ارزیابی رفتار لرزه‌ای قاب‌های خمشی بتن‌آرمه متوسط مجهز به مهاربندهای کمانش‌تاب

هویدایی, نادر; سیفی اسگ شهر, محمدرضا; مسلمی, صبا

doi:10.22065/jsce.2024.431698.3304

ارزیابی رفتار لرزه‌ای قاب‌های خمشی بتن‌آرمه متوسط مجهز به مهاربندهای کمانش‌تاب

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

نادر هویدایی ¹

محمدرضا سیفی اسگ شهر ²

صبا مسلمی ³

¹ دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهیدمدنی آذربایجان، تبریز، ایران.

² دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

³ کارشناس ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

10.22065/jsce.2024.431698.3304

چکیده

طراحی ساختمان‌های موجود در مناطق لرزه‌خیز، انتخاب سیستم مناسب جهت مقاومت در برابر نیروی زلزله را لازم دارد. الزامات مربوط به طراحی لرزه‌ای با در نظر گرفتن پارامترهایی مانند ضریب تشدید تغییرمکان، ضریب اضافه مقاومت و ضریب رفتار کنترل می‌شود. با توجه به عدم ارائه این ضرایب برای سیستم باربر جانبی دوگانه قاب خمشی بتن‌آرمه مجهز به مهاربندهای کمانش‌تاب در آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد 2800)، هدف این پژوهش بررسی عملکرد لرزه‌ای و محاسبه پارامترهای اشاره شده برای سازه‌های بتن‌آرمه 4، 10 و 15 طبقه با ابعاد دهانه یکسان و با سیستم دوگانه باربر جانبی قا‌ب‌خمشی بتن‌آرمه متوسط به همراه مهاربند کمانش‌تاب، و مقایسه آنها با سیستم قاب خمشی متوسط بتن‌آرمه بدون مهاربند می‌باشد. مدل‌سازی غیرخطی سازه‌ها در نرم‌افزار OpenSees انجام شده است. نتایج تحلیل پوش‌آور نشان دهنده افزایش ظرفیت سازه‌های 4، 10 و 15 طبقه با سیستم دوگانه به ترتیب به مقدار 10، 5 و 11 درصد نسبت به سازه‌ها با سیستم قاب خمشی است. نتایج تحلیل تاریخچه زمانی مؤید کاهش میانگین دریفت بیشینه و پسماند سازه‌ها با سیستم دوگانه به ترتیب به مقدار 37 و 27 درصد نسبت به سازه‌ها با سیستم قاب خمشی است. نتایج تحلیل دینامیکی افزایشی نیز نشان داد که میانه ظرفیت تحمل شتاب سازه‌ها با سیستم دوگانه به صورت میانگین 35 درصد بیشتر از سازه‌ها با سیستم قاب خمشی است. هم‌چنین با بررسی منحنی‌های شکنندگی برای سطح آسیب آستانه‌‌ی فروریزش مشخص شد که وجود این نوع مهاربند منجر به کاهش احتمال خرابی در سازه می‌شود. پارامترهای لرزه‌ای بدست آمده برای سازه‌ها دلالت بر آن داشتند که ضریب شکل‌پذیری، ضریب اضافه مقاومت و ضریب رفتار سازه‌ها با سیستم دوگانه به ترتیب 7، 25 و 36 درصد بیشتر از سازه‌ها با سیستم قاب خمشی بوده و به صورت متوسط ضریب رفتار 5 برای قاب‌‌های خمشی بتن‌آرمه متوسط مجهز به مهاربند کمانش‌تاب پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

قاب بتن‌آرمه

مهاربند کمانش‌تاب

پوش‌آور

تحلیل دینامیکی افزایشی

منحنی شکنندگی

ضریب رفتار

موضوعات

مهندسی سازه و زلزله

عنوان مقاله English

Seismic Behavior Evaluation of Buckling-Restrained Braced Reinforced Concrete Intermediate Moment Frames

نویسندگان English

Nader Hoveidae ¹

Mohammadreza Seify Asghshahr ²

Saba Moslemi ³

¹ Associate professor, Faculty of Technology and Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz,, Iran

² Associate professor, Faculty of Technology and Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz,, Iran

³ MSc . Technical and Engineering Faculty. Azarbaijan Shahid Madani University. Tabriz. Iran

چکیده English

Choosing the appropriate seismic resisting system is a necessity in the design of buildings in seismic-prone areas. Seismic design-related requirements are controlled by considering parameters such as displacement amplification, over-strength, and response factors. Due to the lack of these coefficients for a dual system of buckling-restrained braced intermediate reinforced concrete (RC) moment frame in the Iranian seismic code (2800 standard), the aim of this research is to investigate the seismic performance and calculate the mentioned parameters of 4, 10, and 15-story RC structures with the same bay length and with a mentioned dual system and to compare them with the intermediate RC moment frame system. Nonlinear modeling of the structures is done in OpenSees software. Results of the pushover analysis show an increase in the capacity of 4, 10, and 15-story structures with a double system by 10, 5, and 11%, respectively, compared to structures with a moment frame system. Results of the time history analysis indicate the reduction of average maximum and residual drift of the structures with the double system by 37 and 27%, respectively, compared to the structures with the moment frame system. The results of the incremental dynamic analysis also showed that the average acceleration bearing of the structures with the double system is 35% more than the structures with the moment frame system. Also, by examining the fragility curves for collapse damage state, it is clear that this type of bracing reduces the probability of failure of the structures. The obtained seismic parameters for the structures indicate that the ductility, over-strength, and response factors of the structures with the double system are 7, 25 and 36% respectively more than the structures with the moment frame system, and on average the response factor of 5 has been suggested for the buckling-restrained braced intermediate RC moment frames.

