معرفی مهاربند همگرای تعمیرپذیر چندسطحی

محمودی, جمال; سروقد مقدم, عبدالرضا; حسینی هاشمی, بهرخ

doi:10.22065/jsce.2025.543452.3808

معرفی مهاربند همگرای تعمیرپذیر چندسطحی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

جمال محمودی ¹

عبدالرضا سروقد مقدم ²

بهرخ حسینی هاشمی ²

¹ پژوهشکده سازه، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

² دانشیار، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

10.22065/jsce.2025.543452.3808

چکیده

با بررسی زلزله هایی که اخیرا رخ داده‌اند، ملاحظه می‌گردد که سازه هایی که حتی به روش های آیین نامه ای طراحی شده اند، اگرچه تلفات جانی را حداقل می‌نمایند، اما سازه‌ها متحمل آسیب‌های سنگینی شده، غیرقابل استفاده شده و باید تخریب شوند. در نتیجه هزینه‌های مالی و اجتماعی سنگینی به منطقه تحت تاثیر زلزله وارد می گردد. از این رو ضرورت وجود رویکردی جدید در طراحی ساختمان‌ها احساس می‌شود که مطابق آن ساختمان‌ها در صورت وقوع زلزله‌ای شدید، ضمن تامین ایمنی جانی، پس از زلزله تعمیرپذیر نیز باشند. بنا بر ضرورت یادشده، در پژوهش حاضر سیستم مهاربندی جدیدی معرفی گردیده است که قابلیت تعمیر داشته باشد. همچنین به ضرورت تامین توامان شکل پذیری و سختی، متناسب با تقاضای لرزه ای، برای المان مهاربندی تعمیرپذیر معرفی شده، چندین سطح عملکردی تعریف شده است. به گونه ای که متناسب با افزایش تقاضای لرزه ای، سختی و جذب انرژی نیز افزایش یابد. به منظور بررسی عملکرد مهاربند تعمیرپذیر چندسطحی پیشنهادی، مدل المان محدود آن تهیه گردید و مورد بررسی قرار گرفت. به منظور صحت سنجی مدل سازی المان محدود، دو نمونه آزمایشگاهی نزدیک به سیستم پیشنهادی از ادبیات فنی انتخاب گردید، مدل المان محدود نمونه‌ها تهیه شد و نتایج مدل‌های المان‌محدود با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. مقایسه نتایج حاکی از دقت بالای مدل سازی در نمایش رفتار لرزه‌ای نمونه‌ها بود. پس از اطمینان از دقت بالای پارامترهای مدل سازی المان محدود، با انجام آنالیزهای لرزه ای بر روی مدل المان محدود سیستم پیشنهادی، توانایی بالای جذب انرژی، تعمیرپذیری سیستم پیشنهادی و عملکرد چندسطحی آن به اثبات رسید.

کلیدواژه‌ها

مهاربند تعمیرپذیر

عملکرد چند سطحی

عملکرد دو سطحی

جذب انرژی

مدل‌سازی المان محدود

تاب‌آوری لرزه‌ای

فعال‌سازی مرحله‌ای

سازه تاب‌آور لرزه‌ای

موضوعات

مهندسی سازه و زلزله

عنوان مقاله English

Introducing A Multi-Performance Repairable Brace

نویسندگان English

Jamal Mahmoudi ¹

Abdolreza Sarvghad Moghadam ²

Behrokh Hosseini Hashemi ²

¹ PhD Student, Structural Engineering Faculty, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology, Tehran. Iran

² Associate Professor, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology, Tehran, Iran

چکیده English

A review of recently occurring earthquakes demonstrates that structures designed according to modern building codes, while successfully minimizing human casualties, frequently sustain severe damage. This damage often renders the structures unusable and necessitates their complete demolition. Consequently, these events impose heavy financial costs and significant social burdens on the earthquake-affected regions. This underscores the critical necessity for a new design philosophy. This modern approach must ensure that buildings guarantee life safety during a major seismic event while also being designed for repairability in the aftermath, allowing for a swift return to functionality. In response to this identified need, the present research introduces a novel bracing system engineered specifically to be repairable. Furthermore, to address the essential dual requirements of adequate ductility and stiffness commensurate with seismic demands, several distinct performance levels are defined for the proposed repairable brace. The system is meticulously configured so that its stiffness and energy dissipation capacity increase progressively in response to rising seismic demands. To thoroughly investigate the performance of the proposed multi-level repairable brace, a detailed finite element model was developed and analyzed. To validate the accuracy of the finite element modeling techniques, two laboratory specimens with configurations closely resembling the proposed system were selected from the technical literature. Finite element models of these specimens were created, and their results were rigorously compared against the existing experimental data. This comparison revealed a very high degree of modeling accuracy in capturing the specimens' seismic behavior. After confirming the high precision of the finite element model parameters, nonlinear seismic analyses were performed on the model of the proposed system. These analyses conclusively proved the system's high energy dissipation capacity, its inherent repairability, and its effective multi-level performance under seismic loading.

