ارزیابی شکنندگی لرزه‎ای سازه‎های فولادی جداسازی شده با جداگرهای آونگی اصطکاکی تحت زلزله‎های حوزه دور

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه علم و هنر

3 مربی، دانشکده مهندسی، دانشگاه علم و هنر

چکیده

در مطالعه پیش رو شکنندگی لرزه‎ای و احتمال خرابی سازه‎های فولادی قرار گرفته بر روی انواع جداگرهای آونگی اصطکاکی مورد بررسی قرار گرفته است. این جداگرها عبارتند از جداگر آونگی اصطکاکی تکی، آونگی اصطکاکی دوگانه و آونگی اصطکاکی سه‎گانه. جهت مقایسه رفتار این جداگرها، زمان تناوب موثر به عنوان یکی از مهمترین خصوصیات جداگر انتخاب شده و جداگرها طوری طراحی شده‎اند که زمان تناوب مساوی با هم داشته باشند. سپس با در نظر گرفتن عدم قطعیت‎های موجود در یک سازه جداسازی شده نظیر عدم قطعیت رکورد زلزله، مدلسازی، طراحی و خصوصیات مصالح در چارچوبی احتمالاتی به بررسی مقایسه‎ی شکنندگی لرزه‎ای انواع جداگرهای پاندولی اصطکاکی پرداخته شده است. زمان تناوب موثر جداسازی بین 3 تا 5 ثانیه متغیر در نظر گرفته شده و همچنین دو نوع روسازه فولادی دارای قاب خمشی فولادی ویژه به تعداد طبقات 3 و 6 طبقه بر روی این جداگرها قرار گرفته‎اند. این دو سازه نمایانگر سازه‎های کوتاه مرتبه و میان مرتبه جداسازی شده مطابق با دستورالعمل HAZUS می‎باشند. در ادامه تحلیل‎های دینامیکی فزاینده غیر خطی بر روی مدل‎ها انجام شده و عملکرد سیستم‎ها در سطوح خرابی مختلف یعنی سطوح خفیف، متوسط، گسترده و فرو ریزش در قالب منحنی شکنندگی برای اجزای سازه‎ای و غیر سازه‎ای مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه نشان داده شده که تمامی مدل‎ها بر اساسFEMA P-695 دارای کفایت در طراحی و احتمال فرو ریزشی کمتر از 10 درصد هستند. همچنین عملکرد بهتر و احتمال خرابی کمتر سازه قرار گرفته بر روی جداگر آونگی اصطکاکی سه‌گانه نسبت به دو نوع دیگر مشهود است. میزان افزایش حاشیه ایمنی فروریزش در جداگر TCFP با افزایش زمان تناوب از 3 به 5 ثانیه تا حدود 70 درصد مشاهده شده است

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Seismic Fragility Assessment of Steel Structures Supported on Friction Pendulum Isolators Subjected to Far-Field Ground Motions

نویسندگان [English]

  • Hamed Tajammolian 1
  • Shima Afrough 2
  • Mehdi yazdin 3
1 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 MSc , University of Science and Arts
3 Lecturer, University of Science and Arts
چکیده [English]

