ارزیابی شکنندگی و فروریزش تدریجی قاب‌های فولادی با مهاربند واگرا با استفاده از تحلیل دینامیکی افزایشی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران دانشگاه ولایت، ایرانشهر، ایران

چکیده

امروزه بطور گسترده‌ای سازه‌های مهاربندی شده خارج از مرکز برای جذب انرژی زلزله با استفاده از المان تیرپیوند روی تیرها بکار گرفته می‌شوند. عملکرد این سیستم به صورت تسلیم المان تیرپیوند در هنگام زلزله و جذب انرژی توسط این المان و ایمن شدن سازه اصلی تعریف شده است. طول تیرپیوند به عنوان پارامتر موثر بر نوع رفتار تیرپیوند بصورت برشی یا خمشی بیان شده است، که تعیین کننده عملکرد لرزه‌ای و میزان جذب انرژی زلزله توسط این المان در این نوع قاب‌های مهاربندی شده است. در این تحقیق با استفاده از تحلیل‌های دینامیکی افزایشی روی قاب‌های فولادی تحت رکوردهای دور از گسل و با انجام مراحل مدلسازی در نرم افزارPython نسخه 3.8 و استفاده از کتابخانه OpenSeesPy ، متغیرهای خرابی و اعتماد قاب‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق دو نمونه قاب 6 و 12 طبقه با تغییر در طول تیرپیوند برشی از 40/0، 60/0و 80/0مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که رفتار تیرپیوند متاثر از خصوصیات رکورد زلزله است و میزان ظرفیت دوران تیرهای پیوند با طول یکسان برای رکوردهای مختلف زلزله متفاوت بدست آمده است. نتایج تحلیل دینامیکی افزایشی روی قاب‌های مذکور با طول تیرهای پیوند متفاوت نشان می‌دهد که طول تیرپیوند برشی کوتاه در قاب‌های با ارتفاع متوسط منتج به رفتار لرزه‌ای بهتری شده است و باید طول بهینه مناسب تیرپیوند پس از ارزیابی لرزه‌ای تحت رکورد‌های مختلف انتخاب گردد. حداکثر شتاب فروریزش میانه در این تحقیق برای قاب‌های 6 طبقه در طول تیرپیوند 60/0 متر 10/5 و برای قالب 12 طبقه در طول تیرپیوند 60/0 متر 20/4 برابر شتاب گرانش زمین بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Assessing Fragility and Gradual Collapse of Eccentrically Braced Steel Frame Using Incremental Dynamic Analysis

نویسندگان [English]

  • Mohsen Khazaei 1
  • Abdol Ghaium Dehvari 2
1 Assistant Professor, Department of civil engineering, Quchan university of technology, Quchan, Iran
2 Assistant Professor, Department of civil engineering, Velayat university, Iranshahr, Iran
چکیده [English]

