نقش عامل‌های هندسی بر رفتار مهاربند‌های کمانش‌ناپذیر با هسته شکاف‌دار

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشیار، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

کاهش پاسخ‌های لرزه‌ای و استهلاک انرژی‌های حاصل از اعمال نیروهای شدید به سازه مانند زلزله، همواره مورد توجه پژوهش‌گران قرار دارد. مهاربندهای کمانش‌ناپذیر، یکی از سیستم‌های استهلاک انرژی هستند که همانند سایر سیستم‌های مهار جانبی سازه‌ها، به کاهش پاسخ‌های سازه در برابر بارهای وارده کمک می‌کنند. مهاربندهای کمانش‌ناپذیر سنتی از یک هسته‌ی یکنواخت و بخش نگهدارنده که از ملات پر شده است ساخته می‌شوند که وزن زیاد به علت مواد پرکننده پیرامون هسته، نبود امکان بازرسی چشمی هسته و جایگزینی و تعمیر آن پس از ایجاد خسارت را می‌توان از کاستی‌های این گونه از مهاربندها دانست. در این پژوهش، مهاربند کمانش‌ناپذیر نوینی با هسته‌ی سوراخ‌دار معرفی می‌شود که کاستی‌های مهاربندهای کمانش‌ناپذیر سنتی را ندارد. حالت‌های مختلف هسته‌ی این مهاربندها با یک تا پنج شکاف و با شکل‌های لوبیایی و مستطیلی به کمک عامل‌هایی مانند رفتار چرخه‌ای آن‌ها، چگونگی توزیع تنش، تغییرشکل هسته و وضعیت مهاربند پس از کمانش ارزیابی شدند. در حالت کلی، نتیجه‌ی مقایسه و ارزیابی این عامل‌ها نشان دادند که در همه‌ی حالت‌ها، رفتار هسته‌های لوبیایی‌شکل نسبت و هسته‌های مستطیل‌شکل برتری دارند و مناسب‌تر می‌باشند. از طرف دیگر، بین حالت‌های مختلف مهاربندهای کمانش‌ناپذیر شکاف‌دار لوبیایی‌شکل، به علت طول کمانشی بهینه، مهاربندهای چهارتایی رفتار مناسب‌تری از خود نشان دادند. از این رو، از بین مهاربندهای بررسی شده در این پژوهش، مهاربندهای کمانش‌ناپذیر شکاف‌دار لوبیایی‌شکل چهارتایی برای مقاوم‌سازی و تحمل بارهای جانبی در سازه‌ها پیشنهاد می‌شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Influence of geometric parameters on perforated core buckling restrained braces behavior

نویسندگان [English]

  • Hashem Jahangir 1
  • Mohammad Hasan Daneshvar Khorram 2
  • M. Ghalehnovi 3
1 Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
3 Associate professor, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

Buckling Restrained Braces (BRBs) are installed in buildings to control lateral displacements caused by seismic events. Although, conventional BRBs have various advantages comparing to ordinary bracing systems, their high weight and dimensions because of the restraining units is a dominant drawback. In this paper, a new developed type of BRB named perforated core buckling restrained brace is investigated which resolved conventional BRBs shortcoming. Its core consists of a perforated steel yielding plate which is guided and partially stabilized by the restraining unit. The core is mechanized to obtain two yielding lateral bands which are connected by several equidistant stabilizing bridges. At first part of the paper, the hysteretic behaviour of the tested braces and a large scale brace has been analysed and verified with an FEM model which considers the interaction between the core and the encasing member. The model reproduces the hysteretic response during the first cycles and the influence of friction on the axial strain distribution along the yielding core. In the second part, geometrical parameters such as number of holes and their section in the core of brace were studied and trough hysteretic behaviour, stress distribution, core deformation and its condition under ultimate loads, the optimized core is selected and suggested.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lateral Loads
  • Innovative BRBs
  • Perforated core
  • Geometrical Parameters
  • Absorbed Energy

