رفتار لرزه‌ای سازه‌های نامتقارن جداسازی شده با جداگرهای آونگی اصطکاکی سه‌گانه تحت اثر پالس‌های ساده شده زلزله‌های حوزه نزدیک

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه اثر خروج از مرکزیت جرمی روسازه و خروج از مرکزیت در سختی جداگرها در تشدید رفتار لرزه‌ای سازه‌های جداسازی شده با جداگرهای آونگی اصطکاکی سه‌گانه (TCFP) بررسی شده است. برای انجام این موضوع، پالس‌های ساده شده زلزله‌های حوزه نزدیک از جمله پالس جهت­پذیری پیش­رونده شکست و جابجایی ماندگار زمین مورد استفاده قرار گرفته و تأثیر دو خصوصیت مهم این پالس‌ها یعنی زمان تناوب و حداکثر سرعت زمین ارزیابی شده است. دامنه مطالعات صورت گرفته شامل روسازه‌هایی با تعداد طبقات و نسبت طول به عرض پلان مختلف بوده است. با بررسی پاسخ‌های مختلف سازه از جمله حداکثر برش ‌پایه و جابجایی جداگرها و حداکثر شتاب و دریفت روسازه مشخص گردیده وجود نامتقارنی می‌تواند باعث افزایش شدید پاسخ‌های سازه جداسازی شده گردد. این افزایش در مورد خروج از مرکزیت جرمی روسازه شدیدتر از خروج از مرکزیت در سختی جداگرها بوده به طوری که در یک سازه 6 طبقه با پلان مربعی، خروج از مرکزیت جرمی میزان برش پایه را به 2.55 برابر حالت متقارن افزایش داده است. در شرایط مشابه جابجایی جداگرها و شتاب بام یک سازه 9 طبقه به ترتیب 1.49 و 2.16 برابر نسبت به سازه متقارن رشد داشته است. همچنین نشان داده شده که وجود خروج از مرکزیت جرمی در حالت وقوع پالس‌های جهت‌پذیری پیش­رونده شکست می‌تواند دریفت سازه را به مقادیر نزدیک به میزان مجاز آیین‌نامه‌ای سوق دهد؛ بنابراین لازم است در طراحی سازه‌های دارای جداگر لرزه‌ای دقت کافی به این امر صورت گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Seismic behavior of asymmetric structures supported on TCFP bearings subjected to simplified near-fault pulses

نویسندگان [English]

  • Hamed Tajammolian 1
  • Faramarz Khoshnoudian 2
1 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Professor, Faculty of Civil Engineering, AmirKabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper the effects of mass eccentricity of superstructure as well as stiffness eccentricity of isolators on the amplification of seismic responses of base-isolated structures are investigated. Superstructures with 3, 6 and 9 stories and aspect ratios equal to 1, 2 and 3 are mounted on a Triple Concave Friction Pendulum (TCFP) bearing. Three-dimensional linear model of superstructure mounted on nonlinear isolators are subjected to simplified pulses including fling step and forward directivity while various pulse period (Tp) and Peak Ground Velocity (PGV) amounts are scrutinized. Maximum isolator displacement and base shear as well as peak superstructure acceleration and drift are selected as the main engineering demand parameters. The results indicate that the torsional intensification of different demand parameters caused by superstructure mass eccentricity is more significant than isolator stiffness eccentricity. The torsion due to mass eccentricity has intensified the base shear of asymmetric 6-story model 2.55 times comparing to symmetric one. In similar circumstances, the isolator displacement and roof acceleration are increased 1.49 and 2.16 times respectively in the presence of mass eccentricity. Furthermore, it is demonstrated that torsional effects of mass eccentricity can force the drift to reach the allowable limit of ASCE 7 standard in the presence of forward directivity pulses. This aspect should be noted in the design of base-isolated buildings.

کلیدواژه‌ها [English]

  • TCFP isolator
  • NEAR-FAULT
  • Simplified Pulse
  • Eccentricity
  • Torsion

[1] Fenz, D., Constantinou, M. C. (2008). Mechanical Behavior of Multi-Spherical Sliding Bearings, Technical Report No. MCEER-08/0007, State University of New York at Buffalo, Buffalo. New York, USA.