کلیدواژه‌ها English

Repairable Bracing System

Multi-Level Performance

Dual Performance

Energy Dissipation

Finite Element Modeling

Seismic Resilience

Staged Activation

Seismic-Resilient Structure

[1] Bertero, V. V. (1994). Performance of steel building structure during the Northridge earthquake (Report No. UCB/EERC-94/09).
[2] Popov, E. P., & Kasai, K. (1978). Eccentrically braced steel frames for earthquakes. Journal of the Structural Division, ASCE, *104*(ST9), 1409–1427.

[3] Tsai, K. C., Chen, H. W., Hong, C. P., & Su, Y. F. (1993). Design of Steel Triangular Plate Energy Absorbers For Seismic-Resistant Construction. Earthquake Spectra, *9*(3), 505–528.

[4] Chan, R. W. K., Albermani, F., & Kitipornchai, S. (2013). Experimental Study Of Perforated Yielding Shear Panel Device For Passive Energy Dissipation. Journal of Constructional Steel Research, *91*(2), 14–25.

[5] Maleki, S., & Mahjoubi, S. (2013). Dual-pipe Damper. Journal of Constructional Steel Research, *85*, 81–91.

[6] Ahmadi, A., Alirezaei, M., & Sharifi, M. (2024). Experimental Evaluation of a Steel Braced Frame for Two Level of Performance. Journal of Structural and Construction Engineering, *11*(9), 260–280.

[7] Symans, M., Charney, F., Whittaker, A., Constantinou, M., Kircher, C., Johnson, M., & McNamara, R. (2008). Energy dissipation systems for seismic applications: current practice and recent developments. Journal of Structural Engineering, *134*(1), 3–21.

[8] Tizhoosh Sardroodi, H., & Moaddab, E. (2021). Experimental And Numerical Evaluation of Two-Level Pipe Damper. Journal of Structural and Construction Engineering, *8*(3), 75–95.

[9] 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.

[10] 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.

[11] Cheraghi, A., & Zahrai, S. M. (2017). Cyclic testing of multilevel pipe in pipe damper. Journal of Earthquake Engineering, [online] *21*(1), 1–24. Available at: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/13632469.2017.1387191 (Accessed 1 Jan. 2024).

[12] Pachideh, G., Kafi, M., & Gholhaki, M. (2020). Evaluation of cyclic performance of a novel bracing system equipped with a circular energy dissipater. Structures, *28*, 467–481.

[13] Ibrahim, Y. E., Marshall, J., & Charney, F. A. (2007). A visco-plastic device for seismic protection of structures. Journal of Constructional Steel Research, *63*(11), 1515–1528.

[14] Kim, D. H., Ju, Y. K., Kim, M. H., & Kim, S. D. (2014). Wind‐induced vibration control of tall buildings using hybrid buckling‐restrained braces. The Structural Design of Tall and Special Buildings, *23*(7), 549–562.

[15] Lee, C. H., Kim, J., Kim, D. H., Ryu, J., & Ju, Y. K. (2016). Numerical and experimental analysis of combined behavior of sheartype friction damper and non-uniform strip damper for multi-level seismic protection. Engineering Structures, *114*, 75–92.

[16] 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.

[17] Kim, D. H., Lee, C. H., & Ju, Y. K. (2017). Experimental investigation of hybrid buckling-restrained braces. International Journal of Steel Structures, *17*(1), 245–255.

[18] Hosseini Hashemi, B., & Moaddab, E. (2017). Experimental study of a hybrid structural damper for multi-seismic levels. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Structures and Buildings, *170*(10), 722–734.

[19] Abaqus/CAE 2017, Build ID:2016_09_28-01.24.59 126836, Dassault Systemes.

[20] Mohammadi, R. K., Nasri, A., & Ghaffary, A. (2017). TADAS Dampers in Very Large Deformations. International Journal of Steel Structures, *17*(2), 1–10.

[21] Mohammadi, R. K., Nasri, A., & Ghamari, H. (2016). Some probable mistakes in the design of geometric configuration of TADAS damper. Modares Civil Engineering Journal (M.C.E.J), *16*(5).

[22] Ghaffary, A., & Mohammadi, R. K. (2016). Framework for virtual hybrid simulation of TADAS frames using opensees and abaqus. Journal of Vibration and Control, *22*(1), 1–15.

[23] Vetr, M. G., Shafizadeh, A., & Nouri, A. R. (2020). Evaluating Seismic Performance of Steel Structures Equipped with MADAS Dampers in Comparison with Moment-Resisting Frames. Bulletin of Earthquake Science and Engineering, *6*(4), 135–152.

[24] Khaleghian, F., & Tehranizadeh, M. (2007). Laboratory Study of New Metal Dampers Applying XShape Plate. In: 5th International Conference on Seismology and Earthquake Engineering. Tehran.