In this paper, attempts are made to compare the seismic fragility and the probability of failure of steel structures supported on different types of friction pendulum isolators. These isolators including single friction, dual friction pendulum and triple friction pendulum are designed to have similar effective periods as a prominent characteristic of them. The designed bearings have 3- to 5-second effective period and supports 3- and 6-story moment framed steel structures. These two superstructures represent short-range and intermediate-order buildings based on HAZUS technical manual. Three-dimensional nonlinear models of the structures are idealized in a finite element framework and nonlinear time history analyses are performed. In order to compute the fragility of the structure, the probable uncertainty sources in an isolated building such as earthquake record, modeling, design, and properties of materials in a probabilistic framework are considered. Furthermore, incremental dynamic analysis (IDA) is performed and the fragility curves of the structure are obtained in slight, moderate, extensive and collapse damage states (DS). Calculating the failure probability according to FEMA P-695, it is showed that all the isolated structures have less than 10% collapse probability. In addition, it is revealed that the triple concave friction pendulum (TCFP) has greater collapse margin ratio (CMR) than other kind of friction bearings. Growing the effective period of TCFP from 3 to 5 seconds, increases the CMR nearly 70 percent.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction Pendulum Isolator
  • Seismic Fragility
  • Damage State
  • Incremental Dynamic Analysis
  • Performance Based Design
]1[ Tajammolian, H. 2016. Effect of Near Fault Earthquakes on Torsional Behavior of Isolated Structures Mounted on TCFP Bearing. PhD Dissertation. Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic).
]2[ Loghman, v. 2013. Effect of Vertical Component of Earthquake on Seismic Behavior of Isolated Structures Using TCFP Bearing. MSc Thesis. Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic).
]3[ Loghman  ,V., Tajammolian   H.   and   Khosnoudian   F. 2017. “Effects   of   Rotational Components of Earthquakes on Seismic Responses of Triple Concave Friction Pendulum Base-Isolated Structures”, Journal of Vibration and Control, Vol. 23(9); pp. 1495-1517.
]4[ Han  R., Li  Y.  and  Van  de  Lindt  J. 2014. Seismic Risk of Base Isolated Non-Ductile Reinforced   Concrete   Buildings   Considering   Uncertainties   and   Mainshock- Aftershock Sequences. Structural Safety, Vol. 50, pp. 39-56.
]5[ Tavares  D.H.,  Suescun  J.R,  Paultre  P.  and Padgett  M. 2013. Seismic Fragility of  a Highway Bridge in Quebec. Journal of Bridge Engineering, Vol. 18(11), pp. 1131- 1139.
]6[ Karim K.R. and Yamazaki F. 2007. Effect of Isolation on Fragility Curves of Highway Bridges   Based   on   Simplified   Approach.  Soil   Dynamics   and   Earthquake Engineering, Vol. 27(5), pp. 414-426.
]7[ Zhang J. and Huo Y. 2009. Evaluating Effectiveness and Optimum Design of Isolation Devices for Highway Bridges Using the Fragility Function Method. Engineering Structures, Vol. 31(8), pp. 1648-1660.
]8[ Siqueira G.H., Sanda A.S., Paultre P. and Padgett M. 2014. Fragility Curves for Isolated Bridges in Eastern Canada Using Experimental Results. Engineering Structures, Vol. 74, pp. 311-324.
]9[ Huang YN, Whittaker AS, Luco N. 2008. Performance Assessment of Conventional and Base-Isolated Nuclear Power Plants for Earthquake and Blast Loadings. Technical Report No. MCEER-08/0019, State University of New York at Buffalo: Buffalo. NY.
]10[ Tajamoolian, H. Khoshnoudian, F. Rezaei Rad, A. Loghman,V. 2018. Seismic Fragility Assessment of Asymmetric Structures Supported on TCFP Bearings Subjected to Near- field Earthquakes, Structures, Vol. 13, pp. 66-78.
]11[ ASCE   7-10. 2010.  Minimum   Design   Loads   for   Building   and   Other   Structures, ASCE/SEI 7-10. American Society of Civil Engineers, Reston, VA, USA.
]12[ AISC. 2010.Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC  360-10. American Institute of Steel Construction, Chicago, IL, USA.
]13[ AISC. 2010. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC  341-10. American Institute of Steel Construction, Chicago, IL, USA.
]14[ Fenz D. , Constantinou M. C. 2008. Modeling Triple Friction Pendulum Bearings for Response History Analysis. Earthquake Spectra, Vol. 24, No 4, pp. 1011-1028.
]15[ Morgan T.A. and Mahin S.A. 2010. Achieving Reliable Seismic Performance Enhancement Using Multi-Stage Friction Pendulum Isolators. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 39, pp. 1443-1461.
]16[ Becker T.C. and Mahin S.A. 2012. Experimental and Analytical Study of the Bi-directional Behavior of the Triple Friction Pendulum Isolator. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 41, pp. 355-373.
]17[ Loghman V., Khosnoudian F. and Banazadeh M. 2015. Effects of Vertical Component of Earthquake on Seismic Responses of Triple Concave Friction Pendulum Base Isolated Structures. Journal of Vibration and Control, Vol. 21(11), pp. 2099-2113.
]18[ Fenz D. and Constantinou M.C. 2008. Mechanical Behavior of Multi-Spherical Sliding Bearings. Report No. MCEER-08/0007, State University of New York at Buffalo,Buffalo, NY, USA.
[19] PEER “Open System for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees)” development platform by the Pacific Earthquake Engineering Research Center(PEER), http://opensees.berkeley.edu , 2008.
[20] Fadi F. and Constantinou M.C. 2009. of Simplified Methods for Analysis for Structures with Triple Friction Pendulum Isolators”. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 39, pp. 5-22.
[21] Becker  T.C.  and  Mahin  S.A.  2012. Experimental and Analytical Study of the Bi-directional   Behavior   of   the   Triple   Friction   Pendulum   Isolator.   Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 41, pp. 355-373.
]22[ FEMA P-695. 2009. Quantification of Buildings Seismic Performance Factors. Federal Emergency Management Agency, Washington, DC, USA.
]23[ FEMA-NIBS. 2003. Earthquake Loss Estimation Methodology, HAZUS-MH MR4, Technical   Manual.  Federal   Emergency   Management   Agency and National Institute of Building Sciences, Washington, DC.
]24[ Vamvatsikos  D.  and Cornell C.A. 2003. Incremental Dynamic Analysis”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 31, pp. 491-514.
]25[ Zhang J. and Huo Y. 2009. Evaluating Effectiveness and Optimum Design of Isolation Devices for Highway Bridges Using the Fragility Function Method. Engineering Structures, Vol. 31(8), pp. 1648-1660.