بررسی پارامتری رفتار میراگر پانل برشی تسلیمی سوراخ دار به عنوان تیر پیوند قائم در قاب فولادی با مهاربند به شکل 8 تحت بار چرخه‌ای

حجازی, مهرداد; آمره, فاطمه

doi:10.22065/jsce.2020.220995.2088

بررسی پارامتری رفتار میراگر پانل برشی تسلیمی سوراخ دار به عنوان تیر پیوند قائم در قاب فولادی با مهاربند به شکل 8 تحت بار چرخه‌ای

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ عضو هیئت علمی/دانشگاه اصفهان

² گروه عمران، دانشکده مهندسی عمران و حمل و نقل، دانشگاه اصفهان

10.22065/jsce.2020.220995.2088

چکیده

در این تحقیق رفتار چرخه‌ای میراگر پانل برشی تسلیمی سوراخ‌دار در قاب فولادی مهاربندی با مهاربند به شکل 8 مورد بررسی قرار گرفته‌است. تعداد نمونه‌های بررسی شده 48 عدد است. در 40 عدد از نمونه‌ها اثرات ضخامت و درصد سطح سوراخ و درصد سطح بریدگی لبه‌ها، در دو نمونه طول جان میراگر و در 6 نمونه اثرات تغییر در اجزای قاب و شرایط تکیه‌گاهی مورد مطالعه قرار گرفته‌است. مدل سازی و تحلیل با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود ABAQUS انجام شده است. نوع بارگذاری چرخه‌ای و براساس پروتکل FEMA 461 و محل اعمال بار در دوسر تیر و به صورت کنترل تغییر مکان بوده است. از آنالیز غیرخطی و معیار تسلیم فون میزز استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که در صورتی که ضخامت جان میراگر از حد مشخصی تجاوز کند میراگر تسلیم نخواهد شد. نمونه با طول متوسط جان کمتر انرژی را کمتر جذب می‌کند. افزایش مدول مقطع تیر و سطح مقطع مهاربند تاثیر محسوسی بر روی افزایش میرایی ندارد . بریدن سوراخ از داخل جان و ایجاد بریدگی لبه‌ها تا حدی مشخص موجب بهبود اتلاف انرژی می‌شود، و از آن پس اثر معکوس دارد. مقدار عددی درصدی از سطح سوراخ که در آن حداکثر میرایی اتفاق می‌افتد با افزایش ضخامت افزایش می‌یابد. بنابراین درصد سطح سوراخ مطلوب با افزایش ضخامت، و تقریبا متناسب با آن زیاد می‌شود. به عنوان مثال درصد سطح سوراخ مطلوب با در نظر گرفتن میرایی قاب به عنوان پارامتر مورد بررسی در نمونة با لبه‌های صاف در ضخامت mm 10 تقریبا برابر 10%، در نمونة mm 15 تقریبا برابر 20% و در نمونة mm 30 تقریبا برابر 30% می‌باشد. در نمونه با 20% سطح بریدگی لبه‌ها این مقادیر به 10%، 10% و 30% تغییر می‌یابند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

تحلیل، طراحی و اجرای سازه های فولادی

عنوان مقاله [English]

Parametric Study of Behaviour of Perforated Yielding Shear Panel Device as a Vertical Link Beam in Inverted V-Braced Steel Frames under Cyclic Load

نویسندگان [English]

Mehrdad Hejazi ¹
Fateme Amere ²

¹ Professor/University of Isfahan

² Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Transportation, University of Isfahan

چکیده [English]

In this research, the cyclic behaviour of a perforated yielding shear panel device in an inverted v- braced steel frame has been studied. In 40 samples the effects of web thickness, amount of cut-out and amount of cut sector, in two samples the web length, in seven samples the variation of frames components and boundary conditions, and in two samples the centre to centre distance of the cut-outs have been studied. Non-linear analysis has been performed using the finite element ABAQUS code. Cyclic displacement control loading based on FEMA 461 protocol has been applied to the two sides of the beam. The von Mises yield criterion has been used. Obtained results show that if the web thickness of the yielding shear panel exceeds a certain value, the panel will not yield. Making cut-outs in the web and cutting sectors at the two sides of the web up to a certain amount increases the dissipation of energy, and thereafter it has an opposite effect. The amount of cut-outs for which the maximum damping occurs increases with the increase of the web thickness. Therefore, the favourable amount of cut-outs increases approximately proportional to increase of the web thickness. For instance, the favourable percentage of cut-outs without cut sectors with a web thicknesses of 10 mm, 15 mm and 30 mm are approximately 10%, 20% and 30%, respectively. These values for samples with cut sectors of 20% are respectively 10%, 10% and 30%. A yielding shear panel with a shorter web length absorbs more energy. Increasing the beam moment of inertia and the bracing cross-sectional area does not have a significant impact on increasing the damping.

