بررسی تأثیر مدل های رفتاری پوسته ای و غشایی دال بر پاسخ غیرخطی سیستم قاب خمشی متوسط

زارع شحنه, مصطفی; میرجلیلی, محمدرضا

doi:10.22065/jsce.2024.412188.3198

بررسی تأثیر مدل های رفتاری پوسته ای و غشایی دال بر پاسخ غیرخطی سیستم قاب خمشی متوسط

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

مصطفی زارع شحنه ¹

محمدرضا میرجلیلی ²

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

² دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

10.22065/jsce.2024.412188.3198

چکیده

در تحلیل و طراحی لرزه ای سیستم های باربر جانبی دارای سقف دال، از مشارکت سختی خمشی دال در باربری صرف نظر می شود. به طوری که انتظار می رود سیستم باربر جانبی سازه بدون در نظرگرفتن مقاومت باربری لرزه ای دال قادر باشد تا تمام بار زلزله را تحمل نماید. برای لحاظ نمودن این امر در مدل های سازه ای لازم است تا سختی خمشی دال بسیار کوچک در نظر گرفته شود و یا از رفتار غشایی برای مدلسازی دال استفاده گردد که باعث می شود در طراحی تیرها ناخواسته از ظرفیت مقاومت خمشی دال در بارهای ثقلی نیز صرفنظر گردد. در نتیجه طرح به دست آمده غیراقتصادی و نابهینه خواهد بود. از طرفی در واقعیت قسمتی از نیروی زلزله به دال منتقل شده و به دلیل رفتار غیرشکل پذیر دال، عملکرد سازه تحت نیروی جانبی زلزله ممکن است با انتظارات مطابقت نداشته باشد. در این مقاله دامنه درستی فرضیه فوق بررسی شده و سهم رفتار خمشی دال در عملکرد غیرخطی سیستم باربر جانبی ارزیابی گردیده است. بدین منظور برای نسبت های مختلفِ سختی خمشی دال به تیر در قاب های خمشی متوسط یک، سه و پنج طبقه، عملکرد لرزه ای و غیرخطی سازه بررسی شده است. با مقایسه نتایج به طور کلی می توان گفت که مدلسازی دال با رفتار پوسته‌ای باعث کاهش حدوداً 10 درصد در ضریب رفتار سازه می‌گردد. از این رو به عنوان یک راهکار کاربردی در طراحی ساختمان های کوتاه و میان مرتبه قاب خمشی متوسط بتنی که سهم تلاشهای لرزه ای نسبت به تلاشهای ثقلی زیاد نیست، پیشنهاد میشود که جهت طراحی سیستم باربر جانبی قاب خمشی متوسط، مدل سازه ای با رفتار پوسته ای دال و ضریب رفتار 4.5=R منظور گردد. البته این پیشنهاد در صورت عدم احتمال گسیختگی برشی دال و همچنین عدم ایجاد لولای خمیری در ستونها قابل اعمال است.

کلیدواژه‌ها

دال بتنی

رفتار پوسته ای

رفتار غشایی

رفتار غیرخطی

شکل پذیری

ضریب رفتار

موضوعات

تحلیل، طراحی و اجرای سازه های بتنی

عنوان مقاله English

The effect of shell versus membrane modeling of concrete slab on the nonlinear behavior of intermediate moment frames

نویسندگان English

Mostafa Zare Shahneh ¹

Mohammad Reza Mirjalili ²

¹ MSc student, Civil Engineering department,, Yazd University, Yazd, Iran

² Civil engineering department, Yazd University, Yazd, Iran

چکیده English

In the seismic analysis and design of lateral bearing systems, the contribution of slab bending stiffness is ignored due to its low ductility. So that the lateral bearing system must be able to resist the full seismic load without considering the capacity of the slab. In order to mention this concern in the structural models, it is necessary to consider the bending stiffness of the slab very small or to use the membrane behavior modeling for the slab. This decision will cause the slab's bending capacity be unintentionally discounted under gravity loads which leads to uneconomical structural design. Regarding the slab contribution in analysis or not, in any case, in the earthquake the slab absorbs a part of seismic loads and neglecting its behavior may cause some misleading results. In this paper, the effect of modeling approaches of concrete slabs on the seismic behavior of intermediate moment frames is investigated. For this purpose, several concrete moment frames are designed and modeled with different values of the beam to slab bending stiffness ratio for one, three and five story buildings. The results show that the modeling of slab with shell behavior causes a decrease of about 10% in the R-factor of the structure. On the other hand, in membrane models the R-factor of the structure has increased by about 10%. Therefore, as a practical design procedure for the low and mid-rise concrete intermediate moment frames which the contribution of seismic demands in beam members is not large in comparison with gravity demands, the shell modeling for slab members is proposed while the lateral system R-factor be considered as R=4.5.

