ارزیابی ضریب رفتار قاب‌های مهاربندی همگرای ویژه مجهز به فیوز شکل پذیر

هویدایی, نادر; مهدی زاده, امیر

doi:10.22065/jsce.2021.263851.2319

ارزیابی ضریب رفتار قاب‌های مهاربندی همگرای ویژه مجهز به فیوز شکل پذیر

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهیدمدنی آذربایجان، تبریز، ایران

² فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهیدمدنی آذربایجان، تبریز، ایران

10.22065/jsce.2021.263851.2319

چکیده

مهاربندهای همگرای فولادی به دلیل سختی جانبی قابل توجه، مقاومت جانبی بالا، و سهولت اجرا، یکی از پرکاربردترین سیستم‌های سازه‌ای در ساخت سازه‌های اسکلت فولادی می‌باشد. با این وجود، زمانی که این سیستم‌ها تحت زلزله‌های متوسط و شدید قرار می-گیرند مهاربندهای فشاری دچار کمانش می‌شوند. این امر باعث عدم امکان استفاده از تمام ظرفیت این مهاربندها در استهلاک انرژی لرزه‌ای و کاهش شکل پذیری مهاربند می‌شود. در دهه‌های اخیر محققان تحقیقات وسیعی بر روی این سیستم‌ها انجام داده و روش‌های مختلفی را برای افزایش شکل پذیری مهاربندهای همگرای متداول توسعه داده‌اند. عمده روشهایی که برای افزایش شکل پذیری سازه های فولادی مهاربندی مورد استفاده قرار گرفته اند شامل استفاده از مهاربندهای کمانش‌ تاب به جای مهاربند مرسوم و نیز استفاده از فیوزهای سازه‌ای به صورت موضعی و در قسمت‌های خاص از طول مهاربند می‌باشد. در این تحقیق، رفتار لرزه‌ای قابهای فولادی با مهاربند همگرای ویژه که مجهز به فیوز تسلیم شونده و شکل پذیر در انتهای مهاربندها هستند مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. این فیوزها با کاهش سطح مقطع مهاربند بصورت موضعی و با تعبیه سوراخ‌های بیضوی در چهار طرف مقطع قوطی شکل مهاربند ایجاد شده‌اند. برای ممانعت از کمانش موضعی فیوز، از یک غلاف محصور کننده با طول محدود در اطراف فیوز استفاده شده است. برای بررسی رفتار لرزه-ای و مقایسه تاثیر عملکرد فیوز بر مقدار پارامترهای لرزه‌ای، قاب‌های مهاربندی شده‌ی 10،5و15 طبقه همگرای ویژه بدون فیوز و مجهز به فیوز، در نرم افزار ایتبس و مطابق ویرایش چهارم استاندارد 2800 طراحی شده‌اند. برای بررسی رفتار غیر خطی از تحلیلهای دینامیکی افزایشی با استفاده از هفت رکورد زلزله در نرم‌افزار Seismostruct استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان دهنده‌ی ضریب رفتار بالاتر سیستم مهاربندی مجهز به فیوز در مقایسه با سیستم‌ مهاربندی بدون فیوز می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مهندسی سازه و زلزله

عنوان مقاله [English]

Evaluation of response modification factor of special concentrically braced frames equipped with ductile fuse members

نویسندگان [English]

Nader Hoveidae ¹
Amir Mehdizadeh ²

¹ Assistant professor, Faculty of Technology and Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran

² Graduate student,, Faculty of Technology and Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran

چکیده [English]

Because of significant lateral stiffness, high lateral strength, and ease of construction and erection, conventional concentrically braced frames are known as one of the most useful structural systems in steel buildings. However, these structural systems exhibit an undesirable performance that have limited their application. The ordinary concentrically braced frames enter the inelastic phase under moderate and severe earthquakes and in this case, the compression braces begin to buckle and the full energy dissipation capacity of braces is not attained. This study aims to examine the structural fuse concept by application of special fuses at the end of the chevron braces. These fuses are consist of four elliptical holes in every side of the HSS brace member that is laterally confined by an HSS sleeve. In order to investigate seismic behaviour and compare the effect of the fuses, special braced frames with chevron arrangement, without fuse elements (SCBFs) and with fuse elements (FSCBFs) are considered. The prototype models consist of 5-story, 10-story, and 15-story braced frames, which are designed in Etabs software per Iranian seismic code of practice. The inelastic response of prototype models are evaluated in Seismostruct software through Incremental dynamic analysis (IDA) and using seven near-fault records. The study resulted higher response modification factor of FSCBFs compared with SCBFs.

کلیدواژه‌ها [English]

ductile fuse
braced frame
seismic response
response modification factor
Incremental dynamic analysis

مراجع

[1] Roeder, C., Popov, E. (1977). Inelastic behaviour of eccentric braced steel frames under cyclic loadings, Report No. 77. Berkeley, Earthquake Engineering Research Centre, University of California.

