                                                                                                         

[21]             Federal Emergency Management Agency, Pre-standard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Building: FEMA-356 (2000).