مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

تأثیر شکل هندسی هسته مهاربندهای کمانش‌تاب بر عملکرد لرزه‌ای قاب‌های بتنی کوتاه و میان‌مرتبه

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، دانشکده عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرقدس، تهران، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر قدس، تهران، ایران
10.22065/jsce.2026.578860.3955
چکیده
مهاربندهای کمانش‌تاب به عنوان سیستم‌های بسیار کارآمد اتلاف انرژی غیرفعال در حفاظت لرزه‌ای ساختمان‌ها مطرح هستند. این پژوهش به بررسی مقایسه‌ای سه هندسه مختلف هسته فولادی (I، L و صلیبی (+)) پرداخت و تعامل آن‌ها با تعداد طبقات (۱، ۳ و ۵) را تحلیل کرد تا بهینه‌ترین پیکربندی را برای حداکثر اتلاف انرژی با در نظر گرفتن زوال بتن شناسایی کند. مدل‌های عددی غیرخطی جامعی در نرم‌افزار آباکوس با استفاده از مدل آسیب پلاستیسیتی بتن توسعه یافتند. پس از اعتبارسنجی با داده‌های آزمایشگاهی، مدل‌ها تحت تحلیل‌های استاتیکی غیرخطی و چرخه‌ای قرار گرفتند. پاسخ سازه‌ای از طریق منحنی‌های پوش‌اور، حلقه‌های هیسترزیس و کانتورهای تنش میسز ارزیابی شد. نتایج کمّی نشان داد که هسته با مقطع صلیبی به ترتیب ۱۵ و ۳۵ درصد انرژی هیسترزیس بیشتری نسبت به مقاطع I و L مستهلک کرد. بررسی کانتورهای تنش و کرنش پلاستیک معادل (PEEQ) تأیید کرد که در مقطع صلیبی، به دلیل تقارن هندسی و عدم تمرکز تنش مخرب، بیش از ۸۵٪ از حجم ناحیه تسلیم به طور یکنواخت وارد فاز پلاستیک شد و ظرفیت کامل میراگر فعال گردید. در مقابل، مقاطع I و L به دلیل پدیده کمانش موضعی و تمرکز تنش در لبه‌ها، پیش از رسیدن میانگین تنش به حد تسلیم کامل، دچار افت ظرفیت شده و تنها به ترتیب ۳۱.۱٪ و ۲۹.۲٪ از ظرفیت اتلاف انرژی بالقوه خود را بهره‌برداری کردند. همچنین، افزایش تعداد طبقات از ۱ به ۵، اتلاف انرژی کل را تا ۴۰ درصد بهبود بخشید که نشان‌دهنده مقیاس‌پذیری مثبت عملکرد BRB با افزایش ارتفاع بود. این یافته‌ها نوآوری‌های اصلی این پژوهش را تشکیل دادند. در نهایت، این مطالعه استفاده از مقاطع صلیبی را در قاب‌های بتنی برای بهبود میرایی و تاب‌آوری لرزه‌ای توصیه کرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of Steel Core Geometry on the Seismic Performance of Low-rise and Mid-rise Concrete Frames

نویسندگان English

Mahmood Minavand 1
Amin Ebrahimi 2
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Islamic Azad University of Shahre Qods Branch, Tehran, Iran
2 Master's student , Department of Civil Engineering, Islamic Azad University of Shahre Qods Branch, Tehran, Iran
چکیده English

Buckling braces are considered as highly efficient passive energy dissipation systems in seismic protection of buildings. This study compared three different steel core geometries (I, L, and cross-section (+)) and analyzed their interaction with the number of stories (1, 3, and 5) to identify the most optimal configuration for maximum energy dissipation while considering concrete deterioration. Comprehensive nonlinear numerical models were developed in Abaqus software using the concrete plasticity damage model. After validation with laboratory data, the models were subjected to nonlinear and cyclic static analyses. The structural response was evaluated through pushover curves, hysteresis loops, and Mises stress contours. Quantitative results showed that the cross-section core dissipated 15 and 35 percent more hysteresis energy than the I and L sections, respectively. The examination of the plastic equivalent stress and strain (PEEQ) contours confirmed that in the cross section, due to the geometric symmetry and the non-concentration of destructive stress, more than 85% of the volume of the yield zone uniformly entered the plastic phase and the full capacity of the damper was activated. In contrast, the I and L sections, due to the local buckling phenomenon and stress concentration at the edges, suffered a capacity loss before the average stress reached the full yield limit and only utilized 31.1% and 29.2% of their potential energy dissipation capacity, respectively. Also, increasing the number of stories from 1 to 5 improved the total energy dissipation by 40%, indicating the positive scalability of the BRB performance with increasing height. These findings constituted the main innovations of this research. Finally, this study recommended the use of cross sections in concrete frames to improve seismic damping and resilience.

کلیدواژه‌ها English

Buckling-Restrained Braces (BRB)
Steel core geometry
Seismic Performance
Energy Dissipation Capacity
Low-rise and mid-rise concrete frames

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 08 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 23 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 13 شهریور 1405