بهبود پاسخ ساختمان نامتقارن کوتاه مرتبه با سیستم قاب فولادی مهاربندی مرکزگرای گهواره‌ای از طریق توزیع مناسب مقاومت در پلان

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران-سازه، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران-سازه، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 استادیار،گروه مهندسی عمران-سازه، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

4 استاد، دانشگاه مدیترانه شرقی، فاماگوستا، ترکیه

5 دانشیار، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

چکیده

سیستم قاب فولادی مهاربندی‌شده مرکزگرا با حرکت گهواره‌ای کنترل‌شده در مقایسه با سیستم‌های مرسوم قادر به کاهش خرابی در برابر زلزله می‌باشد. همچنین رفتار مرکزگرایی‌شان باعث کاهش تغییر شکل ماندگار در سازه و سهولت تعمیر سازه پس از زلزله می‌باشد. این مزایا باعث می‌شود این سیستم جایگزین مناسب سیستم‌های مقاوم لرزه‌ای متداول ازجمله قاب خمشی و دیوار برشی گردد. سازه‌های نامتقارن در برابر زلزله آسیب‌پذیرتر می‌باشند، لذا لازم است ملاحظات ویژه‌ای برای این نوع سیستم‌ها در نظر گرفته شود. توزیع مناسب سختی و مقاومت در پلان سازه‌های نامتقارن جرمی با سیستم مرکزگرا می‌تواند باعث بهبود پاسخ سیستم‌های نامتقارن باشد.

در این مقاله ساختمان کوتاه مرتبه نامتقارن جرمی یک جهته با استفاده از نرم‌افزار اپنسیس مدل‌سازی و تحت زمین‌لرزه‌های دوجهته تحلیل گردیده است. موقعیت نسبی مراکز مقاومت و جرم از پارامتر‌های تأثیر‌گذار بر پاسخ لرزه‌ای ساختمان می‌باشد. نتایج نشان می‌دهند توزیع مناسب مقاومت سیستم قاب فولادی مرکزگرا با حرکت گهواره‌ای و موقعیت مناسب مراکز جرم و مقاومت می‌تواند باعث کاهش پاسخ پیچشی ساختمان نامتقارن گردد. درنهایت با آرایش مناسب مراکز پاسخ بیشینه جابجایی نسبی ساختمان نامتقارن حدود ۱۴٪ کاهش می‌یابد و یا به بیانی دیگر پاسخ بیشینه جابجایی نسبی ساختمان نامتقارن با سیستمSC-CR SBF به ساختمان متقارن مشابه به حد مطلوبی نزدیک می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Improving response of low-rise asymmetric buildings with self-centering controlled rocking steel braced-frames through proper plan distribution of strength

نویسندگان [English]

  • Maryam Hafezi 1
  • Armin Aziminejad 2
  • mohammad Reza Mansoori 3
  • Mahmood Hosseini 4
  • Abdolreza Sarvghad Moghadam 5
1 Ph.D. Candidate, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Assistant professor, Department of Civil Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University Tehran, Iran
4 Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Eastern Mediterranean University (EMU), Famagusta, Mersin 10, Turkey
5 Associate Professor, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Self-centering controlled rocking steel braced-frame (SC-CR SBF) is an innovative seismic resistant system that reduces structural earthquake damages compared with conventional structural systems. In addition, the self-centering behaviour could reduce or eliminate building residual deformation and simplify the required repair after an earthquake. These benefits make this system an ideal alternative for conventional lateral force resisting systems such as moment-resisting frames or shear walls. Along with this issue, asymmetric structures are more vulnerable to earthquake excitations and require special seismic design considerations. Therefore, in this study, it is tried to improve the seismic behaviour of asymmetric SC-CR-SBF systems with proper distribution of strength. In this regard, the behaviour of low-rise uni-directional mass asymmetric SC-CR-SBF buildings is studied under bi-directional horizontal ground motions using OpenSEES software. The results show that the appropriate distribution of the strength of SC-CR SBFs in the plan reduced adverse torsional effects and based on these distributions, the proper configuration of mass and strength centers is introduced. Finally based on the results with appropriate arrangement of the centers, the maximum drift of the asymmetric structure decreases as much as roughly 14%. In other words, the maximum drift of the asymmetric SC-CR-SBF buildings of this study are acceptably close to the symmetric case.