کلیدواژه‌ها English

Concrete slab

shell

membrane

nonlinear behavior

ductility

R-factor

[1] Building and Housing Research Center, Code of Design of Buildings Against Earthquake-Iran Standard 2800. (2014), 4th Edition, Publication No. 253.

[2] ACI Committee 318. (2019). Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-19).

[3] National Building Regulations, Ministry of Roads and Urban Development, Housing and Construction Deputy. (2019). "9 Issue", Design and Implementation of Reinforced Concrete Buildings, 5th Edition, Tehran, Iran Development Publication.

[4] Isufi, B, Rossi, M & Ramos, A. P. (2021). Influence of Flexural Reinforcement on The Seismic Performance of Flat Slab-Column Connections. Engineering Structures, 242. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.112583

[5] Navyashree, K. and Sahana, T.S. (2014). Use of Flat Slabs in Multi-Storey Commercial Building Situated in High Seismic Zone. Int. J. Res. Eng. Technol, vol. 3, no. 08, pp. 439–451.

[6] Sakka, Z.I. and Gilbert, R.I. (2017). Structural Behavior of Two-Way Slabs Reinforced with Low-Ductility WWF. Journal.Struct. Eng, vol. 143, no. 12, p. 4017166.

[7] Patil, A. S, Daphal, A. B, Sadanand Gavasane, S, Ghorpade, S. S, Dashrath Ekatpure, P, Nalawade, A. A, & Shahu, R. (2018). Analysis of Behavior of Flat Slab and Conventional Slab Structure Under Seismic Loading. vol. 3. no. 12.

[8] SESLİ, H, SÖNMEZOĞLU, Y, & ARSLAN, M. E. (2023). The Seismic Behavior of Buildings with Flat Slab Systems Under Near-Fault Ground Motions. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, no.11(4), pp.1972–1995. https://doi.org/10.29130/dubited.1214030

[9] Pradip, Lande, S. and Aniket, Raut, B. (2015). Seismic Behaviour of Flat Slab Systems. Journal of Civil Engineering and Environmental Technology, [online] vol. 2, no. 10, pp. 7–10 [10; April-June, 2015].

[10] Ahkam, Dwi Nurul Ilmih. Teguh, Mochamad and Saleh, Fadillawaty. (2022). Seismic Behavior of Structural Models of Dual System Building and Flat Slab-Drop Panel Strengthened With Shear-Wall. 1st International Conference on Civil Engineering Education (ICCEE 2021), [Online]. AIP Conference Proceedings 2489, P 030029.1–030029.11.

[11] Erberik, M. A, & Elnashai, A. S. (2004). Fragility Analysis of Flat-Slab Structures. Engineering Structures, vol. 26,no 7, pp. 937–948. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2004.02.012

[12] Megally, S. & Ghali, A. (2000). "Punching Of Concrete Slabs Due To Column Moment Transfer". Journal of Structural Engineering, no.126, pp-180-189.

[13] Robertson and Johnson. (2004). "Lateral Displacement Ductility Of Reinforced Concrete Flat Plates." Structural Journal, no. 86,3. pp-258-250.

[14] National Building Regulations, Ministry of Roads and Urban Development, Housing and Construction Deputy. (2018). "6 Issue", Loads on Buildings, Fourth Edition. Tehran, Iran Development Publication.

[15] Esmaeily G.A, Yan Xiao. (2002)." Seismic Behavior of Bridge Columns Subjected to Various Loading Patterns". University of California, Berkeley, PEER Report 2002/15.

[16] Mander, J.B., Priestley, M.J.N. and Park, R. (1984). Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete. Structural Engineering. ASCE. 114(3). 1804-1826.

[17] Vechio, Frank J and Emara, Mohamed Bssil. (1992). Shear Deformation In Reinforced Concrere Frames. ACI Structural Journal v.89. no.1.

[18] Zare. Mostafa and Mirjalili Mohammad Reza. (1402). Modification of R-Factor for Reinforced-Concrete Buildings with Slab System. Senior thesis. Yazd University. Faculty of Civil Engineering.

[19] The Seismic Retrofit of Existing Buildings Standards Committee and American Society of Civil Engineers. (2017). Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings, ASCE/SEI 41-17.