[2] Fenz, D., Constantinou, M. C. (2008). Modeling Triple Friction Pendulum Bearings for Response History Analysis, Earthquake Spectra, VOL. 24, 1011-1028.

[3] Becker, T. C., Mahin, S. A. (2012). Experimental and Analytical Study of the Bi-directional Behavior of the Triple Friction Pendulum Isolator, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, VOL. 41, 355-373.

[4] Morgan, T., Mahin, S. A. (2010). Achieving Reliable Seismic Performance Enhancement Using Multi-Stage Friction Pendulum Isolators, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, VOL. 39, 1443-1461.

[5] Dao, N. D., Ryan, K. L., Sao, E., Sasaki, T. (2013). Predicting the Displacement of Triple Pendulum Bearings in a Full-Scale Shaking Experiment Using a Three-Dimensional Element, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, VOL. 42, 1677-1695.

[6] Kilar, V., Koren, D. (2009). Seismic Behaviour of Asymmetric Base Isolated Structures with Various Distributions of Isolators, Engineering Structures, VOL. 31, 910-921.

[7] Almazan, J. L., De la Dlera, J. C. (2003). Accidental Torsion due to Overturning in Nominally Symmetric Structures Isolated with the FPS, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, VOL. 32, 919-948.

[8] Tena-Colunga, A., Gomez-Soberon, L. (2002). Torsional Response of Base Isolated Structures due to Asymmetries in the Superstructure, Engineering Structures, VOL. 24, 1587–1599.

[9] Tena-Colunga, A., Escamilla-Cruz, J. (2007). Torsional Amplifications in Asymmetric Base Isolated Structures, Engineering Structures, VOL. 29, NO. 2, 237–247.

[10] Khoshnoudian, F., Imani Azad, A. (2011). Effect of Two Horizontal Components of Earthquake on Nonlinear Response of Torsionally Coupled Base Isolated Structures, The Structural Design of Tall and Special Buildings; VOL. 20, 986-1018.

[11] Masaeli, H., Khoshnoudian, F., Hadikhan Tehrani, M. (2014). Rocking Isolation of Nonductile Moderately Tall Buildings Subjected to Bidirectional Near-Fault Ground Motions, Engineering Structures, VOL. 80, 298-315.

[12] Baker, J. W. (2007). Quantitative Classification of Near-Fault Ground Motions Using Wavelet Analysis, Bulletin of the Seismological Society of America, VOL. 97 NO. 5, 1486–1501.

[13] Hall, J. F., Heaton, T. H., Halling, M. W., Wald, D. J. (1995). Near-Source Ground Motion and its Effects on Flexible Buildings, Earthquake Spectra, VOL. 11, NO. 4, 569–605.

[14] Khoshnoudian, F., Ahmadi, E. (2013). Effects of Pulse Period of Near-Field Ground Motions on the Seismic Demands of Soil–MDOF Structure Systems Using Mathematical Pulse Models, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, VOL. 42, NO. 11, 1565-1582.

[15] Sasani, M., Bertero, V. (2000). Importance of Severe Pulse-Type Ground Motion in Performance-Based Engineering: Historical and Critical Review, Proceedings of the 12th world conference on earthquake engineering, New Zealand, Paper No.8.

[16] Kalkan, E., Kunnath, S. K. (2006). Effects of Fling Step and Forward Directivity on Seismic Response of Buildings, Earthquake Spectra, VOL. 22, 367–390.

[17] AISC (2010). Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 360-10, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois, USA.

[18] ASCE 7-10 (2010). Minimum Design Loads for Building and Other Structures, ASCE/SEI 7-10, American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, USA.

[19] Ghahari, S. F., Khaloo, A. R. (2013). Considering Rupture Directivity Effects, Which Structures Should be Named ‘Long-Period Buildings’?,  The Structural Design of Tall and Special Buildings; VOL. 22, 165-178.