مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

بررسی شکنندگی لرزه ای قاب های فولادی مهاربندی واگرا با لینک قائم دارای اتصال پیچی شکاف دار

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
دانیال دهشیری 1
حامد تجملیان 2
محمدرضا میرجلیلی 2
1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
10.22065/jsce.2024.422638.3253
چکیده
دستگاه‌های کنترل غیرفعال مقدار قابل‌توجهی از انرژی ورودی زلزله را اتلاف می‌کنند و در نتیجه تقاضای لرزه‌ای برای اعضای سازه را کاهش می‌دهند و به دلیل هزینه نسبتاً پایین نصب، نگهداری و سادگی در صنعت مهندسی عمران پراستفاده هستند. یک میراگر اصطکاکی از نوع اتصال پیچی شکاف‌دار، این توانایی را دارد که عملکرد انعطاف‌پذیر بیشتری را به‌واسطه لغزش اصطکاکی حین بارهای سیکلی دینامیکی و استاتیکی در مقایسه با تسلیم میراگرهای جاری‌شونده، فراهم آورد. هدف از این پژوهش بررسی رویکرد احتمالاتی و شکنندگی لرزه‌ای سازه‌ها در حضور اتصال پیچی شکاف‌دار به همراه تیر پیوند قائم و مقایسه آن با حالت بدون اتصال پیچی شکاف‌دار می‌باشد. در این مطالعه با انجام تحلیل دینامیکی فزاینده به ‌کمک 22 جفت رکورد زلزله‌ حوزه دور برمبنای دستورالعمل FEMA P-695 بر روی سه نوع سازه فولادی 4، 8 و 12 طبقه که در محیط نرم‌افزار اپنسیس مدل‌سازی شده است، به بررسی شکنندگی لرزه‌ای در سطوح خرابی مختلف، حاشیه ایمنی سازه و نیز احتمال وقوع فروریزش سازه مهاربندی واگرا با وجود اتصال پیچی شکاف‌دار و عدم وجود آن پرداخته ‌شده ‌است. پژوهش انجام‌گرفته نشان از کاهش پاسخ سرعت و برش پایه سازه در هنگام استفاده از اتصال پیچی شکاف‌دار دارد. نتایج به این موضوع دلالت دارند که میراگر اصطکاکی استفاده‌شده منجر به بهبود شکنندگی ‌لرزه‌ای و افزایش حاشیه ایمنی فروریزش می‌گردد، که می‌توان به افزایش 20 درصدی این مقدار در سازه 12 طبقه اشاره نمود، همچنین احتمال وقوع خرابی سازه در مقابل سازه مهاربندی واگرا بدون میراگر به‌طور متوسط 35 درصد کاهش یافته است.
کلیدواژه‌ها
احتمال خرابی
تحلیل دینامیکی فزاینده
سطح خرابی
شکنندگی لرزه ای
مهاربند واگرا
میراگر اصطکاکی

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation on the seismic fragility of steel eccentrically braced frames with vertical link using slotted bolt connection

نویسندگان English

Danial Dehshiri 1
Hamed Tajammolian 2
Mohammad Reza Mirjalili 2
1 MSc, Civil Engineering Department, Yazd University, Yazd, Iran
2 Assistant Professor, Civil Engineering Department, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

Passive control devices dissipate a significant amount of earthquake input energy and thus reduce the seismic demand for structural members. They are widely used in civil engineering due to their relatively low cost of installation, maintenance and simplicity. A slotted bolt connection type friction damper has the ability to provide more flexible performance due to frictional sliding during dynamic and static cyclic loads compared to the yielding dampers. The purpose of this research is to investigate the probabilistic approach and the seismic fragility of structures with slotted bolt connection using vertical link and compare it with the case without slotted bolt connection. In this study, by performing an incremental dynamic analysis with the help of 22 pairs of far-field earthquake records based on FEMA P-695, three types of 4, 8 and 12-story steel structures modeled in the OpenSEES software are investigated. Seismic fragility in different damage states, collapse margin ratios of the structure and also the possibility of collapse of the eccentrically bracing structure with the slotted bolted connection and without it have been discussed. The conducted research shows that the story velocity and base shear responses of the structure decreases when using slotted bolt connection. The results also indicate that the used friction damper leads to the improvement of seismic fragility and the increase of the collapse margin ratios, which can be mentioned as a 20% increase in the 12-story structure. In addition, the probability of structural failure has decreased by 35% on average compared to the eccentrically bracing structure without damper.

کلیدواژه‌ها English

Damage state
Eccentrically brace
Friction damper
Incremental dynamic analysis
Probability of failure
Seismic fragility
[1] Venuti, W. J. (1976). Energy absorption of high strength bolted connections. Test report for the Structural Steel Educational Council, Department of Civil Engineering, San Jose State University, San Jose, California, May 1976.
 