مراجع

[1] Soong, T. and Spencer, B., (2002), “Supplemental energy dissipation: state-of the-art and state-of-the- practice.” Engineering Structures, 24:243–259, 2002.
[2] Watanabe, A., Hitomi, Y., Saeki, E., Akira Wada, A., and Fujimoto, M., (1988), “Properties of brace encased in buckling-restraining concrete and steel tube.” Proceedings of Ninth World Conference on Earthquake Engineering, IV:719–724.
[3] Black, C., Martin, N., and Aiken, I., (2002), “Component testing, stability analysis and characterization of buckling restrained unbounded braces.” Technical report, Pacific earthquake engineering research center, College of Engineering, University of California, Berkeley.
[4] Iwata., M., (2004). “Applications-design of buckling restrained braces in japan. 13th World Conference on Earthquake Engineering, Paper 3208.
[5] Black, C., Makris, N., and Aiken, I., (2004), “Component testing, seismic evaluation and characterization of buckling-restrained braces.” Journal of Structural Engineering, 130:880–894.
[6] Uang, C., Nakashima, M., and Tsai K., (2004), “Research and application of buckling restrained braced frames.” Steel Structures, 4:301–313.
[7] Tsai, K., Lai, Y., Hwang, V., and Lin, C., (2004), “Research and application of doublecore buckling restrained braces in Taiwan.” 13th World Conference on Earthquake Engineering, Paper 2179.
[8] Chou C., Chen Y., (2010), “Subassemblage tests and finite element analyses of sandwiched buckling-restrained braces.” Eng Struct;32:2108–21 .
[9] Iwata M., Murai M., (2006), “Buckling-restrained brace using steel mortar planks; performance evaluation as a hysteretic damper.” Earthq Eng Struct Dynam;35:1807–26.
[10] Usami T., Wang CL., Funayama J., (2012), “Developing high performance aluminum alloy buckling restrained braces based on series of low cycle fatigue tests. Earthq Eng StructDynam;41:643–61 .
[11] Chen C., (2002), “Recent advances of seismic design of steel buildings in Taiwan.” Int Train Prog Seis Des Build Struct.
[12] Park J., Lee J., Kim J., (2012), “Cyclic test of buckling restrained braces composed of square steel rods and steel tube.” Steel Compos Struct;13:423.43.
[13] Dusicka P, Asce M, Tinker J., (2013), “Global Restraint in Ultra-Lightweight BucklingRestrained Braces.” J Compos Constr;17:139–50.
[14] Piedrafita D, Cahis X, Simon E, Comas J., (2013), “A new modular buckling restrained brace for seismic resistant buildings.” Eng Struct;56:1967–75.
[15] Chou C, Liu H, Pham H., (2012), “Steel buckling-restrained braced frames with single and dual corner gusset connections: seismic tests and analyses.” Earthq Eng Struct Dynam 2012;41:1137 56.
[16] Palmer KD, Christopulos AS, Lehman DE, (2014), “Roeder CW. Experimental evaluation of cyclically loaded, large-scale, planar and 3-d buckling-restrained braced frames. J Constr Steel Res;101:415–25.
[17] Piedrafita D., Cahis, X., Simon, A., Comas, J., (2015), “A new perforated core buckling restrained brace” Engineering Structures 85; 118–126.
[18] Black, C., Makris, N., and Aiken, I., (2004), “Component testing, seismic evaluation and characterization of buckling-restrained braces.” Journal of Structural Engineering, 130:880–894.
[19] AISC341-05, (2005), “Seismic Provisions for Structural Steel”.
[20] EN15129, (2009), “Anti-seismic devices”.
[21] EN 10025 – 2, (2004), “Technical delivery conditions for non-alloy structural steels”.
[22] UNE-EN 1993-1-1 (2005), “Eurocode 3.1.1 General structural rules”.
[23] ABAQUS version 6.9: (2009), “ABAQUS User’s Manual, SIMULIA World Headquarters,” 166 Valley Street, Providence, RI 02909, USA.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 03 آبان 1396
  • تاریخ بازنگری: 07 اسفند 1396
  • تاریخ پذیرش: 22 فروردین 1397

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار