جداسازی لرزه‌ای-ژئوتکنیکی ساختمان‌های کوتاه و میان مرتبه با ایجاد لایه منعطف برشی از مصالح ماسه و لاستیک

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

هزینه زیاد اجرای سیستم‌های نوینِ جداسازی، مانع توسعه آن‌ها در کشورهای در حال توسعه شده است. از این رو در این پژوهش سعی شده است با ارائه یک ایده،‌ راهکاری اقتصادی برای جداسازیِ ساختمان‌ها ارائه گردد. بدین منظور در زیر شالوده ساختمان، یک لایه با قابلیت تغیرشکل برشی با مصالح ماسه یا مخلوط ماسه-لاستیک اجرا می‌گردد. برای تأمین حرکت جانبی لایه مورد نظر، درز انقطاعی پیرامون لایه خاک ایجاد شده و با مصالح انعطاف پذیر پر می‌گردد تا ضمن جلوگیری از مشکلات اجرایی، مانعی برای حرکت ایجاد نشود. وجود درز انقطاع در اطراف خاک زیر فونداسیون در عمقی مشخص باعث می‌شود که لایه مذکور قابلیت تغییرشکل‌های برشی را داشته و بدین ترتیب به دلیل سختی جانبی کم و میرایی نسبتا مناسب، دامنه شتاب نوسان ورودی سازه به طور قابل توجهی کاهش -یابد. برای بررسی عملکرد سیستم جداساز پیشنهادی، مدل‌های متعددی که عوامل مؤثر در سیستم جداساز شامل نوع مصالح لایه جداساز، عرض درز پیرامونی و ضخامت لایه را منظور کرده‌اند در محیط برنامه OpenSees ساخته شده‌اند. در این مدل‌ها یک سازه 9 طبقه قاب خمشی فولادی به همراه لایه خاک زیر آن با شرایط مذکور تحت روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی با شتابنگاشت‌های مناسب تحلیل شده است. جهت ارزیابی عملکرد سیستم جداساز، پاسخ‌های حداکثر جابجایی نسبی جانبی طبقات، حداکثر جابجایی جانبی طبقات، حداکثر نیروی محوری ستون و حداکثر چرخش مفصل پلاستیک تیر در مدل‌های مختلف با یکدیگر مقایسه شده‌اند. نتایج ارزیابی نشان می‌دهد، سیستم جداساز پیشنهادی فارغ از نوع مصالح به کار رفته و اندازة درز پیرامونی و ضخامت لایه جداساز، در کاهش پاسخ‌های تعیین کنندة سطح عملکرد سازه، نظیر جابجایی نسبی طبقات و چرخش مفاصل پلاستیک بسیار تأثیرگذار بوده است. بهترین عملکرد مربوط به سیستم جداساز با مصالح ترکیبی ماسه و خرده لاستیک با ضخامت لایة 0.5 متر و عرض درز پیرامونی برابر 10 سانتی‌متر بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Geotechnical seismic isolation for low‐to‐medium‐rise buildings using sand-rubber deformable layer

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Mirjalili 1
  • Hamed Tajammolian 1
  • Alireza Mnavi 2
1 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 MSc student, Civil engineering department, Yazd university, Yazd, Iran.
چکیده [English]

