ارزیابی تأثیر اعمال هم‌زمان مؤلفه افقی و قائم زلزله بر رفتار لرزه‌ای سازه‌های قاب خمشی فولادی با استفاده از تحلیل دینامیکی افزایشی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد زلزله، دانشگاه غیر‌انتفاعی ایوانکی، سمنان، ایران

2 استادیار دانشکده عمران دانشگاه ایوانکی، سمنان، ایران

3 استادیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه ایوانکی، سمنان، ایران

4 هیات علمی دانشگاه دولتی گرمسار

چکیده

در تحلیل‌های دینامیکی سازه‌ها، مؤلفه قائم زلزله می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر رفتار لرزه‏ای انواع سیستم‌های سازه‏ای داشته باشد. اعمال مؤلفه قائم زلزله می‌تواند با افزایش نیروی محوری در ستون‌ها، باعث بروز خرابی در ستون‌ها و نهایتاً شکست کلی سازه شود. در زلزله‏های نزدیک به گسل که مؤلفه قائم بزرگی دارند، تأثیر مؤلفه قائم بارزتر است. با این‌وجود، همچنان در بسیاری از تحلیل‏های تاریخچه‌زمانی که روی سیستم‌های سازه‏ای انجام می‌شود، از تأثیرات مؤلفه‏ی قائم زلزله صرف‌نظر می‌شود. این موضوع می‏تواند نتایجی را در خلاف جهت اطمینان به همراه داشته باشد. در این مقاله، میزان تأثیر اعمال هم‌زمان مؤلفه قائم و افقی زلزله بر نیاز تغییرمکان غیر‌ارتجاعی و نیز نیروی محوری ستون‌‌ها در سازه‌های قاب خمشی فولادی از طریق انجام تحلیل‌های دینامیکی افزایشی روی 3 قاب نمونه با پیکربندی‌های منظم و نامنظم در ارتفاع، مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. برای این منظور، تحلیل‌های دینامیکی افزایشی با استفاده از یک مجموعه ده‌تایی از رکوردهای نزدیک به گسل، یک بار بدون لحاظ مؤلفه قائم و بار دیگر به صورت اعمال هم‌زمان هر دو مؤلفه افقی و قائم انجام شده و نتایج به دست آمده برای این دو حالت، مورد مقایسه قرار می‌گیرند. نتایج حاصل از تحلیل‌ها نشان می‌دهد که اعمال مؤلفه قائم زلزله به طور میانگین نیاز تغییرمکانی قاب‌های خمشی نامنظم را در حدود 10‌درصد افزایش می‌دهد. این میزان افزایش برای قاب منظم حدود 3‌درصد است. همچنین مشخص شد که اعمال مؤلفه قائم زلزله‌های نزدیک به گسل باعث افزایش دو‌برابری نیروی محوری ستون‌ها می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of ground motion vertical and horizontal component effects on the IDA curves for the regular and irregular steel moment frames

نویسندگان [English]

  • mehrdad talebzade zaviyeh 1
  • hamid saberi 2
  • vahid saberi 3
  • amin moshtagh 4
1 Graduate student of earthquake Engineering, University of Eyvanekey, Semnan, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, University of Eyvanekey, Semnan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, University of Eyvanekey, Semnan, Iran
4 Department of Civil Engineering, University of garmsar, Semnan, Iran
چکیده [English]

The effect of seismic vertical components on the seismic behavior of structural systems can be considerable. The vertical component of ground motion records can cause the brittle collapse of columns resulting in global collapse of structures. This effect is more crucial for near fault ground motions with larger vertical accelerations. Nevertheless, the effect of seismic vertical excitations is neglected in time-history analysis procedures on common structural systems. This may results in unconservative results in dynamic analyses. Therefore, it is very important to evaluate the damaging effects of vertical component of seismic excitations. In this paper, the effect of vertical excitations on the seismic response of steel moment frames with regular and irregular configurations along the height. Incremental dynamic analysis is employed to consider the effect of seismic excitations with various intensities. In IDA analysis, the seismic loads are applied to the structures with increasing intensities. In this paper, the seismic loads are applied to the structures in two manners, once considering only the horizontal component and secondly considering vertical and horizontal components simultaneously. The IDA curves are compared for two cases to find the effect of vertical excitations on global seismic demands. Also, the evaluations are made separately for regular and irregular frames to find the effect of vertical irregularity. The observed results revealed that the vertical components may increase the nonlinear displacements, especially for large intensities. The investigations demonstrate that the increase of column axial forces causes brittle buckling of columns and expedites the formation of plastic hinges leading to global collapse of structure. In irregular frames with soft stories, the buckling of slender columns is more crucial than regular structures. Therefore, it is suggested that the vertical components are considered for analyzing steel moment frame structures against near fault ground motions

