عملکرد لرزه ای سیستم قاب مهاربند خارج از محور با پانل برشی فولادی و میراگر اصطکاکی دورانی بهینه در سطوح مختلف لرزه‌ای

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 کارشناس ارشد مهندسی سازه، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 دکترای مهندسی سازه، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 دکترای مهندسی سازه، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

امروزه با پیشرفت تکنولوژی‌های تحلیل و طراحی سازه، سیستم‌های باربر جانبی مختلفی، برای بهره گرفتن هم‌زمان مزایای هر یک از سیستم‌های موجود ارائه شده‌اند. در میان سیستم‌های مهاربندی، مهاربندهای خارج از محور در اولویت استفاده قرار دارند. به‌کارگیری سیستم‌های اتلاف انرژی، نظیر میراگرهای اصطکاکی و پانل‌های برشی، پاسخ‌های لرزه‌ای سازه‌ را در برابر زلزله و باد کاهش می‌دهد. در مقاله‌ی حاضر، سیستم سازه‌‌ای مرکب از قاب مهاربند خارج از محور با پانل ‏برشی فولادی و میراگر اصطکاکی دورانی، بر اساس مدلسازی عددی پیشنهاد شده و عملکرد آن نیز بر اساس لنگر اصطکاکی بهینه‌ی آستانه لغزش میراگر مذکور، در سطوح مختلف خطر لرزه‌‌ای، با دوره‌های بازگشت متوسط 72، 475 و 2475 سال، توسط تحلیل‌های دینامیکی تاریخچه زمانی غیر‌خطی مورد مطالعه قرار گرفته است. لنگر بهینه‌ی مذکور بر اساس حداقل مقدار شاخص عملکرد لرزه‌ای، در سه سطح خطر، یک بار به ‌صورت جداگانه و یک بار با درنظرگیری سطح خطر بینابین با دوره‌ی بازگشت 1200سال سال تعیین شده است. برای بررسی عملکرد لرزه‌ای سیستم سازه‌ای پیشنهادی، پاسخ‌های سازه، بر اساس لنگر اصطکاکی بهینه‌ی تعیین شده توسط دو حالت مذکور، در سه سطح خطر تخمین زده شده است. نتایج نشان داد که در نظرگرفتن لنگر اصطکاکی بهینه‌ی متناظر با هر سطح خطر به‌صورت جداگانه، باعث بهبود پاسخ‌های لرزه‌ای سیستم سازه‌ای پیشنهادی می‌گردد؛ اما طبیعتاً، لنگر اصطکاکی بهینه‌ی مشترک بین سطوح خطر متفاوت، نتایج محافظه‌کارانه‌ای ارائه می‌دهد. همچنین مشخص شد که میراگر مذکور، در سطوح خطر بالاتر، کارایی بهتری در بهبود پاسخ و رفتار لرزه‌ای این سیستم ترکیبی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Seismic Performance of Eccentrically Brace Frames with Steel Shear Panels and Optimum Rotational Friction Damper at Different Seismic Levels

نویسندگان [English]