The high costs of base-isolation systems is one of the obstacles for their application in developing countries. In this research, a low-cost base-isolation system for low-to-medium-rise building has been proposed. For this purpose, a soil layer with plain sand or sand-rubber mixture is applied under building base. To provide lateral movement, a gap is created around the soil layer and filled with flexible materials. This gap let the layer have shear deformations and thus the amplitude of the structural response will be potentially decreased. To evaluate the performance of the proposed base-isolation system, several models have been developed in OpenSees software, with the aim to study the effective factors: the type of layer material, gap width and layer thickness. In these models, a 9-story structure of steel moment frame system including soil layer with the prescribed factors has been analysed by nonlinear time-history analysis procedure with appropriate ground motion records. To evaluate the performance of the proposed base-isolation system, the responses of peak story drift, peak story displacement, maximum axial force of the column and maximum rotation of the plastic hinge of the beam in different models have been compared. The results show that the proposed system, have been very effective in reducing the structural seismic responses. The base-isolation with sand-rubber mixture and layer thickness of 0.5 m and gap width of 10 cm, showed the best performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low-cost base-isolation
  • Geotechnical seismic isolation
  • Sand-rubber mixture
  • Sand isolation
  • Soil layer isolation
[1]  Yegian, M. K. and Kadakal, U. (2004). Foundation isolation for seismic protection using a smooth synthetic liner. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130 (11), 1121-1130.
[2] Yegian M. K. and Catan M. (2004). Soil isolation for seismic protection using a smooth synthetic liner. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, , 130 (11), 1131-1139.
[3] AliAsgari, R (1392). Seismic isolation of foundations using Geosynthetics and soil-rubber mixture. Master of science thesis, Islamic Azad University (Tehran central), Civil engineering department. [In Persian].
[4] Mahmoodi, M (1390). Cyclic mechanical properties of sand/granulated rubber mixture for using in seismic isolation purposes. Master of science thesis, Tarbiat Modares University, Engineering department. [In Persian].
[5] Tsang H. H. (2008). Seismic isolation by rubber–soil mixtures for developing countries. Earthquake engineering & structural dynamics, 37 (2), 283-303.
[6] Tsang H. H., Lo S. H., Xu X., Neaz Sheikh M. (2012).  Seismic isolation for low‐to‐medium‐rise buildings using granulated rubber–soil mixtures: numerical study, Earthquake engineering & structural dynamics, 41(14), 2009-2024.
[7] Tsiavos A., Alexander N. A., Diambra A., Ibraim E., Vardanega P. J., Gonzalez-Buelga A., Sextos A. (2019). A sand-rubber deformable granular layer as a low-cost seismic isolation strategy in developing countries: Experimental investigation. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 125, 105731.
[8] Pistolas G. A., Anastasiadis A., Pitilakis K. (2014). Mechanical shear strength properties of sand/granulated rubber mixtures”, in Proceedings of 7th Greel geotechnical conference, Hellenic Society Of Soil Mechanics And Geotechnical Engineering, Athens, Greecs.
[9] Pistolas G. A., Anastasiadis A., Pitilakis K. (2014). Cyclic undrained mechanical properties of sand/granulated rubber mixture”, in Proceedings of 7th Greel geotechnical conference, Hellenic Society Of Soil Mechanics And Geotechnical Engineering, Athens, Greece,.
[10] Brunet S., Carlos J, Kausel E. (2016). Non-linear modeling of seismic isolation systems made of recycled tire-rubber, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 85, 134-145
[11] Pistolas, G.A., Pitilakis, K. & Anastasiadis, A. (2020). A numerical investigation on the seismic isolation potential of rubber/soil mixtures. Earthq. Eng. Eng. Vib. 19, 683–704
[12] Manohar D.R., Anbazhagan P. (2021). Shear strength characteristics of geosynthetic reinforced rubber-sand mixtures,Geotextiles and Geomembranes, 49(4).
[13] Fakharian K., Ahmad A. (2021). Effect of anisotropic consolidation and rubber content on dynamic parameters of granulated rubber-sand mixtures, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 141
[14] Dhanya J.S., Boominathan A., Banerjee S. (2020). Response of low-rise building with geotechnical seismic isolation system, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 136
[15] Hernandez E., Palermo A., Granello G., Chiaro G., Banasiak L. (2020). Eco-rubber seismic-isolation foundation systems, a sustainable solution for the New Zealand context, Struct. Eng. Int., 30 (2), 192-200
[16] Pitilakis D., Anastasiadis A., Vratsikidis A., Kapouniaris A., Massimino M.R., Abate G., Corsico S. (2021).  Large-scale field testing of geotechnical seismic isolation of structures using gravel-rubber mixtures, Earthq. Eng. Struc. Dyn., 50, 2712-2731.
[17] Tsang H.H., Tran D.P., Hung W.Y., Pitilakis K., Gad E.F. (2021). Performance of geotechnical seismic isolation system using rubber-soil mixtures in centrifuge testing, Earthquake Eng. Struct. Dyn., 50 (5), 1271-1289
[18] Tasalloti A., Chiaro G., Murali A., Banasiak L. (2021). Physical and mechanical properties of granulated rubber mixed with granular soils – a literature review, Sustainability, 13 (8), 4309
[19] Banasiak, L.J., Chiaro, G., Palermo, A., Granello, G. (2021). Environmental implications of the recycling of end-of-life tires in seismic-isolation foundation systems. In: Advances in Sustainable Construction and Resource Management, Lect. Notes Civ. Eng., 144, 43–52.
[20] Chiaro, G., Palermo, A., Granello, G., Tasalloti, A., Banasiak, L.J. (2021). Reuse of waste tires to develop eco-rubber seismic-isolation foundation systems. In: Advances in Sustainable Construction and Resource Management, Lect. Notes Civ. Eng., 144, 159–169.
[21] Chiaro G., Tasalloti A., Chew K., Vinod J.S., Allulakshmi K. (2022). Macro- and micro-scale engineering response of rigid-soft gravel-rubber inclusions: insights from detailed laboratory and DEM numerical investigations Lect. Notes Civ. Eng., 196, 11-27
[22] Chopra A. K., Goel R. K. (2002). A modal pushover analysis procedure for estimating seismic demands for buildings. Earthquake engineering & structural dynamics, 31(3), 561-582.
[23] OpenSees Open system for earthquake engineering simulation.
[24] Kuhlemeyer R. L., Lysmer J. (1973). Finite element method accuracy for wave propagation problems. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 99(5), 421-427.
[25]Mazzoni S., Mckenna F., Scott M. H., Fenves G. L., Open System for Earthquake  Engineering Simulation (OpenSEES) User Command-Language Manual, Berkeley, University of California
[26] Applied Technology Council (2009). Quantification of building seismic performance factors (ATC-63) Report: US Department of Homeland Security, Federal Emergency Management Agency: Washington, D.C.
[27] Hosseini P, Hosseini M, Omranizadeh (2019). The Effect of Height of Structure on the Accuracy of Nonlinear Static Analysis Methods in Steel Structures with Lead Rubber Bearing (LRB) Base Isolators. Civil and Environmental Researches, 5(1), 35-49