تحلیل مبتنی بر انرژی قاب ساختمانی فولادی مجهز به میراگر ویسکوز در معرض انفجار

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران

2 معاونت شهرداری ساری

3 دانشگاه نوشیروانی

چکیده

میزان کنترل رفتار و عملکرد سازه تحت بارهای خارجی یکی از مهم‌ترین مباحث و وظایف در مهندسی سازه و زلزله است. امروزه استفاده از سیستم‌های نوین جهت کنترل ارتعاشات سازه گسترش چشم‌گیری داشته است. میراگر ویسکوز یکی از متداول‌ترین ابزارها جهت کنترل ارتعاشات سازه در برابر بارهای خارجی است. یکی از این بار های خارجی می‌تواند انفجار ناشی از حملات تروریستی باشد. در این تحقیق سعی شده است رفتار سازه‌های دارای میراگر ویسکوز با تکیه‌بر بالانس انرژی تحت بارگذاری انفجار بررسی گردد. بر این مبنا دو سازه‌ی 10 طبقه با سیستم قاب خمشی تنها و قاب خمشی فولادی دارای میراگر ویسکوز تحت سناریوهای مختلف انفجار مورد تحلیل قرارگرفته و انرژی‌های تلف‌شده و جذب‌شده در بالانس انرژی با کار خارجی ناشی از آن مورد ارزیابی قرارگرفته است. در ابتدا برای درک بهتر از رفتار سازه‌های مورد بررسی، عملکرد سازه‌ها بر اساس دوران مفاصل پلاستیک و جابجایی نسبی طبقات مورد بررسی و در نهایت تاثیر میراگر ویسکوز در میزان کاهش خسارت سازه‌ای با استفاده از مفاهیم بالانس انرژی مورد ارزیابی قرارگرفته است. نتایج نشان می‌دهد به طور کلی میراگر ویسکوز می‌تواند تا حد قابل قبولی خسارات وارده را کاهش دهد و رفتار سازه را کنترل نماید. همچنین وجود آن توانسته است در بعضی از بارها از ناپایداری سازه جلوگیری کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Energy-based analysis of a steel moment frame with viscous damper under blast loading

نویسندگان [English]

  • Mohammad Javad Goodarzi 1
  • Hossein Najafi 2
  • majid moradi 3
1 Department of civil engineering, technical and vocational university, tehran, iran
2 Deputy of Sari Municipality
3 noshivani
چکیده [English]

The degree of control of the response and performance of structures under external loads is one of the most important issues in structural and earthquake engineering. Today, the use of modern systems to control structural vibrations has expanded significantly. Viscous dampers are one of the most common tools for controlling structural vibrations against external loads. One of these foreign burdens could be an explosion caused by terrorist attacks. In this research, it has been tried to investigate the behavior of structures with viscous dampers based on energy balance under explosion load. For this aim, two 10-story structures with Moment Resistance Frame (MRF) system and steel Moment Resistance Frame with viscous damper under different explosion scenarios have been analyzed and the dissipated and absorbed energies in the energy balance due to external work have been evaluated. First, to better understand the behavior of these structures, the performance of the structures is evaluated based on the plastic hinges and the relative displacement of the studied stories and finally the effect of viscous damper in reducing the damage of structures using energy balance concepts. The results show that in general, viscous dampers can reduce the damage to an acceptable level and control the behavior of the structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Viscous Damper
  • Energy Balance
  • Blast Loading
  • Dynamic loading
  • steel structure
[1] Tavakoli, H., Afrapoli, M.M.,(2018), Robustness analysis of steel structures with various lateral load resisting systems under the seismic progressive collapse. Engineering Failure Analysis, 83, 88-101.
[2] Xiao, W., Andrae, M., Gebbeken, N.,(2020), Air Blast TNT Equivalence Concept for Blast-Resistant Design. International Journal of Mechanical Sciences, DOI, 105871.
[3] Baker, J.F., Williams, E.L., Lax, D.(1948). The Design of Framed Buildings against High-Explosive Bombs,  The civil engineer in war: A symposium of papers on war-time engineering problems, Thomas Telford Ltd, pp. 3: 80-112.
[4] Brode, H.L.,(1959), Blast wave from a spherical charge. The Physics of Fluids, 2, 217-229.
[5] Lamb, H., Hydrodynamics, Cambridge university press1932.
[6] Taylor, G.,(1939), The propagation and decay of blast waves. The Scientific Papers of Sir Geoffrey Ingram Taylor, 3, 221-235.
[7] Yang, F., Feng, W., Liu, F., Jing, L., Yuan, B., Chen, D.,(2019), Experimental and numerical study of rubber concrete slabs with steel reinforcement under close-in blast loading. Construction and Building Materials, 198, 423-436.
[8] Hadianfard, M.A., Malekpour, S., Momeni, M.,(2018), Reliability analysis of H-section steel columns under blast loading. Structural Safety, 75, 45-56.
[9] Moradi, M., Abdolmohammadi, M.,(2020), Seismic fragility evaluation of a diagrid structure based on energy method. Journal of Constructional Steel Research, 174, 106311.
[10] Guruprasad, S., Mukherjee, A.,(2000), Layered sacrificial claddings under blast loading Part I—analytical studies. International Journal of Impact Engineering, 24, 957-973.
[11] Loizeaux, M., Osborn, A.E.,(2006), Progressive Collapse—An Implosion Contractor’s Stock in Trade. Journal of performance of constructed facilities, 20, 391-402.
[12] Bažant, Z.P., Verdure, M.,(2007), Mechanics of progressive collapse: Learning from World Trade Center and building demolitions. Journal of Engineering Mechanics, 133, 308-319.
[13] Miyamoto, H.K., Taylor, D., Structural control of dynamic blast loading,  Advanced Technology in Structural Engineering2000, pp. 1-8.
[14] El-Arab, I.M.E.,(2016), Strengthening of existing security buildings against vehicle bomb using fluid viscous dampers, in Egypt. Journal of Civil Engineering and Construction Technology, 7, 37-47.
[15] Mottram, T.(2011). Structural Engineering Failures:∷ Lessons for Design, Thomas Telford Ltd.
[16] Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A., Ramsay, J.,(2007), Blast loading and blast effects on structures–an overview. Electronic Journal of Structural Engineering, 7, 76-91.
[17] Oskouei, A.V., Kiakojouri, F.(2012). Steel Plates Subjected to Uniform Blast Loading,  Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ, pp. 35-40.
[18] Council, A.T., Quantification of building seismic performance factors, US Department of Homeland Security, FEMA2009.
[19] Szyniszewski, S., Krauthammer, T.,(2012), Energy flow in progressive collapse of steel framed buildings. Engineering Structures, 42, 142-153.
[20] Akcelyan, S., Lignos, D.G., Hikino, T.,(2018), Adaptive numerical method algorithms for nonlinear viscous and bilinear oil damper models subjected to dynamic loading. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 113, 488-502.
[21] Narkhede, D.I., Sinha, R.,(2014), Behavior of nonlinear fluid viscous dampers for control of shock vibrations. Journal of Sound and Vibration, 333, 80-98.
 [22]Yao, Y., Chang, K., Chen, T., Yu, C., (2014), The dynamic performance of a shear thickening fluid viscous damper, Journal of the Chinese Institute of Engineers, 37 (8), 983-994.
 [23] Tavakoli, H.R., Kiakojouri, F., (2013), “Influence of Sudden Column Loss on Dynamic Response of Steel Moment Frames under Blast Loading”, International Journal of Engineering, 26, 453-461.