مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

ارزیابی آزمایشگاهی یک سیستم مهاربندی شده فولادی ترکیبی برای عملکرد دو سطحی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 - دانشجوی دکترای سازه، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی،خمین، خمین، ایران
2 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ملایر، ملایر، ایران
3 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران
چکیده
بطور کلی، در طراحی بایستی دو شرط کلی اقناع شود. اول آنکه تحت زلزله‌های با قدرت کم و متوسط، سازه دارای مقاومت و سختی کافی جهت کنترل جابجایی طبقات را داشته باشد. دوم، تحت زلزله‌های شدید، بایستی دارای شکل‌پذیری مناسبی، جهت پیشگیری از خرابی باشد. در این مطالعه، عملکرد تجربی یک پیکربندی ابتکاری از مهاربندهای واگرا و المان‌های میله‌ای برای مهاربندی جانبی قاب‌های فولادی ارائه شده است. این سیستم از چهار جزء سازه‌ای شامل، المان میله‌ای دوخت، مهاربند قطری، تیر پیوند و ستون‌ها تشکیل شده است. المان میله‌ای دوخت و تیر پیوند نقش فیوز‌های سازه‌ای را در این سیستم بر عهده دارند. از سویی دیگر مهاربند قطری در ناحیه ارتجاعی بوده و سختی سیستم را تامین می‌نماید. در زلزله‌های شدید هر دو فیوز مشارکت می‌کنند. سه نمونه با مقیاس یک به دو از پیکربندی پیشنهادی ساخته شده و توسط الگوی بارگذاری ATC 24 مورد آزمایش تجربی قرار گرفته‌اند. جزئیات نمونه‌های آزمایشگاهی و بیشتر نتایج بدست آمده همچون سختی، مقاومت جانبی، انرژی تلف شده تجمعی و سایر پارامترهای لرزه‌ای مهم این سیستم مورد بررسی و شرح داده شد. نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهند که میزان انرژی تلف شده تجمعی و مقاومت جانبی سیستم بهبود یافته است و نسبت جابجایی نهایی به جابجایی تسلیم برای نمونه‌ها عدد 7 بدست آمد. میزان میرایی ویسکوز معادل برای نمونه‌ها در چرخه‌های انتهایی بترتیب برابر به طور متوسط 30% بود. همچنین با استفاده از تحلیل‌های تاریخچه زمانی غیرخطی فزاینده (IDA) ارزیابی ظرفیت لرزه‌ای این سیستم با استفاده از نرم‌افزار OpenSEES انجام شد. برای این منظور مدل‌های سازه‌ای 4، 8 و 12 طبقه شامل قاب‌های CBF، EBF نیز ساخته و با استفاده از تحلیل‌های IDA عملکرد لرزه‌ای آنها با استفاده از روش‌های احتمالاتی بر اساس عملکرد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج عددی نشان دهنده بهبود احتمال فروریزش بین 15 تا20 درصدی با سایر سیستم‌های سازه‌ای همتراز است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Evaluation of the Use of Novel Steel Braced Frame for Two Level of Performance

نویسندگان English

alireza Ahmadi 1
Mehdi Alirezaei 2
Mehdi Sharifi 3
1 Ph.D. Candidate. Department of Engineering, Islamic Azad University, Khomein, Iran
2 Assistant professor, Department of Engineering,, Islamic Azad University, Malayer, Iran
3 Assistant Professor, Department of Engineering, University of Qom, Qom, Iran
چکیده English

Generally, the design of buildings must satisfy two criteria. First, under frequently occurring low to moderate earthquakes, the structure should have sufficient strength and stiffness to control deflection and prevent any structural damage. Second, under rare and severe earthquakes, the structure must have sufficient ductility to prevent collapse. In this research, the performance of a new innovative eccentrically and zipper element called Zipper Eccentrically Bracing Frame (ZEBF) is discussed and the behavior is investigated. A combination of eccentrically braced steel frames and Zipper element has been assessed and concepts of the design of defined schemes are reviewed. The ZEBF is made up of four structural elements, the zipper element, the diagonal brace element, the link element and the columns elements. The zipper and link elements are a fuse-like element that dissipates energy by the formation of plastic shear hinges or flexural hinges at its ends and midspan when the building is subjected to moderate and severe lateral loads, respectively. The knee element is a disposable beam element that can be replaced once its energy dissipation capacity is utilized. In large earthquakes, both of them contribute in dissipating energy. Three half-scale ZEBF were tested using the ATC protocol. The experimental results indicated that in this system, shear strength and cumulative dissipated energy can be significantly increased. The ultimate displacement to yield displacement ratio for the samples was 7. Also Incremental dynamic analysis has been used to evaluate the seismic capacity of the ZEBF using OpenSEES software. The structural models that represented 4, 8, and 12 story residential buildings (CBF, EBF and ZEBF) were subjected to the IDA process and their seismic performance was probabilistically quantified following the PBEE methodology. Numerical results show an improvement in the probability of collapse between 15 and 20 percent compared to other similar structural systems.

