بهبود رفتار پس از کمانش مهاربندهای همگرا با استفاده از فیوز موضعی مقید شده برمبنای مطالعات آزمایشگاهی و عددی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه سازه، دانشکده عمران، دانشگاه سمنان، سمنان

2 دانشیار، دانشکده عمران،دانشگاه سمنان

3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

سیستم مهاربندی شده هم محور یکی از متداولترین سیستمهای مقاوم باربر جانبی بین سازه های فولادی می باشد. این سیستم مقاوم باربر جانبی دارای شکلهای ظاهری متنوعی می‌باشد که خصوصیت اصلی همه آنها سختی و مقاومت جانبی قابل ملاحظه‌شان است. ضعف اصلی سیستم مهاربندی شده هم محور کمانش مهاربند در فشار است. این امر سبب میشود مهاربندهای هم محور ظرفیت باربری فشاری پایین به همراه شکل پذیری نامطلوب و ظرفیت اتلاف انرژی محدودشده ای داشته باشند. به منظور حل این مشکل و بهبود پاسخ لرزه‌ای سازه های مهاربندی شده هم محور، در این مطالعه روشی ابتکاری ارائه شده است. در این روش از یک فیوز موضعی در ناحیه میانی مهاربند استفاده شده که محیط پیرامونی و داخلی آن بوسیله یک المان کمکی غلاف در غلاف شکل پوشانیده شده است. فیوز موضعی طوری طراحی شده که پس از تسلیم، مهاربند در این ناحیه دچار کمانش موضعی شود. اما حضور المان کمکی جا داده شده در اطراف فیوز مانع این کمانش موضعی شده و بدین وسیله مهاربند یک رفتار تقریباً متقارن در بار فشاری و کششی از خود ارائه می‌دهد. نتایج کارهای آزمایشگاهی و عددی انجام شده در این مطالعه بیانگر عملکرد بهتر این سیستم سازه‌‌ای به لحاظ شکل‌پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی نسبت به سیستم متدوال مهاربندی شده همگرا می‌باشد. همچنین از این سیستم جدید می‌توان به منظور کاهش ظرفیت اتصالات مهاربندی که منجربه کاهش هزینه‌های پرژوه نیز می‌شود، بهره برداری کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Improving of post buckling behavior concentric braces by using of restricted fuse based on experimental and numerical studies

نویسندگان [English]

  • Ali kachooee 1
  • Mohammad Ali Kafi 2
  • Mohsen Gerami 3
1 Faculty of civil engineering, Semnan Univrsity, Semnan
2 Faculty of Civil Engineering., Semnan University, Semnan, Iran
3 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

The concentrically braced system is one of the most common lateral loadbearing systems among the steel structures. This system has various apparent forms where the main characteristic of them all is their significant stiffness and lateral strength. The weakness of these systems is buckling in compression. This issue causes that concentric bracings have low compressive loadbearing capacity together with undesirable ductility and limited energy dissipation capacity. In this study to solve this problem use has been made of a heuristic method. In this method a local fuse has been used in the middle of bracing where its periphery and inner circumference have been covered with an auxiliary casing within a casing. The local fuse is designed in a way that after yielding, the bracing undergoes local buckling at this area. But presence of an auxiliary element placed around the fuse prevents this local buckling and thus the bracing would exhibit almost a symmetric behavior during compressive and tensile loadings. The results of experimental and numerical researches of this study indicate the better performance of this structural system in terms of ductility and energy dissipation capacity compared to the common concentric braces. The suggested system can be utilized to reduce the capacity of bracing connection which results in reduced costs of the project.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steel structures
  • Concentric brace
  • Buckling
  • Local fuse
  • Seismic response
  • Ductility
  • Energy dissipation capacity

