بررسی رفتارچرخه ای قاب دارای مهاربند کمانش ناپذیر با پیکربندی خارج از مرکز در حالت برگشت پذیر

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران-سازه، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

2 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

10.22065/jsce.2020.172617.1788

چکیده

مهاربند کمانش ناپذیر با پیکربندی خارج از مرکز یک سیستم باربر جانبی است که علاوه بر اتلاف انرژی مناسب دارای مزیت معماری برای ایجاد بازشو نیز می باشد. اما مطالعات اخیر نشان داده اند که پس از وقوع زلزله، در ساختمان های دارای سیستم مهاربند کمانش ناپذیر با پیکربندی خارج از مرکز، دریفت پسماند قابل توجه خواهد بود. لذا در این مطالعه، پیشنهاد شده است با اضافه کردن قاب با اتصالات پس کشیده به قاب مهاربندی کمانش ناپذیر و ایجاد سیستم مرکب، دریفت پسماند در قاب کمانش ناپذیر کاهش داده شود. بدین منظور ابتدا با روش طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد، برش پایه طراحی نمونه های 3 و 6 طبقه با پارامترهای با مقادیر مختلف نسبت برگشت پذیری و مقدار سختی قاب پس از باز شدگی اتصال، محاسبه شده اند و سپس نمونه ها با استفاده از روش ارائه شده در این تحقیق برای طراحی سیستم مرکب قاب مهاربندی کمانش ناپذیر و قاب با اتصال پس کشیده، طراحی شده اند. در ادامه پس از صحت سنجی مدل سازی با نرم افزار اجزاء محدود آباکوس، تحلیل پوش آور و چرخه ای بر روی مدل های عددی انجام شده است. با استفاده از نتایج تحلیل پوش آور، صحت روش ارائه شده برای تعیین ظرفیت سیستم مرکب، مورد تایید قرار گرفت و با استفاده از نتایج تحلیل چرخه ای مشخص گردید که می توان با اضافه کردن قاب با اتصال پس کشیده به قاب مهاربندی کمانش ناپذیر و ایجاد سیستم مرکب، دریفت پسماند در قاب کمانش ناپذیر را کاهش داد. همچنین نتایج تحلیل چرخه ای نشان داد که با افزایش نسبت سختی ثانویه به سختی اولیه سیستم (α) و یا کاهش پارامتر نسبت برگشت پذیری (β)، میزان دریفت پسماند، میزان اتلاف انرژی و ضریب ظرفیت اتلاف انرژی کاهش می یابد. البته برای ایجاد برگشت پذیری کامل در سیستم مرکب، باید پارامتر نسبت برگشت پذیری، کمتر از یک در نظر گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Cyclic Behavior of Self-Centering, Eccentric Configuration, Buckling-Restrained, Braced Frame

نویسندگان [English]

  • Elnaz Zare 1
  • Mohammad Gholami 2
  • Shamsedin Hashemi 2
1 Master of Science Student, Civil-Structural Engineering, Yasouj University, Yasouj, Iran
2 Assistant Professor of Civil Engineering, Department of Engineering, Yasouj University, Yasouj, Iran
چکیده [English]