کلیدواژه‌ها English

Two-Level of Performance
Experimental Study
Cyclic loading
Steel Braced Frame
EBF
Zipper
[1] Ramadan, T., & Ghobarah, A. (1995). Analytical model for shear-link behavior. Journal of structural engineering, 121(11), 1574-1580.
[2] Sarraf, M., & Bruneau, M. (1998). Ductile seismic retrofit of steel deck-truss bridges. I: Strategy and modeling. Journal of Structural Engineering, 124(11), 1253-1262.
[3] Shamshiri Dareini, H. & Hashemi, B. H. (2011). Use of Dual Systems in Tadas Dampers to Improve Seismic Behavior of Buildings in Different Levels. Procedia Engineering, 14, 2788-2795.
[4] Daneshmand, A., & Hashemi, B. H. (2012). Performance of intermediate and long links in eccentrically braced frames. Journal of Constructional Steel Research, 70, 167-176.
[5] Sahab, M, G. Vosooq, A, K. (2012). A two-stage seismic resisting system consists of knee elements and vertical link beam. 9th International Congress on Civil Engineering, Isfahan, Iran.
[6] Zahrai, S. M., & Vosooq, A. K. (2013). Study of an innovative two-stage control system: Chevron knee bracing & shear panel in series connection. Structural Engineering and Mechanics, 47(6), 881-898.
[7] Zahrai, S. M., Pirdavari, M., & Farahani, H. M. (2013). Evaluation of hysteretic behavior of eccentrically braced frames with zipper-strut upgrade. Journal of Constructional Steel Research, 83, 10-20.
[8] Hosini Hashemi.B& Alirezaei. M (2016). Eccentrically Knee Bracing: Improvement in Seismic Design and Behavior of Steel Frames. Journal of JSEE, Pages 149-156
[9] Kheyroddin, A., Gholhaki, M., & Pachideh, G. (2019). Seismic evaluation of reinforced concrete moment frames retrofitted with steel braces using IDA and pushover methods in the near-fault field. Journal of Rehabilitation in Civil Engineering, 7(1), 159-173.
[10] Pachideh, G., Gholhaki, M., & Kafi, M. (2020). Experimental and numerical evaluation of an innovative diamond-scheme bracing system equipped with a yielding damper. Steel and Composite Structures, 36(2), 197.
[11] Pachideh, G., Kafi, M., & Gholhaki, M. (2020, December). Evaluation of cyclic performance of a novel bracing system equipped with a circular energy dissipater. In Structures (Vol. 28, pp. 467-481). Elsevier.
[12] FEMA P695 (2009). Quantification of building seismic performance factors. Rep. FEMA P695, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.
[13] ASTM (2003). Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products, A370-03a. ASTM International.
[14] Lee, K., & Bruneau, M. (2005). Energy dissipation demand of compression members in concentrically braced frames. Steel and Composite Structures, 5(5), 345.
[15] Chan, R. W., & Albermani, F. (2008). Experimental study of steel slit damper for passive energy dissipation. Engineering Structures, 30(4), 1058-1066.
[16] Nateghi-Alahi, F., & Khazaei-Poul, M. (2012). Experimental study of steel plate shear walls with infill plates strengthened by GFRP laminates. Journal of Constructional Steel Research, 78, 159-172.
[17] Richards, P. W. (2004). Cyclic stability and capacity design of steel eccentrically braced frames. Ph.D. thesis. San Diego (USA): University of California.
[18] SAC Joint Venture. Guidelines Development Committee, SAC Joint Venture, Structural Engineers Association of California, Applied Technology Council, & California Universities for Research in Earthquake Engineering. (2000). Recommended Seismic Evaluation and Upgrade Criteria for Existing Welded Steel Moment-frame Buildings (Vol. 351). Federal Emergency Management Agency.
[19] Zahrai, S. M., & Jalali, M. (2014). Experimental and analytical investigations on seismic behavior of ductile steel knee braced frames. Steel and Composite Structures, 16(1), 1-21.
[20] Zahrai, S. M., & Bolandi, H. (2014). Towards lateral performance of CBF with unwanted eccentric connection: A finite element modeling approach. KSCE Journal of Civil Engineering, 18(5), 1421-1428.
[21] Hossini Hashemi, B. & Alirezaei, M. (2016). Experimental and analytical investigation of a combined system for maximum energy dissipation in braced frames. Journal of Seismology and Earthquake Engineering.

  • تاریخ دریافت 12 مرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 11 اسفند 1402
  • تاریخ پذیرش 20 فروردین 1403