کلیدواژه‌ها [English]

  • plan-asymmetric
  • strength center eccentricity
  • mass center eccentricity
  • self-centering controlled rocking steel braced-frame (SC-CR SBF)
  • Seismic response
[1] Eatherton.M.R, J.F. Hajjar, G.G.Deierlein, H.Krawinkler, S.Billington, X.Ma. (2008) Controlled Rocking of Steel-Framed Building with Replaceable Energy-Dissipating Fuses. The 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, 2008. (pp. 12-17).
[2]Ma, X. Borchers, E. Peña, A. Krawinkler, H. and Deierlein, G. (2010). Design and behavior of steel shear plates with openings as energy dissipating fuses, Blume Earthquake Engineering Center, TR 173, StanfordUniv. Stanford, CA.
 [3]Eatherton M.R. Ma X, Krawinkler H, Mar D, Billington S. Hajjar JF, Deierlein GG. (2014). Design concepts for controlled rocking of self - centering steel - braced frames. Journal of Structural Engineering 140 (11): 195 - 203.
[4]Ma, X. Krawinkler, H. and Deierlein, G. G. (2011)."Seismic design and behavior of self - centering braced frame with controlled rocking and energy dissipating fuses". Rep. No. 174, The John A. Blume Earthquake Engineering Center, Stanford Univ. Stanford, CA.
[5] Steele, T. C. & Wiebe, L. D. (2016). Dynamic and equivalent static procedures for capacity design of controlled rocking steel braced frames. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 45(14), 2349-2369.
 [6] Mottier P, Wiebe L, Steele T, Tremblay R, Rogers C. (2019). Performance evaluation of gravity-controlled rocking braced frames for low-rise steel buildings. 12th Canadian Conference on Earthquake Engineering, Quebec City, June 17-20
[7]Wiebe, L. and Christopoulos, C. (2009). “Mitigation of higher mode effects in base-rocking systems by using multiple rocking sections”. J. Earthquake Eng., 13(S1), 83–108.
[8] Pooya Rezvan,Yunfeng Zhang. (2022). Nonlinear seismic performance study of D-type self-centering eccentric braced frames with sliding rocking link beams. Journal of Earthquake Engineering and Structural DynamicsVolume 51, Issue 925 July 2022.
 [9] Mohammad Javad Ebrahimi Majumerd, Esmaeil Mohammadi Dehcheshmeh, Vahid Broujerdian, Saber Moradi. (2022). Self-centering rocking dual-core braced frames with buckling-restrained fuses. Journal of Constructional Steel Research Volume 194, July 2022, 107322
 [10] Sadek, A. W.and Tso, W. K. (1989) ‘‘Strength eccentricity concept for inelastic analysis of asymmetric structures’’, Engineering Structures 11, 189–194.
[11] Myslimaj, B.and Tso, W. K (2002) ‘‘A strength distribution criterion for minimizing torsional response of asymmetric wall-type systems’’, Earthquake Engineering and Structural Dynamics 31, 99–120.
 [12] Mansoori MR, Moghadam AS (2008). Effect of damper distribution in controlling multiple torsional response parameters of asymmetric structures. Proceedings of the 14th World Conference, Earthq. Eng.
 [13] Aziminejad, A. & Moghadam, A. S. (2010). Fragility-based performance evaluation of asymmetric single-story buildings in near field and far field earthquakes. Journal of Earthquake Engineering, 14(6), 789-816.
[14]Georgoussis GK, Mamou A. (2018). The effect of mass eccentricity on the torsional response of building structures. Structural Engineering and Mechanics. 2018 Jan 1; 67(7):671-82.
[15] Georgoussis GK, Mamou A. (2019). Mass eccentricity effects on the torsional response of inelastic buildings. Vibro engineering PROCEDIA. 2019 Apr 25; 23:66-71.
[16]OpenSees. 2011. Open system for earthquake engineering simulation, Pacific Earthquake Engineering research Center, University of California. http:// opensees. berkeley. edu (5 February 2011).
 [17] FEMA. (2009). Quantification of Building Seismic Performance Factors, FEMA P695Prepared by. Applied Technology Council for the Federal Emergency Management Agency: Redwood City, California, USA.
[18] Gupta, A. and Krawinkler, H. (1999) Seismic Demands for Performance Evaluation of Steel Moment Resisting Frame Structures, John A. Blume Earthquake Engineering Center Report Number 132.
[19] Eatherton, M. R. and Hajjar, J. F. (2010). "Large - Scale cyclic and hybrid simulation testing and development of a controlled - rocking steel building system with replaceable fuses." Rep. No. NSEL - 025, Newmark Structural Engineering Laboratory Report Series, Univ. of Illinois at Urbana - Champaign, Urbana, IL.
[20] Mansoori MR, Moghadam AS. (2014). Controlling torsional responses of structures under one and two directional excitations using dampers. In Second European conference on earthquake engineering and seismology 2014 Aug 25.