مقایسه ی عملکرد قاب های خمشی بتنی طراحی شده بر اساس روش تغییر مکان و روش نیرو در برابر زلزله

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

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

2 کارشناس ارشد مهندسی سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

3 دانشجوی دکتری مهندسی سازه، دانشکده مهندسی عمران ، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

امروزه روش‌های طراحی بر اساس عملکرد بخاطر کاهش خسارات سازه‌ای علاوه‌بر کاهش تلفات جانی بسیار مورد توجه هستند که با دو رویکرد مستقیم و غیرمستقیم انجام می‌شوند. یکی از روش‌های طراحی بر اساس عملکرد با رویکرد مستقیم، طراحی مستقیم بر اساس تغییرمکان است که در آن سازه با فرض مکانیسم و عملکرد مطلوب تحلیل و طراحی می‌شود. در این پژوهش ابتدا مبانی روش طراحی مستقیم بر اساس تغییرمکان بیان شده و سپس قاب‌های خمشی بتنی ۴، ۸، ۱۲ و ۱۶ طبقه با روش طراحی بر اساس نیرو و این روش، طراحی شده‌اند که مقایسه‌ی آن‌ها نشان می‌دهد ستون قاب‌های روش تغییرمکان ابعاد بزرگتر یا مساوی و آرماتور خمشی بیشتری نسبت به ستون قاب‌های روش نیرو دارند. علاوه‌براین میزان آرماتور وسط دهانه‌ی تیرهای قاب‌های روش تغییرمکان نسبت به دو انتهای آن(محل‌های احتمالی تشکیل مفاصل پلاستیک) بیشتر است. سپس ارزیابی عملکرد قاب‌های طراحی شده بر اساس هر دو روش با استفاده از تحلیل بارافزون نشان داد که قاب‌های طراحی شده بر اساس روش تغییرمکان نه تنها همخوانی بیشتری با مکانیسم پلاستیک فرض شده در فرآیند طراحی دارند، که شامل مفاصل پلاستیک در دو انتهای تیرها و پای ستون‌های تراز پایه است، بلکه با تحمل برش بیشتر به ویژه در طبقات پایینی و تغییرمکان نسبی زیادتر باعث به تأخیر افتادن وقوع مکانیسم و تشکیل تعداد بیشتری مفصل پلاستیک در طبقات بالایی نسبت به قاب‌های روش نیرو، قابلیت تحمل تغییرمکان‌های بزرگتری را دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Performance Comparison of Concrete Moment Frames Designed by Direct Displacement Based and Force Based Methods

نویسندگان [English]

  • Hassan Ostadhosein 1
  • Seyed Mohammad Hossein Kamel 2
  • Mojtaba Hanteh 3
1 Assistant professor, Department of civil engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
2 MSc Structural Engineering, Department of civil engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
3 Ph.D candidate in Structural Engineering, Department of civil engineering, University of Semnan, Semnan, Iran
چکیده [English]

Performance-Based Design Methods idea is based on decreasing the structural damages in earthquake, according to client requirements, it seems be an economical design method. There are two different Performance based design approaches, the former is direct approach and the latter is indirect approach. In direct approach the level of performance is assumed at the beginning of design procedure and design has been performed to achieve the assumed performance. Direct displacement-based design method (DDBD) is known as direct approach. In DDBD procedure performance of the structure is predefined by assuming the total structural drift against specified earthquake level. In DDBD method, structural base shear is calculated according to occurrence of mechanism in earthquake. Therefore DDBD seems to be more realistic in comparison to force based design (FBD) because of considering the structural nonlinearities directly in calculations. In this paper, the principles of DDBD are explained, then concrete special moment frames of 4, 8, 12, 16 stories were designed by both of DDBD and FBD methods. It is concluded that columns dimensions and reinforcement in DDBD will be obtained equal or greater than FBD. In addition, longitudinal reinforcements at the middle span of beams in the frames of DDBD are more than the two ends which are the possible locations of plastic hinges. Frames evaluation by push-over analysis shows that DDBD frames responses are more compatible with plastic mechanism which is supposed in design procedure. Also it is concluded that the maximum drift of DDBD frames before collapse are usually greater than FBD ones and in DDBD frames plastic hinge formation in upper stories is more than FBD frames.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Performance Comparison
  • Direct Displacement-Based Design
  • Force-Based Design
  • Concrete Moment Frame
  • Push-Over Analysis

[1] Priestley M, Calvi G, Kowalsky M. (2007). Direct displacement-based seismic design of structures. 5th New Zealand Society for Earthquake Engineering Conference.

[2] Bertero VV. (2000). Performance-based seismic engineering: conventional vs. innovative approaches.  Memorias 12vo Congreso Mundial de Ingeniería Sísmica.

[3] Priestley M. (2000). Performance based seismic design. Bulletin of the New Zealand society for earthquake engineering.

[4] Shibata A, Sozen MA. (1976). Substitute-structure method for seismic design in R/C. Journal of the Structural Division.

[5] Dwairi HM, Kowalsky MJ, Nau JM. (2007). Equivalent damping in support of direct displacement-based design. Journal of Earthquake Engineering.

[6] Blandon CA. (2004). Equivalent viscous damping equations for direct displacement based design.‏ Master. ROSE SCHOOL.

[7] Pettinga JD, Priestley MN. (2005). Dynamic Behaviour of Reinforced Concrete Frames Designed with Direct Displacement-Based Design. ROSE SCHOOL.

[8] Muljati I, Kusuma A, Hindarto F.  (2015). Direct Displacement Based Design on Moment Resisting Frame with Out-of-plane Offset of Frame. Procedia Engineering. 125:1057-64.

[9] Priestley M, Grant DN, Blandon CA. (2007). Direct displacement-based seismic design.  2005 NZSEE Conference.

[10] FEMA P.  (2000). Commentary for the seismic rehabilitation of buildings.  FEMA-356, Federal Emergency Management Agency, Washington, DC.

[11] Priestley M, Calvi G, Kowalsky M. (2007). Displacement‐based seismic design of structures. 1st ed. Pavia, Italy: IUSS Press.

[12] ACI. (2014). Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14) and Commentary (ACI 318R-14). American Concrete Institute.

[13] ASCE. (2010). Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (ASCE 7-10). American Society of Civil Engineers.

[14] Bommer JJ, Elnashai AS. (1999). Displacement spectra for seismic design. Journal of Earthquake Engineering. 3:1-32.

[15] شاکری ک, شایانفر م. (۱۳۸۷). تحلیل استاتیکی غیر خطی مودال با یک بار اجرا برای ارزیابی لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی. نشریه‌ی علمی و پژوهشی سازه و فولاد.

[16] Abbasnia R, Tajik Davoudi A, Maddah MM. (2014). An improved displacement-based adaptive pushover procedure based on factor modal combination rule. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 13:223-41.

[17] ASCE. (2013). Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings (ASCE 41-13). American Society of Civil Engineers.