[2] Fitzgerald, T. F., Anagnos, T., Goodson, M., & Zsutty, T. (1989). Slotted bolted connections in aseismic design for concentrically braced connections. Earthquake spectra, 5(2), 383-391.
 
[3] Grigorian, C. E., Yang, T. S., & Popov, E. P. (1993). Slotted bolted connection energy dissipators. Earthquake Spectra, 9(3), 491-504.‏
 
[4] Lukkunaprasit, P., Wanitkorkul, A., & Filiatrault, A. (2004, August). Performance deterioration of slotted-bolted connection due to bolt impact and remedy by restrainers. In Thirteenth World Conference on Earthquake Engineering.‏
 
[5] Nikoukalam, M. T., Mirghaderi, S. R., & Dolatshahi, K. M. (2017). Shear slotted bolted connection. The Structural Design of Tall and Special Buildings, 26(3), e1313.‏
 
[6] Shahini, M., Sabbagh, A. B., Davidson, P., & Mirghaderi, R. (2019). Development of cold-formed steel moment-resisting connections with bolting friction-slip mechanism for seismic applications. Thin-Walled Structures, 141, 217-231.‏
 
[7] Hu, S., Zeng, S., Xiong, J., Wang, X., Zhou, Q., & Xiong, X. (2020). Seismic Analysis and Evaluation of Y-shaped EBF with an Innovative SSL-SSBC. International Journal of Steel Structures, 20, 1026-1039.‏
 
[8] Kennedy, R. P., Cornell, C. A., Campbell, R. D., Kaplan, S., & Perla, H. F. (1980). Probabilistic seismic safety study of an existing nuclear power plant. Nuclear engineering and design, 59(2), 315-338
 
[9] Özel, A. E., & Güneyisi, E. M. (2011). Effects of eccentric steel bracing systems on seismic fragility curves of mid-rise R/C buildings: A case study. Structural Safety, 33(1), 82-95.‏
 
[10] Akbari, R., Aboutalebi, M. H., & Maheri, M. R. (2015). Seismic fragility assessment of steel X-braced and chevron-braced RC frames.
 
[11] Mohsenian, V., Filizadeh, R., Ozdemir, Z., & Hajirasouliha, I. (2020, August). Seismic performance evaluation of deficient steel moment-resisting frames retrofitted by vertical link elements. In Structures (Vol. 26, pp. 724-736). Elsevier.‏
 
[12] Borhan, S., Tajammolian, H., & Yazdian, M. (2021). Evaluation of seismic performance of rotational-friction slip dampers in near-field and far-filed earthquakes. Earthq. Struct, 21, 147-159.‏
 
[13] Al-Janabi, M. A. Q., & Yang, T. Y. (2021). Seismic performance assessment of novel self-centering friction-based eccentrically braced frames. Engineering Structures, 241, 112456.
 
‏[14] Dorj, M., & Rousta, A. M. (2021). Numerical investigation of seismic behavior system of braced frame with innovative two level dampers system: Friction slotted bolt connection and Horizontal Shear panel.
 
[15] Kiadarbandsari, S., Nezamabadi, M. F., Abbasi, H., & Vayeghan, F. Y. (2022, June). Analytical and experimental investigation of steel friction dampers and horizontal brake pads in chevron frames under cyclic loads. In Structures (Vol. 40, pp. 256-272). Elsevier.
 
[16] Azandariani, M. G., Azandariani, A. G., Rousta, A. M., & Nia, H. M. (2023). Seismic fragility assessment of reinforced concrete moment frames retrofitted with strongback braced system. Results in Engineering, 20, 101504.‏
 
[17] Khan, M. S., Basit, A., Rizwan, M., & Ahmad, N. (2023, April). Seismic fragility functions for RC As-built and eccentric steel brace frames. In Structures (Vol. 50, pp. 1338-1352). Elsevier.
 
[18] PEER “Open System for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees)” development platform by the Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), http://opensees.berkeley.edu , 2008.
 
[19] FEMA-NIBS. (2003). Earthquake Loss Estimation Methodology, HAZUS-MH MR4, Technical Manual. Federal Emergency   Management Agency and National Institute of Building Sciences, Washington, DC.
 
[20] FEMA P-695. (2009). Quantification of Buildings Seismic Performance Factors. Federal Emergency Management Agency, Washington, DC, USA.
 
[21] Vamvatsikos, D., & Cornell, C. A. (2002). Incremental dynamic analysis. Earthquake engineering & structural dynamics, 31(3), 491-514.‏
 
[22] Fahimi Farzam, M. Yousefi, MA. (2023). Probabilistic seismic performance evaluation of the steel frame buildings controlled with lead rubber bearings (LRBs), Amirkabir J. Civil Eng, 55(1), 163-184.

  • تاریخ دریافت 19 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 11 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش 20 فروردین 1403