Today, extensively eccentrically braced structures are used to absorb seismic energy using link beam elements on beams. The function of this system is defined as yielding this beam elements during an earthquake and remaining safety and elastic of other structure elements. The length of the link beam is expressed as an effective parameter determining the type of behavior of it as shear or flexure, which determines the seismic performance and the amount of seismic energy absorbed by this element in this type of braced frames. In this research, using incremental dynamic analysis on steel frames under far field records and by performing modeling steps in Python version 3.8 and using of OpenSeesPy documentation, the variables of failure and frame reliability have been investigated. In this research, two samples of 6 and 12-story frames with changes the link beam length from 0.4, 0.6 and 0.8 m have been studied. The results show that the behavior of link beams is affected by the characteristics of the earthquake record and the capacity of the link beams with the same length is various for each record. The results of incremental dynamic analysis on the mentioned frames with different link lengths have shown that the length of short shear link beam in medium height frames has resulted in better seismic behavior and the optimal length of the link beam should be selected after seismic evaluation under different records. The maximum acceleration of the median collapse in this research has been obtained for 6-story frames and the link with 0.6 m length is 5.10, and for 12-story frame with the link of 0.6 m length, 4.20 times the acceleration of the earth's gravity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fragility Analysis
  • Shear Link Beam
  • Eccentrically Brace
  • Incremental Dynamic Analysis
  • Far Field Records
[1] Nabil, Mansour. (2010), Development of the Design of Eccentrically Braced Frames with Replaceable Shear Links. Doctor of Philosophy, Department of Civil Engineering, University of Toronto.
[2] Vataman, Adina. Ciutina, Adrian and Grecea, Daniel. (2017). A Numerical Study on the Behavior of Eccentrically Braced Frames in Seismic Areas Using Finite Element Analysis. Journal of Intersections,14(1),69-84.
[3] Farzampour, Alireza. Matthew R. Eatherton, Roberto T. Leon, Ioannis Koutromanos, Matthew H. Hebdon. (2018). Evaluating Shear Links for Use in Seismic Structural Fuses, Doctor of Philosophy in Civil Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg.
[4] Bahrami, Salim., Naghipour, Morteza. (2017). Improving the Seismic Performance of Eccentrically Braced Frames by Using a Ductile Element. Journal of Structural and Construction Engineerin. 4(3) 18-27.,
[5] N. Siahpolo, N. Soveini, (2021). Analytical Study of Geometric Effects of Bolted Web Replaceable Shear Link with Bolted Web Connection under Cyclic Loading. Journal of Structural and Construction Engineering, 9(8).
[6] Özkılıç, Y. O. Topkaya, C. (2021). Extended End-Plate Connections for Replaceable Shear Links. Engineering Structures, 240, 112385.
[7] Men, J., Deng, D., Lan, T., Xiong, L., & Ren, R. (2021). Replaceability Evaluation Method of Shear Link for RCS Hybrid Frame. Structures (33), 2085-2098.
[8] Ghadami, A., Pourmoosavi, G., & Ghamari, A. (2021). Seismic Design of Elements Outside of the Short Low-Yield-Point Steel Shear Links. Journal of Constructional Steel Research, 178, 106489.
[9] Bouwkamp, J., Vetr, M. G., Ghamari, A. (2016). An Analytical Model for Inelastic Cyclic Response of Eccentrically Braced Frame with Vertical Shear Link (V-EBF). Journal of Case Studies in Structural Engineering, 6, 31-44
[10] Danesh, F., Faridalam, M. (2012). Behavior of Link-to-Column Connections in Eccentrically Braced Frames. In Proceedings of the fifteenth world conference on earthquake engineering (15WCEE), Lisbon.52-84.
[11] Mojarad, M., Daei, M., & Hejazi, M. (2017). Optimal Stiffeners Spacing for Intermediate Link in Eccentrically Braced Frame to Increase Energy Dissipation. Journal of Civil Engineering, 1(1), 39-44
[12] Al‐Janabi, M. A. Q., & Topkaya, C. (2020). Nonsymmetrical Loading Protocols for Shear Links in Eccentrically Braced Frames. Journal of Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 49(1), 74-94.
[13] Caprili, S., Mussini, N., & Salvatore, W. (2018). Experimental and Numerical Assessment of EBF Structures with Shear Links. Journal of Steel and Composite Structures, 28(2), 123-138.
[14] Vetr, M. G., Ghamari, A., & Bouwkamp, J. (2017). Investigating the Nonlinear Behavior of Eccentrically Braced Frame with Vertical Shear Links (V-EBF). Journal of Building Engineering, 10, 47-59.
[15] Lian, M., & Su, M. (2017). Seismic Performance of High-Strength Steel Fabricated Eccentrically Braced Frame with Vertical Shear Link. Journal of Constructional Steel Research, 137, 262-285.
[16] Bahrami, A., & Heidari, M. (2020). Dynamic Behavior of Steel Eccentrically Braced Frames Having Moment-Shear Link. Journal of Engineering and Applied Sciences, 15(23), 2793-2799.
[17] Malley, J. O., & Popov, E. P. (1983). Design Considerations for Shear Links in Eccentrically Braced Frames.
[18] AISC (2016), Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 341-16, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL, JUL 12.
[19] FEMA Publication 273, NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings. (2009). Federal Emergency Management Agency, Washington, DC.
[20] FEMA Publication 356, Pre-Standard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings. (2009). Federal Emergency Management Agency, Washington, DC.
[21] FEMA P695, Qualification of building seismic performance factors. (2009). Federal Emergency Management Agency, Washington, DC.
[22] https: //ngawest2. berkeley. edu, (2021). PEER Ground Motion Database.
[23] Berman, J. W., & Bruneau, M. (2007). Experimental and Analytical Investigation of Tubular Links for Eccentrically Braced Frames. Journal of Engineering Structures, 29(8), 1929-1938