Buckling-restrained braced frames can considerably reduce the seismic responses, because of their high energy dissipation capacity. However, they have big residual drifts subjected to great earthquakes. In this paper, buckling - restrained braced frames with eccentric configurations connected to frames with post-tension connections is studied. The results show that this system is able to decrease the residual drift. For evaluation the proposed method, 3 and 6 story frames, for different combinations of self - centering parameters are designed. Self-centering parameters are gradient of disengage connection and ratio of self - centering. Base shear used for the models are calculated using performance-based seismic design. Performance-based seismic design is obtained based on energy-work balance using pre-selected target drift and yield mechanism. Then in Abaqus software, pushover and cyclic analysis method for different combinations of self-centering parameters on the frames is done. Pushover analysis verifies the design method. Cyclic analysis show that the residual drift is decreased by adding frames with post-tension connections to a buckling – restrained braced frame with eccentric configuration. The results show that in order to reach self - centering, the ratio of base shear of the frames with post-tension connections to the total base shear is required to be more than 50%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Buckling-restrained braced frames with eccentric configurations
  • Performance-based seismic design
  • Frame with post-tension Connections
  • Residual Drift
  • cyclic analysis
[1] López, WA. Sabelli, R. (2004). Seismic design of buckling-restrained braced frames. Moraga (CA): Structural Steel Educational Council.
[2] Huang, YC. Tsai, KC. (2002). Experimental responses of large scale buckling restrained brace frames. Report no, CEER/R91-03, National Taiwan University.
[3] Richard, RM. (2009). Braced frame steel structures 402: when and why frame action matters. Struct Eng.
[4] Fahnestock, LA. Ricles, JM. Sause, R. (2007). Experimental evaluation of a large-scale buckling-restrained braced frame. J Struct Eng; 133(9):1205_14.
[5] Prasad, BK. (2004). Current status of buckling-restrained braced frame design: currently available buckling-restrained braces. In: Proceedings of 72nd annual convention, SEAOC.
[6] Prinz, G S. Richards, P W. (2012). Seismic Performance of Buckling-Restrained Braced Frames with Eccentric Configurations. Journal of Structural Engineering, Vol. 138, No. 3.
[7] McCormick, J. Aburano, H. Ikenaga, M. and Nakashima, M. (2008). Permissible residual deformation levels for building structures considering both safety and human elements. In Proc., 14th World Conf. on Earthquake Engineering. Beijing, China.
[8] Iwata, Y., Sugimioto, K., Kuwamura, H. (2005). Reparability limit of steel structural buildings: Study on
performance-based design of steel structural buildings Part 2. Journal of Structural and Construction
Engineering, 588, 165-172. (in Japanese)
[7] Qiu, C. Zhu, S. (2017). Shake table test and numerical study of self-centering steel frame with SMA braces. Earthq Eng Struct Dyn;46(1):117–37.
[9] Hall, K. S., Eatherton, M., and Hajjar, J. F. (2010). “Nonlinear behaviour of controlled rocking steel-framed building systems with replaceable energy dissipating fuses.” Rep. No. NSEL-026, Newmark Structural
Engineering Laboratory Report Series, Urbana, IL
[10] Kiggins, S. Uang, C. (2006). Reducing residual drift of buckling-restrained braced frames as a dual system. Eng. Struct, 28 (11): 1525–1532.
[11 Pettinga, D. Christopoulos, C. Pampanin, S. Priestley, M. (2006). Effectiveness of simple approaches in mitigating residual deformations
in buildings. Earthquake Eng. Struct, Dyn. 36 (12): 1763–1783.
[12] Ariyaratana, C. Fahnestock, A. (2011). Evaluation of buckling-restrained braced frame seismic performance considering reserve strength. Eng. Struct, Dyn. 33 (1): 77–89.
[13] Clayton P M, Berman J W, Lowes L N. Seismic design and performance of self-centering steel plate shear walls. Journal of Structural Engineering, 2012, 138(1): 22–30
[14] Qiu, C. Zhu, S. (2017). Performance-based seismic design of self-centering steel frames with SMA-based braces. Engineering Structures. 130: 67_82.
[15] Deierlein GG, Krawinkler H, Cornell CA (2008). A framework for performance-based earthquake engineering. In: Pacific conference on earthquake engineering. p.1–8.
[16] Goel SC, Chao SH (2008). Performance-based plastic design of special truss moment frames. AISC Eng J;45(2):127–50.
[17] SEAOC. Performance based seismic engineering of buildings. Vision 2000 report, vols. I and II. Sacramento (California): Structural Engineers Association of California; 1995.
[18] Yang TY, Li YJ, Leelataviwat S (2014). Performance-based design and optimization of buckling restrained knee braced truss moment frame. J Perform Constr Facil;28:A4014007. SPECIAL ISSUE: Performance of Timber and Hybrid Structures.
 [19] Sahoo, D. Chao, Sh. (2010). Performance-based plastic design method for buckling-restrained braced frames. Engineering Structures, 32: 2950_2958.
[20] Lee, SS. Goel, SC. (2001). Performance-based design of steelmoment frames using target drift and yield mechanism. Research report UMCEE 01-07. Ann Arbor, USA: University of Michigan.
[21] Kharmale, S. Ghosh, S. (2013). Performance-based plastic design of steel plate shear walls. Journal of Constructional Steel, Research 90: 85–97.
[22] Chao, Sh. Goel, S. (2006). Performance-based design of eccentrically braced frames using target drift and yield mechanism. AISC Eng, 173_200. 3rd Quarter.
[23] Grigorian, M. Tavousi, Sh. (2017). Innovations in rocking wall-frame systems-theory and development. Struct Eng, 9:205–217
 [24] Federal Emergency Management Agency. FEMA. (2006). Next-generation performance-based seismic design guidelines_program plan for new and existing buildings. FEMA-445. Washington (DC).
[25] Sullivan TJ (2013). “Direct displacement-based seismic design of steel eccentrically braced frame structures” Bull Earthquake Eng, 11:2197–2231.
[26] Mingming, J. Lu, D. Guo, L. Sun, L. (2014), Experimental research and cyclic behaviour of buckling-restrained braced composite frame, Journal of Constructional Steel Research, 90-105.
[27] Clayton P M, Winkley T B, Berman J W, Lowes L N. Experimental investigation of self-centering steel plate shear walls. Journal of Structural Engineering, 2012, 138(7): 952–960