مراجع

[1] Moghaddam, H. and Estekanchi, H. (1995) .On the characteristics of off-centre bracing system. J.Construct. Steel Res, 35(3), 361-376.
[2] Moghaddam, H. and Estekanchi, H. (1999). Seismic behavior of off-centre bracing systems. J.Construct. Steel Res, 51(2), 177-196.
[3] Bazzaz, M., Kheyroddin, A., Kafi, M.A. and Andalib, Z. (2011) .Evaluating the performance of steel ring in special bracing frame. In: 6th International Conference of Seismology and Earthquake Engineering. Tehran, Iran, May.
[4] Bazzaz, M., Kheyroddin, A., Kafi, M.A. and Andalib, Z. (2012) .Evaluation of the seismic performance of off-centre bracing system with ductile element in steel frames. Steel Compos. Struct., Int. J., 12(5), 445-464.
[5] Bazzaz, M., Kheyroddin, A., Kafi, M.A., Andalib, Z. and Esmaeili, H. (2014) .Evaluating the seismic performance of off-centre bracing system with circular element in optimum place. Int. J. Steel Struct., 14(2), 293-304.
[6] Bazzaz, M., Andalib, Z., Kafi, M.A. and Kheyroddin, A. (2015a) .Evaluating the performance of OBS-C-O in steel frames under monotonic load. Earthq. Struct., Int. J., 8(3), 697-710.
[7] Bazzaz, M., Andalib, Z., Kheyroddin, A. and Kafi, M.A. (2015b) .Numerical comparison of the seismic performance of steel rings in off-centre bracing system steel rings in off-centre bracing system. Steel Compos. Struct., Int. J., 19(4), 917-937.
[8] Iwata, M., Kato, T. and Wada, A. (2000) .Buckling-restrained braces as hysteretic dampers. In: 3rd International Conference STESSA. Montreal, Canada, August.
[9] Sabelli, R., Mahin, S. and Chang, C. (2003) .Seismic demands on steel braced frame buildings with buckling-restrained braces. j. Eng Struct, 25(5),655–66.
[10] Kiggins, S. and Uang, C.M. (2006) .Reducing residual drift of buckling-restrained braced frames as a dual system. j. Eng. Struct, 28 (11), 1525–1532.
[11] Hoveidae, N., Tremblay, R., Rafezy, B. and Davaran, A. (2015) .Numerical investigation of seismic behavior of short-core all-steel buckling restrained braces. J.Construct. Steel Res., 114, 89-99.
[12] Maurya, A., Eatherton, M.R., Matsui, R. and Florig, S.H. (2016) .Experimental investigation of miniature buckling restrained braces for use as structural fuses. J.Construct. Steel Res., 127, 54-65.
[13] Balendra, T., Yu, C.H. and Lee, F.L. (2001) .An economical structural system for wind and earthquake load. J. Eng.Struct., 23, 491–501.
[14] Zahrai, S.M. and Vosooq, A.K. (2013) .Study of an innovative two-stage control system: Chevron knee bracing & shear panel in series connection. J. Struct Eng., 47 (6), 881–898.
[15] Cheraghi, A. and Zahrai, S.M. (2016) .Innovative multi-level control with concentric pipes along brace to reduce seismic response of steel frames. J.Construct. Steel Res., 127, 120-135.
[16] Federico, G., Fleischman, R. and Ward, K. (2012) .Buckling control of cast modular ductile bracing system for seismic-resistant steel frames. J.Construct. Steel Res., 71, 74-82.
 [17] Ward, K.M., Fleischman, R.B. and Federico, G. (2012) .A cast modular bracing system for steel special concentrically braced frames. J. Eng. Struct., 45, 104-116.
[18] Legeron, F., Desjardins, E. and Ahmed, E. (2014) .Fuse performance on bracing of concentrically steel braced frames under cyclic loading. J.Construct. Steel Res, 95, 242-255.
[19] Desjardins, E., Legeron, F. and Ahmed, E. (2012) .Performances of ductile fuses in reducing seismic demand on connections of concentrically steel braced frames. In: 15th World conference on Earthquake Engineering. Lisbon, Portugal, September.
[20] Bonetti, S. (2012) .Ductile fuses for special concentrically braced frames. Ph.D. Dissertation; Kansas University, Kansas, US of America. 
[21] ABAQUS Ver .6.12 (2012), User's Manual. RI, USA.
[22] ATC24, Guidelines for Cyclic Seismic Testing of Components of Steel Structures, Applied technology council, 1992.
مهندسی سازه و ساخت
دوره 7، شماره 1 - شماره پیاپی 30
فروردین 1399
صفحه 199-217

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 04 اسفند 1396
  • تاریخ بازنگری: 17 تیر 1397
  • تاریخ پذیرش: 25 مرداد 1397

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار