بهبود رفتار خرابی گنبدهای دولایه فضاکار صدفی با استفاده از ابزار محدودکننده نیروی لوله در لوله

قلعه جوقی, جعفر; شیدایی, محمد رضا; تاریوردیلو, سعید

doi:10.22065/jsce.2021.252976.2264

بهبود رفتار خرابی گنبدهای دولایه فضاکار صدفی با استفاده از ابزار محدودکننده نیروی لوله در لوله

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ 1- گروه عمران، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران

² 1- گروه عمران، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران 2- گروه مهندسی عمران، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

10.22065/jsce.2021.252976.2264

چکیده

گنبد دولایه فضاکارصدفی یکی از انواع جدید گنبدهای فضاکاراست که شکل هندسی آن تابع پارامترهایی نظیر نسبت ارتفاع به دهانه، نسبت برآمدگی به دهانه، سبک قوسی قاچ‌ها و سبک تغییرات در جهت خطوط نصف‌النهاری می‌باشد. در این سازه‌ها، رفتارکمانش عضو فشاری نقش تعیین‌کننده‌ای در رفتار خرابی سازه دارد و ضروری است از راهکاری مناسب جهت مقابله با خرابی اعضای فشاری و به تبع آن خرابی گنبدهای دولایه صدفی استفاده نمود. یکی از راهکارها، جایگزینی اعضای فشاری سازه فضاکار با ابزار محدودکننده نیرو است که بدین طریق، می‌توان از کمانش و افت ظرفیت ناگهانی عضو فشاری و به تبع آن خرابی ترد سازه جلوگیری کرد. برای این منظور در تحقیق حاضر از ابزار محدودکننده نیروی لوله در لوله که کارایی لازم در حذف کمانش عضو فشاری را دارد، استفاده شده است. ابتدا تاثیر پارامترهای هندسی بر رفتار خرابی گنبدهای صدفی با استفاده از روش عناصر محدود و انجام تحلیل غیرخطی مورد بررسی قرار گرفته و اعضای بحرانی مستعد ایجاد خرابی در گنبدهای صدفی با اشکال هندسی مختلف شناسایی شده‌اند. سپس این اعضا با ابزار محدودکننده نیروی لوله در لوله جایگزین شده و گنبدهای تقویت شده مجددا تحت تحلیل غیرخطی قرار گرفته‌اند. با بررسی و مقایسه رفتار خرابی گنبدهای صدفی در دو حالت با و بدون استفاده از ابزار محدودکننده نیرو، نتایج نشان داد که با جایگزینی اعضای فشاری بحرانی با ابزار محدود کننده نیرو، بهبود قابل ملاحظه در رفتار خرابی مدل‌ها حاصل می‌شود که میزان بهبود با تعداد این ابزار رابطه مستقیم دارد. با افزایش نسبت برآمدگی به دهانه، شکل‌پذیری و ظرفیت باربری گنبد صدفی افزایش می‌یابد. همچنین با تغییر سبک تغییرات از خطی به سهمی‌وار در جهت خطوط نصف‌النهاری گنبد‌ها، شکل‌پذیری و ظرفیت باربری گنبد افزایش می‌یابند. در تغییرسبک قوس از سینوسی به سهمی‌وار، با افزایش نسبت ارتفاع به دهانه، ظرفیت باربری و شکل‌پذیری گنبد دولایه صدفی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

تحلیل، طراحی و اجرای سازه های فولادی

عنوان مقاله [English]

Improving the collapse behavior of double layer scallop space domes using tube in tube force limiting device

نویسندگان [English]

jafar ghalejoughi ¹
Mohammad Reza Sheidaii ²
Saiid Tariverdilou ²

¹ 1- Department of Civil Engineering, Urmia Branch, Islamic Azad University, Urmia, Iran

² 1- Department of Civil Engineering, Urmia Branch, Islamic Azad University, Urmia, Iran 2- Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

چکیده [English]

Double-layer scallop space domes is one of the new types of domes whose geometric shape is a function of parameters such as height to span ratio, amplitude to span ratio, arc style of sectors and style of variation in meridional direction. In these structures, the buckling behavior of the compression member has a determinative role in the collapse behavior of the structure and it is necessary to use an appropriate solution to deal with the failure of the compression member and consequently the collapse of scallop domes. One of the solutions is to replace the compression members with FLD, which can prevent collapse. In the present study, a TTFLD has been used, which has efficiency in eliminating the buckling of the compression member. First, the effect of geometric parameters on the collapse behavior of domes was investigated using the FEM and nonlinear analysis, and critical members prone to collapse in scallop domes with different geometric shapes were identified. The critical compression members were then replaced with TTFLDs, and the reinforced scallop domes were re-analyzed. By comparing the collapse behavior of domes in two cases with and without the use of FLDs, the results showed that by replacing the critical compression members with FLDs, a significant improvement in the collapse behavior of the models is achieved. The improvement is directly related to the number of devices. With increasing the ratio of amplitude to span, the ductility and bearing capacity of the domes increase. In addition, by changing the style variation from linear to parabolic in the direction of the meridian lines, the ductility and bearing capacity of the dome increase. In the change of arc style from sinusoidal to parabolic, with increasing the ratio of height to span, the bearing capacity and ductility of the scallop dome increase.