[2] Pall, A.S., Marsh, C. (1982). Seismic Response of Friction Damped Braced Frames. Journal of Structural Division, ASCE, 108, 1313-1323.

[3] Tsai, K.C., Chen, H.W., Hong, C.P., and Su, Y.F. (1993). Design of Steel Triangular Plate Energy Absorbers for Seismic-Resistant Construction. Journal of Earthquake Spectra, 3, 505-528.

[4] Balendra, T., Yu, CH., Lee, F.L. (2001). An economical structural system for wind and earthquake loads. J Eng Struct, 23, 491–501.

[5] Rezai, M., Prion, H., Tremblay, R., Bouatay, N. & Tiler, P. (2000). Seismic performance of brace fuse elements for concentrically braced frames. Paper presented at the STESSA 2000 conference, Montréal, Québec (pp. 39-46).

[6] Rai, D.C., Goel, S.C. (2003). Seismic evaluation and upgrading of chevron braced frames, Journal of Constructional Steel Research, 59, 430-442.

[7] Kim, J., Choi, H. (2005). Response modification factors of chevron-braced frames, Engineering structures, 27, 285-300.

[8] Legeron, F., Desjardins, E., Ahmed, E. (2014). Fuse performance on bracing of concentrically steel braced frames under cyclic loading. J Construct Steel Res, 95, 242-255.

[9] Cheraghi, A., 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.

[10] Shen, J., Seker, O., Akbas, B., Toru Seker, P., Momenzadeh, S., Faytarouni, M. (2017),

Seismic Performance of Concentrically Braced Frames with and without Brace Buckling. Engineering Structures, 141, 461-481.

[11] Alipour, M.H., Jokar, L. (2018). Effect of reducing the cross sectional area of brace in pushover curve of concentric braced frames. Journal of structure and steel, 21, 5-14 (In Persian)

[12] Kachooee, A., Kafi, M.A. (2018). `. Structures, 14, 333-347.

[13] Kachooee, A., Kafi, M.A., Gerami, M. (2018). Local fuse for improving concentric braces behavior. Magazine of Civil Engineering, 82(6), 149–162.

[14] Kafi M.A., Kachooee A. (2018). The behavior of concentric brace with bounded fuse. Magazine of Civil Engineering. No. 2, 16–29.

[15] کچوئی, ع. (1398). بررسی پاسخ مهاربندهای هم محور مجهز شده با فیوز موضعی مقید شده جانبی تحت بارگذاری سیکلی، نشریه مهندسی سازه و ساخت، DOI:10.22065/JSCE.2019.190117.1882.

[16] Aghlara, R., Mahmood, M., Tahir, A. (2018). Passive metallic damper with replaceable steel bar components for earthquake protection of structures. Engineering Structures, 159, 185-197.

[17] Hoveidae, N., Tremblay, R. Rafezy, B., Davaran, A. (2015). Numerical investigation of seismic behavior of short-core all-steel buckling restrained braces. Journal of Constructional Steel Research, 114, 89-99.

[18] Mazzolani, F., Della Corte, G., D’Aniello, M. (2009). EXPERIMENTAL ANALYSIS OF STEEL DISSIPATIVE BRACING SYSTEMS FOR SEISMIC UPGRADING. JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING AND MANAGEMENT, 15(1), 7–19.

[19] Iranian code of practice for seismic resistant design of buildings (2014) Standard No. 2800, 4th edition. Building and Housing Research Canter, Tehran, Iran.

[20] AISC (2016). Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL, U.S.

[21] Etabs (2016). Integrated software package for the structural analysis and design of buildings, Computers and Structures, Inc. (CSI).California.

[22] Talatahari, S., Azizi, M. (2020). Optimum design of building structures using Tribe-Interior Search Algorithm. Structures, 28, 1616-1633.

[23] Raeesi, F., Farahmand Azar, B., Veladi, H., Talatahari,S.(2020). An inverse TSK model of MR damper for vibration control of nonlinear structures using an improved grasshopper optimization algorithm. Structures, 26, 406-416.

[24] Talatahari, S., Azizi, M. (2020). Optimal design of real‐size building structures using quantum‐behaved developed swarm optimizer. Struct. Design Tall Spec Buildings, 29, e1747.

[25] Seismosoft (2020). SeismoStruct – A computer program for static and dynamic nonlinear analysis of framed structures. Available online from http://www.seismosoft.com

[26] ATC24 (1992). Guidelines for Cyclic Seismic Testing of Components of Steel Structures, Applied Technology, Council Report, Redwood City, California, USA.

[27] Uang, C.M. (1991). Establishing R (or Rw) and Cd factor for building seismic provision. J. Struct. Eng., 117(1), 19-28.