مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

شناسایی پارامترهای هندسی مؤثر بر عملکرد لرزه‌ای و طراحی مهاربندهای کمانش‌ناپذیر تمام‌فولادی بدون ماده پرکننده: یک مطالعه عددی و پارامتریک

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دکتری مهندسی سازه، گروه سازه و زلزله، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد بیضاء، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضاء، ایران
3 استادیار، گروه سازه و زلزله، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
10.22065/jsce.2026.589095.4096
چکیده
مهاربندهای کمانش‌ناپذیر (BRB) به دلیل ظرفیت بالای اتلاف انرژی و رفتار هیسترزیس پایدار، از جمله مؤثرترین سیستم‌های مقاوم در برابر زلزله محسوب می‌شوند. با این حال، استفاده از بتن یا ملات پرکننده در بسیاری از انواع متداول این مهاربندها موجب افزایش وزن، پیچیدگی ساخت و هزینه‌های اجرایی می‌شود. ازاین‌رو، توسعه مهاربندهای کمانش‌ناپذیر تمام‌فولادی بدون ماده پرکننده می‌تواند راهکاری مناسب برای ساده‌سازی فرآیند ساخت و افزایش قابلیت کاربرد این سیستم‌ها باشد. در پژوهش حاضر، رفتار لرزه‌ای مهاربندهای کمانش‌ناپذیر تمام‌فولادی بدون ماده پرکننده با استفاده از مدل‌سازی اجزای محدود در نرم‌افزار ABAQUS مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا مدل عددی بر اساس نتایج آزمایشگاهی معتبر اعتبارسنجی شد و سپس با انجام یک مطالعه پارامتریک جامع، تأثیر پارامترهای هندسی شامل سطح مقطع هسته، نسبت عرض به ضخامت هسته و فاصله بین هسته و غلاف بر عملکرد لرزه‌ای مهاربند ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که مهاربندهای تمام‌فولادی بدون ماده پرکننده قادر به ارائه رفتار چرخه‌ای پایدار، شکل‌پذیری مناسب و ظرفیت اتلاف انرژی قابل قبول هستند. همچنین افزایش ضخامت هسته موجب افزایش ظرفیت باربری و بهبود عملکرد چرخه‌ای عضو می‌شود. نتایج همچنین نشان داد که کاهش نسبت عرض به ضخامت هسته از 8 به حدود 5 موجب بهبود قابل توجه عملکرد لرزه‌ای مهاربند شده و مقدار بهینه این نسبت در محدوده نزدیک به 5 قرار دارد. علاوه بر این، افزایش بیش از حد فاصله بین هسته و غلاف منجر به کاهش مقاومت و افت ظرفیت اتلاف انرژی می‌شود، در حالی که فاصله‌های کوچک‌تر از 3 میلی‌متر عملکرد مناسب‌تری نشان دادند. نوآوری اصلی این پژوهش در بررسی جامع اثر همزمان پارامترهای هندسی مؤثر بر رفتار لرزه‌ای مهاربندهای کمانش‌ناپذیر تمام‌فولادی بدون ماده پرکننده و ارائه محدوده‌های بهینه طراحی برای این سیستم است که می‌تواند در توسعه و طراحی عملی این نوع مهاربندها مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Identification of Key Geometric Design Parameters Affecting the Seismic Performance of All-Steel Buckling-Restrained Braces without Filler Material: A Numerical Parametric Study

نویسندگان English

Sajjad Mohammadian Abi 1
Farzad Raeiszadeh 2
Mohammad Reza Mansoori 3
Panam Zarfam 3
1 Ph.D. in Structural Engineering, Department of civil engineering, SR.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of civil engineering, Bey.C., Islamic Azad University, Beyza, Iran
3 Assistant Professor, Department of civil engineering, SR.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

Buckling-restrained braces (BRBs) are widely recognized as one of the most effective seismic resisting systems due to their high energy dissipation capacity and stable hysteretic behavior. However, the use of concrete or mortar filler materials in conventional BRBs increases structural weight, fabrication complexity, and construction costs. Therefore, the development of all-steel BRBs without filler material offers a promising alternative for simplifying fabrication and improving practical applicability. In this study, the seismic performance of all-steel buckling-restrained braces without filler material was investigated through finite element modeling using ABAQUS. The numerical model was first validated against available experimental results and subsequently employed in a comprehensive parametric study. The effects of key geometric parameters, including core cross-sectional dimensions, core width-to-thickness ratio, and the clearance between the core and the restraining member, were evaluated under cyclic loading conditions. The results demonstrated that all-steel BRBs without filler material are capable of providing stable cyclic behavior, adequate ductility, and considerable energy dissipation capacity. Furthermore, increasing the core thickness enhanced the load-carrying capacity and improved the overall cyclic performance of the brace. The findings also indicated that reducing the core width-to-thickness ratio from 8 to approximately 5 significantly improved seismic performance, with the optimum ratio occurring near 5. In addition, excessive clearance between the core and the restraining member led to reductions in both strength and energy dissipation capacity, whereas clearances smaller than 3 mm resulted in more favorable behavior. The main contribution of this study lies in the comprehensive evaluation of the combined effects of critical geometric parameters on the seismic response of filler-free all-steel BRBs and the proposal of practical design ranges for improving their structural performance.

کلیدواژه‌ها English

All-Steel Buckling-Restrained Brace (BRB)
Seismic Performance
Finite Element Analysis
Cyclic Behavior
Energy Dissipation

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 10 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 11 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 05 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 10 مهر 1405