کلیدواژه‌ها [English]

Space structure
Scallop double-layer dome
Tube in tube force limiting device (TTFLD)
Finite element
Collapse behavior

مراجع

[1] Office of Deputy for Strategic Supervision, Bureau of Technical Execution System, Code of Practice for Skeletal Steel Space Structures, No. 400, 2010.

[2] Sheidaii, Mohammad Reza, Investigation of the behavior of double-layer space grids against progressive buckling, PhD thesis, University of Tabriz, 2001.

[3] Nooshin H., "Space Structures and configuration processing", Progress in Structural Engineering and Materials, Vol. 1, Issue. 3, PP. 329-336, 1998.

[4] Makowski, Z. S., History of the development of braced domes, PP., 169-183, 1990.

[5] Nooshin H., Tomatsuri H., Fujimoto M., Scallop domes. In: Processing of the IASS symposium on Shell & Spatial Structures (ed SP Chirw), Singapore: CI-Premier Pte Ltd, November 1997, PP. 651-660.

[6] M. Babaei and M. sheidaii, "Optimal design of double layer scallop domes using genetic algorithm", Applied Mathematical Modeling, Vol. 37, no. 4, PP. 2127-2138, 2013.

[7] R. Kamyab, E. Salajegheh, "Size Optimization of Nonlinear Scallop Domes by an Enhanced Particle Swarm Algorithm", International Journal of Civil Engineering, Transaction A: Civil Engineering, Vol. 11, No. 3, PP. 77-89, 2013.

[8] R. Kamyab, H. Nooshin, E. Salajegheh, "The Effect of Arching Styles on the Behavior of Scallop Domes", 4th National Conference on Earthquake and Structures, Kerman, 2013.

[9] E. Akhavan Masoumi, K. Abedi, "Study of the stability of double-layer scallop domes", 9th National Congress of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, May 21 and 22, 2016.

[10] H. Sadeghi, M. Heristchian, A. Aziminejad, and H. Nooshin, " Wind effect on grooved and scallop domes", Engineering Structures, Vol. 148, PP. 436-450, 2017

[11] Aminokhani, S., Abedi, K. and Charkhtab Basim, M., "Probabilistic investigation of imperfection in the stability behavior of double-layer scallop domes", Master Thesis, Sahand University of Technology, Tabriz, September 2017.

[12] Ghalejoughi, J., Sheidaii, M. R., & Tariverdilo, S. (2020). Experimental and Numerical Study of a Tube in Tube Force Limiting Device. International Journal of Steel Structures, 20(4), 1405-1419.

[13] Mukai, H., Wada, A., Watanabe, A., & Iwata, M. (1993). Ductile truss structures and scaled model experiments. In Space structures 4 (pp. 1841-1850).

[14] Nooshin H., Kamyab R., samavati OA., "Exploring scallop forms", International Journal of Space Structures, PP. 1-28, 2017.

[15] Nooshin H., and Disney P. Formex configuration processing, part C. In: Motro R (ed) structural morphology and configuration processing of Space Structures. Essex: Multi Science publishing Co., 2009, PP. 249-549.

[16] Nooshin H., "Formian 2 Software", University of Surrey, 1999.

[17] Iranian National Building Code, Part 6, Design Loads for Buildings, Ministry of Housing and Urban Development (2014).

[18] Iranian National Building Code, Part 10, Design and Construction of Steel Structures, Ministry of Housing and Urban Development (2014).

[19] Specifications for the Design and Construction of Space Trusses JGJ 7-91, International Journal of Space Structures, Vol. 16 No. 3 2001.

[20] American Society of Civil Engineers (ASCE), ASCE Standard, Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures, ASCE 7-16, 2016.

[21] Burger, Martha Schneider, Stahlbau Profile Tables, Translated by Mohammad Reza Abbasi, Farahmand University Press, Fifth Edition, 2014.

[22] W. J. Supple, I Collins, Limit state analysis of double layer girds, Applied Science Publishers, London, England, 93-117 (1997).

[23] Abedi, K, Shekasteband, B., "Stability analysis of space structures", Sahand University of Technology, Tabriz, 2009.

[24] Abedi, K., "Instability Behaviour and Collapse Analysis of Space Structures", Proceeding of the first Nationaal Conference on Space Structures, Iran, Tehran, May 15-17, 2000.

[25] Sheidaii, M.R., Abedi, K., "Study of buckling behavior of compressive members by finite element method", The First Conference on Thin Wall Structures, Kerman, 2005

[26] American Society of Civil Engineers, ASCE standard, ASCE/SEI, 41-17, Seismic evaluation and retrofit of existing buildings, 2017.

[27] Riks E., “An Incremental Approach to the Solution of Snapping and Buckling Problems”, International Journal of Solids and Structures, 15(7), 529-551. 1979.