کلیدواژه‌ها English

Reinforced Concrete Frame

Buckling-Restrained Brace

Pushover

Incremental Dynamic Analysis

Fragility Curve

Response Factor

[1] Black, C., Makris, N. and Aiken, I., (2002). Component Testing, Stability Analysis and Characterization of Buckling-Restrained Unbonded Braces, Pacific Earthquake Engineering Research (PEER) Center, University of California, Berkeley, USA.

[2] Mazzolani, F.M., Corte, G.D., D’Aniello, M. (2009). Experimental analysis of steel dissipative bracing systems for seismic upgrading. Journal of Civil Engineering and Management, 15(1), 7-19.

[3] Kim, J. and Choi, H. (2004). Behavior and design of structures with buckling-restrained braces. Engineering Structures, 26, 693-706.

[4] Kheyroddin, A., Gholhaki, M, and Pachideh, Gh. (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.

[5] Hoveidae, N., Tremblay, R., Rafezy, B. and Davaran, A. (2015). Numerical investigation of seismic behavior of short-core all-steel buckling restrained braces. Journal of Constructional Steel Research, 114, 89-99.

[6] Hoveidae, N. and Radpour, S. (2021). A novel all-steel buckling restrained brace for seismic drift mitigation of steel frames. Bulletin of Earthquake Engineering, 19(3), 1537-1567.

[7] Hoveidae, N. (2019). Multi-material core as self-centering mechanism for buildings incorporating BRB. Earthquakes and Structures, 16(5), 589-599.

[8] Pachideh, Gh., Gholhaki, M., Lashkari, R. and Rezaifar, O. (2020). Behavior of BRB Equipped with a Casing Comprised of Steel and Polyamide. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Structures and Buildings, 174(8), 1-38.

[9] Ghowsi, A. and Sahoo, D. (2013). Seismic performance of buckling-restrained braced frames with varying beam-column connections. International Journal of Steel Structures, 13(4), 607-621.

[10] Li, G., Li, J. and Yang, Z. (2023). Seismic performance of two-story three-bay reinforced concrete frame equipped with K-configured buckling restrained braces. Journal of Building Engineering, 74, 106904.

[11] Qu, Z., Kishiki, S., Maida, Y., Sakata, H. and Wada, A. (2015). Seismic responses of reinforced concrete frames with buckling restrained braces in zigzag configuration. Engineering Structures, 105, 12-21.

[12] Sabelli, R. and Lopez, W. (2004). Design of buckling-restrained braced frames. Modern Steel Construction, 44)3(, 67-74.

[13] Sai Veda, A.V., Manchalwar, A. and Kumar, G.S. (2019). Response reduction factor for different heights of RC structure. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 9(2), 3273-3276.

[14] Dehghan, F. and Tasnimi, A.A., (2016). Determination of the parameters influencing behavior factor of buckling restrained braced reinforced concrete frames. Amirkabir Journal of Civil and Enviromental Engineering, 48(4), pp. 365-374.

[15] Dehghan, F. and Tasnimi, A.A. (2010). Determination of response modifications factor of RC frames was strengthening with buckling retrained braces. In: 3rd International Conference on Seismic Retrofitting. Tabriz, Iran.

[16] Chen, H. and Bai, J. (2022). Loading protocols for seismic performance evaluation of buckling-restrained braces in RC frames. Journal of Building Engineering, 45, 103522.

[17] Wang, F., Shi, Q.X. and Wang, P. (2021). Seismic behaviour of reinforced concrete frame structures with all steel assembled Q195 low yield buckling restrained braces. Structures, 30, 756-773.

[18] Bai, J, Chen, H. and Jin, S. (2021). Investigation on the interaction between BRBs and the RC frame in BRB-RCF systems. Engineering Structures. 243, 112685.

[19] Majidi Fard Vatan, E. (2018). Seismic performance of reinforced concrete frames with buckling restrained braces. Master of Sciences, University of Tabriz, Faculy of Civil Engineering.

[20] Farahani, S., Akhaveissy, A.H. and Damkilde, L. (2021). Equivalent viscous damping for buckling-restrained braced RC frame structures. Structures, 34, 1229-1252.

[21] Castaldo, P., Tubaldi, E., Selvi, F., Gioiella, L. (2021). Seismic performance of an existing RC structure retrofitted with buckling restrained braces. Journal of Building Engineering, 33, 101688.

[22] Kong, S., Shi, F., Zhou, Y., Ma, Y. and Xie, L. (2022). Influence of BRBs deformation capacity on the seismic performance of RC building frames. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 161, 107442.

[23] Moradiyan, M., Pachideh, Gh, and Moshtagh, A. (2020). Study of seismic behavior and development of fragility curves of divergent braced frames under successive earthquakes, Journal of Structural and Construction Engineering, 8 (Special Issue 4), 156-175.

[24] Mohd Yassin, M. (1994). Nonlinear Analysis of Prestressed Concrete Structures under Monotonic and Cycling Loads, PhD dissertation, University of California, Berkeley.

[25] Mazzoni, S., McKenna, F., Scott, M.H., Fenves, G.L. and Jeremic B. (2007). OpenSEES Command Language Manual.

[26] Zsarnóczay, A. (2013). Experimental and numerical investigation of buckling restrained braced frames for Eurocode conform design procedure development. Budapest University of Technology and Economics, Budapest.

[27] Uang, C.M. (1991). Establishing R (or Rw) and Cd factor for building seismic provision. Journal of Structural Engineering, 117(1), 19-28.