کلیدواژه‌ها [English]

Perforated yielding shear Panel device
Steel frame
Cyclic behaviour
Energy dissipation
Finite element method

مراجع

[1] Hejazi, F. (2005). Seismic rehabilitation of structures with smart systems. Tehran: Jihad Daneshgahi Publication, Amir Kabir Industrial Unit (In Persian).

[2] Chan, R. (2008). Metallic yielding devices for passive dissipation of seismic energy, Ph.D. Dissertation. Department of Civil Engineering, University of Queensland, St Lucia, Australia.

[3] Moghimi, G. (2011). A study of seismic demand of braced frames with central yielding damper. M.Sc. Thesis. Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, (in Persian).

[4] Chan, R. and Albermani, F. (2008). Experimental study of steel slit damper for passive energy dissipation. Engineering Structures, 30, 1058-1066.

[5] Chan, R. and Albermani, F. and Williams, M. (2009). Evaluation of yielding shear panel device for passive energy dissipation. Journal of Constructional Steel Research, 65, 260-268.

[6] Chan, R. and Albermani, F. and Kitipornchai, S. (2011). Stiffness and strength of perforated steel plate shear wall. Procedia Engineering, 14, 675-679.

[7] Chan, R. and Faris, A. and Sritawat, K. (2013) Experimental study of perforated yielding shear panel device for passive energy dissipation. Journal of Constructional Steel Research, 91, 14-25.

[8] Deng, K. and Pan, P. And Su, Y. and Ran, T. and Xue, Y. (2014). Development of an energy dissipation restrainer for bridges using a steel shear panel. Journal of Constructional Steel Research, 101, 83-95.

[9] Zarei, D. and Tasnimi, A. (2019). New fused steel-coupling beam with optimized shear panel damper. Journal of civil engineering, 17, 1513-1526.

[10] Farzampour, A. and Eatherton, M. (2019). Yielding and lateral torsional buckling limit states for butterfly-shaped shear links. Engineering structures, 180, 442-451.

[11] Li, T. and Yang, T. and Tong, G. (2019). Performance-based plastic design and collapse assessment of diagrid structure fused with shear link. Structural design of tall and special buildings, 28.

[12] Shen, S. Gong, R. (2020). Design, simulation and test on the shape on the shape optimization of a steel shear key (SSK). Measurement. 151, 107-127.

[13] ABAQUS 6.14 Documentation. Providence, Rhode Island: ABAQUS Inc., 2014.

[14] Cui, Y. and Asada, H. and Kishiki, S. and Yamada, S. (2012) Ultimate strength of gusset plate connections with fillet welds. Journal of Constructional Steel Research, 75, 104-115.

[15] Sumner, E. (2003). Unified design of extended end-plate moment connections subject to cyclic loading, Ph.D. Dissertation. Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA.

[16] Hossain, R. and Ashraf, M. (2012). Mathematical modelling of yielding shear panel device. Thin-Walled Structures. 59, 153-161.

[17] Yang, C. (2006). Analytical and experimental study of concentrically braced frames with zipper struts. Ph.D. Dissertation. School of Civil Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA.

[18] Verein Deutscher Eisenhuttenleute. (2011). Stahl-Profile. Tehran, Iran: Parham publishing (in Persian).

[19] Syed, S. (2009). Influence of weld sequence on the seismic failure of welded steel moment connections in building structures. M.Sc. Thesis. Department of Civil Engineering, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina.

[20] ATC. (2007). “Interim Testing Protocols for Determining the Seismic Performance Characteristics of Structural and Nonstructural Components,” FEMA, Washington, D.C., FEMA 461.

[21] ATC. (2009). “Effects of Strength and Stiffness Degradation on Seismic Response,” FEMA, Washington, D.C., USA, FEMA P440A.

[22] Amere, F. (2016). Parametric study of behaviour of perforated yielding shear panel device in inverted v-braced steel frames. M.Sc. Thesis. Faculty of Civil Engineering and Transportation, University of Isfahan, Isfahan (in Persian).