  • Amin Ghannadiasl 1
  • zahra abbaszadeh 2
  • Amir Shirkhani 3
  • Parisa Kamrani Moghaddam 4
1 Associate Professor, Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 M.Sc, Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 PhD, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
4 PhD, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Today, with the advancement of analysis and structural design, various lateral force resisting systems have been proposed to take advantage of each of the existing systems simultaneously. Among bracing systems, Eccentrically Brace Frames are the top priority. The application of energy dissipation, such as friction dampers and shear panels, reduces seismic responses to earthquake and wind. In the present paper, a system consisting of an Eccentrically brace frames with a steel shear panel and a rotation friction damper has been proposed based on numerical modeling and its performance is based on different levels of Hazard level. Hazard level, with average return periods of 72, 475 and 2475 years, has been studied by dynamic analyzes of nonlinear time history. The Optimum slip moment is determined based on the minimum value of the seismic performance index, in three levels of danger, once separately and once by considering the level of intermediate Hazard level, with a return period of 1200 years. To investigate the seismic performance of the proposed structural system, the structural responses are estimated at three hazard levels based on the optimal slip moment determined by the two states. The results showed that considering the Optimum slip moment corresponding to each Hazard level separately, improves the seismic responses of the proposed structural system. But naturally, the Optimum slip moment shared different hazard levels will provide conservative results . It was also found that the damper, at higher hazard levels, has a better performance in improving the response and seismic behavior of this hybrid system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Eccentrically brace frames
  • Steel shear panel
  • Rotation friction damper
  • Optimum slip moment
  • Time history analysis
  • Seismic performance index
  • Hazard level
[1] Gulec, C.K. Gibbons, B. Chen, A. and Whittaker, A.S. (2011). Damage states and fragility functions for link beams in eccentrically braced frames. Journal of Constructional Steel Research, Vol. 67(9), Pages (1299-1309).
[2] Ghannadiasl, A. and Esrafili, H. and Shokrgozar, H.R. (2019). Seismic performance of concentrically steel braced frames with eccentric gusset plates. Journal of Structural and Construction Engineering (JSCE). Vol. 6(4), Pages (131-142).
[3] Roeder, C.W. and Popov, P. (1978). Eccentrically braced steel frames for earthquakes. Journal of the Structural Division. Vol. 104(3). Pages (391-412).
[4] Sahraei, Y. and Haddadi, A. (2016). A Review of the research history of steel structure with EBF. 2nd International Conference on New Research Achievements in Civil Engineering, Architecture and Urban Managment. Tehran, Iran.
[5] Akbari Hamed, A. (2015). Design, modelling and investigation of seismic behavior of bracing type steel shear panels. PhD Dissertation (in Persian), Civil Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
[6] Khazaei-Poul, M. Alavi, E. Nateghi-Alahi, F. (2012). Experimental and analytical study on concentrically braced frame system combined with shear panel. Sharif Journal of Civil Engineering. Vol. 2-28(4), Pages (147-154).
[7] Akbari Hamed, A. and Mofid, M. (2015). On the experimental and numerical study of braced steel shear panels. The Structural Design of Tall and Special Building. Vol. 24(14), Pages (853-872).
[8] Akbari Hamed, A. and Mofid, M. (2016). Parametric study and computation of seismic performance factors of braced shear panels. Scientia Iranica. Vol. 23(2), Pages (460–474).
[9] Mualla, I. H. and Belev. B, (2002). Performance of steel frames with a new friction damper device under earthquake excitation. Engineering Structures. Vol. 24(1). Pages (365–37).
[10] Mualla, I. H. and Nielsen, L.O, Belev. and B, I.Liao. and W, Loh. C.H and Agrawal, A. (2002). Numerical prediction of shaking table tests on a full-scale friction-damped structure. 12th European Conference on Earthquake Engineering. London, UK.
[11] Gholizad, A. Kamrani­Moghaddam, P. (2012). Performance of friction damper for dynamic response reduction of seismically excited knee braced steel frames. 9th International Congress on Civil Engineering.
[12] Gholizad, A. Kamrani­Moghaddam, P. (2014). Friction damper dynamic performance in seismically excited knee braced steel frames. International Journal of Civil Engineering. Vol. 12(1). Pages (32–40).
[13] Foyouzat, M. A., & Estekanchi, H. E. (2016). Application of rigid-perfectly plastic spectra in improved seismic response assessment by Endurance Time method. Engineering Structures, Vol. (111), Pages (24-35).
[14] Shirkhani, A. and Farahmand Azar, B. and Charkhtab Basim, M. )2021(. Seismic loss assessment of steel structures equipped with rotational friction dampers subjected to intensifying dynamic excitations. Journal of Engineering Structures. Pages (238 -112233).
[15] Ghannadiasl, A. and Esazadeh, M. (2020). Investigating seismic performance of steel frame structures using piston damper with semi-circular plates. Journal of Structural and Construction Engineering (JSCE). Under press.
[16] Akbari Hamed, A. and Mofid, M. (2016). Plastic design of eccentrically braced frames with shear panels. Structures and Buildings. Pages (1-13).
[17] Thorburn, L. J., Kulak, G. L., and Montgomery, C. J. (1983). Analysis of steel plate shear walls. Structural Engineering. No. 107, Dept. of Civil Engineering, Univ. of Alberta, Edmonton, Alta.
[18] Estekanchi, H. M. and Charkhtab Basim, M. (2011). Optimal damper placement in steel frames by the Endurance Time method. Journal of Structural Design of Tall and Buildings. Vol. (20). Pages (612–630).
[19] Haj Najafi, L. and Tehranizadeh, M. (2013). Evaluation of seismic behavior for moment frames and eccentrically braced frames due to near-field ground motions. Journal of civil engineering. Vol. 14(6). Pages (809-830).
[20] Alotta, G. and Di Paola, M. and Pirrotta, M.  (2014). Fractional Tajimi–Kanai model for simulating earthquake ground motion. Journal of Bull Earthquake. Vol. (12). Pages (2495–2506).
[21] AISC. (American Institute of Steel Construction). (1989). Manual of Steel Construction – Allowable Stress Design (ASD). AISC, Chicago, IL, USA. Version10-7.
[22] Shirkhani, A. and Farahmand Azar, B. and Charkhtab Basim, M. (2019). Optimum slip load of T-shaped friction dampers in steel frames by endurance time method. Structures and Buildings. Vol. 173. Pages (746–760).
[23] Abbaszadeh, Z. (2021). Assessment of seismic behavior of essentrically braced framef with shear panels using friction damper . MSc Dissertation (in Persian), Civil Engineering Department, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.