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seismic vertical component
  • Steel moment frame
  • Incremental Dynamic Analysis
  • Vertical irregularity
  • seismic behavior

مراجع

[1] Somerville, P.G. (2005). Engineering characterization of near fault ground motions. In: Proc., NZSEE 2005 Conf.
[2] Bozorgnia, Y.; Bertero, V.V. (2004). Earthquake engineering: from engineering seismology to performance-based engineering. CRC press.
[3] Stewart, J.P., et al. (2002). Ground motion evaluation procedures for performance-based design. Soil dynamics and earthquake engineering, 22(9): 765-772.
[4] Shahi, S.K.; Baker, J.W. (2014). An efficient algorithm to identify strong‐velocity pulses in multicomponent ground motions. Bulletin of the Seismological Society of America, 104(5): 2456-2466.
[5] Kadid, A.; Yahiaoui, D.; Chebili, R. (2010). Behaviour of reinforced concrete buildings under simultaneous horizontal and vertical ground motions. Asian Journal of Civil Engineering, 463-476.
[6] Bozorgnia, Y.; Campbell, K.W.; Niazi. M. (2000). Observed spectral characteristics of vertical ground motion recorded during worldwide earthquakes from 1957 to 1995. In: Proceedings of the 12th world conference on earthquake engineering. New Zealand:[sn].
[7] Choi, I.-K., et al. (2008). Probabilistic seismic risk analysis of CANDU containment structure for near-fault earthquakes. Nuclear Engineering and Design, 238(6): 1382-1391.
[8] Papazoglou, A.; Elnashai, A. (1996). Analytical and field evidence of the damaging effect of vertical earthquake ground motion. Earthquake engineering and structural dynamics, 25(10): 1109-1138.
[9] Dana, M.' et al. (2014) Effects of the seismic vertical component on structural behaviour-An analytical study of current code practices and potential areas of improvement.
[10] Standard No, 2800 (2005). Iranian code of practice for seismic resistant design of buildings. Third Revision, Building and Housing Research Center, Tehran, Iran.
[11] Sultana, and Youssef, M.A. (2016) Prediction of local seismic damage in steel moment resisting frames. Journal of Constructional Steel Research, 122: 122-137.
[12] Gülerce, Z.; Abrahamson, NA. (2011). Site-specific design spectra for vertical ground motion. Earthquake Spectra, 27(4): 1023-1047.
[13] Elgamal, A.;. He, L. (). Vertical earthquake ground motion records: an overview. Journal of Earthquake Engineering, 8(05): 663-697.
[14] Salazar, A.R.; A. Haldar (2000). Structural responses considering the vertical component of earthquakes. Computers & Structures, 74(2): 131-145.
[15] Shih, T.Y.; Lin, Y. (1982). Vertical seismic load effect on hysteric columns. Journal of the Engineering Mechanics Division, 108(2): 242-254.
[16] CBC, (2013). California Building Code 1. Sacramento, CA.
[17] ASCE/SEI 41-06. (2010). Seismic Rehabilitation of Existing Buildings, American Society of Civil Engineers. Reston, VA;
[18] ASCE/SEI 7-10. (2010). Minimum design loads for buildings and other structures. American Society of Civil Engineers. Reston, VA; 2010.
[19] SeismoSoft. SeismoStruct. (2006). A computer program for static and dynamic nonlinear analysis of framed structures. Disponível online em: http://www. seismosoft.com.
[20] Scott, M.H.; Fenves, GL. (2006). Plastic hinge integration methods for force-based beam–column elements. Journal of Structural Engineering, 132(2): 244-252.
[21] Baker, J.W. (2007). Quantitative classification of near-fault ground motions using wavelet analysis. Bulletin of the Seismological Society of America, 97(5): 1486-1501.
[22] Vamvatsikos, D.; Cornell, CA. (2002). Incremental dynamic analysis. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 31(3): 491-514.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 03 شهریور 1396
  • تاریخ بازنگری: 26 آذر 1396
  • تاریخ پذیرش: 12 دی 1396

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار